Világítástechnika

Örökzöld téma: energiatakarékosság

2011/5. lapszám | Chiovini György |  8164 |

Figylem! Ez a cikk 13 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

A villamos energia a legkülönbözőbb célokra hasznosítható. Ezek között jellegzetes terület a világítástechnika, mert itt más energiahordozó nem jön számításba. Ugyanakkor a villamos energia a legdrágább energiafajta, tehát a világítási célú villamos ...

A villamos energia a legkülönbözőbb célokra hasznosítható. Ezek között jellegzetes terület a világítástechnika, mert itt más energiahordozó nem jön számításba. Ugyanakkor a villamos energia a legdrágább energiafajta, tehát a világítási célú villamos energia megtakarítása jelentős költségcsökkentést eredményez.

Az iparban a világításra fordított költség a teljes villamos energia költségnek kb. 10 százaléka, de egyes esetekben eléri a 20 százalékot is. A kereskedelemben, irodaházakban az átlag kb. 30%, de például bankokban 50%; bizonyos kereskedelmi létesítményekben ez akár 70% is lehet. Az energiatakarékosság – szinte közhelyszerűen – összefoglalható egy mondatban: „Csak ott, csak akkor és csak annyi energiát használjunk, ahol, amikor és amennyi szükséges!” Megfogalmazható egy általános érvényű módszer is a takarékosság gyakorlati megvalósítására:
■ 1. lépés: az igények csökkentése,
■ 2. lépés: a veszteségek csökkentése,
■ 3. lépés: a tényleges szükséglet kielégítése a legkedvezőbb forrásból.

Ez a világítás – a továbbiakban mesterséges világítás értendő ez alatt – esetében a következőt jelenti:
■ legyen kikapcsolva a világítás, ha senki nem tartózkodik az adott helyen,
■ legyen kikapcsolva a világítás, ha a természetes fény is elegendő,
■ a megvilágítás ne legyen nagyobb a valóban szükségesnél,
■ használjuk az adott célra megfelelő és legjobb fényhasznosítású fényforrást,
■ használjuk az adott célra megfelelő és legjobb fényhasznosítású lámpatestet.

Az így megvalósított, energiatakarékos világítási rendszerhez szükséges villamos energia beszerzésének optimalizálása egy további sajátos energiagazdálkodási feladat. Egy adott világítási feladat energiaigénye a világítástechnikai eszközök megfelelő megválasztásán és takarékos használatán túl függ az épület, megvilágított tér jellemzőitől is. Sokat nyerhetünk a belső terek felületeinek célszerű kialakításával és a természetes fény jó hasznosításával.

Egy meglévő világítási rendszer „jobbítása” vagy egy új létesítés a gyakorlati megvalósítást tekintve eltérnek egymástól, de számos elvi összefüggés mindkettőre érvényes. Amikor egy adott világítási rendszer energetikai célú korszerűsítésén dolgozunk, nem hagyható figyelmen kívül az, hogy csak olyan változtatást szabad végezni, amelyik nem rontja a világítás minőségi jellemzőit. Nem romolhat a helyzet a megvilágítás, a fénysűrűség-eloszlás, a káprázás, a fényszín, a színvisszaadás szempontjából.

Jelenlétfüggő világítás
Cél a világítás teljes vagy jelentős mértékű kikapcsolása az épületen kívül, illetve belül az egész helyiségben vagy annak egy részében, ha nem tartózkodik ott senki. Ezt legtöbbször kézi működtetéssel végezzük, de számos esetben hatékonyabb az automatizálás. Kézi működtetéssel is lehet energiát megtakarítani, ha egy nagyobb helyiségben a lámpatestek ésszerű módon zónákra osztottak, és a kapcsolók elhelyezése logikus, áttekinthető. Ebben az esetben jó hozzáállással a nem szükséges lámpákat nagy valószínűséggel kikapcsolják. Az emberi tényező kiiktatásának több oka is lehet. Vannak helyzetek, amikor a világítás kikapcsolása nehézséget okoz. Például nem szabad a kezünk: viszünk valamit, s ahhoz, hogy a kapcsolót működtessük, le kellene tenni. A bekapcsolva maradt világítás jellegzetes oka a feledékenység vagy figyelmetlenség. Munkahelyen, középületekben szerepet játszhat az érdektelenség, közömbösség a többletköltség iránt. Persze a példákat lehetne még sorolni.

