Sterowanie oświetleniem. Nowoczesne rozwiązania z zakresu sterowania oświetleniem i ich możliwości

2018-09-12 8:40 dr inż. Tomasz Zarębski Katedra Elektroenergetyki i Napędów Elektrycznych Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie
Oświetlenie korytarza
Autor: gettyimages Oświetlenie w bydynkach mieszkalnych

Sterowanie oświetleniem, systemy automatyki budnkowej w oświetleniu są coraz powszechniejsze. Dynamiczny rozwój nowoczesnych technologii, powoduje zwiększone zapotrzebowanie na energię elektryczną i z tego względu można zaobserwować ogólnoświatowy trend ekonomiczny polegający na dysponowaniu nią we właściwy sposób. A możliwe jest to m.in. właśnie dzięki systemom sterowania oświetleniem.

Artykuł jest częścią akcji specjalnej TERMOMODERNIZACJA, w której przekonujemy, jak ważne jest kompleksowe do niej podejście.

Sterowanie oświetleniem

W Unii Europejskiej oświetlenie stanowi 14% całkowitego zużycia energii elektrycznej. Zastosowanie nowoczesnych rozwiązań pozwoliłoby je zmniejszyć do poziomu 30–70%. Jak wynika z opracowań Krajowej Agencji Poszanowania Energii, 2/3 europejskich instalacji oświetleniowych pochodzi z lat 60–70. XX wieku, a tempo modernizacji oświetlenia biurowego wynosi zaledwie 7%. Na optymalizację zużycia energii elektrycznej w układach oświetlenia pomieszczeń wpływa wiele czynników. Najważniejsze z nich to:

  • jakość i trwałość źródeł światła,
  • skupienie strumienia świetlnego, wynikające z układów optycznych opraw oświetleniowych,
  • stan techniczny opraw i źródeł światła,
  • współczynniki odbicia od ścian i sufitów,
  • stosowanie układów sterowania oświetleniem.

W ostatnich latach znacznie zmniejszyło się zużycie tradycyjnych lamp żarowych (żarówek) na rzecz innych źródeł światła, co związane jest z dużymi korzyściami finansowymi, jakie można dzięki temu uzyskać. Oprócz tego typu działań warto także zwrócić uwagę na sposób sterowania oświetleniem, tzn uruchamiać światło wtedy, kiedy jest to konieczne. Nowoczesne systemy sterowania oświetleniem umożliwiają zmniejszenie poboru energii o kilkadziesiąt procent. Regulacja względem światła dziennego pozwala zaoszczędzić do 30%, a montaż czujników ruchu do 40%. Połączenie obu tych metod obniży zużycie o 50%, a jednoczesne zastosowanie sterowania zegarowego oraz względem światła dziennego może przynieść ponad 35-procentowe oszczędności.

Układy oświetlenia wewnętrznego w budownictwie wielorodzinnym zapewniają oświetlenie części wspólnych budynków, takich jak klatki schodowe, korytarze, piwnice, parkingi itp. Część z tych miejsc, jak np. klatki schodowe, jest ogólnie dostępna, co powoduje częste użytkowanie światła. Z tego względu celowym wydaje się stosowanie systemów zapewniających racjonalne gospodarowanie energią elektryczną. Zgodnie z polskimi normami natężenie oświetlenia w korytarzach i ciągach komunikacyjnych powinno wynosić co najmniej 100 lx przy UGR 28 i Ra > 40, a na schodach (zwykłych i ruchomych) o 50 lx więcej. We wszystkich budynkach użyteczności publicznej, zakładach pracy oraz na ogólnodostępnych drogach komunikacyjnych w budynkach wielorodzinnych wiążąca jest także norma PN-EN 1838:2005 „Zastosowanie oświetlenia. Oświetlenie awaryjne”. Oznacza to, że projektanci oświetlenia muszą zawrzeć w planowanym systemie oprawy z zasilaniem awaryjnym, gwarantujące możliwość bezpiecznej ewakuacji z budynku w razie zaniku oświetlenia podstawowego.

