Система управления освещением — это интеллектуальное сетевое управление освещением, которое включает в себя связь между различными входами и выходами системы, связанными с управлением освещением, с использованием одного или нескольких центральных вычислительных устройств. Системы управления освещением широко используются как для внутреннего, так и для наружного освещения коммерческих, промышленных и жилых помещений. Системы управления освещением иногда называют термином « умное освещение» . Системы управления освещением служат для обеспечения нужного количества света там и тогда, когда это необходимо. [1]
Системы управления освещением используются для максимизации экономии энергии от системы освещения, соответствия строительным нормам или соответствия программам зеленого строительства и энергосбережения . Системы управления освещением могут включать технологию освещения, разработанную для энергоэффективности , удобства и безопасности. Это может включать высокоэффективные светильники и автоматизированные элементы управления , которые вносят коррективы в зависимости от таких условий, как занятость или наличие дневного света. Освещение — это преднамеренное применение света для достижения некоторого эстетического или практического эффекта (например, освещение нарушения безопасности). Оно включает рабочее освещение , акцентное освещение и общее освещение.
Термин «управление освещением» обычно используется для обозначения автономного управления освещением в пространстве. Это может включать датчики присутствия , таймеры и фотоэлементы , которые жестко подключены для управления фиксированными группами светильников независимо. Регулировка выполняется вручную в каждом месте расположения устройства. Эффективность и рынок управления освещением жилых помещений были охарактеризованы Консорциумом по энергоэффективности . [2]
Термин система управления освещением относится к интеллектуальной сетевой системе устройств, связанных с управлением освещением. Эти устройства могут включать реле , датчики присутствия , фотоэлементы , выключатели управления освещением или сенсорные экраны , а также сигналы от других систем здания (например, пожарная сигнализация или HVAC ). Настройка системы происходит как в местах расположения устройств, так и в местах расположения центральных компьютеров с помощью программ или других интерфейсных устройств.
Главным преимуществом системы управления освещением по сравнению с автономными элементами управления освещением или обычным ручным переключением является возможность управления отдельными источниками света или группами источников света с одного устройства пользовательского интерфейса . Эта возможность управления несколькими источниками света с пользовательского устройства позволяет создавать сложные световые сцены. В комнате может быть несколько предустановленных сцен, каждая из которых создана для различных видов деятельности в комнате. Главным преимуществом систем управления освещением является снижение потребления энергии. Более длительный срок службы лампы также достигается при затемнении и выключении света, когда он не используется. Беспроводные системы управления освещением обеспечивают дополнительные преимущества, включая снижение затрат на установку и повышенную гибкость в отношении того, где можно разместить переключатели и датчики. [3]
На освещение приходится 19% мирового потребления энергии и 6% всех выбросов парниковых газов . [4] В Соединенных Штатах 65 процентов потребляемой энергии потребляется коммерческим и промышленным секторами, и 22 процента из них используется для освещения.
Умное освещение позволяет домохозяйствам и пользователям удаленно управлять охлаждением, отоплением, освещением и приборами, сводя к минимуму ненужное использование света и энергии. Эта возможность экономит энергию и обеспечивает уровень комфорта и удобства. За пределами традиционной индустрии освещения будущий успех освещения потребует участия ряда заинтересованных сторон и сообществ заинтересованных сторон. Концепция умного освещения также включает использование естественного света от солнца для сокращения использования искусственного освещения и простую концепцию выключения освещения людьми, когда они выходят из комнаты. [5]
Интеллектуальная система освещения может гарантировать, что темные зоны будут освещены во время использования. Освещение активно реагирует на действия жильцов на основе датчиков и интеллекта (логики), который предвосхищает потребности жильцов в освещении.
Свет может быть использован для того, чтобы отпугнуть тех, кто находится в местах, где им не следует находиться. Например, нарушение безопасности — это событие, которое может привести к включению прожекторов в месте нарушения. Профилактические меры включают освещение ключевых точек доступа (например, пешеходных дорожек) в ночное время и автоматическую регулировку освещения, когда домочадцы отсутствуют, чтобы создавалось впечатление, что в доме есть жильцы.
Системы управления освещением обычно обеспечивают возможность автоматической регулировки выходной мощности осветительного прибора на основе:
Хронологические расписания включают определенное время дня, недели, месяца или года.
Графики солнечного времени включают время восхода и захода солнца , часто используемое для переключения наружного освещения. График солнечного времени требует установки местоположения здания. Это достигается с использованием географического местоположения здания либо через широту и долготу, либо путем выбора ближайшего города в заданной базе данных, указывающей приблизительное местоположение и соответствующее солнечное время.