Automatizálás időkapcsolóval
A jelenlét nélküli világítás kiküszöbölésének talán legelterjedtebb eszköze a lépcsőházi automata. Lényege közismerten az, hogy a világítás bekapcsolása kézzel, kikapcsolása egy adott időtartamot követően automatikusan történik. Általános célú automatizálási eszköz az analóg vagy digitális időkapcsoló (5. ábra). Szinte mindig meghatározható egy olyan időszak, amikor nincs szükség világításra, mert nem tartózkodik senki az adott helyszínen. Ilyen például egy munkahelyen a munkaidőn kívüli időszak. Ezt beállítva az időkapcsolón az esetleg bekapcsolva maradt világítást kikapcsolja.

Arra is lehet kapcsolástechnikai megoldást találni, hogy a tilalmi időszak végén a világítás automatikusan bekapcsolódjon, vagy ezt csak kézi kapcsolással lehessen megtenni. Az időkapcsolók adatlapján rendszerint a következő adatok találhatók: energiaellátás, tápfeszültség, kapcsolható teljesítmény, programozhatóság (napi, heti, kombinált), legrövidebb beállítható időtartam, kapcsolási állapot- kijelzés, szerelési mód, védettség, antenna az atomórával való szinkronizáláshoz (opció). Az időkapcsoló alkalmazásának előnye nem más, mint az egyszerűsége. Hátránya, hogy nem használható ki teljesen a távollét- re alapozott világítási energia-megtakarítás. Fennáll annak a kockázata is, hogy esetenként a beállítást módosítják, szűkítik, és így idővel a rendszer eredményessége jelentősen romlik. Összességében egy használható, viszonylag kis ráfordítással megvalósítható módszer, azonban folyamatos odafigyelést igényel.

Automatizálás érzékelőkkel
A jelenléthez kötött világítás, mint cél, elvezet ahhoz a feladathoz, hogy személy(ek) jelenlétét elektronikai eszközzel érzékelni tudjuk. Erre két, lényegében azonos célú, de mégis eltérő eszköz használatos: mozgás- és jelenlétérzékelő. Bár ezek a megnevezések terjedtek el – talán a német szavak tükörfordításaként –, kifejezőbb lenne, ha mozgás- és mozdulatérzékelésről beszélnénk. Ugyanis ezek az eszközök mozdulatlan személy jelenlétét nem jelzik. A mozgásérzékelő, nevének megfelelően, személyek mozgását képes észlelni.

A jelenlétérzékelő viszont nemcsak a mozgást, hanem álló vagy ülő személy kisebb mozdulatait is érzékeli. Egyébként ugyanaz az eszköz rendszerint alkalmazható mindkét célra; kisebb hatásterületen a kisebb mozdulatokat, nagyobb távolságon belül pedig csak a jelentős elmozdulásokat észleli. Számos alkalmazásnál elégséges egy olcsóbb, mérsékelt érzékenységű gyártmány telepítése: lépcsőház, folyosó, mellékhelyiség, raktár stb. Legtöbbször a passzív infravörös működési elvű készülékeket használjuk (passive infrared, PIR). Minden test bocsát ki infravörös sugárzást, mégpedig a felület hőmérsékletével arányos intenzitású sugárzást (4. ábra).

Az érzékelő apró szegmensekből áll. Az optika olyan kialakítású, hogy minden szegmensre más, a látótér egy kis részéről (térszögéből) érkező sugárzás jut (1. ábra). A szegmensek az adott térrész hőmérsékletét érzékelik. Abban az esetben, ha egy, a környezettől eltérő hőmérsékletű forrás, esetünkben egy személy a látótérbe belép vagy azon belül mozog, akkor ez valamelyik szegmensnél (vagy több szegmensnél is) a beeső sugárzás megváltozását okozza. A közeledés (távolodás) a sugárzás intenzitását növeli (csökkenti). A keresztirányú mozgáskor mindig más szegmens aktivizálódik. Az érzékelőhöz tartozó feldolgozó automatika figyeli a szegmenseknek a beeső sugárzástól függően változó hőmérsékletét, és ezt mozgásérzékelésként megjeleníti a kimeneten.

