感应器技术在节能楼宇中的应用分析

文｜施耐德电气（中国）有限公司 李 敏

随着节能建筑与绿色建筑在国内的推广，越来越多的节能应用方案应运而生，用于楼宇照明的节能化产品越来越多地出现在我们的周围。人体移动感应器、亮度感应器等各种感应器不仅大量地被应用到新建的楼宇中，在大量的节能改造型楼宇中也扮演着重要的角色。本文将着重分析人体移动感应技术在照明控制领域的应用，希望能对人体感应器产品在节能楼宇中的应用起到一定的参考作用。

1 人体移动/存在感应器分类

（1）被动红外感应器（PIR）

PIR是一种被动式的红外线探测元件，配合透镜的聚焦及折射处理，探测到红外线（带有热源的移动物体）信号后输出微弱变化的电子信号。后续电路对该信号进行处理，输出控制信号，实现负载的自动开关；通常使用继电器进行负载的开关操作。

（2）超声波感应器

超声波感应器的原理是利用超声波的多普勒效应实现对移动物体的探测——探头发射的超声波会在物体表面反射回来，若物体是静止的，反射波的频率将是不变的，反之则反射波的频率会发生变化；接收头对接收信号与发射信号的频率作比较，从而做出有无物体运动的正确判断。

（3）微波（高频电磁波）感应器

微波（高频电磁波）感应器同样利用了多普勒效应。电磁波也有反射的特性，当一定频率的电磁波碰到阻挡物的时候，就会有一部分电磁波被反射回来；如果阻挡物是静止的，反射波的波长就是恒定的；如果阻挡物向波源运动，反射波的波长就会比波源的波长短；如果阻挡物是向远离波源的方向运动，反射波的波长就会比波源的波长长。波长的变化，就意味着频率的变化。根据这一原理，制造一个无形的磁场。当有移动物体在磁场内移动时，磁场的频率将改变；通过电路对磁场信号的放大及比较，即可控制负载的开关。

2 感应器的特性比较

上文所述三种感应器的特性对比如表1所示。

（1）被动红外感应器

此类产品功能简单，应用范围最广，安装方便，性能较稳定；但是由于是探测红外线信号，所以比较容易受到环境温度的影响。在高温气候条件下，由于环境温度与人体温度接近，甚至比人体温度更高，所以此类产品难以识别出人体移动，灵敏度将大幅降低。另外在室内安装时，遮挡物如植物、办公桌隔板、资料柜等都会影响其探测灵敏度。

（2）超声波感应器

此类产品适用于环境较恶劣（如高温、潮湿）的地区及有较多障碍物（如隔板、屏风）存在的空间。在这些环境中，红外感应器会因灵敏度降低而产生不正常的动作，超声波感应器相比较之下不受温度、湿度及障碍物的影响，故可以取代红外感应器应用在这些环境中。但是，超声波感应器很容易受到气流以及噪声的影响而误动作，红外感应器则不易受这些因素的干扰。因此，目前出现了将超声波与被动红外技术集于一身的产品：双鉴感应器。这种感应器兼备了红外与超声波感应器的优点，实现了两种技术的缺陷互补，可以实现更精确的监测，大幅降低误动作的几率。

（3）微波感应器

此类产品具有覆盖面积大、温度范围宽的特点；并且由于微波的穿透力强，此类产品仅受少数物质（如金属）影响，所以可以安装在灯具内，不易受环境因素如风、灰尘、噪音、湿气等的影响。总体而言，此类产品抗干扰性强，很适合在恶劣的环境中使用；但由于微波穿透能力强，可穿透木板、玻璃、普通的砖墙等很多非金属材料，所以在安装使用时要特别注意潜在的误动作隐患。

3 感应器的应用分析

由于特性不同，不同功能的感应器对环境的依赖度也不尽相同，所以其实际应用也应因地而异。下面就对各类感应器的实际应用探讨一二。

（1）红外感应器

红外感应器是目前三类感应器中应用最多的，无论在商业建筑还是民用建筑中都可以看到。对于红外感应器来说，一般有三个参数决定感应器的工作状态：亮度值、探测范围（灵敏度）以及延时时间。普通的红外感应器一般通过旋钮电位器调节这三个参数。其中，亮度值的设定直接决定了感应器工作的限定值。一般晴天在有玻璃窗的办公室内，桌面最高照度可达到1400Lux～1600Lux；但通常情况下，实际探测值低于桌面亮度值（如图1、图2所示）。在实际应用中，感应器的安装高度，办公室窗户尺寸、形状的区别，都会使感应器探测的实际照度有所区别。

