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智慧照明聯網趨勢與發展1/2

發布於 2017-02-09 • 更新於 2017-02-10

林志穎˙李清然˙李麗玲/工業技術研究院綠能與環境研究所

一、前言

照明的目的為滿足萬物對於光的需求，而如何使用最少的能源，達到最有效的照明效果，是目前各國競相投入的研究目標。據統計，全球各主要工業國的照明用電約其占總用電的10% ~ 20%（2010），而其節能潛力是所有主要用電類別中最高者；2013年台灣地區照明用電約為267億度，占總用電10.9% [1]，若能更有效的運用照明用電，將可減少大量的能源消耗。

照明節能的方式，除了透過材料、照明設備的效率提升之外，藉由對照明設備進行控制管理與適當的配置設計，以合理規劃能源的使用方式，也能達到大幅節能之目的。常見的照明管理方式如配合作息時間做時序化控制、偵測人員狀態做自動開關切換，以及配合晝光應用對照明設備之出光量進行調整等。

隨著生活水平的提升，人們對於照明品質也日益注重，追求節能的同時，如何兼顧照明的質與量也更顯重要。智慧照明系統可依人的生、心理和被照物的需求做適當的照明效果調整（如亮度、色溫和色彩等），而近年蓬勃發展的LED照明燈具，相較於傳統光源，具有更易於調光之特性，搭配不同色溫、色彩LED晶粒之燈具，可做到調光、調色的功能，讓光色彩的變化更加豐富，也促使智慧照明的應用進入了蓬勃發展的階段。

伴隨智慧城市、智慧家居的崛起，智慧照明也受到注目，據工研院IEK對照明市場發展趨勢之分析，預估2018年全球智慧照明市場規模將達58.9億美元[2]。

二、智慧照明系統功能與效益

智慧照明系統係由控制系統、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，視情況加入人機介面單元。目前的智慧照明系統常見之功能，除可以手動方式配合人機介面，直接進行照明設備的光輸出及色溫調整，以滿足使用者之需求外，也可透過感測器使用，偵測環境資訊，做為照明系統進行自動化調整策略之運算參數來源，此外還可連結網路取得環境資訊，如日照時間及溫、溼度資訊等，達到可因應天氣變化自動做相對應之照明效果調整。

智慧照明系統依使用場域與性質，主要分為室內應用及戶外應用兩大類，在室內應用部份較著重於個人化、介面設計及照明情境等，較為細緻化的照明應用，在戶外部份則以安全性、維護管理與節能為主要之考量因素。

室內照明部份如居家場域，注重個人化設計應用，除可透過記憶、學習使用者習慣，自動做照明情境調整外，還可透過其它聯網設備如智慧型手機、電腦等裝置，進行遠距遙控，甚至兼具防盜功能。此外，透過智慧照明系統連網，除取得環境資訊外，更可進一步透過連結個人資訊，例如配合鬧鐘設定在時間將到達時，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、電子郵件信箱等，透過串連相關資訊，以視覺可見方式達到訊息提示，或是與其他家電訊息連結互動，更能與日常生活相結合[3]。

相較於居家空間的個人化，辦公室環境則注重照明品質以提升工作效率、並兼顧節能與舒適性，由於辦公室照明在白天使用的時間長，因此結合晝光照明的運用比起居家照明有更大的彈性空間與效益。晝光可視為一種不受控的光源，因此多數情況下是將人工光源配合晝光的強度及照明區域做調整，常見之作法為在空間中設置照度感測器，以感測器之回饋訊息進行區域性照明設備光輸出之調整，以達到空間照度平衡，改善42 《照亮你的生活》特別企劃照明趨勢及智慧應用新領域照度均齊度及能耗之效果。在晝光強度的處理上，可藉由如德國國會大廈之節能照明設計，以玻璃帷幕的穹頂搭配反光鏡使用，將戶外畫光引入室內；但在引入晝光的狀況下，同時可能出現過強之直射日光，帶來眩光以及熱輻射問題，連帶的影響到人員舒適度並加重空調系統的負擔。在眩光的處理手法上，德國國會大廈透過一可360度旋轉之大型遮陽板設計，自動依晝光方向做角度調整以隔絕直射日光所造成之眩光與輻射熱，有效運用晝光減少人工光源使用，達到節能的目的並兼顧照明品質[4]。

室外應用方面則以道路照明為主，路燈為提供道路交通安全照明之主要設備，數量眾多。如能在不影響道路安全之前提下進行有效之管理，將可達到相當可觀之節電效果。現有之路燈照明系統，除依時序做光源的開／關外，可配合感測器，在偵測到天候不佳時自動開啟光源，甚至偵測車輛、人員動態，做相對應之光源開啟與關閉，以及光輸出之調整。另一方面，由於路燈數量眾多且分佈範圍廣，造成管理不易，近年的路燈照明系統多結合定位資訊，以及設備狀態偵測與回饋功能，讓系統中央控制端可快速掌握照明設備狀態，以便在設備異常、故障時快速進行處理。又因路燈為城市中不可或缺的基礎建設之一，結合路燈與感測元件及通訊系統進行整合運用，將可取得大量的環境感測資料，並做為數據傳輸的路由（Router）媒介[5]，因而智慧路燈被視為是連結智慧城市之關鍵，也是推動照明設備聯網之推手。

三、智慧照明系統技術

目前的照明系統，進行單盞、群組燈具之開／關、調光及調色操作已是基本功能，其操作介面參考如圖 1，操作實景如圖2至圖5所示，可配合定時器，進行時序及周期控制。然而單向的通訊僅能便於使用者進行設備之操作，但無法掌握設備之狀態資訊。較完善之照明系統多採雙向通訊設計，有助於系統端及使用者充份瞭解設備現況，裝置資訊畫面如圖6，提供燈具目前之操作狀態資訊。