编辑手记:
萧弘清老师是研究智能控制、智慧照明领域多年的专家,对于照明的方向和智慧照明的内涵有非常新颖独到的观点,在智慧照明领域也有一些前沿的研究成果。今天,我们就跟随着萧老师的脚步,听听他对未来的照明以及智能照明的解读。
萧弘清
台湾科技大学电机工程系教授
台湾照明学会常务理事/学刊委员会主任委员
一、LED 照明的未来——智慧照明
目前 LED 照明的光效已经慢慢地趋于稳定,光效再提升的潜力已经不大,此外在中国大陆市场的低价竞争下,LED产品的价格也已基本持平。
当前LED已经变成大众化、商品化的产品,LED 照明在商业领域的市场已经大致稳定下来了。
在当前 LED 照明的红海市场中,大众化的 LED 通用照明要创造高产值与高利润已经完全不可能,需要其他的创新点来开启新一轮的利润增长。
对此,萧弘清老师认为:健康照明和智能控制、智慧照明,将是企业未来的发展方向;此外还有些特殊领域的应用,比如医疗、农业领域,也是目前大家关注的点。
在健康照明方面,LED 在本质上拥有调光和混光的优点,因此可以模拟自然界的环境,以健康为起点,以人为本来营造好的视觉光环境。
在智能控制方面,LED 的调光远比气体放电灯、荧光灯更方便。在发挥 LED 本身节能这一特质的基础上,再考虑日照条件、天然采光条件的因素,通过调光控制,可以实现更好的节能效果。
所以智能控制和健康照明是这两年大家都注重的焦点。
二、当前行业发展智慧照明的误区
对于当前行业内部分企业对智慧照明的研发,萧老师认为:在大方向上是对的,但是大多数企业没有把握住智慧照明的内涵。展会上 99% 的产品都只是智能照明控制,一点智慧照明的内涵都没有。
那么,智能照明控制与智慧照明的区别又在哪里呢?智慧照明要怎么做?
为了满足日益提升的城市生活质量需求,“智慧城市”这一概念应运而生。慢慢出现了智能交通和智慧医疗,再后来就是大数据云、大资料库,这才衍生出了智慧城市、智慧家居的概念。
照明行业部分从业者为了迎合这些概念,转而想要用手机、遥控器去控制灯光照明,这样做智慧照明,其实是迷失了方向,走错了路。
现在许多照明展会上,企业都在展示用手机、用 iPad 来控制照明设备,比如在家里遥控某个灯具的灯光,在城市的控制中心测试某个路灯的用电量或者有没有故障,这些只是硬体控制设备,不是新鲜玩意。
简单地通过手机去控制灯具的开关或明亮,把智慧照明定义成通过大数据云、资讯系统进行照明控制,是错误的。
三、智慧照明的内涵
那么智慧照明要怎么做呢?萧老师从应用端和零组件端为我们详细地描述了智慧照明应该关注的重点方向。
(一)应用端的智慧照明
智慧照明可以说是健康照明和智能照明的结合。一方面,在室内照明应用中通过传感器进行自动控制、自动调光,感测自然光线的强弱,进而调整灯光的明暗;另一方面,需要了解到底把灯光调到什么样的亮度,对人的眼睛最舒服、最健康。
只有做到以上这两点,才能算得上是智慧照明。所以医学界和照明界应该进行相关实验,深入了解人类的眼睛在什么样的亮度下用眼更合适、每次用眼多长时间才符合健康、舒服的用眼习惯。
在客厅、卧室或者办公室这样的室内场所,末端的智慧照明通过传感器感测室内条件,包括外部光线强弱,室内的人类活动,然后通过调光来满足这个房间内的使用者的用光需求,这才是智慧照明。
先开灯再做控制也可以,先把灯打开,通过传感器感测出这个人的行为活动,再调整灯的亮度和色温。
所以,智慧照明应该做到:针对消费者活动状态的变化,自动调整出最舒服最健康的照明环境。比如读书写字,一般认定年轻人最起码应有 500Lx 以上的照度;老年人则需要调整到 800 或 900Lx 以上,才是最适当的照度。
但这样专业性的操作调整,一般消费者怎么能轻易做到呢?因此,期待消费者去手动调光,不论是手机或 ipad,都是错误的设计。
这就是缺乏同理心、没有站在消费者的角度来看待商品的智能照明。
让消费者自己去开关、调光,那只是智能照明,不叫智慧照明,因为消费者不懂得什么样的亮度是最好的,也不知道亮度调到95%跟99%有什么差别。只有调光调色技术,缺乏健康的概念,设计出的产品也是不健康的,属于没有人性的产品。
消费者不懂光色视觉理论,在使用时,很难调整出合格的、健康的照明光环境。从这个角度去看的话,目前市场上所有智能台灯通通不及格!
