Zastosowanie inteligentnych systemów sterowania i zarządzania oświetleniem w znacznym stopniu przyczynia się do oszczędności energii, jednocześnie tworząc optymalne warunki oświetleniowe, mające istotny wpływ na komfort użytkowania poszczególnych pomieszczeń.
Obecnie można zaobserwować coraz większe zainteresowanie systemami sterowania oświetleniem, zapewniającymi nie tylko odpowiednie warunki świetlne w pomieszczeniach i określonych strefach budynku, ale również racjonalnie niskie zużycie energii, co przekłada się na ograniczenie kosztów jego eksploatacji. Zważywszy na to, że w typowym budynku użytkowym oświetlenie generuje około 40% rocznych kosztów energii elektrycznej, jak najbardziej uzasadnione jest stosowanie rozwiązań służących do zarządzania oświetleniem.
W przypadku zaawansowanych systemów sterowania oświetleniem, wykorzystujących możliwości wynikające z powszechniej dostępności technologii cyfrowych oraz aplikacji bazujących na rozproszonych systemach monitoringu i sterowania, w przypadku ich prawidłowego wdrożenia są nie tylko przyjazne użytkownikowi oraz łatwe w utrzymaniu, ale przede wszystkim pozwalają na efektywne zarządzanie oświetleniem całego budynku z jednego centralnego miejsca, co usprawnia konserwację i eksploatację.
Należy zauważyć, że sterowanie oświetleniem oparte na integracji systemowej i zaawansowanym funkcjonalnie oprogramowaniu umożliwia również przesył danych, zarówno pomiędzy poszczególnymi elementami systemu, jak i elementami innych podsystemów w budynkach. Mowa tu m.in. o systemach mechanicznych, przeciwpożarowym oraz bezpieczeństwa. W wyniku takiej integracji systemów można efektywnie zarządzać wszystkimi odbiorami energii w budynku, a w konsekwencji zredukować zużycie energii. A trzeba również mieć świadomość, że zużywa się jej naprawdę dużo. Według danych Międzynarodowej Agencji Energii (IEA – International Energy Agency) samo oświetlenie pochłania 14% zużywanej energii elektrycznej w Europie i 19% na całym świecie.
Z punktu widzenia oszczędności i komfortu
Jak wynika z ankiety przeprowadzonej przez redakcję magazynu Inteligentny Budynek, połowa respondentów uważa, że z punktu widzenia komfortu użytkowania oraz oszczędności energii konieczne jest stosowanie zaawansowanych funkcjonalnie i zintegrowanych systemów sterowania oświetleniem w budynkach. Druga połowa sondowanych osób twierdzi, że korzystanie z tego rodzaju rozwiązań jest przydatne, ale nie niezbędne. Warto podkreślić, że żaden z ankietowanych nie zaznaczył, iż systemy sterujące oświetleniem są niepotrzebne.
Źródło: ankieta czasopisma Inteligentny Budynek
Zdaniem 76% osób biorących udział w badaniu zastosowanie automatycznego sterowania oświetleniem ma uzasadnienie zarówno w budynkach komercyjnych, jak i mieszkalnych. Z kolei pozostałe 24% respondentów twierdzi, że używanie tego typu systemów jest zasadne jedynie w przypadku budynków komercyjnych, m.in. w biurowcach (rys. 1).
Strategie sterowania oświetleniem
Nadrzędną funkcją instalacji oświetlenia jest zapewnienie optymalnych parametrów świetlnych, na co wpływ ma nie tylko wybór opraw oświetleniowych i źródeł światła, ale także dobór odpowiednich strategii sterowania oświetleniem. Tak kompleksowe podejście do kwestii oświetlenia niewątpliwie pozytywnie wpływa na komfort osób przebywających w poszczególnych częściach budynku, a także pozwala na znaczne oszczędności energii elektrycznej.