oświetlenie klatki schodowej
Autor: Thinkstockphotos Przykład oświetlenia wewnętrznego klatki schodowej w budynku wielorodzinnym

Oprawy takie powinny znaleźć się:

  • przy każdych drzwiach wyjściowych (wyjścia ewakuacyjne),
  • w pobliżu schodów, tak aby każdy stopień był oświetlony bezpośrednio,
  • w pobliżu każdej zmiany poziomu podłoża,
  • przy wyjściach ewakuacyjnych i znakach bezpieczeństwa,
  • przy każdej zmianie kierunku,
  • przy każdym skrzyżowaniu korytarzy,
  • na zewnątrz i w pobliżu każdego wyjścia końcowego,
  • w pobliżu każdego punktu pierwszej pomocy,
  • w pobliżu każdego urządzenia przeciwpożarowego i przycisku alarmowego.

W obiektach o rozbudowanych układach komunikacyjnych oznaczać to może bardzo dużą liczbę opraw oświetleniowych, a co za tym idzie – wysokie koszty instalacji. Polskie normy dopuszczają integrowanie oświetlenia podstawowego z awaryjnym, zasilanym z akumulatorów wbudowanych w oprawy lub z centralnej baterii. Wybór takich rozwiązań nie tylko poprawia estetykę oświetlanych przestrzeni, lecz także znacznie obniża koszty zakupu i instalacji oświetlenia.

W trakcie eksploatacji istotnym problemem dla właścicieli budynków stają się natomiast koszty energii elektrycznej zużywanej na oświetlenie. Dlatego już na etapie projektowania oświetlenia należy poszukiwać rozwiązań, które ograniczą koszty wykończenia i użytkowania ciągów komunikacyjnych.

Sterowanie oświetleniem wewnętrznym

Najpopularniejszym źródłem światła stosowanym na klatkach schodowych i w garażach jest wciąż tradycyjna lampa żarowa (żarówka) o niskiej sprawności, która często się przepala i zamienia na światło jedynie 5–10% pobranej energii, a pozostałą część na ciepło. Ze względów ekonomicznych jest to rozwiązanie bardzo nieefektywne, gdyż znacząco podnosi koszty związane ze zużyciem energii elektrycznej. Aby tego uniknąć, zaleca się używanie źródeł światła o wyższej skuteczności świetlnej. Koszt zamiany żarówek tradycyjnych, halogenowych bądź kompaktowych na ledowe zwraca się już po kilku lub kilkunastu miesiącach. W przypadku części ogólnodostępnych oświetlanych niewielką liczbą źródeł światła wciąż stosowane są układy oparte na łącznikach klawiszowych schodowych i krzyżowych. Schemat takiego rozwiązania przedstawiono na rysunku.

sterowanie oświetleniem schemat
Autor: T. Zarębski Schemat elektryczny sterowania punktu oświetleniowego za pomocą łączników instalacyjnych schodowych i krzyżowego

Jego wadą jest dość skomplikowane połączenie wszystkich łączników. Podobną funkcjonalność przy dużo prostszym połączeniu zapewnia użycie przekaźnika bistabilnego, co przedstawia rysunek (BIS-411 firmy F&F).

schemat elektryczny sterowania punktu oświetleniowego
Autor: T. Zarębski Schemat elektryczny sterowania punktu oświetleniowego za pomocą przekaźnika bistabilnego i łączników dzwonkowych

Przedstawione standardowe rozwiązania są bardzo popularne i trwałe, ale zawsze powodują włączenie wszystkich źródeł światła, a podstawową zasadą świadomego użytkownika energii powinno być uruchamianie oświetlenia tylko wtedy, gdy jest to niezbędne. Przykładowo, całościowe oświetlenie klatki schodowej, w przypadku gdy jeden lokator zamierza dojść z mieszkania do windy na tej samej kondygnacji, jest stratą energii. W budynkach wielorodzinnych, użyteczności publicznej czy biurowych znajduje się wiele pomieszczeń, w których światło jest włączane tylko na chwilę, np. wspomniane klatki schodowe, magazyny, garaże, piwnice. Idealnym rozwiązaniem dla tego typu przypadków jest zastosowanie czujników ruchu, które zapewniają oświetlenie w wybranym miejscu i określonym czasie. Gdy osoba znajdzie się w zasięgu działania czujnika ruchu, włączy on oświetlenie, a gdy je opuści, światło zostanie wyłączone.