Занятость пространства в первую очередь определяется с помощью датчиков присутствия . Умное освещение, использующее датчики присутствия, может работать в унисон с другими источниками освещения, подключенными к той же сети, для регулировки освещения в соответствии с различными условиями. [6] В таблице ниже показана потенциальная экономия электроэнергии за счет использования датчиков присутствия для управления освещением в различных типах помещений. [7]
Преимущества ультразвуковых устройств заключаются в том, что они чувствительны ко всем типам движения и, как правило, не имеют пробелов в покрытии, поскольку они могут обнаруживать движения вне зоны прямой видимости. [8] [7]
Потребление электроэнергии для освещения можно регулировать путем автоматического затемнения и/или переключения электрических ламп в зависимости от уровня дневного света . Сокращение количества используемого электрического освещения при наличии дневного света называется сбором дневного света .
В ответ на технологию дневного освещения были разработаны автоматизированные системы реагирования, связанные с дневным светом, для дальнейшего снижения потребления энергии. [9] [10] Эти технологии полезны, но у них есть свои недостатки. Во многих случаях может происходить быстрое и частое включение и выключение света, особенно при нестабильных погодных условиях или когда уровни дневного света меняются вокруг переключаемой освещенности. Это не только беспокоит жильцов, но и может сократить срок службы лампы. Разновидностью этой технологии является «дифференциальное переключение» или фотоэлектрическое управление «мертвой зоны», которое имеет несколько освещенностей, с которых оно переключается, чтобы уменьшить беспокойство жильцов. [11] [12]
Условия тревоги обычно включают сигналы от других систем здания, таких как пожарная сигнализация или система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха , которые могут вызвать аварийную команду, например, «все огни включены» или «все огни мигают».
Программная логика может связать все вышеперечисленные элементы вместе, используя такие конструкции, как операторы if-then-else и логические операторы . Интерфейс цифрового адресуемого освещения (DALI) определен в стандарте IEC 62386.
Использование автоматического затемнения света является аспектом интеллектуального освещения, который служит для снижения потребления энергии. [13] Ручное затемнение света также имеет тот же эффект снижения потребления энергии.
В статье «Экономия энергии за счет датчиков присутствия и персонального управления: пилотное полевое исследование» Галасиу, А.Д. и Ньюшам, Г.Р. подтвердили, что автоматические системы освещения, включающие датчики присутствия и индивидуальные (персональные) элементы управления, подходят для офисных помещений с открытой планировкой и могут сэкономить значительное количество энергии (около 32%) по сравнению с обычной системой освещения, даже если установленная плотность мощности освещения автоматической системы освещения примерно на 50% выше, чем у обычной системы. [14]
Полный датчик состоит из детектора движения , электронного блока управления и управляемого переключателя/реле. Детектор обнаруживает движение и определяет, есть ли в помещении люди. [9] Он также имеет таймер, который подает сигнал электронному блоку управления после установленного периода бездействия. Блок управления использует этот сигнал для активации переключателя/реле для включения или выключения оборудования. Для освещения существует три основных типа датчиков : пассивный инфракрасный , ультразвуковой [8] и гибридный.
Обнаружение движения (микроволновое), обнаружение нагрева (инфракрасное) и обнаружение звука; оптические камеры, инфракрасное движение, оптические провода, датчики дверного контакта, тепловые камеры, микрорадары, датчики дневного света. [15]
В 1980-х годах возникла острая необходимость сделать коммерческое освещение более управляемым, чтобы оно стало более энергоэффективным. Первоначально это делалось с помощью аналогового управления, что позволяло управлять люминесцентными балластами и диммерами из центрального источника. Это был шаг в правильном направлении, но прокладка кабелей была сложной и, следовательно, нерентабельной.
Tridonic была одной из первых компаний, перешедших на цифровые технологии с помощью своих протоколов вещания DSI в 1991 году. DSI был базовым протоколом, поскольку он передавал одно контрольное значение для изменения яркости всех приборов, подключенных к линии. То , что делало этот протокол более привлекательным и способным конкурировать с устоявшимся аналоговым вариантом, было простое подключение.
Существует два типа систем управления освещением:
Примерами аналоговых систем управления освещением являются:
В производственном освещении система 0-10 В была заменена аналоговыми мультиплексными системами, такими как D54 и AMX192, которые сами по себе были почти полностью заменены DMX512 . Для диммируемых люминесцентных ламп (где она работает при 1-10 В, где 1 В - минимум, а 0 В - выключено) система заменяется на DSI, которая сама находится в процессе замены на DALI.
Примерами цифровых систем управления освещением являются:
Все это проводные системы управления освещением.
Существуют также беспроводные системы управления освещением, основанные на некоторых стандартных протоколах, таких как MIDI , ZigBee , Bluetooth Mesh и других. Стандартом для цифрового адресуемого интерфейса освещения, в основном в профессиональных и коммерческих развертываниях, является IEC 62386-104. Этот стандарт определяет базовые технологии, которые в беспроводных технологиях являются VEmesh, который работает в промышленном диапазоне частот Sub-1 GHz, и Bluetooth Mesh , который работает в диапазоне частот 2,4 GHz.
