DALI
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發掘節能潛力點 智慧照明有效降低能源損耗
依據Freedonia Group研究報告預測，到2025年，美國智慧照明系統銷售額將可望達到44億美元(圖1)。智慧照明成長趨勢的三大驅動因素為，第一，更廣泛的智慧科技和物聯網市場的快速成長需求，包括智慧家庭裝置的興起、智慧城市基礎建設需求及非住宅樓宇自動化的普及等。第二，無線、遠端、語音控制等智慧照明方式，讓消費者容易了解智慧照明並產生興趣。第三，對於非住宅應用領域，節能是智慧照明最大特點之一。
圖1 美國智慧照明市場
智慧照明控制裝置，包括任何與光源或燈具分開的照明專用控制設備(例如中央照明系統控制箱等)，在2017年已經占智慧照明銷售總額的63%，市場前景十分看好。未來智慧照明應用領域，將分成非住宅與住宅應用。其中，非住宅應用的關鍵在於節能，將運用由感測器所組成的大型感測網路和智慧分析，大幅降低能耗。至於對普通用戶來說，智慧照明主要吸引力為其所帶來的便利性。未來所有的大樓設計，在初始興建時便整合智慧照明功能，進而更快速推動樓宇自動化和物聯網世界的來臨。
高效節能/維護便利是智慧照明控制系統主要優點
由於智慧照明控制系統的需求量很大，隨著LED技術的飛躍，燈光控制的重要性也越趨重要。未來的商業建築將以數位化(Digital)燈光控制來建構。除了因智慧照明控制可藉由轉換到LED技術，而降低能源消耗達30%~60％。且在轉換過程中，其額外投資成本可在2年內獲得回收。第二個原因在於除了節約能源之外，也大大減少操作維護工作量，而諸如故障情況、運行時數和能源消耗等運行參數，也都可為各別燈具集中存取。
因應智慧照明需求，在過去幾年中，協定數位化可定址照明介面(Digital Addressable Lighting Interface, DALI)已日漸風行。使用該匯流排系統，可減少安裝過程中的配線耗損，並且經由靈活組合照明器具，能將所有優點功能發揮得淋漓盡致。此外還具備其他功能特色，例如經由對照明場景的預先設定、可監測燈光、同步調節燈具的精確亮度，或控制照明器具等，以增強系統功能。
DALI的特色即為簡易布線和高度可靠性。除了原本用於供電的三條電線之外，僅須使用兩條額外的附加線，可延伸至300公尺通訊距離。接到安定器的連線也毋須考慮其極性，DALI每通道可支援最多64個安定器，且可區分為群組。每個通道最多可容許16個群組。
導入智慧照明 機場節能效果顯著
接下來以簡單智慧照明控制案例作為說明。以台達子公司LOYTEC為例，在2013年便於曼徹斯特機場第2航廈，利用恆光照明控制及人員偵測功能整合設置了一個現代化的DALI照明系統，之後更進一步延伸到機場第1和第3航廈公共區域(圖2)。
圖2 英國曼徹斯特機場節能成效照明十分卓越
節能第一步便是全面更換LED照明，節能降低六成。但再加裝L-DALI照明控制系統後，節能成效更加卓越。首先，在所有區域安裝L-DALI人員偵測/日光感測器，再搭配智慧場域處理器，一旦區域/閘道無人使用時，照明會自動關閉，並引用自然光來減少能耗。尤其主要特色在於2014年後整合機場航班訊息系統(Chroma)，使照明設定可以基於實際航班的變動狀況機動調整，達到照明效率的最大化，這樣照明控制技術，也遠超過於原本預設節能成效。最高可節省89%的能耗，三個航廈合計，一年相當於節省700萬度電。
此外，系統可提供個別照明裝置詳細的管理資訊，如安裝日期、調光水平、故障狀況以及整體能耗。系統所提供的資料，也成為曼徹斯特機場資產優化過程中的關鍵支援工具，而網頁介面也是管理者管理維護的最佳幫手。
靈活運用不同照明控制產品/控制策略實現節能目標
在上述案例中，L-DALI控制器是整個系統的核心。根據型號不同，L-DALI可控制多達4個DALI通道，這就意味著可控制總數多達256個燈具。內置DALI匯流排可為供電之用，更可節省控制櫃的成本和空間。此外，使用液晶顯示螢幕上的旋鈕即可進行簡單設置以及IP位址配置，並對連接的DALI通道進行簡易檢查，在現場端十分方便。更由於本機端所具操作功能，諸如更換故障DALI設備等維護任務，通常只需內部技術人員即可完成，毋須使用任何電腦設備(PC或筆記本電腦)。
L-DALI控制器整合照明應用(圖3)，俱已包含所有標準應用場景，包括人員偵測、恆照度控制、樓道燈控、排程控制等等。提供不同參數可允許靈活調配定制化的解決方案。更重要的是，可結合不同控制規畫，例如：可根據於一天中不同的時間需求來做不同的調整。控制器也負責監測DALI設備。如果設備出現故障或者回報錯誤，例如：燈泡故障，就會產生警報並予記錄。另外，能耗及作業時數也會列入計算。同時也納入其他控制器廣受歡迎的功能，諸如：警報、歷史趨勢、事件驅動的電子郵件等等，也都可供利用。
圖3 LOYTEC照明控制系統架構圖