最理想的感应器亮度值设定方法是：当桌面实测照度达到标准值（如400Lux）时，探测感应器安装位置的照度，根据此照度调节感应器的亮度值旋钮。但是，实际工程中往往很难对整栋办公楼各个位置进行精确的照度测量；而且即使测量到需要设定的亮度值，感应器的旋钮电位器也不能很精确地定位到所需亮度值。

表1 感应器特性对比表

在这种复杂光亮度环境的要求下，目前市场上出现了配有红外遥控器，可通过红外遥控器记录当前亮度值的感应器产品。在桌面实测照度值为350Lux时，遥控器通知感应器自动记录此时的测量值，并将此值作为今后的触发限值；如此感应器工作时，只要桌面照度低于350Lux，灯光就会自动打开。这样既解决了感应器实际亮度测量的问题，又解决了旋钮电位器定位不准的问题。

感应器延时时间的设定应以后期人流的情况为依据。走廊、过道人流量较高，探测反应度高，延时时间可略短（2～5分钟）；办公室、会议室的人流量较低，人体活动较少，为了保证区域的照明延续性，延时时间应略长（5～15分钟）。

红外感应器宜安装在人体移动幅度较大的区域，例如走廊、过道、楼梯区域等。考虑到红外感应器的感应原理，其安装位置应尽量不与人体移动的轨迹处在同一条直线上，应安装在门或入口的侧面（如图3所示），并避免靠近热源（加热器、机柜等）。

（2）超声波感应器、双鉴感应器

超声波感应器由于探测灵敏度高，较易产生误动作，所以一般很少独立应用。将超声波与被动红外技术集于一身的双鉴感应器集合了超声波与红外感应器的优点，同时实现了二者技术方面缺陷的互补。双鉴感应器支持超声波/红外工作状态选择以及气流补偿功能选择。

进行超声波/红外工作状态选择主要是为了在不同的应用空间选择适合的感应触发条件。可以选择单红外、单超声波、“红外+超声波”以及红外/超声波工作状态。灵敏度要求极高的场所可以选择红外/超声波状态，即无论红外探头还是超声波探头探测到人体移动信号，均会开启负载——当然误动作也相对较多。选择“红外+超声波”状态，就可以很好地降低误动作率：只有当红外与超声波探头同时探测到人体移动时才打开负载；而一旦打开负载后，只要红外或者超声波探测器之一探测到人体移动，延时时间将重新计算，从而确保在有人时，不会出现因探测精度不足导致频繁开启/关闭照明等负载的情况。

双鉴感应器可以安装在多种室内区域，例如办公室、会议室、茶水间、卫生间等。双鉴感应器的气流补偿的主要作用是避免环境气流影响超声波探测器，使之产生误动作；但是使用该功能会降低感应器的探测灵敏度。为了避免气流对感应器造成直接的影响，在室内安装时，双鉴感应器或者超声波感应器的安装位置应离开空调出风口和窗口2m以上的距离；在40m2的空间内不可有其他频率的超声波，以免相互干扰；两个同样的产品间隔要大于6m，避免发生超声波干涉。

超声波及红外探测的探测范围如下：

◆ 超声波人体移动的感应区域为10×16m，360。的区域；

◆ 超声波人体微小动作的感应区域为8×10m，360。的区域；

◆ 红外主要感应区域为直径8m，360。的区域；

◆ 红外次要感应区域为直径4m，360。的区域。

图4、图5为双鉴感应器应用于教室、走廊的安装示意图。

（3）微波感应器

微波感应器同样有三个决定工作状态的参数：亮度值、探测范围（灵敏度）以及延时时间。它在照明领域的应用相对较少，但是在ATM机、安防以及感应门等领域已有广泛的应用。考虑到其穿透性，可以将其应用在环境恶劣且空间较大的区域，如仓库、数据中心机房等，安装时尽可能不要安装在木板楼板以及墙面上；不宜安装在室外，以免受雨雪影响产生误动作。此外，由于金属对微波有反射、折射作用，感应器安装时应避免靠近金属门或墙。基于微波信号穿透性的特性，目前还出现了微波感应器与灯具结合，实现单灯感应控制的做法。

图4 双鉴感应器在教室的安装应用示意图

4 结束语

通过以上的分析可以看到，不同的感应器因其不同的特性适用于不同的楼宇环境，不同的参数设置以及安装位置对感应器的灵敏度及实际应用效果的优劣有着巨大的影响。感应器的现场设计对于后期的应用有着举足轻重的影响，错误的参数设置与安装设计往往会导致感应器的误动作，甚至最终导致感应器的应用失败。在更多的情况下，需要根据建筑及控制区域的特点，酌情选择合适的感应器产品、合理的安装位置、恰当的参数设置，这样才能够真正得到节能的效果。