Örökzöld téma: energiatakarékosság V.
2011/10. lapszám | Chiovini György | 9938 |
Figylem! Ez a cikk 14 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
A ma használatos villamos fényforrások közül a legnagyobb múlttal a hőmérsékleti sugárzók, az izzólámpák rendelkeznek. Számítások szerint az előállított fény túlnyomó többsége a kisülő fényforrásokhoz köthető. A jövő valószínűleg a ma még kevéssé elt...
A ma használatos villamos fényforrások közül a legnagyobb múlttal a hőmérsékleti sugárzók, az izzólámpák rendelkeznek. Számítások szerint az előállított fény túlnyomó többsége a kisülő fényforrásokhoz köthető. A jövő valószínűleg a ma még kevéssé elterjedt, de folyamatos fejlesztés alatt álló LED-eké.
■ LED-fényforrások dimmelése
A LED-ek az elektrolumineszcens fény- források közé tartoznak. Az elektrolumineszcencia lényege az, hogy a fényt villamos energiával gerjesztett atomok bocsátják ki. A LED-ek működése a „p-n átmenet” törvényszerűségein alapul. A „p-n átmenet” egy p- és egy n-típusú félvezető határán jön létre. A p-típusú félvezetőben pozitív töltések, az n-típusúban negatív töltések vannak. Ha a p-oldalra pozitív, az n-oldalra negatív feszültséget kapcsolunk, a töltésekre a határréteg felé mutató erő hat. Meghatározott feszültségnél a töltéshordozók elmozdulnak, találkoznak és kölcsönösen semlegesítik egymást (rekombinálódnak). Eközben sugárzás formájában energia szabadul fel. A sugárzás hullámhossza a félvezetőben lejátszódó folyamatoktól függ.
A LED (light emitting diode) elnevezéssel összhangban a dióda tehát egyenfeszültséget, egyenáramot igényel. A nyitófeszültség 1,5-3,0 V, attól függően, hogy milyen alapanyagból készült a termék. Mivel a kibocsátott fény színe is ettől függ, a gyakorlatban a különböző feszültségértékek a LED színéhez köthetők. A feszültséget növelve az áram „meredeken” nőni kezd (1. ábra). A munkaponti feszültség az áramerősség függvényében az adott típus jelleggörbéjéből meghatározható.
 |
■ DC-szaggatók
A LED megnevezés többértelmű. Jelenti a félvezető morzsát, magát a fényt kibocsátó diódát. LED a tokozott félvezető is, mely egy vagy több elemi diódát is tartalmazhat. Az ilyen tokozott LED-ek rögzíthetők valamilyen hordozón. Így gyártják a LED-modulokat, LED-szalagokat stb. Ezekben közös tulajdonság az egyenfeszültségű táplálás. Ennek megfelelően a dimmelés is az egyenfeszültségnek megfelelő technikával történik.A LED (dióda) fényárama arányos a villamos árammal, a fényszabályozás az áram csökkentésével (növelésével) megoldható (2. ábra), a fényáram akár nullára is csökkenthető. Dimmelésre alkalmazhatók analóg eszközök, de jobb megoldás a kis veszteségű DC-szaggatók használata.
Az analóg szabályozók esetében az áramerősség időben állandó, értéke a leszabályozandó fényáramhoz igazodó. Ezzel szemben a DC-szaggatók kapcsolóüzemű források. A kapcsolást végző félvezető vagy bekapcsolt, vagy kikapcsolt állapotban van. Bekapcsolt állapotban a terhelésnek megfelelő névleges áram folyik, illetve a LED teljes fényárammal működik. Kikapcsolt állapotban az áramerősség nulla, a LED nem világít. A kívánt, csökkentett fényáramnak megfelelő áramerősséget, az áram időbeli átlagát a kitöltési tényező határozza meg, amit a bekapcsolási és kikapcsolási időtartamok arányával állítunk be (4. ábra).
