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Intelligente Beleuchtung

Smart Lighting

Smart Lighting - Licht aus dem Netzwerk

Trotz verbesserter Effizienz ist Beleuchtung laut Angaben der Internationalen Energieagentur (IEA) immer noch für bis zu sieben Prozent des weltweiten Stromverbrauchs in Gebäuden verantwortlich. Ein erster wichtiger Schritt zur Reduktion des Energiebedarfes war die Etablierung Leuchtdioden (LEDs) als Leuchtmitteln, die anderen Leuchtmitteln in beinahe jeder Hinsicht überlegen sind. LED-Leuchten weisen einen sehr niedrigen Energieverbrauch auf. Durch ihre große Effizienz fällt der Energieverbrauch im Vergleich zu Halogen-Leuchtmitteln um das sechs- bis achtfache geringer aus.

Selbst die sparsamen LED-Leuchten lassen sich noch viel effizienter betreiben, wenn sie wirklich nur zu den benötigten Zeitpunkten und in der jeweils erforderlichen Stärke leuchten. Die Lösung dieser Herausforderung bietet MICROSENS mit Smart Lighting. Smart Lighting ermöglicht durch die Verbindung von intelligenter Netzwerktechnologie und LED-Technik Energieeinsparungen von bis zu 80 Prozent. Durch den Einsatz von Sensoren und Aktoren kommt Beleuchtung immer punktgenau dann zum Einsatz, wenn sich eine Person im Raum aufhält. Und zwar nur dort, wo das Außenlicht nicht ausreicht und nur so viel, wie es das angenehme Sehen erfordert. Auch der Komfort und damit die Produktivität in Arbeitsumgebungen erhöht sich, wenn sich die Lichtquellen nicht nur nach Anwesenheit und Tageszeit ausrichten, sondern auch exakt nach dem individuellem Bedarf.

Durch die Vernetzung spielen LED-Leuchten im MICROSENS Smart Lighting-Konzept ihre Vorteile erst richtig aus
Mit MICROSENS Smart Lighting werden LED-Leuchten über die vorhandenenDatenkabel des IT-Netzwerks mittels Power-over-Ethernet (PoE) mit Strom versorgt. Diese Art der Speisung von Leuchten wird durch den geringen Energieverbrauch von Leuchtdioden möglich. Eine zusätzliche Verkabelung zur Energieversorgung entfällt. Spezielle Smart Lighting Controller integrieren dabei die LED-Leuchten vollständig in die Netzwerk-Infrastruktur. Deren Steuerung erfolgt über dezentrale Micro-Switches, auf denen kleine Steuerprogramme – die Smart Director Apps – laufen. Die für den Benutzer verfügbaren individuellen Funktionen sind leicht und intuitiv über Smartphones oder Tablets bedienbar.

Mit Hilfe dieser Apps werden nicht nur die LED-Leuchten gesteuert. Auch komplexe Anwendungen der Gebäudeautomatisierung können über das Netzwerk realisiert werden. Ein Beispiel: Soll in einem Bürogebäude die Beschattung für gedämpftes Licht im Inneren sorgen, kann die Smart Lighting-Lösung zeitgleich die Leuchtstärke der LED-Leuchten entsprechend den jeweiligen Anforderungen automatisch verringern.

Mit einer übergeordneten Management Software, dem MICROSENS Smart Building Manager werden die Systemkomponenten konfiguriert und überwacht. Neben der Beleuchtung sind das weitere Komponenten der Gebäudetechnik wie z. B. die erwähnte Beschattung, Belüftung oder Raumbuchung.
Die über diese Software erfassten Daten ermöglichen zusätzlich – als Grundlage für ein effizientes Raum- und Ressourcenmanagement – die Ableitung wertvoller Informationen zu Raumbelegung und Energieverbrauch. Mithilfe gemessener und ausgewerteter Betriebsdaten erschließen sich daher weitere Optimierungs- und Einsparpotenziale.

Smart Lighting by MICROSENS: Mit Power-over-Ethernet und IP-Vernetzung
Unter dem Namen „Smart Lighting“ bietet MICROSENS ein digitales Beleuchtungskonzept, bei dem für die Beleuchtung sowohl die Stromversorgung als auch die Steuerung über das IP-Datennetz erfolgen und die Beleuchtung vollständig in die IT-gestützte Gebäudeautomation eingebunden werden kann. MICROSENS verbindet hier intelligente Netzwerktechnologien mit LED-Technik. Das Resultat ist außerordentlich komfortabel und bietet enorme Energiesparpotenziale.

