روشنایی هوشمند یک فن آوری نوین است که هدف اصلی آن کاهش مصرف انرژی و افزایش بهره وری برق است. البته اهدافی چون بهبود آسایش و راحتی ساکنان نیز در این فن آوری دنبال می شود. در اجرای سیستم های روشنایی هوشمند مواردی همچون بود و نبود ساکنان در خانه و میزان روشنایی طبیعی روز در نظر گرفته می شود. توسعه این فن آوری به توجه به سهم 20 درصدی روشنایی از مصرف برق در جهان بسیار با اهمیت بوده و گسترش آن می تواند نقش بسزایی در کاهش مصرف برق ایفا کند. با کافه ساختمان همراه باشید تا به بررسی این فن آوری بپردازیم.
طبق آمار، 19 درصد از مصرف انرژی جهان صرف روشنایی می شود که این به معنای سهم 6 درصدی این بخش در انتشار گازهای گلخانه ای است. در آمریکا سهم روشنایی از کل مصرف انرژی 22 درصد است. فن آوری روشنایی هوشمند روشی بهینه برای کمینه کردن مصرف انرژی مورد نیاز فضاهای مسکونی و تجاری است و عمدتا در کنار فن آوری های هوشمند برای کنترل سرمایش و گرمایش و لوازم خانگی به صرفه جویی چشمگیر در مصرف انرژی منتج می شود. افزودن بر این، سطح بالاتری از آسایش و راحتی را برای ساکنان به ارمغان می آورد. مفهوم روشنایی هوشمند صرفا به بهره گیری از فن آوری معطوف نشده و شامل بکارگیری نور طبیعی خورشید برای کاهش روشنایی مصنوعی و همچنین این مساله ساده که افراد هنگام ترک منزل یا محل کار چراغ ها را خاموش کنند نیز می شود.
با استفاده از راهکارهای نوین هوشمندسازی، اصلاح منبع نور و طراحی روشنایی می توان تا ۸۰% مصرف انرژی را در بخش روشنایی کاهش داد. هوشمندسازی تجهیزات علاوه بر این که باعث کاهش چشمگیر مصرف می شود، کمک می کند تا تجهیزات پر مصرف شناسایی شده و در صورت لزوم و داشتن توجیه اقتصادی، آنها را با تجهیزات کم مصرف جایگزین نمود.
مزیت های استفاده از روشنایی هوشمند
- آسایش و سهولت کنترل
- افزایش کارایی افراد
- کاهش مصرف انرژی، کاهش هزینه های انرژی و کمک به حفظ محیط زیست
- زیبایی و تغییر فضا مطابق سلیقه با کمک تغییر رنگ نور
- بالا رفتن طول عمر تجهیزات
- کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری به کمک مانیتورینگ دائمی
- سادگی نصب (بدون سیم و یا شبکه های سیمی یک زوج با قابلیت انتقال داده و جریان)
- قابلیت افزایش سیستم در آینده
- طراحی زیبا و خلاقانه، قیمت مناسب و محصول استاندارد
روش های مدیریت مصرف انرژی در بخش روشنایی
روشهای مختلفی برای مدیریت مصرف انرژی در بخش روشنایی وجود دارد. این روشها شامل کم نور سازی (Dimming)، استفاده از نور طبیعی، خاموش و روشن شدن با توجه به حضور فرد، کنترل زمانی، اندازه گیری میزان مصرف و شناسایی اوج بار، هوشمند سازی و پردازش داده ها می باشد. به طور خلاصه می توان گفت: هدف از تمام روشهای مدیریتی اعمال شده آن است که بهترین منبع نوری دردسترس، تنها در زمان مناسب، به اندازه مورد نیاز و بر مکان مورد نیاز تابیده شود. کاربری های مختلف در تعیین میزان صرفه جویی حاصل از هر روش نقش به سزایی دارند. در ادامه چگونگی کاربرد روشهای مذکور را در فضاهای مختلف و تجهیزات مرتبط با آنها را شرح می دهیم.
