Датчики движения и присутствия – реальная экономия электроэнергии

Аннотация

Дмитриев С. К. Датчики движения и присутствия – реальная экономия электроэнергии. Как показывает опыт, существенную экономию электроэнергии в зданиях позволяет достичь установка комплексного автоматизированного контроля и управления системами электроосвещения. Покажем возможности снижения энергопотребления за счет использования управляющих освещением датчиков движения и присутствия, установленных в офисе, расположенном на одном из этажей стилобатной части комплекса Федерация Московского международного делового центра Москва-Сити.

В России при проектировании новых и реконструкции существующих инженерных систем зданий и сооружений вопросам энергосбережения уделяется все больше внимания. Поэтому существует значительный интерес к зарубежным, уже испытанным методам и разработкам, позволяющим получить значительную экономию энергии.

Энергосберегающие мероприятия, внедряемые в Германии, хорошо зарекомендовали себя и на российских объектах. Так, нашло широкое применение в системах внутреннего освещения зданий автоматическое управление с использованием специальных датчиков. Германия далеко продвинулась в данном направлении: в стране на федеральном уровне принят закон, регламентирующий обязательную установку в зданиях датчиков присутствия и движения с целью экономии электрической энергии, затрачиваемой на искусственное освещение. Без реализации данных энергосберегающих требований невозможно спроектировать новое здание или провести реконструкцию существующего. Их выполнение незатруднительно, т. к. рынок предлагает широкий выбор датчиков движения, присутствия, сумеречных датчиков и сопутствующего оборудования, необходимого для автоматического регулирования освещения в зданиях.

Рассмотрим принцип действия автоматической системы управления освещением и покажем, в каком случае следует выбирать тот или иной датчик.

Управление освещением датчиками движения и присутствия

Одним из эффективных способов решения проблемы экономии электроэнергии является установка датчиков движения и присутствия. Принцип их работы прост: датчики автоматически включают / выключают освещение в помещении в зависимости от интенсивности естественного потока света и/или присутствия людей. Возможным это делает пассивная технология инфракрасного излучения: встроенные IR-датчики производят запись тепловой радиации и преобразовывают ее в измеряемый электрический сигнал. Люди излучают тепловую энергию, спектр которой находится в инфракрасном диапазоне и не видим человеческому глазу.

Рис. 1 иллюстрирует распределение температуры человеческого тела в инфракрасном спектре. Тепловая радиация собирается оптической линзой и проектируется на инфракрасные датчики. Изменения тепловой радиации, т. е. различия в температуре, вызванные движением, регистрируются датчиками и преобразуются в электрический сигнал. Встроенная в датчик электроника обрабатывает полученный сигнал и производит заранее установленные действия (включение / выключение групп освещения).

Оптическая система линз фиксирует тепловую радиацию и проектирует данные на инфракрасный датчик. Область обнаружения датчика поделена на активные и пассивные зоны. На инфракрасный датчик проектируются только активные зоны. В результате изменения показаний инфракрасной радиации от одной активной зоны к другой посылается сигнал (рис. 2).

Выбор проектировщика: датчик движения или присутствия?

Сориентироваться в выборе между применением датчика движения или присутствия поможет таблица. В любом случае, принимать решение следует обдуманно, учитывая различные параметры: от места предполагаемого размещения до желаемого сценария работы.

Необходимо также принимать во внимание дальность действия датчиков и их чувствительность, которая зависит от ряда факторов, способных меняться в зависимости от состояния окружающей среды и иных причин:

• диапазон действия (например, увеличение зоны покрытия с увеличением высоты установки датчика) (рис. 3а, 3б). В этом случае чувствительность уменьшается, поскольку пассивные и активные зоны становятся больше (рис. 3б);
• определение оптимальной диагонали движений человека, чтобы вызвать срабатывание датчика (рис. 2);
• влияние сезонных колебаний температуры окружающей среды. В середине лета различие температуры окружающей среды и тела человека будет невелико, в то же время зимой большая часть поверхности тела человека плотно закрыта одеждой (рис. 1). Также погодные явления, такие как снег, дождь и туман, поглощают инфракрасное излучение и могут уменьшить диапазон срабатывания датчика (рис. 3а).

Благодаря интегрированной стабилизации температурного уровня, датчики максимально компенсируют и сглаживают влияние окружающей среды на работу устройств. После выбора соответствующего датчика при его инсталляции внимание должно быть уделено возможным помехам, таким как:

• растения (деревья, кусты), колышущиеся под влиянием ветра;
• животные (собаки, кошки и т. п.);
• горячие воздушные потоки от вентиляторов или отопительного оборудования;
• электронные источники вмешательства, расположенные в непосредственной близости, например телевидение и hi-fi-устройства, компьютеры, системы радиосвязи и т. д.;
• источники искусственного освещения, установленные рядом с датчиками.

