Как мы делали умную систему освещения для офиса: сравниваем два этажа

13 Апреля 2013

Комментарии Савушкина Ильи, ведущий инженер департамента интеллектуальных зданий КРОК.

Ощутимая часть электроэнергии в здании затрачивается на освещение. При этом мы часто освещаем пустые помещения и не выключаем свет днём, когда и так ярко.

У нас в КРОК непосредственно на самом офисе обкатываются системы, которые мы собираемся ставить заказчикам, поэтому поле для эксперимента было отличным.

Для сравнения было выбрано два этажа с идентичной расстановкой светильников и расположением рабочих помещений. На одном этаже устанавливались датчики автоматического управления освещением, а светильники заменялись на энергоэффективные с повышенным КПД. Питание отключалось в помещениях без людей, плюс уровень яркости освещения снижался при достаточном дневном свете.

Сразу покажу результат: в итоге мы получили экономию 45% на этаже площадью чуть более 1300 квадратных метров. Это с учётом человеческого фактора (выборочного отключения автоматики для собственного комфорта). Конечно, экономия получается не только за счет управления освещением, но и за счет замены светильников и общей модернизации освещения. Итого, срок окупаемости системы с учётом всего железа и работ – 5 лет. Измерение проводилось со 2 ноября 2012 года по 30 марта 2013 года (летом при большем световом дне питания потребуется ещё меньше, то есть результаты будут лучше).

Подготовка

Седьмой этаж нашего первого офисного здания (КРОК-1) хотелось поменять при ещё проектировании внутренних инженерных систем строящегося здания КРОК-2. Дело в том, что КРОК-2 задумано как энергоэффективное здание и это требование накладывает определенные рамки на всю инженерную инфраструктуру.

Задача была проста: обеспечить качественное и удобное освещение для офисных сотрудников при минимизации подводимой электрической мощности. Анализировать мы решили на базе двух этажей первого здания. Тестовым был седьмой. В качестве контрольного был выбран аналогичный по назначению помещений, площадям и насыщенности сотрудниками шестой этаж КРОК-1 с существующей традиционной системой освещения. И там, и там мы смонтировали точные счётчики для детального учёта.

На седьмом этаже также:

  • Поменялись схемы управления светильниками.
  • Стандартные выключатели были заменены на датчики присутствия или движения.
  • Были выбраны и смонтированы новые типы светильников с высоким КПД, меньшей мощностью и возможностью плавной регулировки мощности.


Многие западные производители оборудования для управления освещением указывают в своих брошюрах довольно соблазнительные цифры по экономии. Иногда эти показатели экономии проверяются на практике в российских реалиях, иногда нет, иногда они написаны для идеальных условий без учета «человеческого фактора» (об этом далее). В итоге в разных источниках фигурируют показатели от 20 до 50% снижения потребления энергии на освещение.

На первый взгляд, что может быть проще, чем выключать или приглушать свет когда он не нужен? Вопрос только в том как и кто определит когда это «нужно», а когда нет. Мы решили попробовать на себе решение от компании Esylux для управления освещением в полностью автономном режиме, оценить экономию и, имея собственную экспертизу и опыт, а затем предлагать его заказчикам.

Для начала сделали перерасчёт количества светильников и оптимизировали их расстановку для обеспечения необходимой освещенности на рабочих местах с учетом установки новых светильников. Важно было учесть характеристики новых ламп, плюс сделать перераспределение групп светильников для возможности управления в зависимости от света из окон (поставить их параллельно линии остекления). Потом надо было смонтировать датчики, автоматически управляющие освещением в зависимости от присутствия людей, а также имеющие функцию управления интенсивностью свечения ламп в зависимости от условий естественной освещенности.

Подготовительная часть была такая — на рабочих местах проводились замеры при помощи люксометра и сверялись с действующими нормативами. Надо отметить, что в большей степени эти замеры носили информативный характер, и в итоге освещение настраивалось под пожелания сотрудников. Для каждого конкретного рабочего места адаптация по уровню естественного света производилась по замерам освещенности, по пожеланиям сотрудника (об этом еще скажу ниже) и по особенностям расстановки мебели в комнате.