Die LED-Leuchten werden durch PoE+ über eine normkonforme Verkabelung nach DIN EN 50173-6 mit Strom versorgt. Sensoren in Leuchtennähe liefern die Daten zu Helligkeit, Temperatur und Anwesenheit von Personen im Raum. Die Smart Director-App auf den Micro Switches regelt die Beleuchtung nach den Bedürfnissen der Anwender. Intelligente MICROSENS-Komponenten sind dabei aktiv:

Smart Sensor
Smarte Sensoren in Leuchtennähe erfassen mehrere Umgebungsparameter. Präsenzmelder erkennen, ob Personen im Raum anwesend sind. Oftmals sind im Gehäuse des Melders noch ein Helligkeits- und ein Temperatursensor integriert. Solche Kombi-Sensoren verringern den Installationsaufwand gegenüber dem Einsatz von Einzelsensoren und stellen die Daten auch für andere Anlagen wie beispielsweise Heizung und Klimatisierung zur Verfügung. Ist niemand im Raum, wird das Licht automatisch ausgeschaltet und die Heizung oder die Klimaanlage im abgesenkten Stand-by-Betrieb gehalten.
Sensoren anderer, völlig getrennter Systeme können im Rahmen des Smart-Office-Konzepts über ein Gateway (z.B. EnOcean, etc.) eingebunden werden.

Smart Engine
Die Smart Engine übernimmt die Energieversorgung der Leuchten mit PoE+ Als Übertragungsmedium dienen dazu geeignete Datenleitungen wie sie auch für die IT-Infrastruktur verwendet werden. Die Smart Engine kann in einem DV-Schrank oder Elektroverteiler untergebracht sein, aber auch direkt dezentral z. B. in einer abgehängten Decke verbaut werden. Die Anzahl der Smart Engines bestimmt sich nach Umfang und Ausbau der Beleuchtung.

Smart Lighting Controller
Der Smart Lighting Controller stellt das Bindeglied zwischen LED-Leuchte und der Smart Engine dar. Er bindet die Leuchte in das IP-Netzwerk ein und steuert den Datenverkehr zwischen Netzwerk, Sensoren und Leuchte. Damit ist die Beleuchtung vollständig in die Infrastruktur für verteilte Gebäudesysteme integriert.
Der Controller stellt die korrekte Stromversorgung sicher, indem er die über PoE+ bereitgestellte Betriebsspannung in eine adaptive Energieversorgung mit kontrollierter Konstantstromansteuerung der LED-Leuchte umsetzt. Zudem besteht die Möglichkeit, einen Smart Sensor an diesen Controller anzuschließen. Der Sensor erfasst Daten der über Umgebungsparameter Helligkeit, Temperatur, Bewegung und Feuchtigkeit und überträgt diese Daten an die Smart Engine.

Smart Director App
Die Smart Director App wertet die erfassten Umgebungsparameter aus und sendet die Befehle an die entsprechende Controllereinheit zurück, die daraufhin die Beleuchtung anpasst. Standardfunktionen wie Bewegungssteuerung oder automatisches Dimming bei Sonnenlichteinfall sind schon vorinstalliert und müssen nur noch konfiguriert werden. Für einzelne Räume können verschiedene Szenarien definiert werden. Die Smart Director App ist eine Firmware-Erweiterung, die in einer Smart Engine, einem Central Smart Lighting Controller oder geeigneten MICROSENS Netzwerk-Switches (s.u.) ausgeführt werden kann.

Micro Switch
MICROSENS Netzwerk-Switches haben sich aufgrund ihrer hohen Rechenleistung längst vom reinen Weiterleiten der Datenpakete zu intelligenten Steuerzentralen in Netzwerken entwickelt. Aufbauend auf einem robusten Linux-Betriebssystem übernehmen sie zusätzliche Aufgaben wie etwa die Steuerung der LED-Leuchten.

Modernes Beleuchtungsmanagement – mit dem Central Smart Lighting Controller nicht nur für die Leuchten, sondern für die gesamte Raumautomation

Das MICROSENS-Konzept bringt die Versorgung von LED-Leuchten, den zentralen Anschluss und die zentrale Steuerung von Leuchten und weiteren Systemen der technischen Gebäudeausrüstung erstmals zusammen. Beim Central Smart Lighting Controller befinden sich nämlich neben der LED-Stromversorgung auch noch die Steuerung und deren Benutzerschnittelle für die komplette Raumautomatisierung (z.B. Licht, Beschattung, Belüftung, Heizung) bereits an Bord.