Упомянутые помехи могут вызвать неумышленное срабатывание датчика, поэтому посредством имеющихся в комплекте шторок зону покрытия можно изменять, учитывая индивидуальные особенности. Важно то, чтобы датчик имел открытое поле видимости, поскольку температурное излучение от человека не может проникнуть сквозь твердые объекты (стены, двери, окна или застекленное помещение) (рис. 3в).

Датчики могут быть запрограммированы с помощью дистанционного пульта управления, что облегчает установку различных параметров и настройку работы датчика, а также избавляет от необходимости применять дополнительное оборудование (инструменты, лестницы и т. п.).

Экономический эффект

Главное преимущество датчиков движения и присутствия для монтажников – это простая установка и их настройка для последующей работы: не требуется прокладка специальных сетей управления или применение дополнительного дорогостоящего оборудования. Датчики устанавливаются в разрыв электрической цепи и сразу готовы к эксплуатации.

Главная цель данного оборудования – обеспечить пользователю комфорт и экономию энергии. Сегодня стоимость электроэнергии в Германии составляет в среднем 0,18–0,22 евро/кВт (для сравнения, в Москве – 0,08 евро/кВт). Успешный опыт эксплуатации данного оборудования показывает, что оно позволяет сэкономить 70–80 % электрической энергии, затрачиваемой на освещение в здании.

Несмотря на почти трехкратное различие в стоимости энергии, сроки окупаемости установки датчиков движения и присутствия для России составляют 1–2 года, в зависимости от темпов роста цен на электроэнергию и мощности применяемого осветительного оборудования. Учитывая общий срок эксплуатации зданий (40–50 лет), срок окупаемости данного оборудования мал, а применение данного решения позволяет владельцу здания или управляющей компании экономить значительные средства при эксплуатации объекта.

Пример инсталляции датчиков движения и присутствия

В Москве в офисных помещениях, расположенных на 4-м этаже стилобатной части комплекса Федерация ММДЦ Москва-Сити, было проведено исследование и выполнен расчет для оптимизации систем внутреннего освещения. Сотрудники офисов, как правило, не заботятся о сбережении энергии, поскольку экономически в этом не заинтересованы (не оплачивают счета за эксплуатационные расходы). Как результат, освещение в кабинетах, коридорах и санузлах включено с утра до вечера, даже когда в этом нет необходимости. Поэтому была поставлена задача обеспечить дополнительный комфорт в помещении благодаря возможности автоматического поддержания требуемого уровня освещенности на рабочих местах, а также осуществлению управления освещением в общественных помещениях. Все это позволяет собственнику достичь существенного снижения расходов на электрическую энергию, затрачиваемую на искусственное освещение в офисе.

Краткое описание проекта

Общая площадь офисного этажа составляет 3 038,9 м2. Выполняемую работу по оптимизации освещения можно подразделить по функциональности на 5 основных групп: освещение в кабинетах (включая переговорные и комнаты отдыха), офисных зонах и коридорах, санузлах, технических и вспомогательных помещениях и освещение по фасаду (в том числе в ночное время).

Исходя из функционального назначения помещений, автоматическое управление освещением строится по принципу предоставления максимального комфорта для людей и экономии электроэнергии (во время достаточного уровня естественного освещения и отсутствия в помещении людей). Все устанавливаемые датчики присутствия, движения и сумеречные датчики функционируют автономно, устанавливаются в разрыв электрической цепи и не требуют каких-либо сетевых интерфейсов подключения или специального обслуживания.

Кабинеты и переговорные комнаты

Во всех помещениях, согласно проекту, была принята норма освещенности в 400 Лк. Часть кабинетов расположена вдоль окон двойного фасада (остекление от пола до потолка), а часть – внутри этажа (не имеют источников естественного освещения). Во всех помещениях этой группы устанавливаются датчики присутствия. В помещениях, расположенных по периметру здания, монтируются датчики присутствия с функцией диммирования: прибор измеряет степень освещенности в комнате и при необходимости плавно увеличивает / снижает мощность осветительных приборов от 0 до 100 % (при условии, что в комнате находятся люди). В помещениях, расположенных внутри этажа, применены датчики присутствия только с функцией включения / выключения. Во всех кабинетах и офисных зонах управление от датчиков присутствия осуществляется для люминесцентных ламп освещения. Точечные галогеновые светильники, расположенные по фасаду здания, управляются отдельно от сумеречных датчиков.