Jak pokazuje rys. 2, w opinii 74% sondowanych osób najlepszą strategią sterowania oświetleniem jest zastosowanie czujników ruchu/obecności, których zadaniem jest detekcja osób przemieszczających się lub znajdujących się w poszczególnych pomieszczeniach, co w konsekwencji powoduje automatyczne włączenie, podtrzymanie i przy braku obecności, wyłączenie oświetlenia. Na uwagę zasługuje fakt, że czujniki mogą działać samodzielnie, bezpośrednio załączając oświetlenie lub też, w przypadku integracji w ramach sieciowych systemów sterowania, tylko przekazywać sygnał do odpowiedniego sterownika sterującego oświetleniem.
Źródło: ankieta czasopisma Inteligentny Budynek
Działanie czujników jest zasadniczo szybkie i niezawodne. Dzięki zastosowaniu technologii pasywnej podczerwieni (PIR – Passive InfraRed) czujniki generują sygnały załączenia i wyłączenia światła, w sposób automatyczny reagują na połączenie ruchu i ciepła, wytwarzanego np. przez ludzi. W tym wypadku samo otwarcie drzwi nie wystarczy, żeby włączyło się oświetlenie. Aby do tego doszło, dana osoba musi wejść w obszar objęty przez czujnik.
Co ważne, technologia PIR pozwala na sterowanie kilkoma oprawami na dużej przestrzeni przy użyciu jednego lub kilku czujników. Jest to rozwiązanie, które można z powodzeniem stosować w przypadku różnego rodzaju budynków i przestrzeni. Przykładem są obiekty biurowe, w których znajduje się wiele obszarów o różnym natężeniu ruchu, takich jak np.: korytarze, toalety, pomieszczenia techniczne czy garaże.
Nieco inaczej przedstawia się sytuacja z czujnikami korzystającymi z technologii radarowej. W przeciwieństwie do technologii PIR oprawa z czujnikiem radarowym umożliwia stworzenie systemu czułego na każdy rodzaj ruchu. W tym wypadku czujniki zareagują nie tylko na wejście osoby do danego pomieszczenia, ale także na samo otwarcie drzwi czy nawet na ruch za cienkimi ścianami oraz drzwiami. Warto dodać, że obie technologie mogą ze sobą współpracować i wzajemnie się uzupełniać.
Co ciekawe, oprawy PIR mogą być wyposażone w funkcję światła stałego, z możliwością regulacji natężenia światła. Rozwiązanie to sprawdzi się zwłaszcza w obszarach wymagających ciągłego oświetlenia.
Źródło: GTV
Innym rozwiązaniem, które zgodnie ze wskazaniami 67% ankietowanych znalazło się na drugim miejscu najbardziej korzystnych strategii sterowania oświetleniem, jest wykorzystanie światła dziennego. W tym wypadku natężenie oświetlenia elektrycznego jest automatycznie dostosowywane tak, aby maksymalnie wykorzystać dostępną w danym pomieszczeniu, przestrzeni ilość światła dziennego. Z uwagi na to, że światło dzienne cechuje się wysoką zmiennością intensywności oświetlenia oraz składu widmowego w zależności od pory dnia i warunków pogodowych, stosowanie inteligentnych systemów sterowania oświetleniem, które uwzględniają zmienność dopływu światła dziennego, jest posunięciem jak najbardziej racjonalnym i uzasadnionym.
Jeśli chodzi o inne strategie sterowania oświetleniem, z badania wynika, że co trzeci respondent za najlepsze rozwiązanie uznał harmonogramowanie czasowe – oświetlenie w zdefiniowanych obszarach włącza się, wyłącza lub też ściemnia na podstawie z góry określonego i konfigurowalnego harmonogramu.
Ponadto ok. 30% uczestników sondażu uważa, że najlepszą strategią sterowania oświetleniem jest strojenie zadaniowe (maksymalne poziomy natężenia są ustawiane do konkretnych zadań bądź dla konkretnych pomieszczeń, tak aby zapobiec zbyt mocnemu oświetleniu) oraz sterowanie indywidualne (użytkownicy mogą dostosować oświetlenie w miejscu pracy do własnych preferencji przez graficzny interfejs np. umieszczony na panelach dotykowych, tabletach, poszczególnych komputerach).
