商业建筑物的网络互联照明：为本年度的突破准备就绪

作者/ Giovanni Frezza Molex 公司 集团产品经理

摘要：网络互联照明已经逐渐渗透到商业建筑物中，LED 在商业建筑物领域的渗透已经到了极大的规模，而新建的商业建筑物适合于使用网络互联照明系统。虽然传统的互联照明系统存在设计和调试困难，安装、配置和调试流程也亟待简化和标准化，但是在新的电源标准——以太网供电标准下， 全新的网络互联照明系统将会出现，其中包括Molex 的Transcend® PoE照明系统。

　　网络互联照明已经开始为照明行业以及照明行业所涉及的其他行业实现转型。这一概念已经用于商业建筑物，随着各种大型项目的启动，相关应用必将在2016年实现突破。价格不断降低、而效率日益提升，这推动着网络互联照明在商业建筑物中的使用，使得智能楼宇的概念和许多其他应用成为可能，推动着效率与生产力的发展。具有创新力的企业所有者和建筑物业主开始将网络互联照明基础设施视为一种可以实现物联网 (IoT) 和智能楼宇的应用以及为建筑物和企业带来巨大附加值的资产。

不断增长的市场渗透

　　尽管仍处于应用的早期阶段，LED 在商业建筑物领域的渗透已经到了极大的规模，这使LED与其他照明技术相比就极具成本优势，可以向更深层次的市场渗透。

　　当今，LED 技术在商业建筑物中的使用已经完成了市场份额不足 1% 的创新阶段，根据美国能源部 2015 年的研究显示，现已进入早期的接受状态。从现在起的五年内，LED 技术在商业建筑物空间内的渗透预计将接近 25%。这一增长模式与其他照明类别的发展保持一致，例如交通信号和出口标志等，在这些类别中，LED 的渗透率已经进入晚期大众阶段，根据上述研究，即市场占有率已达 80% 至 90%。

新的控制方法

　　在商业建筑物内采用LED照明装置正在引起人们对网络互联照明的巨大兴趣，因为控制的效率更高、性能更高，从而在商业建筑物内的价格更易于接受。迄今为止，照明行业大多专注于使用 LED 来改造现有的照明装置，取代原有的技术。例如荧光照明和紧凑型荧光灯。然而，受控的 LED 不仅会改进效率，而且还具有更好的照明质量、更平稳的强度/调光控制以及动态可调的色温，无论何时何地都可按需提供适宜的照明效果。这样，可以提高工作人员的舒适度，为人员带来交互性更高、目的性更强的照明与空间效果。此类装置能够将照明控制迁移到基于网络的基础设施，使照明成为一种服务、一种物联网的楼宇资产，与建筑物的其他功能一起以协同的方式进行控制。

　　需要注意的一点是智能照明和网络互联照明之间的区别。智能照明并不需要连接到中央网络，而是使用能够提供简单本地控制的、独立的 LED 和传感器来改造原有的照明装置即可方便地实施。另一方面，网络互联照明需要基于软件的集中式控制系统，该系统能够协调照明系统中所有组成部分，包括灯具、传感器、执行机构和其他装置。建筑物中始终都存在着照明基础设施，并且极为细粒化。提高集成度则意味着不仅可以实现更好的控制，并且，作为照明网络的一部分，分布式传感器系统还可以收集更多的数据与信息。

　　这些数据有潜力为商业建筑物提出新的价值主张。当然，第一种应用必然是实时的能耗报告功能，而基于传感器的占用报告、照明状态和环境监测之类的应用，则可以通过一个全新的角度来查看商业建筑物的使用方式。通过对这些数据进行分析，我们将能够了解到在给定的时间内建筑物中有多少人、他们所在的位置、利用的空间有多少、这些空间的状态，以及包含多层、多座建筑物的园区中各个不同区域相对来说的使用情况如何。总之，网络互联照明可以大幅度提高物联网集成到商业建筑物的速度。

新的部署

　　新建的商业建筑物适合于使用网络互联照明系统，该系统的设计可以作为建筑物基础设施的一个组成部分，但是，也可以开展深度改造项目。在商业建筑物中已经为网络互联照明从事了重要的试点安装项目，而在 2016 年则将在建筑物内进行更大规模的系统安装。

　　在伊利诺伊州的莱尔，作为一次重大改造项目的一部分，Molex 已经在其主要企业园区的一处建筑物中开始安装网络互联照明系统。这座综合性建筑现在称为“愿景楼”，将用于展示以太网供电照明技术以及可以提供的各种可能性。预计愿景楼将于 2016 年上半年竣工，Molex 将在其中的空间内安装并展示Transcend®网络互联照明系统。Transcend 是一种全系统的网络互联照明基础设施，主要以以太网供电的配电和数据分布为基础(如图1)。

主要障碍

　　网络互联照明系统的部署已经取得了进步，而现在必须克服几个障碍，才能更进一步地实现市场渗透。当今，传统的互联照明系统的设计和调试极为困难。安装、配置和调试流程必须简化和标准化，这样才会大幅度得到采用。

　　此外，网络互联照明系统对于照明建筑师、建筑物业主、设施经理、安装人员以及用户必须简单易懂，这样他们才可以充分利用这类系统所带来的价值。照明基础设施及其安装不能对建筑物的管理造成破坏。另外，用于控制网络互联照明系统的软件也必须做到简单、易用。