Другие известные протоколы, стандарты и системы включают в себя:
Новый тип управления системой освещения использует подключение Bluetooth напрямую к системе освещения. Недавно он был представлен Philips HUE и компанией с новым названием Signify, ранее известной как Philips Lighting . Для этой системы потребуется смартфон или планшет, на который пользователь может установить специальное приложение Philips Hue Bluetooth. Для работы лампочек Bluetooth не требуется мост Philips Hue. Для управления освещением с помощью этой системы не требуется Wi-Fi или подключение к данным.
Умные системы освещения могут управляться с помощью Интернета для регулировки яркости освещения и расписания. [6] Одна из технологий включает в себя интеллектуальную сеть освещения, которая назначает IP-адреса лампочкам. [16]
Шуберт предсказывает, что революционные системы освещения предоставят совершенно новые средства восприятия и трансляции информации. Мигая слишком быстро для того, чтобы это заметил любой человек, свет будет собирать данные с датчиков и переносить их из комнаты в комнату, сообщая такую информацию, как местоположение каждого человека в здании с высоким уровнем безопасности. Основное внимание Future Chips Constellation уделяется интеллектуальному освещению, революционно новому направлению в фотонике, основанному на эффективных источниках света, которые полностью настраиваются с точки зрения таких факторов, как спектральный состав, характер излучения, поляризация, цветовая температура и интенсивность. Шуберт, возглавляющий группу, говорит, что интеллектуальное освещение не только обеспечит лучшее, более эффективное освещение; оно обеспечит «совершенно новые функциональные возможности».
Системы управления архитектурным освещением могут интегрироваться с управлением включением-выключением и диммером театра и часто используются для освещения дома и сцены , а также могут включать рабочее освещение , репетиционное освещение и освещение вестибюля . Станции управления могут быть размещены в нескольких местах в здании и различаться по сложности от отдельных кнопок, которые вызывают предустановленные параметры-виды, до настенных или настольных ЖК- сенсорных консолей. Большая часть технологий связана с системами управления освещением жилых и коммерческих помещений.
Преимущество систем управления архитектурным освещением в театре заключается в возможности для персонала театра включать и выключать рабочее освещение и освещение зала без необходимости использования пульта управления освещением . С другой стороны, художник по свету может управлять тем же освещением с помощью световых сигналов с пульта управления освещением, например, переход от освещения зала к началу представления и первый световой сигнал представления контролируются одной системой.
Функция традиционной системы аварийного освещения заключается в обеспечении минимального уровня освещенности при возникновении сбоя напряжения в сети. Поэтому системы аварийного освещения должны запасать энергию в модуле аккумуляторной батареи для питания ламп в случае сбоя. В таких системах освещения внутренние повреждения, например, перезарядка аккумуляторной батареи, поврежденные лампы и отказ пусковой цепи, должны быть обнаружены и устранены специалистами.
По этой причине прототип интеллектуального освещения может проверять свое функциональное состояние каждые четырнадцать дней и выводить результат на светодиодный дисплей. С помощью этих функций они могут тестировать себя, проверяя свое функциональное состояние и отображая внутренние повреждения. Также можно снизить стоимость обслуживания.
Основная идея заключается в замене простого блока измерения линейного напряжения, который появляется в традиционных системах, на более сложный, основанный на микроконтроллере. Эта новая схема возьмет на себя функции измерения линейного напряжения и активации инвертора, с одной стороны, и надзор за всей системой: состоянием лампы и батареи, зарядкой батареи, внешними коммуникациями, правильной работой силового каскада и т. д., с другой стороны.
Система обладает большой гибкостью, например, возможна связь нескольких устройств с главным компьютером, который будет постоянно знать состояние каждого устройства.
Разработана новая система аварийного освещения на основе интеллектуального модуля. Микроконтроллер как устройство управления и контроля гарантирует повышение безопасности установки и экономию затрат на обслуживание.
Другим важным преимуществом является экономия затрат при массовом производстве, особенно если используется микроконтроллер с программой в ПЗУ.
Достижения в области фотоники уже преобразуют общество, так же как электроника произвела революцию в мире в последние десятилетия, и она продолжит вносить еще больший вклад в будущем. Согласно статистике, рынок оптоэлектроники в Северной Америке вырос до более чем 20 миллиардов долларов в 2003 году. Ожидается, что рынок светодиодов ( светоизлучающих диодов ) достигнет 5 миллиардов долларов в 2007 году, а рынок твердотельного освещения, по прогнозам, достигнет 50 миллиардов долларов через 15–20 лет, как заявил Э. Фред Шуберт, [18] старший заслуженный профессор Уэллфлитского университета по специальности «Созвездие будущих чипов» в Ренсселере.