В качестве управляющих элементов были выбраны датчики присутствия с функцией диммирования (плавной регуляции мощности).

Новые типы светильников и их расстановка с учетом рассадки сотрудников позволили нам изменить в лучшую сторону картину распределения освещенности на всех рабочих местах, снизить потребляемые мощности на этаже примерно на 40%, что в конечном итоге отразилось на показателях потребления электроэнергии седьмого этажа в целом по сравнению с контрольным шестым этажом (порядка 45%).

Тесты

Выгоду от простого выключения света и типичный режим работы датчиков в зависимости от дневного освещения можно видеть на изображении (свет включен только когда люди находятся в помещении)

Если же применить ещё и диммирование, то получается следующая картина (еще большая экономия, яркость искусственного освещения регулируется в зависимости от естественного)

Одним из косвенных плюсов оказалось то, что все очень быстро привыкли, что выключателями пользоваться нет необходимости, свет горит там, где это требуется, там, где есть люди, и ровно настолько интенсивно, насколько это нужно.

Среди минусов можно отметить что при ярком солнце, отдельных облаках и сильном ветре, может оказаться так, что датчик постоянно щелкает светом, некоторых сотрудников это сильно раздражает и приходится, по крайней мере, на время, переводить систему в полуавтоматический режим. Это можно отнести как раз к «человеческому фактору» упомянутому в начале: любая система не должна делаться в ущерб удобству людей, её использующих, поэтому осознанно предоставляются способы включить свет на длительный промежуток времени, отключив автоматику. Понятно, что это делается в ущерб экономии.

Эксперимент ставился на живом работающем коллективе (всем участникам эксперимента спасибо за понимание и терпение) и менялись условия, к которым все успели привыкнуть. В каждом конкретном случае учитывались пожелания самих сотрудников: кто-то любит светлее, кто-то темнее, кто-то практически не использует общее искусственное освещение и обходится настольной лампой. Это тоже сыграло роль в оценке экономии: при стандартизированных настройках, например в новом здании, где никто никогда не работал, все бы привыкали сразу к новым условиям и можно предположить, что экономия была бы больше.

Техническая часть

В нашем случае используются датчики с инфракрасным чувствительным элементом. Датчики движения и присутствия имеют одинаковый принцип определения присутствия, основанный на разнице температуры тела человека и окружающей обстановки.

По факту датчик реагирует на изменение температуры наблюдаемого пространства. На «железном» уровне это реализовано при помощи специальной линзы, которая состоит из чередующихся прозрачных и непрозрачных участков — в итоге это позволяет разделить всё наблюдаемое пространство на сегменты, при пересечении границ которых объекты с температурой, отличной от окружающей обстановки, обеспечивают реакцию IR-сенсора. В этом принципе скрыта одна из особенностей датчиков – они хуже определяют человека при движении его НА датчик, чем человека идущего по касательной.

На иллюстрации ниже красный человек определится с заметно меньшего расстояния, нежели серый. Дело в том, что при движении на датчик человек может попасть в один сектор и оставаться в нем, несмотря на перемещение, пока не перекроет соседний за счет увеличения своей «тени» на датчик. В случае же движения по касательной человек будет пересекать зоны значительно быстрее и значимые перемещения из сектора в сектор будут определяться с большего расстояния.

Особенность примененных датчиков заключается в удобстве установки даже в уже смонтированную и работающую систему освещения. Датчики устанавливаются «в разрыв» линии и управляют включением-выключением при помощи собственного твердотельного реле. На изображении приведена электрическая схема включения датчика в линию со светильником в случае управления по сигналу 0..10В.

Есть два основных типа датчиков:

  1. Датчики движения
  2. Датчики присутствия

Первый рассчитан на периодические появления людей, второй — на постоянное присутствие людей и измерение уровня освещённости.

