DALI драйверы от MOONS’ с поддержкой технологии TUNABLE WHITE

Ноя 8 • Новости, Особенное, Разработка и проектирование, Реостат • 5972 Просмотров •

Human Centric Lighting (HCL), Circadian Rhythm (CR), Tunable White, Dim to Warm (Warm dimming) – что это за современные технологии изменения интенсивности и цветовой температуры и как на них уже зарабатывают проектные компании? DALI драйверы от MOONS’ с поддержкой технологии Tunable White для применения на объектах с нестабильной питающей сетью 220В (перепады напряжения несоответствующие ГОСТ).

Статья подготовлена командой компании Планар planar.spb.ru
А. Сапрыкин andrey.s@planar.spb.ru – продвижение и техподдержка
И. Явтушенко igor@planar.spb.ru – руководство коллективом
К. Волгарев konst@planar.spb.ru – продвижение и продажи
В. Уелин victor.uelin@planar.spb.ru – продвижение и продажи
А. Севастьянов alexey.s@planar.spb.ru – техподдержка
П. Иванов designer@planar.spb.ru – дизайн

Пару недель назад мне посчастливилось побывать на одном из семинаров, на котором менеджер по продажам представлял систему освещения от одного известного европейского производителя с уникальными функциями – изменение цветовой температуры и интенсивности светового потока по встроенному алгоритму, от внешних датчиков, с телефона и даже чуть ли не силой мысли. По результатам данного семинара стало понятно, что:
– это современная система внутреннего освещения – завтрашний день и с каждым днем проектов такого рода будет все больше и больше, но так как сам выступающий не очень понимает как она функционирует, то он не смог этого объяснить профессиональной аудитории (светотехники, проектировщики), которая по сути и будет продвигать эту и подобную ей системы.
– система очень дорогая и до внедрения ее в массовый рынок очень далеко, поэтому продажи будут исключительно проектные – установка из 4-х светильников типа армстронг (~ на помещение 20 кв.м.) и контроллера (питание светильников, алгоритм управления, анализ данных с датчика, обмен данными с пультом, возможность удаленного управления в системах автоматизации зданий) их управляющего в розницу ~1600 $: то есть 1000 $ на контроллер с датчиком и по 150 $ за светильник 30 Вт без встроенного источника питания – 2012 год снова вернулся с этой технологией :)
– если Вы хотите продать такой сложный продукт как Свет и при этом не эксперт в биомедицине, то даже не пытайтесь объяснить с биологической точки зрения механизмы работы циркадных ритмов у живых организмов и растений, а воспользуйтесь уже опубликованными результатами работы ученых, например, Профессор Стефан Фёлькер, Инга Ротерт (Отдел света и освещения/Технический университет Берлина) перейти к первоисточнику.

И вот 2 октября 2017 года пришла новость о том, что в Стокгольме объявили имена лауреатов Нобелевской премии по физиологии и медицине – награду получили ученые из США Джеффри Холл, Майкл Росбаш и Майкл Янг за «открытие молекулярных механизмов, контролирующих циркадные ритмы (биологические часы)». Для российского рынка эта новость гораздо важнее, чем для Западного рынка (таких проектов там уже множество реализовано), так как это дает дополнительный аргумент и стимул в создании новой продукции и продаже Света,  а не светильников проектными компаниям с высокой маржинальностью. Цель данной статьи – простыми словами рассказать светотехникам, проектировщикам и сотрудникам отделов продажи и продвижения что же такое Human Centric Lighting, как этот термин связан с Циркадными ритмами и как это все в итоге реализуется в «железе».

Биологические часы и HCL

Что же такое Циркадные (циркадианные) ритмы? Об этом можно найти много научной информации в открытых источниках, в том числе и в отечественной медицинской литературе по Хронофизиологии, а также, например, у Ольги Белоконевой (кандидат химических наук,  специалист в области клеточной биологии и биомедицины; работала в МГУ, РАН, зарубежных научных учреждениях). Рассмотрим выдержки из того, что об этом говорит Рассел Фостер (кандидат наук, заведующий лабораторией офтальмологии Наффилда и Института сна и циркадного неврологического образования, председатель циркадной нейронауки, колледж Бразеносе, Оксфордский университет), а больше информации можно найти здесь http://serious-science.org/circadian-rhythm-7229:
«Циркадный ритм — это эндогенный биологический ритм с периодом около 24 часов. Биологический ритм (биоритм) — регулярное, периодическое повторение во времени харак­тера и интенсивности биологических процессов, явлений, состояний, событий».

