V niektorých priemyselných odvetviach predstavujú náklady na osvetlenie pracovných priestorov viac ako 60 % z nákladov na elektrickú energiu. V súčasnosti sa stavebné predpisy a normy čoraz viac zameriavajú na požiadavky na zavedenie riadenia úspory energie pri rekonštrukciách starých priestorov aj pri stavbe nových budov. To možno zabezpečiť práve reguláciou osvetlenia v priemyselných a iných budovách. Riadením osvetlenia sa šetria náklady na elektrickú energiu a zvyšuje sa kvalita pracovného prostredia. Osvetlenie pracovného prostredia vplýva na kvalitu, efektivitu, ale aj bezpečnosť práce. Nedostatočná intenzita osvetlenia môže v lepšom prípade spôsobiť zrakovú únavu.
Regulácia osvetlenia
Na riadenie osvetľovacích sústav v komerčných a priemyselných budovách sa používa široká škála zariadení a systémov. Obzvlášť zaujímavá je automatizácia osvetlenia, ktorá v súčasnosti predstavuje významnú úlohu v oblasti riadenia budov a energie. Osvetľovacie sústavy s automatickou reguláciou osvetlenia zapínajú, vypínajú alebo stmievajú osvetlenie v danom priestore na základe viacerých faktorov, ako je napríklad množstvo denného svetla vnikajúceho do vnútorného priestoru. Takýto systém môže byť k elektrickej sieti budovy pripojený vďaka neustále sa rozvíjajúcej technológii už aj bezdrôtovo.
Trh disponuje celým radom možností, ako regulovať intenzitu osvetlenia a dosiahnuť požadovanú úroveň jasu, akú farbu svetla zvoliť v rámci modelu RGB alebo ako zvoliť správnu teplotu svetla (od studenej po teplú bielu). Vďaka komplexným riešeniam možno regulovať všetky druhy žiaroviek: klasické s volfrámovým vláknom, halogénové a LED svetelné zdroje a iné.
Druhy komunikačných protokolov
Regulácia intenzity osvetlenia vyžaduje komunikačné rozhranie na prenos informácií do zariadenia. Jednou z bežne používaných metód je analógové riadenie 0 až 10 V. Naproti nemu je digitálny riadiaci systém, ktorý zmierňuje niekoľko komplikácií analógovej komunikácie. Najčastejšie používaným digitálnym komunikačným protokolom je DMX a DALI. Existuje mnoho možností káblového a bezdrôtového pripojenia, ktoré možno použiť na riadenie osvetlenia. Aký teda zvoliť?
Analógový signál 0(1) – 10 V
Analógový spôsob riadenia predradníkov napäťovým signálom 0(1) – 10 V je veľmi spoľahlivým riešením, ktoré je však vhodné skôr pre menšie inštalácie. Pri väčších inštaláciách je tento spôsob riadenia náročný na množstvo potrebnej kabeláže. Zmenou napätia sa mení osvetlenie, kde pri nulovom napätí sa svetlo stlmí na 0 %, resp. zhasne a naopak. Možnou nevýhodou je to, že každé zariadenie vyžaduje svoje vlastné zapojenie, čo robí inštaláciu dosť náročnou, ak je systém riadenia osvetlenia veľký a zložitý. Komunikácia v prípade tohto typu riadenia osvetlenia je jednostranná, t. j. zo svetiel neprichádza žiadny signál, pomocou ktorého by sa meral výkon.
PWM
Šírkovo-impulzná modulácia PWM je metóda, ktorou možno pomocou binárneho signálu (log. 0/1) regulovať napr. jas LED diódy. PWM tiež zabezpečuje energetickú efektívnosť modulácie prúdu, pretože sa pravidelne prepína medzi prúdom s plnou amplitúdou a nulovým prúdom, čím sa skracuje doba svietenia LED diód. Primárnou nevýhodou stmievania PWM je, že vysokofrekvenčné prepínanie môže generovať elektromagnetické rušenie (EMI) a zvukový šum.
