商業(yè)建筑物的網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明：為本年度的突破準備就緒

作者/ Giovanni Frezza Molex 公司 集團產(chǎn)品經(jīng)理

摘要：網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明已經(jīng)逐漸滲透到商業(yè)建筑物中，LED 在商業(yè)建筑物領(lǐng)域的滲透已經(jīng)到了極大的規模，而新建的商業(yè)建筑物適合于使用網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明系統。雖然傳統的互聯(lián)照明系統存在設計和調試困難，安裝、配置和調試流程也亟待簡(jiǎn)化和標準化，但是在新的電源標準——以太網(wǎng)供電標準下， 全新的網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明系統將會(huì )出現，其中包括Molex 的Transcend? PoE照明系統。

　　網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明已經(jīng)開(kāi)始為照明行業(yè)以及照明行業(yè)所涉及的其他行業(yè)實(shí)現轉型。這一概念已經(jīng)用于商業(yè)建筑物，隨著(zhù)各種大型項目的啟動(dòng)，相關(guān)應用必將在2016年實(shí)現突破。價(jià)格不斷降低、而效率日益提升，這推動(dòng)著(zhù)網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明在商業(yè)建筑物中的使用，使得智能樓宇的概念和許多其他應用成為可能，推動(dòng)著(zhù)效率與生產(chǎn)力的發(fā)展。具有創(chuàng )新力的企業(yè)所有者和建筑物業(yè)主開(kāi)始將網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明基礎設施視為一種可以實(shí)現物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 和智能樓宇的應用以及為建筑物和企業(yè)帶來(lái)巨大附加值的資產(chǎn)。

不斷增長(cháng)的市場(chǎng)滲透

　　盡管仍處于應用的早期階段，LED 在商業(yè)建筑物領(lǐng)域的滲透已經(jīng)到了極大的規模，這使LED與其他照明技術(shù)相比就極具成本優(yōu)勢，可以向更深層次的市場(chǎng)滲透。

　　當今，LED 技術(shù)在商業(yè)建筑物中的使用已經(jīng)完成了市場(chǎng)份額不足 1% 的創(chuàng )新階段，根據美國能源部 2015 年的研究顯示，現已進(jìn)入早期的接受狀態(tài)。從現在起的五年內，LED 技術(shù)在商業(yè)建筑物空間內的滲透預計將接近 25%。這一增長(cháng)模式與其他照明類(lèi)別的發(fā)展保持一致，例如交通信號和出口標志等，在這些類(lèi)別中，LED 的滲透率已經(jīng)進(jìn)入晚期大眾階段，根據上述研究，即市場(chǎng)占有率已達 80% 至 90%。

新的控制方法

　　在商業(yè)建筑物內采用LED照明裝置正在引起人們對網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明的巨大興趣，因為控制的效率更高、性能更高，從而在商業(yè)建筑物內的價(jià)格更易于接受。迄今為止，照明行業(yè)大多專(zhuān)注于使用 LED 來(lái)改造現有的照明裝置，取代原有的技術(shù)。例如熒光照明和緊湊型熒光燈。然而，受控的 LED 不僅會(huì )改進(jìn)效率，而且還具有更好的照明質(zhì)量、更平穩的強度/調光控制以及動(dòng)態(tài)可調的色溫，無(wú)論何時(shí)何地都可按需提供適宜的照明效果。這樣，可以提高工作人員的舒適度，為人員帶來(lái)交互性更高、目的性更強的照明與空間效果。此類(lèi)裝置能夠將照明控制遷移到基于網(wǎng)絡(luò )的基礎設施，使照明成為一種服務(wù)、一種物聯(lián)網(wǎng)的樓宇資產(chǎn)，與建筑物的其他功能一起以協(xié)同的方式進(jìn)行控制。

　　需要注意的一點(diǎn)是智能照明和網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明之間的區別。智能照明并不需要連接到中央網(wǎng)絡(luò )，而是使用能夠提供簡(jiǎn)單本地控制的、獨立的 LED 和傳感器來(lái)改造原有的照明裝置即可方便地實(shí)施。另一方面，網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明需要基于軟件的集中式控制系統，該系統能夠協(xié)調照明系統中所有組成部分，包括燈具、傳感器、執行機構和其他裝置。建筑物中始終都存在著(zhù)照明基礎設施，并且極為細?；?。提高集成度則意味著(zhù)不僅可以實(shí)現更好的控制，并且，作為照明網(wǎng)絡(luò )的一部分，分布式傳感器系統還可以收集更多的數據與信息。

　　這些數據有潛力為商業(yè)建筑物提出新的價(jià)值主張。當然，第一種應用必然是實(shí)時(shí)的能耗報告功能，而基于傳感器的占用報告、照明狀態(tài)和環(huán)境監測之類(lèi)的應用，則可以通過(guò)一個(gè)全新的角度來(lái)查看商業(yè)建筑物的使用方式。通過(guò)對這些數據進(jìn)行分析，我們將能夠了解到在給定的時(shí)間內建筑物中有多少人、他們所在的位置、利用的空間有多少、這些空間的狀態(tài)，以及包含多層、多座建筑物的園區中各個(gè)不同區域相對來(lái)說(shuō)的使用情況如何?？傊?，網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明可以大幅度提高物聯(lián)網(wǎng)集成到商業(yè)建筑物的速度。