企业不应该只是站在商业角度 ( 如成本 ) 及纯技术的角度去开发产品,而不去深入思考消费者真正要什么。
(二)零组件的智慧照明
当前 LED 照明发光模块功率规格非常乱,光学模块端的电压电流规格也没有标准化。因此,驱动电源厂家需要设计不同的驱动电路或者镇流器,输出不同的电压电流来满足不同光学模块的要求,导致了不同厂家之间的光学模块和驱动电路没办法互换,性能规格不兼容的问题。
智慧照明可以针对这个问题发挥功能,例如设计一个驱动电路,能够自动去检测并匹配所连接的光学模块。不管连接的发光模块是哪家公司的产品,规格怎样,电压电流规格多少,只要在驱动电路的最大功率范围以内,驱动电路就能自动调整出光源模块所需要的规格。
只要把它接上去,光源立刻就可以发亮。比如说 30W 的驱动电路, 30W 以下通通可以适用,这种兼容是有必要的。另外,接上去之后还需要能够接收外面的控制信号,实现调光等智能控制要求。
这样不仅可以大幅度减少驱动电源厂家的产品规格,还可以减少企业界的研发浪费,不同公司研发浪费的成本,可以在现有的基础上节省 80% 。此外,能够互相兼容的产品,消费者也容易做维护保养,买东西才会放心,不会被绑死,不会因为买不到替代的零组件,被迫丢掉大部分仍属正常的灯具设备。
比如某一个室内灯具太暗了,只要换一个新的或更高光效的发光模块,把光源升级,从 15W 变成 18W,镇流器、驱动电路不用换,这可以大大提升光源厂及照明企业营业的竞争力,也是真正爱护地球资源的环保概念。
如果因为一个电解电容的故障,就要抛弃98%以上均仍属完好无缺的LED球泡灯,这样的 LED 照明产品也是不道德的设计。
在模块的规格标准化规范方面,之前欧司朗、飞利浦等知名品牌国际大厂和国内各省市,都在推行光组件界面的标准化,欧洲 Zhaga 系统与中国内各省市 ( 包括广东省 ) 的标准光组件也包含在内。
但是这种没办法做兼容替换的标准规范是不会成功的,因为这些所谓的标准规范,都是需要其他厂家全部放弃原来投资研发出来的规格。目前大家所推行的光组件标准规格,都是希望把对方给消灭掉,把自己的规格标准变成全国或全球唯一标准,用这种心态去做标准的制定,都是偏差与不正确的。
目前在国内的智能照明展会和论坛上,有推行 ZigBee 的,也有推行 WiFi 和蓝牙的,谁都没办法互相去整合在一起。对此,萧弘清老师认为,重点不在于选用什么样的信号传输方式,而是在于不同管道送过来的控制信号,必须要有固定标准的格式。
说到底,WiFi、蓝牙或者 ZigBee 通讯只是把信号送出去的载具而已,照明界要整合的是规范控制信号格式,不管什么样的通讯模式传过来的信号,必须按照照明标准的规矩来传。
这个部分,需要国家介入来做规范与标准规格的整合。把这个标准统一下来,整合信号的格式和规格。把这个界定清楚之后,所有的照明企业通通照这个标准做。这种标准和规格,才是照明业界要做的标准化,但是具体怎么做,是要花些脑筋来思考的。
一个口令一个动作,口令要很清楚明确。
在智能控制信号的格式统一之后,驱动电源或者控制器就能做到ZigBee的信号可接收,蓝牙、WiFi 的信号也可以接收,并进行正确的解读。驱动电源和发光模块连接上以后,前端检测到控制信号,要这个灯具发出 4200K 的色温,这个驱动动电源就可以自动调整输出的电压电流,让发光模块输出 4200K 的灯光。
四、智能照明爆发领域
说起智能照明最有可能爆发的领域,萧弘清老师认为最快的应该会是商业照明,智能家居控制一样也会爆发,但是没那么快。智能照明最基本的是亮度和色温的调节,而这在商业照明场所,马上就可以应用起来,而且商业照明的业主也肯投资肯花钱。
不同的展示商品,需要不同的灯光来打亮。比如白色衣服需要白光才更亮丽,红色衣服需要偏红光才能显示尊贵,红色衣服也打白光是不对的。可是换灯具的成本太大了,所以商业照明对色温变化的需求是很高的。