A szegmensek száma meghatározza az észlelés érzékenységét. Az infravörös mozgásérzékelők az azonos szögben történő mozgásra kevésbé érzékenyek, mint a szögváltozással járó, keresztirányú mozgásra (1. ábra). A működést beltérben megzavarhatja a fűtés vagy szellőztetés okozta légmozgás, esetleg egy hőt termelő készülék. Kültérben pedig az állatok, járművek okoznak téves észlelést. A poros, szenynyezett optika rontja a hatásosságot. Vannak aktív mozgásérzékelők is. Az ultrahangos készülék adót és vevőt tartalmaz. A kibocsátott hang visszaverődik, és a kibocsátás és beérkezés időeltéréséből lehet a tárgy távolságára következtetni. Ilyen elven működő érzékelő a lámpatestben rejtve is elhelyezhető; ez a kültéri lámpatestek automatizálásának egyik megoldása.

Léteznek kombinált készülékek, melyek a megvilágítást is érzékelik. Így megvalósítható az az elv, hogy a mesterséges világítás jelenlét esetén is csak a természetes világítás meghatározott szintje alatt legyen bekapcsolva. Lényeges körülmény, hogy világítás automatizálásánál alkalmazott, passzív infravörös érzékelők a mozdulatlanságot nem, csak valamilyen változást észlelnek. Emiatt kell azt az elvet alkalmazni, hogy a kikapcsolás feltétele bizonyos ideig tartó változatlanság. Ez nyilvánvalóan fennáll akkor, ha az adott helyen nem tartózkodik senki. Ez az idő, amit szokás késleltetési időnek nevezni, a készülékeken a gyártó által meghatározott tartományon belül beállítható (10. ábra). Ha jól választjuk meg, akkor ezen időtartamon belül a jelenlévő egy vagy több személy mozgását, kisebb mozdulatát észleli az érzékelő, és újraindítja a türelmi időszakot. Indokolatlan kikapcsolásra nem kerül sor (3. ábra). Túl hosszú idő beállítása energiatakarékossági szempontból nem helyes, mert akkor viszont a helyiség elhagyását követően feleslegesen nagy késéssel kapcsolná ki a világítást a berendezés.

Az öntanuló jelenlétérzékelő folyamatosan értékeli a mozdulatlanság időtartamát. Ezt az értéket memóriában tárolja. Legtöbbször úgy történik kikapcsolás, hogy a területet az ott tartózkodó elhagyta, és a késleltetési idő is lejárt. Ilyen esetben a késleltetési idő változatlan marad. Előfordulhat, hogy jelenlét mellett sem történik olyan mozgás (mozdulat), amit az érzékelő észlelne. Amikor a késleltetés véget ér, a világítás kikapcsolódik. Emiatt az ott tartózkodó természetesen megmozdul, amit az érzékelő is észlel. Ennek hatására egyrészt a világítást bekapcsolja, másrészt a memóriában tárolt késleltetési időt – például 10 perccel – növeli. Egyes készülékek elektronikájának érzékenysége változtatható. Ez kihasználható az indokolatlan bekapcsolások megelőzésére.