При этом надо понимать, что и те, и те датчики являются формально определяющими движение, названия «движения» и «присутствия» используются производителем для классификации по зонам применения.

Основное отличие датчиков движения заключается в алгоритме замера освещенности и управления. Они измеряют освещенность только в момент первого обнаружения движения. Например, представим ситуацию – вход в торговый центр, над ним светильник подключенный через данный датчик, в датчике стоит порог срабатывания к примеру 250 люкс и задержка выключения 2 минуты.

Если в здание входит человек рано утром, когда солнце ещё не встало и уровень естественного освещения менее 250 люкс, то датчик определяет присутствие, замеряет освещенность, сравнивает её с порогом, замыкает внутреннее реле и включает освещение. Если за период задержки 2 минуты никто не появится в поле зрения, то свет выключится. Если же за две минуты задержки успеет пройти следующий посетитель, то датчик будет отсчитывать две минуты с нуля, без повторного замера освещенности. В итоге, если датчик не замеряет уровень освещенности, может получиться ситуация, когда свет так и не выключится, несмотря на то что уже давно превышен порог.

Датчики присутствия в свою очередь измеряют освещенность постоянно и сравнивают её с заданным значением и способны выключить светильники при превышении порога, даже если обнаружено присутствие людей

Датчики движения

Их мы монтировали в коридорах и общественных зонах. Оказалось хорошей идеей включать их параллельно, чтобы при сработке одного свет включался по всему коридору.

Компактные датчики присутствия

В санузлах и в помещении кухни установлены компактные датчики присутствия, датчики имеют аналогичный алгоритм как у датчиков движения в коридорах и общественных зонах, но меньшие размеры и зону покрытия.

В санузле вскрылась ещё одна проблема – человек не очень-то бегает по комнате (в офисных помещениях движение есть почти постоянно, например, шевеление мышкой), поэтому свет может выключиться неожиданно. Понятно, что в этом случае он дёрнется, и питание включится, но, согласитесь, не очень комфортно. Поэтому на такие датчики мы выставляли большие задержки выключения – от 15 минут.

Датчики присутствия

В офисных зонах и в лифтовых холлах мы монтировали датчики присутствия и выключатели. Выключателем можно отключить питание на датчике и всей подконтрольной группе освещения.

При включении датчик автоматически калибруется в течение 10-15 секунд, затем выключается свет и начинает работать настроенный алгоритм:

  1. В то время, когда в помещении отсутствуют люди, свет автоматически выключается, датчик работает в режиме ожидания и контрольного замера освещенности.
  2. При обнаружении человека возможны два варианта:
    a) Люди есть, но света из окон достаточно — датчик делает замеры и включает освещение при падении уровня освещения.
    б) Яркость освещения подбирается так, чтобы достичь порога установленной за стандарт освещённости. Люди появились – свет включается и регулируется до уровня стандарта.
  3. Людей нет — запускается таймер задержки, если изменений нет, происходит выключение или переход к 10% уровню освещения.

Применение

Наши западные коллеги монтируют такие системы в отелях (это удобно для гостя и очень практично), в офисах, на производстве, в разных общественных зданиях от администраций города до музеев и так далее. Иногда такие вещи ставятся в домах.

В Европе основной мотив – «зелёные технологии», у нас, думаю, большую роль будет играть всё-таки экономия.

По собственному опыту можно сказать, что управление освещением описанное выше даёт возможность забыть про выключатели и по-максимуму использовать естественное освещение. Рабочие помещения равномерно освещены независимо от удаленности рабочего места от окон. В целом обеспечиваются комфортные условия работы, система работает незаметно и при этом экономит электроэнергию — а это самый главный параметр: экономия не в ущерб качеству.
Источник:
Habrahabr

Все публикации

Видео


Интеллектуальное здание: от строительства до эксплуатации

Калькулятор по мини-ТЭС
Своя энергия —
— свои тарифы!
Рассчитать