此外,商业照明和办公室照明肯花钱,因为空间大,调光需求高。而普通家居领域,客厅照度都在 200Lx 以下,不需要高瓦数、高光通量,对节电的需求不大。
健康的城市照明需要安全的行车环境,要有充分的路面照度让车、人有安全感。智能照明控制可以调节路面照度,来达到更好地节电,需要注意的是照度需要和色温匹配。高照度时,色温可以是 4000K;低照度的时候,色温就要拉高。
夜晚的道路照明,如果在 23:00—02:00 这一时间段内,想从 30lx 的照度降到 15lx 时,色温就一定要调高到 4500K 以上或者 5000K 以上,需要较高色温;在人车不多的凌晨 02:00-05:00 点这段时间,路面照度可以再降低到10lx 或者 5lx,但色温就要拉到 6000K 以上,或者更高。
所以智慧城市在交通道路照明方面,要能做到三段或者四段的照度变化,色温也要跟着照度改变而改变。
五、企业建议
企业发展智能照明要接地气,要了解消费者到底要什么,清楚地了解消费者需求。不能盲目的追求控制的能力和功能。
设置一大堆功能,可以干这个功能、干那个花样,而忘了哪些才是消费者真正要的。企业所设想的这些功能,消费者到底需不需要?
此外,太复杂的操作,也往往可能导致消费者不知道使用哪个按键,才能调出自己要的功能,需要要花费时间精力去学习使用,这样是不对的。
智慧照明是必须能自动调整出,我从事工作时舒适及必要的光环境条件。读书写字需用台灯,那么台灯在 40 分钟后,就要能提醒你该休息了,这些功能才是有必要的。现在很多展览会现场展示的照明产品,都忘记了灯具本来的作用是什么。
台灯就台灯,还加个风扇,风扇消耗的功率比光源还大,到底是台灯附带风扇,还是风扇附台灯?目的主从关系完全颠倒掉了。
所以开发产品要想到使用你产品的人,会是在什么情况下来用这个产品,对产品的真实需求是哪些。如果忽视这些消费者需求,却设计一大堆花拳绣腿的功能,强迫消费者花钱买了 70% 以上的,几乎从来不会派上用场的功能,这种企业心态与抢匪又有什么不同?
商业照明控制主要需求是变亮度和色温,也有人去变光束角,聚焦或者泛光,窄角、宽角等等,这个方向大家都差不多,都符合智能控制的方向,因为商业照明场所需要展示商品,一定会有这种变色温的需求。
但是这些场所未必需要很多控制功能,除非你做的是一个纯照明展示间,但那卖的是照明产品,而不是百货商品。一般店铺不需要这么复杂,所以如果商业照明企业设计了很复杂的遥控功能或开关操作,店铺导购员也就需要慢慢去学这么一大堆复杂的控制功能,实用意义和实用性都不大。
搞太复杂的功能,不是商业场所要的,而且花很多的研发费用,无形中让产品成本提高,也会导致产品及企业缺少竞争力。此外,家居智能照明产品要给到业主能够接受的价格,一定要分出等级。
标准款是标准功能,保证能让 60%-70% 的人能够买得起。基本款价格低廉,功能不用太多、太花俏,保证调出来的光是健康的,是符合人性需求的光,满足 20% 的人节能减排,享受好的光环境的需求。剩下 5-10% 的人,就是超级有钱人,对这部分用户,就可以设计拥有一大堆功能的土豪版,想怎么玩怎么玩。
台湾当前有企业研究,通过墙壁上的传统开关实现线性调光就是个很好的方案。通过在灯具和灯泡里面加装控制器,沿用墙壁上的传统开关,根据按着开关的时间长短,实现线性调光,直到调至需要的亮度。并且控制器会帮助用户把参数记忆下来,下次开灯时,就会是这个习惯亮度。
这就是基本款的智能照明控制,发展到极致据说还可以改色温,也是很好的努力方向!当然,如果再能够符合人性化需求及健康的概念来设计控制操作,将会是实现智慧照明的起步,这才是未来照明产业界的新蓝海!