Ilyen eset, ha egy már üres helyiségben is valamilyen változást – tévesen – jelenlétként értékel. Ennek elkerülésére jó módszer az érzékenység automatikus csökkentése. Ez a funkció azt követően aktivizálódik, hogy a helyiséget az ott tartózkodók elhagyták. Egy meghatározott időtartamot követően a készülék egy mozgásérzékelőnek megfelelő, kisebb érzékenységre kapcsol át. Ez így marad mindaddig, amíg valaki újra be nem lép a helyiségbe. Ezt észleli a készülék, és visszavált a jelenlétérzékelési módba. Telepítéskor gondolni kell arra, hogy a távolság növekedésével az észlelési lehetőség romlik. Egy mennyezetre, 3 m magasságban szerelt érzékelő például 8 m sugarú körben jól jelzi a kisebb mozdulatokat is. Ha a magasság 3,5 m, a kör átmérője ennél az érzékelőnél 10 m. Amikor az érzékelő 4 m magasra kerül, a kör ugyan 12 m-esre bővül, de ilyen távolságnál a kisebb mozdulatok már biztonsággal nem érzékelhetők.

 

Egy lehetőség a helyzet javítására az, hogy a késleltetési időt megnöveljük. Ha például alapesetben 10 perc késleltetési idő van beállítva, akkor ennek leteltével és változást nem észlelve kikapcsol a készülék. Hoszszabb időtartam – például 20 perc – beállítása azt jelenti, hogy kétszeresére nő a változás bekövetkezésének valószínűsége. Ennyi idő alatt már biztosan észlel kisebb vagy nagyobb mozgást, mozdulatot, és a téves, indokolatlan kikapcsolás nem következik be. A beállítandó késleltetés összefügg az adott helyen alkalmazott megvilágítási szinttel. Nagyobb megvilágításhoz hosszabb késleltetést célszerű beállítani.

Épületeken belül gyakori feladat a folyosók, közlekedők jelenlétfüggő világítása. Ezen terek viszont más hosszúság- és szélesség-arányúak, mint például az irodák vagy tantermek. Az ilyen alkalmazásra fejlesztették ki azokat az érzékelőket, melyek egy adott irányban különösen nagy hatótávolságúak. Így egy hosszú folyosón kevesebb érzékelő kell a tér teljes lefedéséhez. Az érzékelők párhuzamosan is kapcsolhatók (6. ábra). Ilyen elrendezéssel megvalósítható, hogy a világítás bekapcsolódik, ha egyetlen érzékelő jelenlétet észlel. Továbbá a kikapcsolás akkor következik be, ha már minden érzékelő a „nincs jelenlét” állapotba került. A párhuzamosan kötött készülékek számának növekedésével azonban egyre nagyobb annak a veszélye, hogy az esetleges téves, hibás működés okát megtaláljuk. Szükség lehet arra, hogy eltérő fázisról táplált lámpákat párhuzamosan kapcsolt érzékelők működtessenek. Ekkor mindegyik érzékelő a hozzá tartozó lámpatest(ek) fázisára lesz kötve. A párhuzamosításra külön vezetékpár szolgál. Ilyen elrendezéshez tehát csak a megfelelő, külön bemenetekkel rendelkező készülékek alkalmazhatók. Nagyobb terekhez használható a mester– szolga (master–slave) technika (7. ábra).

A mester készülék egy teljes értékű jelenlétérzékelő. Rendszerint megvilágítás-mérésre is képes, és ezáltal fényszabályozást is végezhet. A különböző működési jellemzői közvetlenül vagy távirányítóval beállíthatók, módosíthatók. Megfelelő terhelhetőségű kimenete van.

A szolga készülék tulajdonképpen a mester készülék kihelyezett, érzékelésre képes tartozéka. Működését a mester készülék irányítja. Feladata az, hogy mozgás (mozdulat) érzékelésekor jelet küldjön a mester készüléknek. Pótlólagos automatizálásnál a legtöbb gond a vezetékezéssel szokott lenni. Ha ez túlságosan zavaró vagy költséges lenne, egy lehetőség a vezeték nélküli technika alkalmazása. Az épületautomatizálásban a rádiós jelátvitel nem újdonság. Ennek keretében gyártanak rádiós érzékelőket is. Még kedvezőbb lehet az az érzékelő, melynek saját, napelemes energiaellátása van (11. ábra). Előfordul, hogy rendszeresen téves észlelést okozó körülmény van a területen. Arra az esetre, amikor ezt nem lehet megszüntetni vagy eltávolítani, megoldás az észlelési irány szűkítése. A gyártók mellékelnek a készülékekhez olyan felrakható kiegészítőt (maszkot), amelyik letakarással egy adott irányban érzéketlenséget okoz. Közlekedő útvonal mellett lévő polcsornál érdemes a polcok közötti fénycsöveket mozgásérzékelővel kapcsoltatni. Így csak ott működik a világítás, ahol éppen tartózkodik valaki. Annak érdekében, hogy a közlekedő úton történő mozgást ne érzékelje, alkalmas maszkolással szűkítjük az érzékelési szöget (8. ábra).