مدیریت بر مبنای زمان
در بخشهایی از ساختمان که ساعت کاری از پیش مشخصی وجود دارد این روش کارایی بالایی دارد. بدین ترتیب که اپراتور یا مسئول تاسیسات ساختمان، با اتصال به سیستم از طریق رابط های کاربری ماشین (HMI)، رایانه شخصی، تبلت و یا گوشی موبایل از داخل و یا خارج ساختمان می تواند برنامه زمان کاری و ساعات خاموش و روشن شدن تجهیزات را تنظیم کند و چراغ ها متناسب با آن روشن یا خاموش می شوند. برای روزهای هفته، روزهای کاری و روز های تعطیل می توان ساعات متفاوتی متناسب با ساعات کاری را تنظیم کرد. این روش به تنهایی یا به طور تلفیقی با سایر روشها قابل استفاده است و به دلیل آسانی دسترسی به سامانه مدیریت مرکزی در صورت بروز هر تغییری به راحتی قابل به روزرسانی می باشد و می تواند بین ۱۰ تا ۴۰ % مصرف انرژی را کاهش دهد. در صورت بخش بندی ساختمان و استفاده از سامانه مدیریت هوشمند، تجهیزات ویژه ای برای این کار لازم نیست و به طور دلخواه برای تمام کاربران در صورت تمایل آنها قابل فعال شدن است.
مدیریت بر مبنای حضور
در این روش با تشخیص حضور افراد، روشنایی ها فعال و با خروج آنها بطور خودکار غیر فعال میشوند. بدین ترتیب شعار "لامپ اضافی خاموش" به شعار "لامپ اضافی خودش خاموش می شود" تغییر می یابد و علاوه بر افزایش رفاه بهره برداران، باعث صرفه جویی بسیار زیادی در مصرف انرژی می شود. میزان این صرفه جویی به نوع کاربری فضا و میزان رعایت کاربران بستگی دارد. استفاده از این روش در سرویس های بهداشتی، بیمارستانها و فضا هایی مشابه آنها که امکان انتقال آلودگی وجود دارد سبب بالا رفتن بهداشت عمومی می گردد. در صورت نیاز می توان به جای غیر فعال کردن کامل تجهیزات آنها را در حداقل میزان مصرف قرار داد که این روش موجب افزایش طول عمر تجهیزات می گردد.
تنظیم شدت روشنایی
معمولا روشنایی ها دو حالت خاموش و روشن دارند به همین دلیل در نیمروز یا آخر شب با روشن کردن چراغ، میزان نور یکسانی تولید می شود. در واقع به جز دو حالت خاموش و روشن گزینه دیگری وجود ندارد. به کمک دیم کردن، میزان نور به اندازه دلخواه قابل تنظیم خواهد بود و در نتیجه می توان در زمانهای متفاوت با توجه به پارامترهای متفاوت کاری و محیطی، نور را دقیقا در حد مورد نیاز تنظیم کرد. این کار نه تنها سبب جذابیت نور محیط می شود بلکه مصرف انرژی را نیز کاهش می دهد. موارد خاصی از کاربرد دیم مربوط به اصلاح میزان نور محیط و کاهش هزینه تعمیر و نگهداری است. به طور مثال اگر در محیطی یکی از روشنایی ها بسوزد سایر روشنایی ها به طور اتوماتیک میزان نور خود را افزایش می دهند تا جبران روشنایی از مدار خارج شده را بکنند و یا اگر در محیطی به دلیل طراحی نادرست اولیه، تعداد روشنایی ها بیش از حد استاندارد باشد با دیم شدن خودکار آنها تعادل نوری برقرار می شود. در غیر این صورت با حذف یک منبع روشنایی شعاع تابش، نقطه کور پیدا خواهد کرد.
پروتکل های کم نور سازی (Dimming)
برای کم کردن روشنایی چراغ ها پروتکل های متعددی وجود دارد که مهمترین آنها پروتکل DALI ،DSI و استاندارد ۱-۱۰v می باشند. از بین این سه روش، استاندارد ۱-۱۰v اقتصادی تر و ساده تر برای نصب و تعمیرات است.