Самый простой пример циркадного ритма — это наш цикл «сон — бодрствование». Циркадный ритм нужен, чтобы точно подстраивать все аспекты физиологии и поведения к требованиям 24-часового мира. Он предвосхищает ежедневные изменения в продолжительности светового дня, в температуре, доступности пищи и даже в поведении хищников и заранее готовит организм к изменениям в окружающей среде, чтобы он был полностью адаптирован…. Первый научный эксперимент по выявлению циркадианных ритмов был проведен в 1729 году французским ученым и астрономом Жан-Жаком Дорту де Мераном: когда он поставил растение в темное место, он заметил, что в постоянной темноте листья открываются и закрываются с ритмичностью, близкой к 24 часам. Это наблюдение было первым фиксированным указанием на то, что биологические ритмы могут быть заданы изнутри. После этого экспериментов было очень мало, и так продолжалось вплоть до 1950–1960-х годов, когда были открыты реальные свойства циркадианных ритмов….

1. Первое свойство циркадного ритма: при постоянных условиях освещенности он остается неизменным.
У разных видов период ритма может быть немного длиннее или короче 24 часов: у человека часы немного длиннее, тогда как у мышей немного короче.

2. Второе ключевое свойство циркадного ритма: у этих ритмов есть температурная компенсация.
Это означает, что, даже если внешняя температура радикально меняется, 24-часовой ритм не очень сильно ускоряется или замедляется. Это крайне важно, ведь если бы температурной компенсации не было, то циркадианные часы не могли бы точно указывать время.

3. Третья ключевая особенность циркадного ритма: циркадианные ритмы замкнуты на внешний 24-часовой день. Основным сигналом для подстройки ритма является свет, хотя есть и другие сигналы, например температура.

 

Биологические часы и HCL

 

Итак получается – всевозможными опытами и экспериментами учеными всего мира, а теперь и на молекулярном уровне учеными, которые получили Нобелевскую премию, было доказано, что в организме человека есть внутренние биологические часы (циркадные ритмы), работа которых в первую очередь зависит от количества света и цветовой температуры.

Так как современный человек большую часть времени находится под искусственным освещением, то управление светом может привести как к к увеличению его эффективности – быстрая мобилизация на работу после отдыха, быстрое восстановление после длительного перелета, снятие напряженности и агрессии в тюрьмах у заключенных, создание комфортного настроения у покупателя в магазине и увеличение тем самым средней суммы чека, обеспечение более быстрого восстановления после сложной операции, уменьшение брака и производственных травм в ночную смену на промышленном предприятии, но и наоборот, с помощью Света можно «наломать дров», а потом так и не понять, в чем источник проблем и неудач. К сожалению, у нас на рынке сложилась ситуация при которой Свет – для многих продавцов это просто светильник за 1000 рублей, создающий люксы на рабочей поверхности (стол) офисного сотрудника или на прикроватной тумбе в больничной палате тяжело больного человека в соответствии с нормами СанПин. Но за рубежом уже действуют стандарты для проектировщиков DIN SPEC 67600:2013-04 – Биологически эффективное освещение, рекомендации проектирования для использования биологически эффективного света в различных рабочих зонах, таких как классные комнаты, офисные работа помещения, детских садах и т.п., также DIN SPEC 5031-100:2015-08 – стандарт, в котором говорят о здоровом свете, подразумевая его влияние на различные процессы  человеческого организма. Происходит это благодаря нервным фоточувствительным клеткам сетчатки глаза – третьему виду фоторецепторов, помимо колбочек и палочек. Обнаружены они относительно недавно, в 1991 г. и расположены в сетчатке, как показано на рисунке ниже.

 

Биологические часы и HCL

 

Получив новые знания о механизмах влияния интенсивности светового потока и цветовой температуры на Циркадные ритмы, ученые и инженеры по всему миру стали создавать сообщества, объединяя свои усилия в поиске наилучших технических решений, позволяющих создавать комфортную среду для человека.  ДАЖЕ появился соответствующий термин, определяющий их деятельность  – Human Centric Lighting (HCL – освещение, ориентированное на человека) – динамическое искусственное освещение, регулирующее ежедневные биологические ритмы людей с целью изменения уровня мотивации, самочувствия, настроения, производительности труда и т.п   Говоря об освещении, мы понимаем, что оно может быть и цветным (RGB), и положительные результаты влияния такого освещения также известны, но мы далее будем обсуждать только динамическое освещение белого цвета.