A jelenlétfüggő világítás helyi igényekhez illesztését sokféle beállítási lehetőség könynyíti meg. Kényelmesen megoldható a feladat, ha a beállítást nem magán az érzékelőn kell végezni. Ilyen kényelmi szolgáltatást nyújtanak a rendszerhez tartozó távirá- nyítók. A például szolgáló távirányító kezelőfelületén látható piktogramok egy-egy funkciót jeleznek (9. ábra). A távirányító lezárható illetéktelen módosítás megakadályozására (gyerekzár). Előre beállított megvilágítási értékek aktivizálhatók négy helyzetre: nappal, éjszaka, hajnal és alkonyat. A pillanatnyi, a készülék által mért megvilágítás- érték memóriába írható, eltárolható. Válasz- tani lehet a rögzített késleltetési időtartamok között. A világítás a távirányítóval be- vagy kikapcsolható. Szűkíteni lehet a megfigyelt teret, ha valamilyen zavaró jelforrást másképp nem tudunk kiküszöbölni. A készülék állapotát mutató jelzőfényt letilthatjuk, illetve engedélyezhetjük. Beállítható egy ún. riasztási működés.

Ez azt jelenti, hogy mozgás érzékelésekor a világítás villogva bekapcsolódik egy bizonyos időre. Alkonykapcsoló üzemmód is beállítható. A RESET gomb minden memóriában tárolt adatot töröl. A készülék észlelési érzékenységét növelni vagy csökkenteni tudjuk. A TESZT gomb benyomásával ellenőrizni lehet a megfigyelt terület nagyságát. A készülék készenléti állapotba helyezhető: a világítás kikapcsolódik, és az első mozgásérzékeléskor kapcsolódik be.

Az érzékelők mérete lehetővé teszi, hogy ne csak falra, mennyezetre, stb. kerüljenek. Ismeretes, hogy beszerezhetők lámpatestek beépített (ráépített) mozgás- vagy jelenlétérzékelővel. Ha ez a burán belülre kerül, a lámpatest külsőre nem különböztethető meg egy „közönséges” lámpatesttől. A mozgás- és jelenlétérzékelők adatlapján rendszerint a következő adatok találhatók: energiaellátás, tápfeszültség, készenléti teljesítmény, érzékelési terület (kör, négyszög), érzékelési szög, távolság, felszerelési helyzet, magasság, kimeneti áramkörök száma, kapcsolható terhelés jellege, teljesítménye, kapcsolási állapotkijelzés, lehetséges üzemmódok, időzítők beállítási tartománya, állítható érzékenység, szerelési mód, védettség, forgatási és/vagy döntési lehetőség (opció), világítási szint funkció és beállítási tartomány (opció), párhuzamosítás (opció), távvezérelhetőség (opció). A kikapcsolás végrehajtására egyes termékek különböző megoldási lehetőségeket biztosítanak (12. ábra):
■ kikapcsolás fokozatokban egy vagy két lépcsőben,
■ kikapcsolás folyamatos fényerő-csökkentéssel,
■ átkapcsolás egy lényegesen kisebb szintre,
■ ezek kombinációi.