تجهیزات مورد نیاز برای کم نور سازی:
- انواع بالاست های دیم کننده لامپ های فلورسنت
- LED های دیم شونده به همراه درایور های مخصوص دیمینگ
- لامپهای کم مصرف کم نور شونده (بسیار نادر و میزان حداکثر کم نور شدگی تا ۳۰%)
بهره گیری از روشنایی روز
با به کار گیری سنسور نور و روشنایی های دیم شونده، میتوان از نور طبیعی حداکثر استفاده را برده و با توجه به آن، میزان نور روشنایی ها را افزایش و یا کاهش داد به طوری که نور محیط همواره در حد مطلوب باقی بماند. با کاهش میزان نور، میزان مصرف نیز کاهش مییابد. بدین ترتیب مصرف انرژی روشنایی به کمترین حد خود میرسد و میزان نور محیط بهینه میشود. کاربرد این روش به خصوص در مکان های نزدیک پنجره و سایر نقاط نورگیر تاثیر چشمگیری دارد و علاوه بر صرفه جویی به زیبایی و بهداشت و سلامت محیط کار کمک میکند. با کنترل درست پرده و سایبان و تشخیص میزان نور محیط از طریق فتوسل ها این امکان فراهم می شود تا با برقراری بالانس مناسب این دو پارامتر ، بیشترین بهره را از نور روز ببریم که علاوه بر کیفیت نور و بدون هزینه بودن استفاده از آن در سلامت فرد و جذب ویتامین d از نور خورشید هم نقش موثری دارد. برقراری بالانس بین این دو را اطلاعات فتوسل و تنطیمات کاربر برای میزان نور دلخواه محیط و حضور و عدم حضور فرد به نهایت هوشمندی می رساند.
تجهیزات مورد نیاز برای بهره گیری بهینه از نور طبیعی
- چراغ های قابل کم نور سازی (Dim)
- حسگر سنجش نور مستقیم خورشید برای تشخیص میزان نور محیط (معمولا در ایستگاه های هواشناسی بصورت مجتمع با سنسورهای باد و باران مورد استفاده قرار می گیرند)
- فعال ساز و موتورهای پرده و سایبان
حسگر چندکاره حضور و نور: این حسگر با یکپارچه کردن چند نوع حسگر و فعال ساز، انتخابی بسیار هوشمندانه برای هوشمندسازی روشنایی ساختمان است. این تجهیز برای کنترل خودکار مقدار روشنایی چراغ بکار می رود. البته با روشهای دیگری نیز می توان از نور طبیعی بهره برد از جمله معماری متناسب با نور ساختمان، بهره گرفتن از نورگیر و پنجره های بزرگ، استفاده از لوله انتقال نور یا کانال انتقال نور (در محل هایی که دسترسی به نور ندارند).
کاهش بار اوج (پیک سایی)
با توجه به اینکه در ساختمان هوشمند میزان مصرف انرژی بطور دائم مانیتور می شود، در شرایطی که پیش بینی شود میزان مصرف از حدود تعیین شده تجاوز خواهد کرد، می توان میزان نور روشنایی ها را (۱۰ تا ۳۰ درصد بسته به اهمیت کاربری) موقتا کم کرد تا دوره پیک مصرف ساختمان سپری شود. بدین ترتیب می توان هزینه مصرف انرژی را به طرز چشمگیری کاهش داد. همچنین، نرمافزار مدیریت مرکزی نمودارهای مصرف مداراتِ مختلف روشنایی را مانیتور می کند و در شناسایی روشناییهای معیوب به نیرویهای تعمیر و نگهداری ساختمان یاری می رساند.