Рассмотрим подробнее установку датчика присутствия в офисном кабинете общей площадью 17,5 м2 (рис. 4). В подвесном потолке (в центре офисного помещения) в разрыв электроцепи (до осветительных приборов) был установлен датчик присутствия ESYLUX PDE 360i/24 DIM. При высоте подвеса 3 м дальность его действия составляет 24 м в диаметре (настраивается с пульта дистанционного управления).

Диапазон измерения датчиком смешанной освещенности составляет от 5 до 2 000 Лк, задержка отключения освещения настраивается в интервале от 1 до 15 мин. Снизить яркость освещения возможно до 10 % по истечении времени задержки выключения для дежурного освещения. Благодаря установленной на заводе программе, датчик готов к эксплуатации сразу после подключения. Индивидуальная настройка параметров выполняется с помощью пульта дистанционного управления.

Датчик измеряет степень освещенности в помещении и одновременно фиксирует присутствие людей даже по незначительным движениям. При условии, что степень освещенности в помещении становится меньше 400 Лк, и в нем присутствуют люди, датчик плавно включит освещение для достижения необходимого уровня освещенности только на нужную величину. Например, в пасмурную погоду, когда естественного освещения не хватает для поддержания освещенности в 400 Лк, датчик начнет плавно добавлять интенсивность искусственного освещения, поддерживая в кабинете заданный комфортный уровень освещенности.

Когда последний сотрудник покидает кабинет, например по окончании рабочего дня, датчик соответственно перестает фиксировать движение и начинает работу таймер выключения освещения – по истечении заданного времени освещение либо выключится совсем, либо будет снижено до 10 % от полной мощности (режим дежурное освещение). Освещение включится на следующий день сразу после того, как первый сотрудник войдет в кабинет, и при условии, что уровень освещенности в кабинете будет ниже 400 Лк (например, утром в зимнее время года).

В помещениях, которые находятся внутри этажа и не имеют окон, были установлены датчики присутствия PDE 360i/24 и PDE 360i/8, работа которых аналогична принципу, описанному выше, но только без функции диммирования.

Санузлы

В туалетных комнатах необходимо использовать как датчики движения, так и присутствия. Рассмотрим сценарии работы датчиков на примере данного проекта (рис. 5). Помещение туалета А оборудуется потолочным датчиком MDE 360i/8, помещение В – общим настенным датчиком движения MD 180i/R, который помимо движения также фиксирует и шумы (специально предназначен для размещения в санузлах и ванных комнатах). Чувствительность шумового сенсора настраивается отдельно. Каждая из кабин, расположенных в помещении В, оборудована мини-датчиком присутствия. Таким образом, освещение в туалете будет включено при условии, что хотя бы один из датчиков зафиксирует движение. Если человек заходит только в помещение А, свет включится только в данном помещении.

Настенный датчик движения MD 180i/R с углом охвата 180° предназначен для автоматического включения освещения. Он совместим со всеми фирменными выключателями и заменяет собой традиционные выключатели. Может встраиваться в потолок, монтироваться до и после чистовой отделки. Программируется с помощью пульта дистанционного управления, что позволяет производить быструю и точную настройку различных параметров без использования дополнительных инструментов и проводов.

Освещение по фасаду

Система освещения фасада здания делится на четыре части: юг, север, запад и восток. Каждая из веток системы освещения управляется сумеречным датчиком (датчиком освещенности), который фиксирует заданную степень освещенности на своей части фасада (с учетом внешнего воздействия) и при наступлении темноты включает свою сторону фасада (автоматически выключает в светлое время суток).

Оптимизация систем внутреннего освещения по предварительным расчетам позволит сэкономить около 70 % средств, затрачиваемых собственником помещений на освещение.

Итак, сегодня в современных жилых и коммерческих зданиях использование датчиков как средств управления искусственным освещением не только позволяет повысить комфорт эксплуатации помещений, но и становится экономически и энергетически выгодным. В Москве для зданий выполняется множество аналогичных описанному выше проектов по энергосбережению. В среднем их окупаемость составляет для гостиничных зданий 1–1,5 лет, для жилых зданий – 1,5–2 лет, для офисов – 2–2,5 лет. При стабильном росте цен на электроэнергию, составляющем около 30 % в год, сроки окупаемости инвестиций будут снижаться.