　　迄今为止，大部分已安装的网络互联照明系统都以专用的系统为基础，而行业则需要开放的标准和互操作系统，进而简化与楼宇自动化网络其他部分的集成过程。

新的电源标准

　　以太网供电 (PoE) 是一种最具发展潜力的技术，可以实现包括照明在内的楼宇自动化网络的 IP 融合，而无需使用专用的系统(如图2)。LED 技术需要使用低压直流电，与以往的照明光源不同，后者采用的是交流电，而后转换为低压电源。智能网络控制的 LED 照明系统需要用于控制的低压配电和数据通信。采用 IT 行业已经部署了 15 年的相同基础设施，即可在低压布线上实现电源供电和数据通信。

　　PoE 可以在分类电缆布线上将供电输送至网络设备，部署广泛，在商业建筑物内可以为形形色色的终端设备供电，包括网络电话、摄像头、暖通空调以及现在的照明。PoE 对于供电来说具有极高的可用性，确保服务不会发生中断，而且可以降低运营费用，方法则是将备用电源合并到一起，以更低的成本来提供网络的弹性。在新的网络上，这种供电方式不再需要在每个终端处提供电源插座，从而可以加快部署速度。

　　推动 LED 的高效率的因素在于每瓦特功率具有出色的照明输出效果，远远超出了原有的照明技术。尽管 LED 技术已经足够先进，这一技术正在进一步变得更加通用、高效、安全，并且在 IEEE 820.3xx 标准下能够支持网络互联照明系统中更高的可用功率。这一标准已经被证明是一种分类机制，用于进行电源连接所需的各种终端设备。

　　比如说，最初的 PoE 标准，即IEEE802.3af，以每个交换机电源端口 15.4 瓦为基础，在当前标准 PoE+ (IEEE802.3at) 中已经提升至 30 瓦。然而，现在已经开发出了一种称为 UPOE 的事实标准，每个交换机端口可以输送 60 瓦的功率。这一标准即将迎来下一次变化，那就是最新推出的HDBaseT供电 (POH) 标准，支持每端口超过 95 瓦的功率。IEEE 致力于在 802.3bt 规范下实现 60 瓦和 95 瓦以太网供电方案的标准化，这一工作应于 2017 年完成。该技术向下兼容，可以与现有的 IEEE 标准实现互操作。

　　60 瓦和 95 瓦的标准基于使用四对的电能转换模式，而不是 30 瓦的 PoE+ 标准所使用的两对格式。新标准改进了效率，支持更广范围的设备，同时可以与 PoE+ 标准一样，采用相同的低压 D 级(超 5 类)电缆。

　　对于现有的PoE+标准，两对的 30 瓦系统可在超 5 类布线所提供四条双绞线的其中两条上输送电源。在该系统中，1、2 和 3、6 线对用于将电源从 PSE(供电设备)输送至 PD(受电设备)，而备用的线对(4、5 和 7、8)则保持闲置。60 瓦的 UPOE 标准采用与 30 瓦的PoE+标准相同的布线，而两对系统则使用一台 PSE 控制器，通过电缆的信号为 PD 供电，四对系统使用两台 PSE 控制器来同时为信号对和备用线对供电。由于采用了全部四条双绞线来输送电源，UPOE 与 PoE+ 相比可以提供更高的功率、和更高的效率，从而降低信道损耗。

全新的照明模式

　　通过开发各种新产品以及效率更高的新标准，网络互联照明正在迅速成为商业建筑物设计的一个主要组成部分，而为这一新技术创造出促成技术的企业则将有助于在这一过渡期推动行业的发展。

　　然而，当今的 IT 和照明在极大程度上是两个相互分离的领域。我们需要在这两个世界之间架设起一座桥梁，不仅仅是在技术方面，还需要深入地了解照明架构、施工与安装的最佳实践，以及 IT 系统管理、控制和安全性的最佳实践。

　　这一情况已经初露端倪。多家照明装置的制造商已经加入了 IEEE 标准委员会，而 IT 企业则在积极地参与照明标准委员会。Molex 的Transcend® PoE照明系统便是一个良好的范例，展示出了 IT 和照明/楼宇自动化这两个领域是通过何种方式进行融合的。业内正在进行着一次过渡，在此过程中，照明建筑师、电工、MEP(机械/电气/管道承包商)、安装人员以及低压供电和数据专家们都对以太网供电互联照明系统表示出了极大的热情。据估计，与传统的线路电压 LED 照明控制系统相比，以太网供电网络互联照明系统(以及一般而言的低压照明系统)平均可以节省 10% 至 25% 的资本支出。

　　潜在的优势无比巨大。与传统的照明控制相比，网络互联照明可以将照明效率提高70%。然而，如之前所述，效果更好、效率更高的照明还可以提高工作人员的生产效率，这样可以对企业的绩效产生深远的影响。例如，据落基山研究所在 2012 年开展的一次研究显示，一处普通商业建筑物的年能源成本约在每平方英尺 3 美元。该处建筑物的年抵押贷款成本或租金成本约在每平方英尺 300 美元。这就是说，如果建筑物中工作人员的生产效率可以提高 1%，那么每年每平方英尺可以节约 3 美元，这样便有助于降低总的能源成本。

　　研究显示，提高照明效果、增加自然采光，可以推动生产效率上的改进，并且促进人员的健康和幸福感。卡内基梅隆大学的建筑性能和诊断中心开展了 12 项研究，发现照明设计上的改进可以将个人的生产效率提高 1% 至 23%。这些研究显示，通过提高阅读理解能力、文字处理能力以及一系列其他任务的处理能力，并且减低员工的缺勤率，可以衡量出生产效率的增长。

　　此外，如同任何新技术一样，网络互联照明潜在的新优势也会逐渐浮现。在商业建筑物通过互联网协议迁移到物联网的过程中，将会为大数据分析打开一扇大门，而我们才刚刚开始懂得这一发展过程作为网络互联照明价值主张的一个组成部分的长期意义。

本文来源于中国科技期刊《电子产品世界》2016年第10期第33页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。