تجهیزات مورد نیاز کاهش بار اوج:
فعال سازهای مختلف روشنایی مانند فعال ساز سوئیچینگ و کم نور ساز
سناریوسازی کنترل نور
کاربران می توانند با انجام تنظیمات شخصی و ذخیره آن، سناریوهای دلخواهی را پدید آورند که با فشردن یک دکمه چندین کار به طور همزمان رخ دهد و شرایط دقیقا مطابق خواسته آنها تغییر کند. مثلا سناریو مطالعه نور را در محلی که فرد در حال مطالعه می باشد به اندازه لوکس مناسب مطالعه دیم کرده و با بستن پرده ها فضا را برای فرد به صورتی که دلخواه وی می باشد در می آورد. تنظیم مودهای مختلف به کمک تعیین میزان مناسب نور و رنگ دلخواه از سناریوهای محبوب بخش روشنایی است. روشنایی می تواند به گونه ای تنظیم شود که برای افزایش حفاظت و ایمنی به کار گرفته شود مثلا هنگام ورود فرد مزاحم تمام چراغها روشن شده و به طور همزمان حضور وی به پلیس اطلاع داده شود. نرم افزار رابط کاربری این امکان را فراهم می کند تا کاربر از طرق مختلف مانند موبایل، تبلت، کامپیوتر، اینترنت به شبکه دسترسی داشته و تنظیمات دلخواه و مورد نیاز را انجام دهد.
ترکیب همه روش ها
مجموع روشهای فوق برهم اثر گذار است و بهترین نتیجه را برای کاربر به همراه می آورد. مثلا تلفیق اطلاعات فتوسل با حسگر حضور و کم نور ساز و ابزارهای کنترل پرده و تنظیمات دستی کاربر روی هم تاثیر مستقیم می گذارد و مجموع اطلاعات حاصل از آنها نتیجه ای را حاصل می کند که هوشمندانه به نظر می آید و و در عین بهینه بودن تامین کننده آسایش ساکنان خواهد بود.
معایب سیستم روشنایی سنتی و مزایای سیستم روشنایی هوشمند
سیستم روشنایی جزء جدایی ناپذیر تمامی ساختمان ها با کاربری های گوناگون میباشد. در دنیای ساخت و ساز امروزی، سیستم روشنایی یک موضوع ویژه بوده و تعریف های متفاوتی نسبت به گذشته خود پیدا کرده است. در گذشته هدف از سیستم روشنایی تنها رفع نیاز روشنایی مطلوب در هر بخش از ساختمان متناسب با کاربری مد نظر آن بخش بوده است. اما امروزه از سیستم روشنایی علاوه بر تعریف سابق آن، استفاده های گسترده تری از قبیل ترکیب انواع روشنایی داخلی با طراحی های داخلی و فضاسازی های گوناگون، روشنایی های حجمی و تزیینی، پویا کردن روشنایی یک محیط برای استفاده در زمان ها و موقعیت های گوناگون و استفاده های چند کاره از محیط و غیره می باشد. با این کاربردهای جدید، سیستم روشنایی به حیطه مهندسی ورود پیدا کرده و تخصص های ویژه ای را به وجود آورده است. مسلما با پیشرفت های روز افزون در صنعت روشنایی، سبک های جدید مدیریتی و کنترلی در کنار آن شکل گرفته تا کارکرد سیستم روشنایی را راحت تر از گذشته سازد و به اصطلاح مبحث "سیستم روشنایی هوشمند" را شکل داده است. در ادامه معایب و مزیت های روش های سنتی و نوین برای تنظیم روشنایی ساختمان تشریح شده است.
معایب سیستم روشنایی سنتی
- عدم امکان تغییر در نوع کنترل: اگر کنترل یک سرخط روشنایی سنتی با استفاده از یکی از کلید های تک پل، دو پل، تبدیل و صلیبی باشد، تا آخر هم همین خواهد بود و شما غیر از استفاده از این کلیدها به گونه ای دیگر نمیتوانید کنترل آن سرخط روشنایی را در دست داشته باشید.