A periódusidő igen rövid, a LED-fényáram gyors – néhány száz Hz-es – változását a szem nem követi, ez a módszer ilyen szempontból is alkalmas fényszabályozásra. A kitöltési tényező értékét a szaggató vezérlő bemenetére adott vezérlő jel határozza meg. A vezérlés történhet kontaktus (kapcsoló, nyomógomb) nyitásával-zárásával, analóg jellel (áram, ellenállás, feszültség), a beállítandó kitöltési tényezővel egyező impulzussorozattal és digitális jellel (DALI, DMX). Folytonos és csökkentett erősségű áramnál a LED színképe változhat. A szaggatott áram a színképet nem befolyásolja, viszont a félvezető morzsában a hőfejlődés is impulzusszerűen ingadozik. Ez a többlet igénybevétel élettartam-csökkenést okozhat.A fényáram nem egyenesen arányos a villamos árammal.
 |
A fényhasznosítás az áramerősség csökkenésével javul, növelésével romlik. DC-szaggatóval történő dimmelésnél ezzel nem kell számolni. Az áramerősség két értéket vesz fel: nulla és a névleges érték. Amikor a LED világít, a fényhasznosítás a névleges áramerősségnek megfelelő. A dimmelés ilyen értelemben nem befolyásolja a fénykibocsátás hatásfokát. A teljes rendszer hatásosságát a dimmer önfogyasztása határozza meg.
A fényáram csökkentésekor a LED fogyasztása arányosan csökken, a dimmer fogyasztása közel állandó érték. Ezt mutatja a teljesítmény-felvétel és fényáram diagram, mely hasonló a fénycső + előtét diagramhoz. (3. ábra). Teljesen lecsökkentett fényáramnál a teljesítmény nagyobb a fénycsöveknél szokásos értéknél.A lakásokban, a munkahelyeken, a közterületeken mindenhol váltakozó feszültségű villamosenergia-ellátó rendszerek kerültek telepítésre. Ezért a LED-eket is ilyen táplálással kell működtetni, szükség van egyenirányítóra. Ez lehet egy önálló egység, de beépíthető a LED-lámpába is.
Az izzólámpák és kompakt fénycsövek kiváltására kifejlesztett LED-lámpák váltakozó feszültséget igényelnek. Ezek dimmelése eltér az egyenáramú LED-ekétől. Számos dimmelhető 230 V-os LED-lámpát gyártanak, melyeket azonban eredendően kézi dimmelésre terveztek. A fényáramot a tápfeszültség kapcsolgatásával lehet csökkenteni. Automatizált világítási rendszerhez azok a termékek megfelelők, melyek AC-szaggatóval dimmelhetők. Vannak gyújtásszög- és vannak oltásszög-vezérléssel dimmelhető LED-ek. Körültekintően kell eljárni, mert nem minden dimmer és LED feleltethető meg egymásnak.
 |
■ Vezérlő eszközök – dimmelő vezérlők
A természetes fény jobb kihasználását célzó világításvezérlés kapcsolással, illetve dimmeléssel történő megoldása azonos elemeket is tartalmaz. Mivel vezérlést alkalmazunk, a természetes világítást mérjük: akár kint, akár bent, az ablakra irányítottan elhelyezett fényérzékelővel. A helyiségben a napfényből származó megvilágítást a világítási tényező határozza meg: értékét a vezérlő kalibrálásakor használjuk fel. Különbség, hogy míg a kapcsoló vezérlőnek munkapontja van, a dimmelő vezérlő egy munka-egyenes (vezérlési egyenes) szerint működik.A vezérlési egyenes a külső és belső fényviszonyok kapcsolatát határozza meg (5. ábra).