Z kolei ok. 20% ankietowanych za najlepsze rozwiązanie uznało strategię polegającą na zmniejszeniu obciążenia sieci (odpowiedź na zapotrzebowanie) – sterowanie oświetleniem może prowadzić do zmniejszenia zapotrzebowania na energię całego budynku. W określonych rejonach, w czasie podwyższonego zapotrzebowania na energię, oświetlenie jest wtedy wyłączane bądź przyciemniane.
Należy zauważyć, że zaawansowane systemy sterowania oświetleniem pozwalają na wdrożenie wszystkich sześciu wymienionych strategii jednocześnie. Bez tego rodzaju systemu należy liczyć się z pewnymi ograniczeniami, oznaczającymi możliwość zastosowania jedynie harmonogramowania czasowego, sterowania ruchem/obecnością oraz wykorzystania światła dziennego.
Co istotne, w przypadku systemów bazujących na sterownikach konwencjonalnych nie jest możliwe pełne wykorzystanie światła dziennego. Wymagają one jednego czujnika światła dziennego do sterowania grupą świateł, zazwyczaj w jednym obwodzie lub szeregu, w konsekwencji czego duża liczba opraw sterowana jest w ten sam sposób. Chcąc wdrożyć strojenie zadaniowe, personalne oraz oparte na obciążeniu sieci, konieczne jest zastosowanie scentralizowanego oprogramowania sterowniczego.
Przede wszystkim DALI
Uczestników badania zapytaliśmy również o to, które systemy sterowania oświetleniem mają najwięcej zalet. Zdaniem co drugiego ankietowanego najwięcej korzyści można osiągnąć, korzystając z cyfrowego protokołu sterowania oświetleniem DALI (Digital Addressable Lighting Interface). System DALI, który po raz pierwszy został przedstawiony w 2000 roku na międzynarodowych targach we Frankfurcie, to standard interfejsu dla elektronicznych układów zasilających z możliwością regulacji strumienia świetlnego typu open source. Z uwagi na dużą elastyczność i funkcjonalność rozwiązanie to jest chętnie wybierane i stosowane zarówno w przypadku pojedynczych pomieszczeń, jak i złożonych koncepcji oświetleniowych dla całych pięter lub obiektów wielopiętrowych. Nie bez znaczenia jest także prostota w instalowaniu oraz obsłudze systemu DALI, co oznacza, że instalatorzy i użytkownicy nie muszą uczestniczyć w specjalistycznych szkoleniach w zakresie sprzętu oraz oprogramowania.
System DALI, który zdążył zdobyć sporą popularność głównie w instalacjach komercyjnych, pozwala kontrolować maksymalnie 64 indywidualne oprawy oświetleniowe lub 16 grup opraw w trybie transmisji (Broadcast), za pomocą przewodu dwużyłowego.
Z uwagi na zaawansowaną technologię systemy DALI stosowane są z powodzeniem w energooszczędnych budynkach, współpracując z inteligentnym oświetleniem, a także umożliwiając wprowadzanie zmian z poziomu pojedynczego użytkownika. Istotne jest, że instalacje DALI można bardzo łatwo zintegrować z istniejącymi systemami automatyki budynku lub uwzględnić je już na etapie projektowania budynku – wówczas technologia DALI wprowadzana jest w systemach głównych magistrali.
Można powiedzieć, że system DALI jest rozwiązaniem pośrednim pomiędzy prostym analogowym sterowaniem a kompleksowymi rozwiązaniami sterowania budynków, takimi jak np. BMS, BCS, bazującymi na otwartych, międzynarodowych standardach: LonWorks, KNX czy BACnet.