- خاموشی زیاد در هنگام تغییرات و تعمیرات: در صورت سوختن یک چراغ و یا تغییر و تعمیر در مسیر یک سرخط روشنایی، شما حداقل مجبور به قطع برق فیوزی هستید که آن سرخط روشنایی در مسیر خروجی آن فیوز است و بدیهی است تنها آن فیوز مربوط به آن سرخط شما نبوده و ممکن است برای ایجاد این تعمیرات یا تغییرات برای مدتی که فیوز قطع است، سایر سرخط های روشنایی و حتی پرده برقی، آیفون تصویری و پریز که در مسیر آن فیوز هستند خاموش باشند و این کار تعمیرات را در ساعات تاریک شبانه روز غیر ممکن خواهد کرد.
- مصرف بالا انرژی و بدون صرفه جویی: در طرح سنتی روشنایی، چون کنترل شما روی بخش های روشنایی تنها از طریق کلیدهای سنتی نصب شده روی دیوار میباشد، بنابراین هیچ مدیریتی در زمینه کاهش مصرف انرژی نمیتوانید داشته باشید و تنها وقتی کاهش مصرف انرژی دارید که خودتان به صورت دستی کلید مربوط به آن سرخط روشنایی را خاموش کنید.
- افزایش خرابی انواع چراغ ها: با گذر زمان و افزایش طول عمر ساختمان، به دلیل فرسودگی کلیدهای سنتی سر راه سرخط های روشنایی، برق ورودی به سرخط روشنایی به جای تغییر سطح ولتاژ آن از صفر به 220 ولت در یک لحظه، ممکن است با تأخیر و یا پس از چندین بار نوسان از صفر به 220 ولت برسد که این مستقیما به چراغ ها آسیب رسانده و باعث کاهش عمر مفید آن ها و در نهایت سوختن چراغ میشود. به خصوص در مورد لامپ های کم مصرف.
- تعدد پر شمار کلیدهای سنتی دیواری: بی شک این مهمترین عیب می باشد. اگر در ساختمان های امروزی و به ویژه در سطح زیر بنای بالا که روشنایی های زیادی در ساختمان کار میشود سیستم روشنایی به صورت سنتی اجرا شود، با پدیده تعدد و شمار بالای کلیدهای سنتی در سطح دیوارهای داخلی ساختمان روبرو هستیم که متأسفانه این پدیده از دید سازندگان دور بوده و در زمان تحویل ساختمان جلوه پیدا میکند و معایبی از قبیل: سیم کشی های زیر ساخت دشوار، نصب دشوار کلیدها کنار یکدیگر، حجم بالای سیم در پشت کلیدها و عدم ایمنی و امکان قطعی بالا، افزایش هزینه تحمیلی خرید کلیدها در آخر، پر شدن دیوار ها و جلوه نامناسب و ناهماهنگ با فضاسازی های مدرن و مهمتر از همه انتخاب دشوار کلیدی است که میخواهیم سرخط مورد نظر ما را کنترل کند.
- عدم امکان استفاده از سیستم های جدید روشنایی: و در آخر درطرح سنتی، دست ما برای استفاده از انواع تکنولوژی های نوین روشنایی بسته است و بسیاری از محصولات روشنایی جدید را نمیتوان در مجموعه سنتی خود اضافه کرد و به درستی استفاده نمود.
مزایای سیستم روشنایی هوشمند
- انعطاف پذیری: در سیستم روشنایی هوشمند، به راحتی میتوانید سرخط یک روشنایی جدید را وارد مجموعه خانه هوشمندتان کنید و کنترل آن را از طریق تمامی درگاه های ارتباطی و کنترلی هوشمند به دست بگیرید.
- اجرای انواع طرح های صرفه جویی در مصرف انرژی:شما به راحتی میتوانید با ساخت سناریوهای هوشمند گوناگون، مصرف برق خود را در زمینه روشنایی کاهش دهید و مدیریت های یکپارچه ای به روی تک تک سرخط های روشنایی یا مدیریت کلی بر روی تمامی آن ها داشته باشید.
