Lichtmanagementsysteme Vernetzen und regeln

Ein Nebeneffekt des »Smart Grid« mit seinen »Smart Meters« dürfte der Einzug der Gebäudeautomatisierung in Privathaushalte werden. Damit könnten Lichtmanagementsysteme auch zuhause Verbreitung finden.

Wer in einem voll geregelten Bürohaus arbeitet, steht der Gebäudeautomatisierung oft etwas skeptisch gegenüber. Da gehen unmotiviert Jalousien auf und zu, Klimaanlagen pusten ungefragt in den Nacken und gelegentlich geht auch noch das Deckenlicht einfach so an und nicht wieder aus. Oft genügt es schon, wenn einer der beteiligten Sensoren nicht korrekt arbeitet, dass sowohl die versprochenen Energieeinsparungen ausbleiben, als auch die Produktivität sinkt. Dabei kann die Gebäudeautomatisierung durchaus sinnvoll sein, doch besteht auch heute noch einiger Nachholbedarf.

Das gilt auch für Lichtmanagementsysteme (LMS), die für enorme Einsparungen sorgen können. Bei Osram setzt man beim Thema LMS auf eine Kombination aus proprietären Methoden und standardisierten Vorgehensweisen. Für die elementare Verschaltung kommen beispielsweise DALI-konforme Vorschaltgeräte zum Einsatz, übergeordnet ist das Managementsystem »Encelium«, das über BACnet Schnittstellen zu Gebäudemanagementsystemen bereitstellt. Einsparungen von bis zu 75% soll dieses LMS in Büros, Industriegebäuden und Zweckbauten wie Krankenhäuser oder öffentliche Gebäude ermöglichen. Möglich wird dies durch die Kombination von sechs Strategien zur Stromeinsparung:

  • Intelligente Zeitplanung: In Gebäudeteilen, in denen Präsenzsensorik nicht eingesetzt werden kann, besteht die Möglichkeit, die Beleuchtung zu vordefinierten Zeiten ein- oder auszuschalten beziehungsweise zu dimmen.
  • Tageslichtabhängige Regelung: Durch Verwendung von Tageslichtsensorik wird die künstliche Beleuchtung entsprechend des einfallenden Tageslichts automatisch heruntergedimmt
  • Aufgabenbezogene Beleuchtung: Voreinstellen maximaler Beleuchtungsniveaus für bestimmte Arbeitsplätze, um zu hohe Beleuchtungsstärken und somit übermäßigen Energieverbrauch zu verhindern.
  • Präsenzabhängige Regelung: Durch Verwendung von Präsenzsensorik wird die Beleuchtung automatisch ein- beziehungsweise ausgeschaltet oder heruntergedimmt, wenn der Raum verlassen wird.
  • Individuelle Steuerung: Dank einer personalisierten Lichtsteuerungs-Software lässt sich die Beleuchtung eines jeden Arbeitsplatzes direkt am eigenen PC individuell einstellen und dimmen.
  • Variable Lastenverteilung: Automatische Reduzierung des Stromverbrauchs auf Gebäude-level durch Anpassung des Beleuchtungsniveaus (und damit des Stromverbrauchs), um entweder Verbrauchsspitzen zu verhindern oder auf gestiegene Energiekosten zu reagieren.

Gebäudebetreiber können das System über eine Software mit 3D-Darstellung weltweit über das Internet steuern und überwachen, vom eigenen Schreibtisch aus kann das Lichtniveau am Arbeitsplatz geregelt werden. Mit der neuesten Generation elektronischer Vorschaltgeräte nach DALI-Standard erfasst das Encelium-System den Energieverbrauch der Beleuchtung in Echtzeit, wodurch punktgenaue Eingriffe möglich werden. Auf diese Weise lassen sich flexible Stromtarifmodelle nutzen.

Das Lichtnetz

In Bild 1 sind die Komponenten eines solchen Lichtnetzwerkes dargestellt. Die SSU (System Support Unit) ist ein Server, der alle Daten (Einstellungen, Parameter, Datenhistorie und -verlauf, Statistiken, etc.) speichert und verwaltet. Das hutschienenmontierbare Lichtsteuerungsmodul, die »DALI ECU« (Energy Control Unit) sorgt für den direkten Anschluss aller DALI-Komponenten wie Vorschaltgeräte, Sensoren, Taster, etc.