Jeśli chodzi o system KNX, to w opinii co trzeciej osoby biorącej udział w ankiecie zasługuje on na miano najlepszego rozwiązania służącego do sterowania oświetleniem. Jednak możliwości systemu znacznie wykraczają poza tę funkcję, gdyż rozwiązanie to umożliwia integrację różnych funkcji automatyki budynkowej, niezależnie od producenta osprzętu. Ze względu na duże możliwości integracji instalacja KNX pozwala na współpracę ze wszystkimi systemami mającymi wpływ na komfort użytkowania. Oznacza to, że system umożliwia sterowanie ogrzewaniem, roletami, markizami, bramami, oknami połaciowymi czy systemami bezpieczeństwa. Technologia KNX jest jednolitym, otwartym standardem, chętnie stosowanym zarówno w obiektach użyteczności publicznej, jak i w budynkach mieszkalnych.
Jak pokazuje rys. 3, spośród najkorzystniejszych technologii sterowania oświetleniem na trzecim miejscu znalazł się system DMX, który zdobył 21% wskazań ankietowanych.
Źródło: ankieta czasopisma Inteligentny Budynek
System DMX (Digital Multiplex) to cyfrowy protokół komunikacyjny stworzony na potrzeby sterowania oświetleniem, który jest używany powszechnie w teatrach, na scenie, w muzeach itd. Obecnie coraz częściej stosowany jest również w budownictwie. DMX, bazujący na standardzie interfejsu szeregowego RS-485, służy przede wszystkim do sterowania oświetleniem wielokolorowym, RGB oraz temperaturą oświetlenia. Przy pomocy DMX możliwe jest tworzenie odpowiednich efektów świetlnych w przypadku np. obiektów architektonicznych czy fasad, co pozwala wyeksponować architektoniczne detale. W większości przypadków wykorzystywana jest wówczas technologia LED, odznaczająca się bogactwem kolorów światła oraz dużą wydajnością.
System DMX umożliwia sterowanie maksymalnie 512 kanałami jednocześnie. Na uwagę zasługuje fakt, że szybkość transmisji danych wynosi aż 250 kB/s, dzięki czemu system ten jest idealnym rozwiązaniem wszędzie tam, gdzie wymagana jest bardzo duża liczba lamp RGB oraz dynamiczne zmiany barw.
Warto dodać, że za inne korzystne rozwiązania i technologie wykorzystywane w systemach sterowania oświetleniem zostały uznane przez ankietowane osoby takie technologie, jak: 1-10V (14%), LonWorks (12%) oraz EnOcean (7%).
Źródło: GTV
Jeśli chodzi o nowoczesne przyciemniane oprawy z interfejsem 1-10V, to w połączeniu z odpowiednimi elementami kontrolnymi i czujnikami tworzą podstawę dla realizacji prostych i niedrogich systemów sterowania oświetleniem.
Co do technologii LonWorks (skrót LON pochodzi od terminu Local Operating Network) jest to ogólnoświatowy standard dla rozproszonych systemów automatyki i sterowania, który został stworzony przez firmę Echelon. Do komunikacji wykorzystywany jest standardowy protokół LonTalk, co pozwala na współpracę urządzeń LonWorks pochodzących od różnych producentów. Z uwagi na swoją złożoność funkcjonalną LonWorks sprawdza się dobrze nie tylko w przypadku sterowania oświetleniem, ale także podczas realizacji wielu innych zadań z zakresu automatyki budynkowej, m.in. takich, jak kontrola dostępu, sygnalizacja przeciwpożarowa czy układy HVAC.
Z kolei EnOcean jest technologią radiową, która nie wymaga użycia baterii. Energia jest pobierana przez czujniki z najbliższego otoczenia – nawet niewielkie zmiany w ruchu, ciśnieniu, temperaturze, świetle lub wibracjach są wystarczające do transmisji sygnałów radiowych. Z uwagi na to, że EnOcean jest technologią bezprzewodową, charakteryzuje się dużą elastycznością projektowania oraz niskimi kosztami instalacji. Rozwiązanie to sprawdza się w systemach automatyki budynkowej – zarówno w przypadku sterowania oświetleniem, jak i roletami, układami HVAC czy temperaturą.
Autorka: Agata Abramczyk
Tekst pochodzi z nr 1/2017 magazynu „Inteligentny Budynek”.