Ha valahol nem tartózkodik senki, akkor ott nincs szükség az egyébként alkalmazott mesterséges világításra. Teljes kikapcsolás azonban biztonsági okból nem mindenhol engedhető meg. Egyéb megfontolásból is lehet részleges kikapcsolás, meghatározott megvilágítási szintre csökkentés mellett dönteni. Nagyobb helyiségeknél jobb világítási minőséget biztosít, ha egy szektor kikapcsolásakor ott egy kisebb megvilágítási szint megmarad. Így a helyiség egyéb részein tartózkodók számára kisebb a kontraszt. A szükségtelen bekapcsolások megakadályozásának legradikálisabb módja a félautomata üzemmód. Ilyenkor a világítás bekapcsolása csak kézi kapcsolással lehetséges.

Az automata és félautomata rendszer váltakozva is alkalmazható.
Bizonyos napszakban a készülék a felügyelt térbe való belépést észlelve bekapcsolja a világítást. Beprogramozható egy napszak (teljes nap, hétvége), amikor a bekapcsolás csak kézi kapcsolóval lehetséges.

 

Az automatizált jelenlétfüggő világítással elérhető megtakarítás számos körülménytől függ. A tapasztalatok szerint a mozgás- és jelenlétérzékelők alkalmazásakor 10-50%-os energiafogyasztás-csökkenéssel számolhatunk. Különösen ott várható nagy megtakarítás, ahol a lámpáknak egyébként folyamatosan bekapcsolva kellene lenni. Kisebb eredményre számíthatunk, ha ez nem indokolt, és a kézi kikapcsolásnak nincs semmilyen akadálya. Az automatizálás indoka csak a feledékenység vagy kényelmesség miatt bekapcsolva maradt világítás kiküszöbölése. A mozgás- és jelenlétérzékelők egyébként jól felhasználhatók épületgépészeti berendezések (fűtés, szellőzés) automatizálására is.

Alkalmas fényforrások
A mozgás- és jelenlétérzékelők alkalmazása a fényforrások gyakoribb ki- és bekapcsolásával járhat. Az egyes alkalmazási esetek között e tekintetben jelentős különbség lehet. Ott, ahol számítani kell sűrű kapcsolgatásra, mindenképpen csak az ilyen célra megfelelő fényforrást szabad használni. A fényforrás kiválasztásánál három szempontot kell figyelembe venni: felfutási idő, újragyújtás, élettartam-rövidülés.

Felfutási időnek nevezzük a fényforrás bekapcsolásától az állandósult fényáram meghatározott százalékának eléréséig eltelt időt. Az Európai Unió 244/2009 sz. irányelve szerint a teljes fényáram 60 százalékának eléréséig eltelt időt kell a termék adatai között megadni. Rövidnek tekintjük a 6 másodpercnél rövidebb időtartamot. Ebbe a csoportba tartoznak a halogén izzólámpák, a LED-fényforrások. A hosszú felfutási idejű fényforrások közé tartoznak a kisnyomású nátriumlámpák és a nagynyomású kisülő lámpák. Az egyenes és kompakt fénycsövek között találunk mind rövid, mind hosszú felfutási idejű termékeket. A kisülő fényforrásokat kikapcsolás vagy bármilyen okból bekövetkezett feszültségletörés után újra kell gyújtani.

A nagynyomású lámpák csak kihűlés után képesek újragyújtani. A nátriumlámpáknál ez az időtartam jellemzően 2-5 perc, a fémhalogén lámpáknál 5-15 perc. Különleges gyújtókkal az azonnali újragyújtás megoldható. Az elöbbiekből kiderül, hogy a nagynyomású gázkisülő lámpák nem alkalmasak mozgásérzékelővel szerelt berendezésekben. A rövid vagy viszonylag rövid felfutási idejű fényforrások közül is azokat szabad jelenlétfüggő világítási rendszerben alkalmazni, amelyek élettartamát nem rövidíti meg a sok ki-be-kapcsolási ciklus. Használhatók erre a célra halogénizzók, erre a célra kifejlesztett egyenes és kompakt fénycsövek, valamint LED-fényforrások. Elektronikus előtéttel sokkal jobb értékek érhetők el élettartam és gyújtási idő tekintetében, a fénycsövek és kompakt fénycsövek esetében. A skála elég széles, a több ezertől a több százezerig terjed a megengedhető kapcsolások száma.

 

---