- تغییر اصولی شدت نور یا دیم کردن روشنایی:در سیستم هوشمند میتوانید چراغ های مصرفی خود را دیم کرده و شدت نور آن را به دلخواه و یا در قالب سناریوهای گوناگون تغییر داده تا فضای شما دارای سطوح روشنایی گوناگون شود. همچنین به راحتی میتوانید یک سرخط را که پیش از این به عنوان سرخط ON/OFF بوده، بدون هیچگونه تغییر در زیر ساخت، به حالت DIMMER تبدیل کرده و از آن بهره مند شوید.
- سناریو پذیری:سیستم روشنایی شما هوشمند میباشد و میتوانید سناریو های مختلف روشنایی در فضا های مختلف ساختمانتان را از قبیل سناریوهای ورود، مهمان، مطالعه، خواب، تماشای تلویزیون، خروج از خانه، مسافرت، امنیتی و ... داشته باشید و مهمتر از آن میتوانید سیستم روشنایی خود را با سیستم های صوتی، گرمایش و سرمایش، پرده برقی و ... در سناریوهای تخصصی و کارآمد یکپارچه نمایید.
- استفاده از کلیدهای هوشمند دیواری با تعداد پل بالا (خروجی بالا): با استفاده از انواع کلیدهای هوشمند دیواری متناسب با سلیقه شما و همچنین نیاز فضا، به جای تعدد و شمار بالای کلیدهای سنتی در سطح دیوار، در هر فضای ساختمان شما تنها یک کلید هوشمند قرار میگیرد که شما علاوه بر کنترل تک تک تمامی سرخط های روشنایی، میتوانید سناریوهای گوناگون نیز اجرا نمایید و همچین از طریق همین کلید هوشمند کنترل سایر تجهیزات مانند گرمایش و سرمایش هوشمند، سیستم صوتی هوشمند، پرده برقی هوشمند و ... را میتوان به راحتی در اختیار داشت.
- کنترل روشنایی از طریق درگاه های ارتباطی هوشمند از راه دور و نزدیک: با هوشمند سازی روشنایی ساختمان خود، میتوانید از درگاه های های مختلف و جذاب ارتباطی جهت کنترل و مدیریت روشنایی استفاده کنید. درگاه های ارتباطی هوشمند از قبیل کلیدهای هوشمند دیواری، ریموت کنترل، کنترل از طریق انواع موبایل و تبلت، کنترل خارج از خانه از طریق اینترنت و پیام کوتاه و همچنین کنترل و مدیریت با انواع سنسورها در لایه های منطق مختلف.
- شکیل بودن و راحتی مدیریت و کنترل هوشمند: کلید های دیواری اولین درگاه ارتباطی در سیستم هوشمند هستند که مسلما نسبت به کلیدهای تک پل، دو پل و تبدیل سنتی، زیبایی بیشتری داشته و به خاطر داشتن LCD، چراغ های نمایشگر، ریموت پذیرب، ترموستات داخلی، سناریو پذیری و ... راحتی استفاده از آن در کنترل تجهیزات را برای شما ایجاد میکند.
- راحتی در تعمیرات و تغییرات:هنگام تغییر لامپ های یک سرخط روشنایی و یا تعمیر آن فقط و فقط آن سرخط روشنایی در مدت تغییر و تعمیر خاموش میباشد و تمامی سرخط ها در مجاورت آن داری برق و کاربری عادی خود خواهند بود که این ویژگی علاوه بر راحتی، اطمینان و امنیت را نیز فراهم می آورد.
- کاهش هزینه های نهایی قسمت برق ساختمان: و در آخر اجرای زیر ساخت روشنایی ساختمان بر اساس طرح هوشمند، با طرح سنتی آن متفاوت است. ممکن است مقداری هزینه های تجهیزات مصرفی مانند سیم و لوله برق اضافه شود اما راحتی اجرای این طرح به مراتب برای مجری زیرساخت برق (برقکار پروژه) راحت بوده، سیم کشی ها استاندارد شده، هزینه های خرید انواع کلید سنتی و ترموستات های مختلف صرفه جویی می شود، نصب تجهیزات به مراتب راحت تر و در زمان کمتری صورت میگیرد و در آخر هزینه های نهایی قسمت برق ساختمان کاهش یافته و بر روی اصول هزینه میشود.