DSI
DSI je digitálny komunikačný protokol, ktorý bol z veľkej časti predchodcom systému DALI. Rovnako ako zmena intenzity osvetlenia s analógovým signálom 0 – 10 V, aj DSI umožňuje kolektívne stlmenie skupiny svietidiel. Tam, kde analógový signál používal na zmenu osvetlenia meniace sa napätie, DSI pošle digitálne údaje na definovanie presnej úrovne osvetlenia. Aj keď DSI znižuje intenzitu osvetlenia, svetlo stále odoberá prúd, technicky povedané, nie je vypnuté.
DMX
DMX512 je protokol na digitálny prenos riadiacich informácií, najčastejšie používaný na divadelných scénach, javiskách a na dosiahnutie rôznych efektov. Vďaka DMX je veľmi jednoduché riešiť úlohy so zmenami farieb, napríklad v reštauráciách alebo v relaxačných zónach.
Komunikačné rozhranie DALI
Dohoda v rámci svetelného priemyslu o prijatí spoločného protokolu na digitálne adresovateľné riadenie svietidiel umožnila použitie prakticky neobmedzeného množstva možností regulácie umelého osvetlenia vo všetkých aplikáciách. Tak vznikol spoločný protokol DALI (Digital Addressable Lighting Interface), ktorý je v súčasnosti medzinárodne štandardizovaný prostredníctvom IEC 62386.
„Cieľom bolo vytvoriť jednotné rozhranie na ovládanie svietidiel bez ohľadu na výrobcu a typ svetelného zdroja. DALI umožňuje ešte efektívnejšie využívanie elektrickej energie. Inteligentné automatické ovládanie svietidiel možno flexibilne prispôsobovať podľa požiadaviek používateľa.“
Prvýkrát bol protokol DALI vypracovaný koncom 90. rokov. DALI je digitálna komunikačná zbernica vyvinutá na reguláciu osvetlenia, čo znamená, že systém dokáže stlmiť svetlo na veľmi presnú úroveň jasu. Najväčšou výhodou riešenia DALI je možnosť individuálneho nastavenia každého svietidla pri zachovaní veľmi jednoduchej topológie kabeláže. Obojsmerná komunikácia medzi predradníkom DALI a svietidlami znamená, že systém dokáže diagnostikovať problémy a prenášať spätnú väzbu a údaje do používateľského rozhrania (t. j. softvér pre PC). DALI nie je určený na rýchle zmeny a rôzne typy zaťaženia, ktoré sa často využívajú pri zábavnom osvetlení. Jeho schopnosť komunikovať so svietidlami individuálne, kolektívne alebo v skupinách prostredníctvom obojsmernej výmeny údajov poskytuje veľkú flexibilitu pri správe svietidiel. Vďaka tomu možno osvetľovacie systémy prekonfigurovať softvérovým preprogramovaním bez potreby meniť zapojenie. Protokol DALI umožňuje adresovanie, zoskupovanie a stmievanie až 64 svietidiel a riadiacich zariadení.
Od roku 2014 je k dispozícii nová verzia štandardu DALI-2, ktorá označuje aktualizovanú a vylepšenú verziu protokolu DALI. V porovnaní s DALI je v DALI-2 veľa nových príkazov a funkcií a zameriava sa na vzájomnú spoluprácu a prepojiteľnosť výrobkov. Zatiaľ čo DALI obsahovala iba predradník, DALI-2 obsahuje riadiace zariadenia, ako sú aplikačné radiče a vstupné zariadenia (napr. svetelné snímače), ako aj napájacie zdroje zbernice a tlačidlá. Certifikácia DALI-2 prináša prísľub výrazne zlepšenej vzájomnej spolupráce a prepojiteľnosti viacerých dodávateľov v porovnaní so súčasnými systémami DALI na trhu.
„DALI možno implementovať za rovnaké náklady ako alternatívne riešenia a je dôkazom budúcnosti vďaka schopnosti ľahko prekonfigurovať zariadenia, ak sa zmenia právne predpisy alebo požiadavky. V porovnaní s inými možnosťami sú teda riešenia DALI skutočne lacnejšie.