Oszczędności z użycia oświetlenia automatycznego wiążą się nie tylko z mniejszym zużyciem energii podczas eksploatacji, lecz także niższymi kosztami instalacji: brakiem konieczności montażu włączników, a co za tym idzie – również rozplanowywaniem i montowaniem puszek instalacyjnych oraz innych elementów związanych z manualnym sterowaniem oświetleniem czy mniejszą ilością okablowania. Na rynku dostępne są różne rodzaje czujek ruchu.

oświetlenie korytarza
Autor: gettyimages Urządzenia wykorzystujące wysokie częstotliwości najlepiej sprawdzą się w pomieszczeniach wewnętrznych, np. w korytarzach, na klatkach schodowych. W przeciwieństwie do urządzeń aktywnych w podczerwieni czujniki wysokiej częstotliwości działają znacznie szybciej, reagują bezpośrednio na ruch bez opóźnienia. W związku z tym nie występują w tym przypadku ograniczenia ich prawidłowej pracy związane z temperaturą otoczenia czy też kierunkiem ruchu wykrywanego obiektu

Sterowanie oświetleniem zewnętrznym

Projektując nowoczesny układ oświetlenia zewnętrznego, można mskorzystać z szerokiej gamy sterowników różniących się przede wszystkim funkcjonalnością. Podstawowe modele uruchamiają moduły świetlne po otrzymaniu sygnału z czujnika ruchu bądź mnatężenia oświetlenia, a bardziej zaawansowane urządzenia mogą realizować nawet rozbudowane sceny świetlne. Najprostszymi urządzeniami przeznaczonymi do sterowania oświetleniem zewnętrznym są czujniki ruchu. Stosowane są w miejscach, w których nie jest wymagana ciągłość oświetlenia. W zależności od przeznaczenia i częstości użytkowania oświetlanej przestrzeni mmożna ustawić czas oraz poziom natężenia oświetlenia. W przypadku bardziej zaawansowanych rozwiązań można wykorzystać programatory czasowe, które pozwalają na zautomatyzowanie pracy systemu oświetlenia w zadanym przedziale czasowym.

W tego typu rozwiązaniach można również zaprogramować stopniowe lub płynne ściemnianie w zakresie 0–100%, przy niezależnym sterowaniu każdą z opraw.
Wyłączniki zmierzchowe to urządzenia pozwalające na automatyczne sterowanie oświetleniem zewnętrznym w zależności od natężenia światła otoczenia.

Istnieją sterowniki mogącepracować zarówno samodzielnie, jak i we współpracy z innymi urządzeniami. Czułość natężenia jest regulowana w zakresie od 1 do 80 lx. Zaawansowane modele są wykonane w technice cyfrowej i mogą mierzyć natężenie oświetlenia otoczenia z dokładnością do 1 lx. W celu wyeliminowania krótkotrwałych przełączeń i wyłączeń spowodowanych np. chwilowym oświetleniem czujnika, w niektórych modelach przewidziano zdefiniowanie opóźnienia przy przełączaniu oświetlenia na poziomie 1 min.
Często stosowanym rozwiązaniem jest integracja sterownika oświetlenia zewnętrznego z zegarem astronomicznym. Nowoczesne rozwiązania umożliwiają wprowadzenie oddzielnej korekty czasu załączenia i wyłączenia dla lata i zimy, kwartału lub miesiąca, co pozwala znacząco zredukować koszty oświetlenia.
W nowoczesnych sterownikach coraz częściej uwzględnia się moduły GSM, dzięki którym możliwe jest zdalne włączanie systemów oświetlenia za pomocą telefonu komórkowego. Synchronizacja czasu z systemem GPS pozwala na automatyczne dostosowanie mharmonogramu włączeń i wyłączeń oświetlenia.

