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智慧照明節能管理系統技術開發與應用

2016/04/05 經濟部能源局 點閱人次: 757

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撰文/工業技術研究院綠能與環境研究所 李清然博士 圖片提供/工業技術研究院

照明的目的是為滿足人們對於光的需求,當光的需求量被充分滿足之後,人們轉而追求照明的品質。現代照明講求節能、舒適與健康,而智慧照明則被認為是達成這3項需求的最佳選擇。

智慧照明系統由控制系統、可調控燈具和感測元件所組成,並依系統智能化程度及使用性質,配置適當之人機介面單元。目前的智慧照明系統,除了可以配合人機介面、手動直接進行照明設備的光源輸出及色溫調整外;也可透過感測元件,偵測環境資訊,提供照明系統自動化調整之運算參數來源。

智慧照明的技術發展

工研院綠能所執行經濟部能源局專案研究計畫,近年來持續進行智慧照明系統技術開發與應用推廣:2009年起,開始研發智慧型照明管理系統技術,首先完成以國際標準照明通訊協定DALI(Digital Addressable Lighting Interface,數位可定址照明通訊介面)為基準之照明控制系統平臺,奠定智慧照明系統的基礎;再於次年(2010)完成ZigBee-DALI整合技術開發,使原本為有線通訊的DALI控制系統可透過ZigBee無線通訊介面進行雙向訊號傳輸,變成有線/無線可整合應用的雙頻道系統,大大增加了系統佈建的便利性與選擇性。

除了控制系統的平臺技術之外,研究計畫也同步進行系統控制中心的決策演算技術開發,在以節能為導向的光環境演算法中,管理系統可根據照明系統內各燈具的位置、發光效率等參數,以及目前自然光所能提供的照明情況,進行全面性的燈具亮度調控參數演算,除滿足環境中各受照面所需亮度外,還能使全系統燈具的總用電量盡可能降到最低,以充分發揮節能的效益。DALI系統會依演算的結果,將調光參數分別傳送到對應的燈具上,使各燈具能依調光指令進行亮度調整。

產品開發與時俱進

在工研院與國內企業合作下,智慧照明系統技術已移轉至企業進行產品開發,雙方也分別利用自己的場域建置示範與驗證系統,以實際的成果印證系統的效能,並作為產品技術推廣的佐證。在工研院中興院區64館所建置的管理系統,2年來連續實測記錄的結果顯示,相較於管理系統裝設之前,全館的照明用電平均節省超過24%,驗證了智慧照明系統的節能功效。

2012年起,隨著平板電腦、智慧型手機等產品日益普及,智慧照明系統技術也發展至新的3C產品上,如利用拍照功能結合影像分析技術進行光環境偵測,再透過智慧型手機或平板電腦連網控制照明系統。當一般使用者可以藉由熟悉的個人化產品創造滿足個人喜好、最舒適的照明環境,也大大消除了智慧照明管理系統與使用者之間的隔閡。若使用者身處陌生的環境,則能透過個人化調控提高環境的歸屬感與滿意度,目前此一技術已在國內某大醫院的產後護理之家實際應用,獲得院方及使用者一致的好評。

點亮了文明的照明系統

根據研究,一般人從外部所獲得的資訊中,將近8成來自於眼睛。透過光線的變化,視覺帶給人的感受,更可以深入到心理與身理的層面,如「明媚」、「繽紛」、「陰霾」、「幽暗」等形容詞,都反應出人們心理對環境光線產生的共鳴。燈具技術的進步使人們輕易突破了日光的限制,在文明因此發展之際,越來越亮的照明也直接或間接地衍生了許多文明病,如生理時鐘失調、作息顛倒、失眠、視力傷害等。如何創造一個健康的照明環境,在滿足亮度需求時,能避免上述文明病的發生,或是透過改善照明環境而矯治其病症,這種結合醫學與科技的照明技術,正是現階段照明計畫技術研究的主軸。

目前的照明系統產品,進行單盞、群組燈具之開/關、調光及調色操作已是基本功能(見上圖),進階功能還可設定照明情境之參數(見右圖),情境的呼叫可以由使用者手動選擇,也可以由系統配合定時器,進行時序及週期控制。更高階的智慧照明是全自動、人性化的調光控制系統:系統透過感測器偵測環境、人員資訊,然後進行調光決策運算,因應人、事、時、地,調控最適化的照明,同時兼顧舒適、健康與節能的需求。要達到這樣的境界,除了完善的系統結構與資訊取得之外,還需要大量的人因照明工程資料與智慧型的決策演算機制,才能使系統達到高智能的程度,這也是照明計畫現階段努力研究的目標。

未來展望

未來,智慧照明系統將更加注重個人化的設計應用,透過記憶,學習使用者習慣,自動進行照明情境調整;遙控方面則可透過聯網設備如智慧型手機、電腦等裝置來實現,甚至兼具防盜功能。

透過網路連結,智慧照明系統除了取得環境資訊外,更可進一步連結使用者的個人資料庫進行智慧調光控制,例如配合鬧鐘設定開燈喚醒使用者,以及在睡前自動調整到舒適助眠之照明情境。其它如結合來電電話、電子信箱等,串連相關資訊,提供視覺的訊息提示,或是透過物聯網與其他家電訊息連結互動,更能結合日常生活,達到智慧家庭的理想情境。


關鍵字:智慧照明,DALI,物聯網,智慧家庭

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