Budúcnosť DALI
DiiA (angl. Digital Illumination Interface Alliance) vyvíja štandardy, ktoré umožnia použitie riadenia osvetlenia systémom DALI v kombinácii s bezdrôtovými komunikačnými sieťami. Jednou z možností je použitie aplikačnej brány na komunikáciu medzi DALI a konkrétnym bezdrôtovým protokolom.
Druhou možnosťou je použitie bezdrôtového operátora na prenos príkazov DALI. Tento prístup je špecifikovaný v časti 104 normy IEC 62386, ktorá obsahuje niekoľko alternatív bezdrôtového a káblového prenosu ku konvenčnému káblovému systému zbernice DALI. Časť 104 nie je v súčasnosti zahrnutá do certifikačného programu DALI-2. V časti 104 však chýba množstvo dôležitých detailov, ktoré umožnia vzájomnú spoluprácu, prepojiteľnosť a certifikáciu. DiiA na nich neustále pracuje.
Bezdrôtová sieť má potenciál poskytnúť mnoho výhod, v neposlednom rade schopnosť rýchlejšie integrovať riadiaci systém do inštalovaných osvetľovacích sústav. Otázkou je, či DALI bude fungovať cez WiFi a ethernet. Jedným zo základných komunikačných protokolov v časti 104 je User Datagram Protocol (UDP), ktorý súvisí s internetovým protokolom (IP). UDP možno použiť v spojení s niekoľkými drôtovými (napr. ethernet) alebo bezdrôtovými (napr. Thread, WiFi) možnosťami. Združenie DiiA v súčasnosti spolupracuje so združením Thread Group na vývoji špecifikácie DALI Over Wireless, čo je bezdrôtový operátor. Z úvah však neboli vylúčené žiadne protokoly, takže je možné, že v budúcnosti sa vývoj sústredí na ďalšie protokoly, napríklad ethernet a WiFi.
Šetrenie zberom denného svetla
Trendom v osvetľovaní je aj tzv. zbieranie denného svetla (angl. Daylight Harvesting). Tento systém využíva denné svetlo na kompenzáciu množstva elektrického osvetlenia potrebného na správne osvetlenie priestorov. Kombináciou denného a umelého svetla sa výrazne zníži spotreba energie. To sa dosahuje pomocou systému riadenia osvetlenia, ktorý je schopný stlmiť alebo prepnúť elektrické osvetlenie v reakcii na zmenu intenzity denného svetla. Systémy zberu denného svetla sú zvyčajne navrhnuté tak, aby udržiavali minimálnu odporúčanú úroveň. Na detekciu úrovne svetla sa používa fotosenzor, ktorý nastavuje umelé elektrické osvetlenie na základe dostupného denného svetla v priestore. Následne je signál z fotosenzora interpretovaný modulom systému riadenia osvetlenia, ktorý môže znižovať elektrické osvetlenie podľa potreby vypínaním alebo stmievaním svietidiel. Tento spôsob osvetľovania má potenciál ušetriť viac energie, pretože môže znížiť elektrický svetelný výkon použitím denného svetla.
Aj na Slovensku modernizujeme
Spoločnosť Deufol Slovensko, s. r. o., venujúca sa výrobe obalových materiálov a baleniu ťažkých a nadrozmerných nákladov sa nedávno rozhodla pristúpiť k modernizácii osvetlenia výrobnej haly. Oslovila preto SE – Energetické služby, ktorá už niekoľko rokov patrí k lídrom v oblasti energetických služieb.
Pôvodné osvetlenie výrobných priestorov bolo zastarané, nespoľahlivé a vyžadovalo časté opravy – náklady na údržbu a energie boli vysoké a v neposlednom rade aj intenzita osvetlenia nebola postačujúca. Rekonštrukciou sa odstránilo 174 ks svietidiel s metalhalogenidovou výbojkou s výkonom 400 W, ktoré boli bez možnosti regulácie, a vymenili ich za LED svietidlá s výkonom 220 W v počte 178 ks určených do priemyselných priestorov.