oświetlenie zewnętrzne schodów
Autor: gettyimages Przy projektowaniu oświetlenia zewnętrznego należy zadbać o wybranie odpowiednich lokalizacji punktów oświetleniowych

Sterowanie oświetleniem - systemy automatyki budynkowej

Na rynku dostępne są rozwiązania przeznaczone zarówno dla bardzo rozległych instalacji, np. systemy KNX mogące integrować ponad 60 000 punktów czy też LCN (30 000 punktów), jak i do niewielkich domowych zastosowań. Są to systemy magistralne, a ich cechą wspólną jest łatwość rekonfiguracji. Magistrala może być zbudowana w formie przewodowej, np. w systemie LCN jest dodatkowa żyła danych w przewodach instalacyjnych, lub też, bezprzewodowej. W systemach automatyki budynkowej wszystkie urządzenia wchodzące w skład inteligentnej instalacji „widzą” się nawzajem, a z poziomu oprogramowania można je łączyć i parametryzować ich współpracę, tworząc tzw. grupy robocze. Ponadto możliwe jest przypisanie odpowiednich opraw oświetleniowych do konkretnych użytkowników, co jest istotne w przypadku wynajmowania części budynku. W prostszych rozwiązaniach do konfiguracji systemu wystarcza jedynie wkrętak. W razie potrzeby zmiany funkcjonalności instalacji w zakresie już istniejących jej węzłów nie ma potrzeby pracochłonnego kładzenia nowego okablowania, a wystarczy jedynie stworzyć nowe lub zmodyfikować już istniejące grupy. W systemach automatyki oferowane są różnego rodzaju czujniki, np. ruchu, natężenia oświetlenia, a także stacje pogodowe, które również można zaimplementować w układach sterowania oświetleniem. W przypadku oświetlenia zewnętrznego ogrodów lub alejek parkowych otaczających budynek wielorodzinny, systemy umożliwiają realizację różnorodnych scen świetlnych.

Sterowanie oświetleniem - podsumowanie

Niezależnie od systemu oświetlenia – wewnętrznego czy też zewnętrznego – można wymienić kilka uniwersalnych zasad pozwalających na zaprojektowanie energooszczędnego układu. Bardzo ważnym zagadnieniem jest dobór źródeł światła o niskim poborze energii. Ponadto racjonalne gospodarowanie energią elektryczną zapewniają układy, w których włączane są tylko źródła niezbędne w danej chwili. Do realizacji tej funkcji konieczne jest stosowanie detektorów ruchu. Czujniki zmierzchowe wykorzystywane w układach oświetlenia zewnętrznego również znacząco wpływają na optymalizację kosztów ich użytkowania, a czujniki natężenia oświetlenia mogą w układach oświetlenia wewnętrznego sterować źródłami światła znajdującymi się przy oknach, blokując ich włączanie podczas dobrych warunków słonecznych. Należy jednak zwrócić uwagę na fakt, że jednym z najważniejszych warunków racjonalnego użytkowania systemów oświetlenia jest edukacja ich użytkowników. Świadomość ponoszenia kosztów użytkowania wspólnych instalacji powinna być upowszechniana przez zarządców nieruchomości.

Artykuł ukazał się w publikacji „Obiekty Mieszkalne”
Zobacz e-wydanie

Więcej tematów związanych z zarządzaniem obiektami mieszkalnymi

REDAKCJA POLECA
termomodernizacja

Autor: Gettyimages

Artykuł jest częścią akcji specjalnej TERMOMODERNIZACJA, w której przekonujemy, jak ważne jest kompleksowe do niej podejście i jakie są obecnie możliwości finansowania takich przedsięwzięć.

Czy artykuł był przydatny?
Przykro nam, że artykuł nie spełnił twoich oczekiwań.
Czytaj więcej