A vízszintes tengelyen ábrázoljuk a külső természetes megvilágítást (Ek); a függőleges tengelyen pedig az ebből eredő, a helyiségben mérhető megvilágítást (Eb). Nevezetes pont még a helyiségben szükséges megvilágítás (Esz). Ha a napfény intenzitása elég nagy, akkor a helyiségben mért természetes megvilágítás Esz-nél nagyobb, azaz mesterséges világításra nincsen szükség. Ha e kettő megegyezik, a mesterséges világítás működtetésének határhelyzeténél vagyunk. Ennél kisebb természetes megvilágítás már nem elégíti ki a megvilágítással kapcsolatos igényt. A kapcsolóvezérlők ekkor kapcsolják be a világítást. Dimmelésnél viszont csak olyan fényáramot állítunk be, amelyik a szükséges szintre egészíti ki a természetes világítást. Amilyen mértékben csökken a napfény intenzitása, úgy kell a fényáramot növelni, illetve fordítva is.Az analóg vezérlők kalibrálása potenciométerekkel történik. Megmérjük a természetes megvilágítást kint és bent. Meghatározzuk a világítási tényezőt.
Ez és a helyiségben szükséges megvilágítás az a két adat, ami a kalibráláshoz szükséges. A gyártó által kiadott dokumentáció segítségével beállítjuk a megfelelő potenciométereket. Így a vezérlő az Esz értékhez tartozó határponttól kezdve növelni kezdi a fényáramot – ha szükséges, akkor a fényforrás névleges értékéig. A természetes fény növekedésekor fényáram-csökkentés történik.A digitális vezérlőket úgy fejlesztették ki, hogy a kalibrálás a lehető legegyszerűbb legyen. A külső, természetes megvilágítást nem kell luxméterrel mérnünk, ezt az adatot vezérlőhöz csatlakoztatott fényérzékelőből veszi át a készülék. Külön műszerrel csak a helyiségen belüli fénymérést kell elvégezni. Egy általános kalibrálási módszer két részfeladatból áll.
Meghatározzuk a vezérlési egyenes két pontját: egyszer sötétben és egyszer világosban. A fényérzékelőtől átvett, illetve luxméterrel mért adatok bevitele a vezérlő kezelőszoftvere szerint végzendő. Ha a vezérlő nem csak egy, hanem két vagy három lámpatest-csoportot – világítási zónát – is tud dimmelni, akkor a kalibrálást csoportonként is el kell végezni. A belső megvilágítást az egyes zónák jellemző helyén mérjük.Arra is van lehetőség, hogy a dimmelés alsó értékét nullától különböző nagyságúra válaszszuk. Mivel nagyon kis fényárammal nem gazdaságos fényforrást tartósan működtetni, egyes vezérlőkön az ilyen állapot letiltható. Ebben a sávban kikapcsolják a világítást, majd a természetes világítás csökkenésekor egy adott fényárammal bekapcsolják.
Be lehet állítani a dimmelés sebességét, azaz azt, hogy milyen gyorsan vagy lassan változzon a fényáram. Csökkentésnél, illetve növelésnél ez eltérő is lehet. Ha a természetes világítás a felhőzet változása miatt hirtelen megnő vagy lecsökken, ennek követése a mesterséges világítás „ugrásszerű” változásával járna. Ez zavaró lehet, ezért indokolt a dimmelési sebességet korlátozni, hogy a túl gyors változásokat elkerüljük. Egészen egyszerűen kalibrálható termékek is rendelkezésre állnak.
 |
Az egyik ilyen készülékhez belső – ablakra irányított – fényérzékelő tartozik. Lényeges, hogy a kalibráláskor a nap ne süssön be a helyiségbe, különben kint lehet akár napsütéses is az időjárás: olyan időpontot kell választani, amikor a természetes megvilágítás egyedül nem biztosítja a szükséges lux-értéket. Bekapcsoljuk a mesterséges világítást, és kézi vezérléssel beállítjuk azt a dimmelési fokozatot, amelynél a természetes és mesterséges világítás együtt éppen az előírt szintet állítja be. Számpélda: 330 luxot mértünk, az előírt 500 luxhoz hiányzó 170-et adják a dimmelt fényforrások.