Светильники для HCL

Благодаря простоте управления световым потоком и цветностью светодиодных источников света по отношению к разрядным источникам света многие именитые производители Crestron, Zumtobel, Philips, Legrand, Glamox, Fagerhult, Trilux, Trodonic, Osram, Helvar и т.д., выпустили свое оборудование (светильники, системы управления освещением или “коробочные” продукты с быстрой инсталляцией, не требующие настройки на объекте) с поддержкой технологии HCL. Благодаря простоте управления световым потоком и цветностью светодиодных источников света по отношению к разрядным источникам света многие именитые производители Crestron, Zumtobel, Philips, Legrand, Glamox, Fagerhult, Trilux, Trodonic, Osram, Helvar и т.д., выпустили свое оборудование (светильники, системы управления освещением или “коробочные” продукты с быстрой инсталляцией, не требующие настройки на объекте) с поддержкой технологии HCL.

Организация DALI (http://www.dali-ag.org/) даже выпустила расширение стандартного протокола DALI для устройств с HCL. Это – протокол DALI DEVICE TYPE8 (DALI DT8) с поддержкой уникальной функции – по 1 адресу (из 64 доступных) можно теперь одновременно изменить и интенсивность, и цветовую температуру. Двухканальные драйверы (источники тока для питания светодиодного модуля) с такой функцией стали называться TUNABLE WHITE DRIVERS. Основное отличие таких драйверов от существующих на рынке наличие ДВУХ независимых друг от друга выходных токовых канала, а не ОДНОГО, позволяющих подключить к одному каналу «теплые» светодиоды (2500 K), а ко второму – «холодные» (6500 K), и, изменяя токи этих каналов, получать освещение требуемой интенсивности и цветовой температуры.

 

СИД-модуль FAGERHULT с диодами разной цветовой температуры

 

При выборе  светодиодного модуля или светодиода для HCL- светильника очень важно учитывать:При выборе  светодиодного модуля или светодиода для HCL- светильника очень важно учитывать:
– CRI светодиодов при самом нижнем значении температуры и CRI при самом высоком значении цветовой температуры. Даже для современных СИД CRI при цветовых температурах более 5000 K редко когда превышает значение 80, а в недорогих светильниках оно может быть и 70, тем самым никакой пользы от освещения с таким CRI Вы не получите, а возможно даже и нанесете вред;
– Александр Карев (к.т.н. и  технический директор компании «Световые Технологии») в статье «Световой код светодиодного светильника» (перейти к первоисточнику) затронул важную тему, с которой сталкиваются все производители светильников – тему биновки (сортировки) СИД не только по цвету, но и по уходу их цветовых координат под воздействием температуры и времени и т.п. В светильниках с динамическим освещением эта проблема особенно актуальна. И поэтому,  чтобы минимизировать проблемы цветности светильников для HCL, мы рекомендуем применять в них СИД с 3 шагами МакАдама.

Биновка с 3 шагами от компании Edison-opto приведена на рисунке ниже (первоисточник).

 

Биновка с 3 шагами от компании Edison-opto

Типовые системы управления для HCL

С тем, что для получения правильной цветовой температуры света необходимо использовать в светильнике одновременно «теплые» и «холодные» СИД, мы разобрались. Попробуем теперь выяснить, с помощью чего и как ими управлять? С тем, что для получения правильной цветовой температуры света необходимо использовать в светильнике одновременно «теплые» и «холодные» СИД, мы разобрались. Попробуем теперь выяснить, с помощью чего и как ими управлять?

Системы управления освещением (СУО) с распределенным электропитанием в данном случае можно классифицировать по способу (типу) управления на следующие категории: система с ручным, с автоматизированным и централизованным управлением (BMS – building management system и перевести на русский Автоматизированная система управления зданием).  В таблице ниже приведено сравнение этих систем:

1. Система управления освещения с ручным управлением

Такой тип управления освещением применяется в небольших помещениях, и отсутствие контроллера управления светом делает их крайне простыми в инсталляции – не требуется программировать контроллеры и делать сложную прокладку линий управления, и тем самым ее итоговая стоимость – крайне низкая. Можно даже в существующем офисном помещении, не проводя ремонта, установить такую систему. Некоторые производители Tunable White источников питания DALI, как, например, компания MOONS’, предлагают уникальную функцию – нажатием одной кнопки, установленной на стене, можно изменять и световую интенсивность, и цветовую температуру, тем самым для управления цветностью и световым потоком достаточно только одной кнопки на стене.
– короткое нажатие – светильники включатся;
– длительное нажатие – светильники плавно выключатся;
– 2 нажатия и удержание – светильники плавно включатся на максимум и начнут изменение цветовой температуры. Когда будет достигнута необходимая цветовая температура, кнопку надо отпустить;
– 3 нажатия и удержание кнопки – светильники начнут плавно выключаться, не изменяя цветовую температуру. Когда будет необходимая яркость, кнопку надо отпустить.

 

Схема подключения кнопочного выключателя к MOONS’

2. Автоматизированная система управления освещением

В такой системе уже часто применяют датчики различного назначения, кроме освещенности – движения, наличия в воздухе дыма и других вредных примесей. Их применение позволяет в автоматическом режиме отреагировать на аварийную (не стандартную) ситуацию, например, включить аварийное освещение или задействовать вспомогательные системы – вентиляции, пожаротушения и пр.. Компания Legrand предлагает интересное решение для таких помещений со своим низковольтным интерфейсом (24В) DLM, в которой управление светильниками осуществляется по распространенному интерфейсу 0-10V. Выбор заранее запрограммированной сцены управления или уровень освещенности осуществляется с пульта на стене как показано на рисунке ниже.

 

Настенный пульт для управления освещением

 

Структурная схема управления освещением CCT от Legrand.

 

Также существуют реализации таких систем и на DMX/RDM-протоколе, а датчики подключаются к управляющему контроллеру по интерфейсу 0-10 В. Пример такой системы на основе контроллера верхнего уровня Nicolaudie Stick показан на рисунке ниже. Компания MOONS’ поставляет DMX/RDM контроллеры, основным преимуществом которых перед конкурентами, помимо электрических характеристик, еще является совмещенное диммирование – линейное диммирование в широком диапазоне токов плюс ШИМ-диммирование на нижних значениях тока, которое обеспечивает нулевую световую пульсацию в широком диапазоне выходных токов, позволяя применять эти драйверы не только для светодинамических систем RGBW, но также и в системах общего освещения белого света.

 

Настенный пульт управления освещением по DMX от Nicolaudie

3. Централизованная система управления освещением

Такие системы – Системы управления светом – являются, как правило, частью глобальных систем управления зданием, одной из подсистем, наряду с такими как система пожаротушения,  система кондиционирования и т.п.. Чаще всего они реализуются на устройствах поддерживающих протокол DALI. Светильниками в них управляет Мастер-контроллер, через специальный Шлюз (зачастую KNX или Modbus) получающий команды от Сервера (Диспетчера) и передающий ему данные от датчиков, интегрированных в систему. Возможности такой системы ограничиваются только бюджетом и фантазией заказчика. Компания MOONS’ предлагает интересные Tunable White DALI драйверы для светильников – с дополнительными встроенными источниками питания – шины DALI и 12 В для подключения датчиков. Таким образом, датчики можно встроить в систему, интегрировав их в конструкцию светильника, или же установить снаружи, в зависимости от задачи, без организации дополнительного ИП для них. Пример реализации с встроенным датчиком освещенности от компании EATON показан на рисунке ниже.

 

Светильник с DALI и встроенным датчиком движения от EATON.

 

Также особенностью данных драйверов шины DALI является возможность программной настройки множества параметров:
– Выбор алгоритма диммирования – линейный или логарифмический (который все чаще встречается во внутреннем и наружном освещении, так как позволяет на низких уровнях диммирования очень плавно менять интенсивность освещения);

 

Логарифмическое и линейное диммирование светильников на ИП MOONS.

 

– Выбор таких параметров как диапазон цветовой температуры, максимальное значение тока по каждому из каналов, тип протокола управления DT8 или DT6, минимальная граница диммирования до 0,1% и даже максимальное значение температуры  СИД-модуля, при котором драйвер снизит ток, чтобы модуль не перегрелся;

 

Внешний вид оболочки ПО Smartkey Software на ПК для установки настроек DALI драйверов от MOONS.

 

– Способ подключения светодиодов к драйверу, а также возможность программировать драйвер “по воздуху” через интерфейс NFC (см. рисунок ниже);

 

Допустимые схемы подключения к одному и тому же ИП от MOONS S-серии с 2 выходными каналами (с 4 каналами схема подключения аналогична).