新的部署

　　新建的商業(yè)建筑物適合于使用網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明系統，該系統的設計可以作為建筑物基礎設施的一個(gè)組成部分，但是，也可以開(kāi)展深度改造項目。在商業(yè)建筑物中已經(jīng)為網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明從事了重要的試點(diǎn)安裝項目，而在 2016 年則將在建筑物內進(jìn)行更大規模的系統安裝。

　　在伊利諾伊州的萊爾，作為一次重大改造項目的一部分，Molex 已經(jīng)在其主要企業(yè)園區的一處建筑物中開(kāi)始安裝網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明系統。這座綜合性建筑現在稱(chēng)為“愿景樓”，將用于展示以太網(wǎng)供電照明技術(shù)以及可以提供的各種可能性。預計愿景樓將于 2016 年上半年竣工，Molex 將在其中的空間內安裝并展示Transcend?網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明系統。Transcend 是一種全系統的網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明基礎設施，主要以以太網(wǎng)供電的配電和數據分布為基礎(如圖1)。

主要障礙

　　網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明系統的部署已經(jīng)取得了進(jìn)步，而現在必須克服幾個(gè)障礙，才能更進(jìn)一步地實(shí)現市場(chǎng)滲透。當今，傳統的互聯(lián)照明系統的設計和調試極為困難。安裝、配置和調試流程必須簡(jiǎn)化和標準化，這樣才會(huì )大幅度得到采用。

　　此外，網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明系統對于照明建筑師、建筑物業(yè)主、設施經(jīng)理、安裝人員以及用戶(hù)必須簡(jiǎn)單易懂，這樣他們才可以充分利用這類(lèi)系統所帶來(lái)的價(jià)值。照明基礎設施及其安裝不能對建筑物的管理造成破壞。另外，用于控制網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明系統的軟件也必須做到簡(jiǎn)單、易用。

　　迄今為止，大部分已安裝的網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明系統都以專(zhuān)用的系統為基礎，而行業(yè)則需要開(kāi)放的標準和互操作系統，進(jìn)而簡(jiǎn)化與樓宇自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )其他部分的集成過(guò)程。

新的電源標準

　　以太網(wǎng)供電 (PoE) 是一種最具發(fā)展潛力的技術(shù)，可以實(shí)現包括照明在內的樓宇自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )的 IP 融合，而無(wú)需使用專(zhuān)用的系統(如圖2)。LED 技術(shù)需要使用低壓直流電，與以往的照明光源不同，后者采用的是交流電，而后轉換為低壓電源。智能網(wǎng)絡(luò )控制的 LED 照明系統需要用于控制的低壓配電和數據通信。采用 IT 行業(yè)已經(jīng)部署了 15 年的相同基礎設施，即可在低壓布線(xiàn)上實(shí)現電源供電和數據通信。

　　PoE 可以在分類(lèi)電纜布線(xiàn)上將供電輸送至網(wǎng)絡(luò )設備，部署廣泛，在商業(yè)建筑物內可以為形形色色的終端設備供電，包括網(wǎng)絡(luò )電話(huà)、攝像頭、暖通空調以及現在的照明。PoE 對于供電來(lái)說(shuō)具有極高的可用性，確保服務(wù)不會(huì )發(fā)生中斷，而且可以降低運營(yíng)費用，方法則是將備用電源合并到一起，以更低的成本來(lái)提供網(wǎng)絡(luò )的彈性。在新的網(wǎng)絡(luò )上，這種供電方式不再需要在每個(gè)終端處提供電源插座，從而可以加快部署速度。

　　推動(dòng) LED 的高效率的因素在于每瓦特功率具有出色的照明輸出效果，遠遠超出了原有的照明技術(shù)。盡管 LED 技術(shù)已經(jīng)足夠先進(jìn)，這一技術(shù)正在進(jìn)一步變得更加通用、高效、安全，并且在 IEEE 820.3xx 標準下能夠支持網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明系統中更高的可用功率。這一標準已經(jīng)被證明是一種分類(lèi)機制，用于進(jìn)行電源連接所需的各種終端設備。

　　比如說(shuō)，最初的 PoE 標準，即IEEE802.3af，以每個(gè)交換機電源端口 15.4 瓦為基礎，在當前標準 PoE+ (IEEE802.3at) 中已經(jīng)提升至 30 瓦。然而，現在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了一種稱(chēng)為 UPOE 的事實(shí)標準，每個(gè)交換機端口可以輸送 60 瓦的功率。這一標準即將迎來(lái)下一次變化，那就是最新推出的HDBaseT供電 (POH) 標準，支持每端口超過(guò) 95 瓦的功率。IEEE 致力于在 802.3bt 規范下實(shí)現 60 瓦和 95 瓦以太網(wǎng)供電方案的標準化，這一工作應于 2017 年完成。該技術(shù)向下兼容，可以與現有的 IEEE 標準實(shí)現互操作。