A fényérzékelőn van egy nyomógomb, ezt megnyomva a vezérlő tárolja az így nyert adatokat: a belső megvilágítást ennél a példánál 500 lux értéken fogja tartani, a vezérlési egyenes egyik pontját a 330 lux/170 lux értékpár, a másik pontját a 0 lux/500 lux értékpár határozza meg. Számos fényforrás fényárama csak bizonyos idő eltelte után állandósul. Nem szabad sietni, dimmelésnél meg kell várni az állandósult állapotot.Növelhetjük az automatizáltsági fokot, ha mozgás- vagy jelenlétérzékelőket is felszerelünk. Ehhez olyan vezérlőt kell választani, amelyik rendelkezik az érzékelők csatlakoztatásához szükséges bemenettel vagy bemenetekkel. A sok és különböző szolgáltatásra képes készülékek kezelése ismétlődően beállításokat, módosításokat igényel, illetve tesz lehetővé.
Ezek kényelmes elvégzését segítik a kezelőfelületek vagy vezeték nélküli távirányítók. A DALI irányítási rendszer alkalmazása egyszerű vezetékezést tesz lehetővé.A dimmeléssel történő világításvezérlés folyamata három részre bontható: a fényérzékelés, a vezérlő jel képzése, valamint a dimmelés. A három funkció elvileg egyetlen készülékbe beépíthető. Gyakoribb azonban az, hogy minden funkciót önálló készülékkel valósítanak meg: érzékelő, vezérlő, végrehajtó. Találunk példát arra is, hogy a gyártó modulrendszert alkalmaz: az egyes részfunkciók is külön termékként jelennek meg.
 |
Érzékelőt rendszerint helyiségenként telepítünk. Nagy épületnél, ahol épületirányítási rendszer működik, gazdaságosabb megoldás egyetlen, kint elhelyezett érzékelő. Az így mért megvilágítást a szoftver helyiségenként érvényes jellé dolgozza fel.Az egyenes fénycsövek dimmelése gyakorlatilag dimmelhető előtéttel történik, külön dimmerre nincsen szükség. A vezérlőnek a fényáramváltoztatás vezérlő jelét kell biztosítani.
Analóg rendszernél 1-10 V-os jellel, digitális rendszernél valamelyik digitális jellel dolgozunk (pl. DALI, DSI). Ez a megoldás választható akkor is, ha halogén lámpák elektronikus transzformátorait, kompakt fénycsövek előtétjeit és LED-ek tápegységeit kell vezérelni, és a működtetők fényáram-változtatási képességgel rendelkeznek. Ha a fényforrás működtető eszköze nem rendelkezik ilyen képességgel, külön dimmert telepítünk. Dimmerre van szükség a 230 V-os halogénizzókhoz is. Ha sok lámpatestet kell dimmelni, nem elég egy dimmer. A vezérlő jel ebben az esetben is lehet analóg vagy digitális. A legtöbb helyiségben célszerű világítási zónákat kialakítani.
Nem szükséges zónánként külön vezérlő, ha olyan terméket választunk, amelyik két vagy három zónát is tud vezérelni (6. ábra). A vezérlők beépíthetők elosztószekrénybe vagy egy lámpatestbe. Ez utóbbi esetben szükség van zónánként egy-egy vezérlőre, melyet a felszerelési hely szerint kalibrálunk.
A dimmelő vezérlők adatlapján rendszerint a következő adatok találhatók:
■ energiaellátás,
■ teljesítményfelvétel (üzemi, készenléti),
■ bemenetek (funkció, jellemzők, max. vezetékhosszúság),
■ kimenetek (funkció, jellemzők, max. vezetékhosszúság),
■ vezérlő jel (analóg, digitális),
■ vezérelhető zónák száma,
■ vezérelhető végrehajtók száma,
■ teljes lekapcsolás, terhelhetőség (opció),
■ kézi üzemmód (opció),
■ dimmelési érték kijelzése (opció),
■ szerelési mód,
■ védettség.
 |
A dimmelő vezérlőket leggyakrabban a következő helyeken alkalmazzák: oktatási intézmények, irodák, sportcsarnokok, uszodák, fürdők, kereskedelmi és gyártási célú helyiségek.