 

– Пожалуй, самая важная отличительная черта данных драйверов DALI компании MOONS’ от существующих на рынке, помимо указанных выше интересных потребительских характеристик, это наличие в них большого количества дополнительных защит. Например,  широкий диапазон входной питающей сети (90-305 В), наличие грозозащиты (что само для драйверов DALI вообще уникально!), гальваническая изоляция и пр.. Все это обеспечивает повышенную надежность данных устройств при работе в наших нестабильных сетях, делает этот Драйвер практически неубиваемым.

 

Список электрических характеристик ИП MOONS DALI указывающих на надежность данных ИП, повышенную защиту к всевозможным “неприятностям” в сети питания и возможности работы этих ИП в сетях несоответствующих ГОСТ в том числе и в уличном освещении, например для освещения фасадов зданий.

 

Управление по заданным заранее сценариям в Автоматизированной и Централизованной системе управления освещением

1. Где взять информацию о том, какой должна быть цветовая температура (CCT) и интенсивность на каждый день, чтобы светильники точно повторяли суточное изменение спектра солнечного света, например,  в городе Москва? Она доступна для скачивания в xls-формате на ресурсе Astro CCT, требуемый регион Вы выбираете самостоятельно (https://www.timeanddate.com/sun/russia/moscow). С ее помощью Вы можете запрограммировать свою систему по цветовой температуре. Что касается интенсивности освещения, то она будет зависеть исключительно от построенной Вами системы – присутствует ли обратная связь в системе от датчика освещенности (по естественной и искусственной освещенности) или его нет, и освещенность меняется по «зашитому» в контроллер алгоритму.

2. Где взять информацию о том, какая  CCT и какая интенсивность требуется для различных задач, например восстановления здоровья болеющего человека, чтобы запрограммировать Контроллеры для такой работы? К сожалению, такой базы данных у меня нет и думаю, что ее просто так не найти, так как это результат работы долгих лет групп ученых по всему миру и эту информацию они за бесплатно не отдадут :) , но некоторую информацию Вы сможете найти на общедоступных ресурсах, например, в презентациях известных и уважаемых компаний Zumtobel 2014 года (http://www.ibe-biv.be/media/pdf/Studiedag_2014/06_Tralau.pdf и Glamox (http://glamox.com/ru/hcl-in-office1).

Заключение

Как мы видим ученые до сих пор продолжают изучение влияния Света на живые организмы и делают поистине серьезные открытия. Я уверен, что влияние динамического освещения не только во внутреннем освещении, но также и в тепличном освещении еще не полностью изучено, и нас в ближайшее время ждет множество интересных открытий и, возможно, новые Нобелевские премии за изучение Света. Надеюсь, что после прочтения данной статьи появятся проектировщики и светодизайнеры, которые захотят по-новому взглянуть на Свет и предлагать в своих новых проектах не люксы с люменами, а именно Свет, который создает среду для комфортной и эффективной жизнедеятельности человека.

Приглашаем Вас на выставку Интерлайт-2017 https://online.messefrankfurt.ru/info/IL17/companies/76c7282c-ca9d-8a89-2bdb-20060507c265  в Павильон Форум на наш стенд F.F70, где представитель компании MOONS’ продемонстрирует Вам работу различных систем управления освещением, а сотрудники компании Планар расскажут Вам о новых решениях для различных областей светотехники на светодиодных модулях собственного производства и разработки со светодиодами OSRAM, CREE и EDISON-OPTO под вторичную оптику LEDIL. Приходите, будет много всего интересного.

Планар на выставке Интерлайт 2017

HCLHuman Centric LightingMOONSПланар

Похожие Записи

• 

  Сен 8 • 1634 Просмотров

  Драйверы MOONS’ с IP67 и DALI-2 для Human Centric Lighting и Tunable White

• 

  Ноя 20 • 2893 Просмотров

  Комплектующие для трековых светильников акцентирующего света от OSRAM, LEDiL и MOONS’

• 

  Ноя 1 • 2423 Просмотров

  MOONS’ — современное производство источников тока для надёжных светильников и систем управления светом, а также...

« Светильники Aquaform Lighting: роскошь по-европейски КАШТАН LE-СТУ-36-027-1398-67Д — испытания светодиодного паркового светильника отраженного света от «ЛЕД-Эффект» »