　　60 瓦和 95 瓦的標準基于使用四對的電能轉換模式，而不是 30 瓦的 PoE+ 標準所使用的兩對格式。新標準改進(jìn)了效率，支持更廣范圍的設備，同時(shí)可以與 PoE+ 標準一樣，采用相同的低壓 D 級(超 5 類(lèi))電纜。

　　對于現有的PoE+標準，兩對的 30 瓦系統可在超 5 類(lèi)布線(xiàn)所提供四條雙絞線(xiàn)的其中兩條上輸送電源。在該系統中，1、2 和 3、6 線(xiàn)對用于將電源從 PSE(供電設備)輸送至 PD(受電設備)，而備用的線(xiàn)對(4、5 和 7、8)則保持閑置。60 瓦的 UPOE 標準采用與 30 瓦的PoE+標準相同的布線(xiàn)，而兩對系統則使用一臺 PSE 控制器，通過(guò)電纜的信號為 PD 供電，四對系統使用兩臺 PSE 控制器來(lái)同時(shí)為信號對和備用線(xiàn)對供電。由于采用了全部四條雙絞線(xiàn)來(lái)輸送電源，UPOE 與 PoE+ 相比可以提供更高的功率、和更高的效率，從而降低信道損耗。

全新的照明模式

　　通過(guò)開(kāi)發(fā)各種新產(chǎn)品以及效率更高的新標準，網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明正在迅速成為商業(yè)建筑物設計的一個(gè)主要組成部分，而為這一新技術(shù)創(chuàng )造出促成技術(shù)的企業(yè)則將有助于在這一過(guò)渡期推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展。

　　然而，當今的 IT 和照明在極大程度上是兩個(gè)相互分離的領(lǐng)域。我們需要在這兩個(gè)世界之間架設起一座橋梁，不僅僅是在技術(shù)方面，還需要深入地了解照明架構、施工與安裝的最佳實(shí)踐，以及 IT 系統管理、控制和安全性的最佳實(shí)踐。

　　這一情況已經(jīng)初露端倪。多家照明裝置的制造商已經(jīng)加入了 IEEE 標準委員會(huì )，而 IT 企業(yè)則在積極地參與照明標準委員會(huì )。Molex 的Transcend? PoE照明系統便是一個(gè)良好的范例，展示出了 IT 和照明/樓宇自動(dòng)化這兩個(gè)領(lǐng)域是通過(guò)何種方式進(jìn)行融合的。業(yè)內正在進(jìn)行著(zhù)一次過(guò)渡，在此過(guò)程中，照明建筑師、電工、MEP(機械/電氣/管道承包商)、安裝人員以及低壓供電和數據專(zhuān)家們都對以太網(wǎng)供電互聯(lián)照明系統表示出了極大的熱情。據估計，與傳統的線(xiàn)路電壓 LED 照明控制系統相比，以太網(wǎng)供電網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明系統(以及一般而言的低壓照明系統)平均可以節省 10% 至 25% 的資本支出。

　　潛在的優(yōu)勢無(wú)比巨大。與傳統的照明控制相比，網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明可以將照明效率提高70%。然而，如之前所述，效果更好、效率更高的照明還可以提高工作人員的生產(chǎn)效率，這樣可以對企業(yè)的績(jì)效產(chǎn)生深遠的影響。例如，據落基山研究所在 2012 年開(kāi)展的一次研究顯示，一處普通商業(yè)建筑物的年能源成本約在每平方英尺 3 美元。該處建筑物的年抵押貸款成本或租金成本約在每平方英尺 300 美元。這就是說(shuō)，如果建筑物中工作人員的生產(chǎn)效率可以提高 1%，那么每年每平方英尺可以節約 3 美元，這樣便有助于降低總的能源成本。

　　研究顯示，提高照明效果、增加自然采光，可以推動(dòng)生產(chǎn)效率上的改進(jìn)，并且促進(jìn)人員的健康和幸福感?？▋然仿〈髮W(xué)的建筑性能和診斷中心開(kāi)展了 12 項研究，發(fā)現照明設計上的改進(jìn)可以將個(gè)人的生產(chǎn)效率提高 1% 至 23%。這些研究顯示，通過(guò)提高閱讀理解能力、文字處理能力以及一系列其他任務(wù)的處理能力，并且減低員工的缺勤率，可以衡量出生產(chǎn)效率的增長(cháng)。

　　此外，如同任何新技術(shù)一樣，網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明潛在的新優(yōu)勢也會(huì )逐漸浮現。在商業(yè)建筑物通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議遷移到物聯(lián)網(wǎng)的過(guò)程中，將會(huì )為大數據分析打開(kāi)一扇大門(mén)，而我們才剛剛開(kāi)始懂得這一發(fā)展過(guò)程作為網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)照明價(jià)值主張的一個(gè)組成部分的長(cháng)期意義。

本文來(lái)源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第10期第33頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。