Ein Sensorkoppler mit DALI-Schnittstelle dient der Leuchtenintegration oder zum Deckeneinbau und kommt mit allen kompatiblen Sensoren von Osram zurecht, darunter auch Präsenz- und Tageslichtsensoren. Tasterkoppler mit DALI-Schnittstelle werden direkt in der Wandeinbaudose hinter dem Taster/Schalter eingebaut.

Die Software »Polaris 3D« bietet stockwerk- und raumbasierte 3D-Navigation nebst farblicher Darstellung der lichtrelevanten Verbräuche und Parameter (Bild 2). Sie erlaubt die Energieerfassung in Echtzeit und die Darstellung bis zur Ebene einzelner Leuchten. Eine Echtzeitdarstellung von Dimmniveau, Präsenz sowie Energieverbrauch und -einsparung liefern Anhaltspunkte für gezielte Eingriffe.

Teil des Systems ist eine zentrale Software für den Facility-Manager, um Systemeinstellungen zu ändern beziehungsweise zu programmieren. Ein Kernstück dieser Struktur ist DALI (Digital Addressable Lighting Interface). Dabei handelt es sich um ein Protokoll zur Steuerung von lichttechnischen Betriebsgeräten wie Schaltnetzteilen, elektronischen Vorschaltgeräten (EVG) oder elektronischen Leistungsdimmern.

Jedes Betriebsgerät, das über eine DALI-Schnittstelle verfügt, kann über Kurzadressen einzeln angesteuert und in der Intensität verändert werden. Durch einen bidirektionalen Datenaustausch kann ein DALI-Steuergerät oder Gateway den Status von Leuchtmitteln beziehungsweise von Betriebsgeräten einer Leuchte abfragen und den Zustand setzen.

Jedem Betriebsgerät an einem DALI-Strang können bis zu 16 Gruppen zugeordnet werden, um eine synchrone Ansteuerung der Betriebsgeräte zu ermöglichen. Darüber hinaus können bis zu 16 »Stimmungen«, also vordefinierte Intensitätstellwerte, pro Betriebsgerät gespeichert und bei Bedarf aufgerufen werden. DALI lässt sich als Inselsystem mit maximal 64 Betriebsgeräten betreiben oder als Subsystem über DALI-Gateways in modernen Gebäudeautomatisierungssystemen.

DALI verwendet ein serielles, asynchrones Datenprotokoll mit einer Übertragungsrate von 1200 Bit/s bei einem Spannungsniveau von 16 V. Die Steuerleitung ist galvanisch getrennt und polaritätsfrei. Der Standard legt keine zu verwendenden Stecker, Klemmen und Leitungen fest, die Leitungen können in fast beliebigen Topologien, also Stern, Linien- oder Baumstrukturen verlegt werden.

Eine ringförmige Verbindung von Komponenten ist jedoch zu vermeiden. Die Leitungslänge zwischen zwei Systemteilnehmern ist (abhängig vom Leitungsquerschnitt) auf maximal 300 Meter begrenzt. Es sind keine Abschlusswiderstände am Ende einer Leitung notwendig. Das System bietet die Möglichkeit, einen bestimmten »Systemfehlerwert« (System Failure Level) einzunehmen, für den Fall, dass die Ruhespannung von 16 V ausfällt und eine Kommunikation zu den Betriebsgeräten nicht mehr möglich ist.

Aus der Norm IEC 62386 ergeben sich einige Randbedingungen. So sind maximal 64 Aktoren pro Bus erlaubt; jeder DALI-Kreis darf maximal 250 mA aufnehmen, jeder Aktor (Last) nicht mehr als 2 mA. Weiterhin darf der maximale Spannungsabfall zwischen Sender und Aktor 2 V nicht überschreiten. Die Energieversorgung der DALI-Komponenten erfolgt in der Regel über eine gesonderte Netzversorgung, andernfalls sind besondere Schutzmaßnahmen zu ergreifen. Durch die Kenntnis des Leistungsverbrauchs bis auf die Leuchtenebene hinab bieten die Vorschaltgeräte »DALI GII« eine dreistufige Plug&Play-Korridorfunktion mit einem handelsüblichen Bewegungssensor, die automatische Erkennung von Gleichstromversorgung im Notlichtfall sowie die Möglichkeit, flexibel zwischen leistungsgeregeltem und quasi-stromgeregeltem Betrieb zu schalten.