除了控制器之外，照明應用的感測器和致動器也十分重要。所有的L-DALI感測器和致動器，都是經由DALI匯流排與L-DALI控制器相連接的。由於裝置可從DALI匯流排中取得電力，故毋須額外供電。
因此，布線不但容易且更具成本效益。LDALI-MS2多重感測器則可提供照度及恆光控制所需的人員偵測訊息。最大安裝高度5公尺，典型涵蓋面積38平方公尺(安裝高度3公尺)，對大多數應用場景而言，多重感測器十分具有成本效益。即使有任何特殊需求，諸如庫房需較高安裝高度，或任何其它指定需求，仍然無礙於其使用它大廠(歐司朗、飛利浦、泰邦HTS、銳高等等)的各種DALI感測器。
使用LDALI-BM2按鈕式耦合器，可以簡單、經濟、有效的整合自訂照明按鈕和開關到DALI系統之上。每具LDALI-BM2具有四個輸入。按鈕操作所觸發的動作則可以靈活的予以配置(調光、開/關、場景調用、變化色溫等等)。按鈕也可設定為手動覆寫任何自動操作。最後，LDAL-RM3繼電模組可被整合至非DALI燈具及其他L-DALI與燈具所共同控制的負載。典型的應用場景是廁所和盥洗室的風扇，或是分隔牆和根據現場需求而上拉或下移屏幕的驅動馬達。
此外，裝置調試可藉由一個網頁介面就完成(圖4)，無論該網頁介面是整合在控制器上或是整合在PC配置軟件上。後者還能夠讓使用者進行系統的離線預配置，所有照明應用的參數、群組任務、場景和連線的設置，皆可事先在辦公室內裡使用PC予以執行。因此，現場調試僅需針對實體裝置部份進行分派即可完成。各種設定精靈及使用者介面也會從客戶反饋中持續改善，降低維護時間及管理人力，因為，現場調試到最後往往僅能使用少量時間來進行(圖5)。
圖4 簡單的維護任務可在設備上直接執行
圖5 經由PC軟體或友善的網路介面進行裝置調試
此外，還可經由LWEB-802所提供的HTML5網頁使用者介面來操作。一旦實施自動操作的話，此類網頁為基礎的虛擬房間控制單元提供自動模式足可涵蓋基本功能，手動模式則可經由辦公室PC、平板、智慧手機操作，也可免除機械開關和觸控螢幕等配備成本(圖6)。對於較小的專案提供了網頁版等多種操作介面的選擇，然而較大的專案則仍建議採用中央主機電腦(例如LWEB-900)為佳，L-WEB應用程式可以直接常駐於L-DALI控制器中。
圖6 系統提供廣泛的操作介面選擇
可視化功能可以清楚顯示照明系統的狀態，而其參數、控制規畫及排程器則可輕鬆變更參數配置。當室內使用狀況發生變化，而須依據用電量及使用者舒適度進行調整時，此一特點也是極適用且重要的。系統發出的警報既可以在樓宇管理系統的前端進行顯示，也可以電子郵件發送。
系統參數均可儲存於歷史趨勢日誌，並使用於分析報告之中。而對系統相連接的DALI燈具狀態報告，以及監測燈具運行時數，方便計劃其維護週期。且在報表功能的幫助下，收集到的資料將以能耗報告、室內使用統計或維護列表的形式來加以呈現。系統內各層級皆具高效率備份及還原功能，無論是L-DALI控制器或DALI裝置，保證了系統具有高度可用性。一旦更換故障零件，原設置配置也可輕鬆以最後備份來進行還原。因此，這些任務僅需內部技師即可達成，又使得維護成本得以最小化。
支援多通訊/結合第三方系統 實現智慧照明整合
要實現智慧照明，控制器須提供樓宇自動化系統所有常用通訊介面，幫助連結其他系統。所有的數值和參數都可藉由如：BACnet、Lon-Mark、OPC和網頁服務等標準化協議予以存取。支援多種通訊協議也開拓了無數的可能性，包含：
1.照明系統可無縫整合到其他系統(如暖通空調，遮陽簾控制和存取控制)以及樓宇管理系統。例如多重感測器所提供訊息，也可以提供給自動化系統中其他不同的部分利用(如暖通空調和存取控制)。反之亦然，這項訊息也可由樓宇自動化系統的其他感測器或來源所提供(例如存取控制)。同樣的，連接到LDALI-BM2的按鈕也可用於控制其它子系統(如遮陽簾)，或者連接到I/O模組(BACnet、LonMark)的按鈕，或整合到照明應用中。
2.所有房間功能的可視化和操作，乃是藉由一致性的使用者介面來達成的，無論其使用的是網頁操作、觸控螢幕或樓宇管理系統的可視化應用，皆可任其自由運用。軟硬體資源共享不僅節省金錢，更顯著提高使用者滿意度。畢竟，應該沒有人會願意安裝好幾個不同的智慧手機應用程式來控制燈光和室溫。
3.DALI感測器訊息以及調光數值可在L-DALI控制器之間進行共享。因此，照明應用是可以跨越多個控制器來實現的。
總上所述，因應照明控制市場需求的爆發性成長，現今更換LED照明燈具已經基本節能策略，如何更上層樓，幫助業者針對其產業屬性來尋找更深入的節能潛力點，透過更多元、有效的不同照明控制方式及策略來做節能，藉以協助企業節省更多能耗成本及人力管理，仍是許多照明控制廠商的目標，希冀持續推廣智慧照明好處，讓智慧照明更上層樓。
(本文作者為LOYTEC產品經理Dipl.-Ing. Jörg Bröker，由台達樓宇自動化解決方案事業群行銷部編輯)