Novo inštalované svietidlá sú napojené na existujúcu kabeláž a riadené pomocou protokolu DALI. Sú doplnené o modul stmievania, ktorý umožňuje reguláciu každého svietidla samostatne. V rozvádzači je umiestnený modulátor, ktorý po silovom vedení posiela riadiace signály modulu svietidla. Preto nebolo potrebné doplniť kabeláž na reguláciu svietidiel.
Osvetlenie je regulované na jednotlivých pracoviskách na základe informácií zo snímačov, ktoré zohľadňujú príspevok svetla cez svetlíky tak, aby systém udržiaval konštantnú úroveň osvetlenia na pracovnej rovine podľa požiadaviek. Inštalovaný výkon sústavy klesol z pôvodnej hodnoty 89 kW na 39 kW. Spotreba pôvodnej sústavy bola 365 000 kWh, spotreba novej sústavy s reguláciou klesla na 96 000 kWh. Modernizácia osvetľovacej sústavy priniesla 74 % úsporu elektrickej energie osvetlenia v porovnaní s predchádzajúcim stavom.
Spoločnosť ETI ELB, s. r. o., venujúca sa výrobe poistiek, poistkových hlavíc a výrobkov pre elektroniku a spotrebný priemysel investovala do LED osvetlenia výrobných priestorov, ktoré modernizovala v spolupráci s ECO-LOGIC, s. r. o. Pôvodné osvetlenie priestorov poskytovalo nedostatočnú intenzitu osvetlenia, generovalo nežiaduce teplo a svietidlá boli po svojej životnosti. LED osvetlenie s antidust technológiou s integrovaným predradníkom DALI poskytuje dlhú životnosť, zvýšenú intenzitu osvetlenia a minimálne náklady na údržbu. Výsledkom inštalácie je modernizovaný systém osvetlenia, ktorý spotrebuje o 73 % menej elektrickej energie ako pôvodná osvetľovacia sústava, čo predstavuje finančnú úsporu 2 692 € ročne. Náklady na údržbu sa znížili o 446 € ročne. Návratnosť celkovej investície dosiahla dva roky a päť mesiacov.
Rada na záver
LED svetlá spotrebujú v priemere o 50 % menej elektriny ako tradičné a halogénové žiarovky, čo vedie k výraznej úspore nákladov na energie. Spolu s automatickou reguláciou osvetlenia by výmena klasických žiaroviek za LED priniesla ďalšiu úsporu financií.
Zdroje
[1] Lighting Control Technologies: Dimming LED Lights with PWM, CCR, DALI, DMX, 0-10V. Lighting Manufacturer. [online]. Citované 11. 9. 2020. Dostupné na: https://www.manufacturer.lighting/info/190/.
[2] DALI-2 versus DALI version-1. Digital Illumination Interface Alliance. [online]. Citované 11. 9. 2020. Dostupné na: https://www.digitalilluminationinterface.org/dali/comparison.html.
[3] DALI and wireless. Digital Illumination Interface Alliance. [online]. Citované 11. 9. 2020. Dostupné na: https://www.digitalilluminationinterface.org/wireless/.
[4] Smart Industrial Lighting Trends: WiFi, ZigBee and Bluetooth. GREAlpha. [online]. Publikované 11. 12. 2017. Citované 15. 9. 2020. Dostupné na: https://grealpha.com/news/smart-industrial-lighting-trends-wi-fi-zigbee-and-bluetooth-le/.
[5] Modernizácia osvetlenia priniesla spoločnosti Deufol až 74 % úsporu nákladov na energie. Slovenské elektrárne. [online]. Publikované 10. 9. 2019. Citované 11. 9. 2020. Dostupné na: https://energetickesluzby.sk/2019/09/10/modernizacia-osvetlenia-priniesla-spolocnosti-deufol-az-74-usporu-nakladov-na-energie/.
[6] LED osvetlenie výrobných priestorov: Návrh a realizácia LED osvetlenia s antidust technológiou. ECO-LOGIC. [online]. Citované 21. 9. 2020. Dostupné na: http://www.ecologic.sk/pripadove-studie/92-led-osvetlenie-vyrobnych-priestorov.