Das Gerät bietet einen Anschluss an das IP-Netz. Mit seinen 24 Kanälen ist es als geschlossenes System für Smart Lighting und Smart Office nutzbar. Es bindet Sensoren zur Leuchtensteuerung ein und integriert über ein über Funk oder Draht ansprechbares Gateway weitere Schalter und Sensoren zur Steuerung von Lüftung und Beschattung.

Im Unterschied zum in der direkten Nähe einer LED-Leuchte dezentral angeordneten Smart Lighting Controller konzentriert der Central Smart Lighting Controller die elektonischen Funktionen zur Steuerung der LED-Leuchten zentral in einem Gerät. Die Software für die Benutzerschnittstelle, die Software-Steuerung der Leuchten und die Konfigurationsdaten befinden sich direkt in einem Gerät. Konfiguration und Management der Leuchten sind auch ohne Installation eines aufwendigen Software-Pakets möglich.

Bei der Wartung dieses Mehrport-Controllers für Smart Lighting greift ein Service-Techniker ausschließlich auf ein an zentral oder dezentral gut erreichbarer Stelle verbautes Gerät zu. Damit wird vermieden, umständlich in großer Höhe ein defektes Elektronikmodul in Leuchtennähe auszutauschen.

Das Central Smart Lighting Controller-Konzept verursacht durch die Sternverkabelung von diesem Controller zu den angeschlossenen Geräten zunächst einen je nach Anordnung höheren Verkabelungsaufwand. Zu jeder LED-Leuchte bzw. zu jeder LED-Leuchtengruppe muss eine Twisted Pair-Leitung geführt werden. Dafür wird allerdings die 230 VAC Installation komplett verbannt. Die Planer und Einrichter sind daher hier viel freier in ihrem Tun: Eine zusätzliche Leuchte kann durch ein Zusatzkabel ohne den Einsatz eines zertifizierten Elektrikers und den damit verbundenen Aufwand eingerichtet werden. Diese Investition zahlt sich auch später bei Umbauten der von einem Central Smart Lighting Controller gesteuerten Räume aus.

Die Smart Director-App auf dem Central Smart Lighting Controller regelt nach den Bedürfnissen der Anwender nicht nur das "Smart Lighting", sondern kann komplexe Anwendungen der Gebäudeautomatisierung über das Netzwerk realisieren. Neben der Beleuchtung lassen sich auch Belüftung, Heizung, Kühlung, Beschattung, Tagungstechnik, Zeiterfassung, Zugangskontrollen, etc. abdecken.

In einem Großraumbüro können Sensoren wie Leuchten zentral über den Controller immer wieder neu gruppiert werden, zum Beispiel im Zuge eines Umbaus von mobilen Wänden innerhalb eines Konferenzraums. Der zentralisierte Ansatz hat den zusätzlichen Vorteil, daß sich die aktive Komponente – der Central Smart Lighting Controller – in einer kontrollierten Umgebung befindet. So kann die Technik z. B. in der Nähe von Großraumbüros in einem kontrolliertem Raum oder Schrank abgesetzt werden, in welchem sich die Umgebungstemperatur überwachen lässt.

Einbindung der Beleuchtung in das Gesamtsystem der Gebäudeautomation durch den Smart Building Manager
Der MICROSENS Smart Building Manager dient neben den Apps als übergeordnete System Management-Software für die Konfiguration und Überwachung sämtlicher Systemkomponenten. Diese Software-Anwendung ist der zentrale Integrationspunkt für alle Arten von Geräten und Diensten der Gebäudeautomation. Facility Manager können mit dem Smart Building Manager eine verteilte Automationslösung in ihrem Gebäude perfekt abbilden und von einem zentralen Punkt aus alle Komponenten für die Beleuchtung, Beschattung, Heizung, Klimatisierung und Datentechnik im Blick behalten.

Neben einer Abbildung der Gebäudeinfrastruktur (Gebäude, Etagen, Räume) sammelt das System alle relevanten Sensor- und Prozessdaten. Die Verfügbarkeit und Visualisierung der damit aufbereiteten Daten unterstützt den verantwortlichen Haustechniker dabei, die richtigen Entscheidungen zur Beeinflussung des Ressourcenverbrauchs, für die vorausschauende Wartung oder für die Anpassung der Raumtemperatur, der CO2-Konzentration oder der Luftfeuchtigkeit zu treffen.

Auch wirtschaftliche Aspekte wie Auslastungsgrad und Raumnutzung, Informationen über häufig besuchte Gebäudebereiche sowie Sicherheitsfragen (Bewegungserkennung, Fensterschließüberwachung) können entsprechend bewertet und mit Statistiken bildhaft dargestellt werden.