М и и и стере г во ст роител ьства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации

Федеральное автономное учреждение «Федеральный центр нормирования, стандартизации и технической оценки соответствия в строительстве»

МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО

ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ДИНАМИЧЕСКОГО ОСВЕЩЕНИЯ ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

Москва 2019

1    Область применения.................................................................................1

2    Нормативные ссылки.................................................................................1

3    Термины, определения и    сокращения......................................................3

3.1    Термины и определения.......................................................................3

3.2    Сокращения..........................................................................................5

4    Характеристики по спектру и динамическому управлению по

освещенности...............................................................................................6

4.1    Управление световым потоком светильника путем диммирования . 6

4.2    Технология получения белого цвета с использованием светодиодных

источников света.......................................................................................13

4.3    Спектральные характеристики светодиодных светильников с

управляемой цветностью.........................................................................21

4.4    Технические характеристики светодиодных светильников с

управляемой цветностью........................................................................27

5    Методы управления осветительной установкой.....................................32

5.1    Общие сведения.................................................................................32

5.2    Варианты организации управления..................................................34

5.3    Устройства управления освещением.................................................36

6    Особенности проектирования динамического освещения по

освещенности..............................................................................................40

6.1    Общие сведения.................................................................................40

6.2    Применение датчиков в системах освещения..................................42

6.3    Области применения динамических систем.....................................44

6.4    Расчет сцен освещения с диммированием.......................................45

7    Особенности проектирования динамического освещения

по спектру....................................................................................................59

7.1    Общие сведения.................................................................................59

7.2    Управление оттенками белого света................................................59

источника света, корректировки коэффициента мощности, уменьшения помех и пульсаций светового потока.

3.1.18    широтно-импульсная модуляция; ШИМ:    Процесс

управления мощности методом пульсирующего включения и выключения прибора.

Примечание - Интерфейс, основанный на ШИМ. обозначают PM W.

3.1.19    DALI DT8: Версия протокола DALI, позволяющая управлять одновременно световым потоком и цветностью осветительного прибора.

Примечание - Описана в IEC 60929 (7J.

3.1.20    PLC: Семейство технологий передачи пакетных данных по линии электропередачи.

3.1.21    TW управление оттенками белого света; УОБС: Технология изменения оттенков белого света ОП в диапазоне: теплый, нейтральный, холодный.

3.1.22    BMS (Building Management System) - компьютерная система управления зданием, которая контролирует механическое и электрическое оборудование здания, в т.ч. вентиляцию, освещение, системы электроснабжения, пожарные системы и системы безопасности.

3.2 Сокращения

В настоящем методическом руководстве применены следующие сокращения:

АСУО - автоматизированная система управления освещением;

АЧТ - абсолютно черное тело;

ДТЦ - диммирование к теплому цвету;

КЦТ - коррелированная цветовая температура;

МКО - международная комиссия по освещению;

ОП - осветительный прибор;

ОУ - осветительная установка;

СВЧ - сверхвысокие частоты;

СКУД - система контроля управления доступом;

УПЦ - управление полным цветом.

4 Характеристики по спектру и динамическому управлению по освещенности

4.1    Управление световым потоком светильника путем диммирования

4.1.1    Динамические изменения светового потока светодиодного светильника обеспечиваются изменением значения силы тока, вырабатываемого УУ и протекающего через светодиоды [8], [9]. Изменения светового потока происходят абсолютно синхронно с изменениями тока. Таким образом, светодиод транслирует в виде изменяющегося светового излучения любые изменения тока, заданные УУ. На этом принципе, например, основана высокоскоростная беспроводная коммуникационная технология передачи информации модулированным световым потоком светодиодных светильников [10].

Термин «диммирование», под которым ранее понимали плавное снижение светового потока («темнение света») искусственных источников, в современной светотехнике понимается как снижение светового потока, так и его увеличение в процессе управления интенсивностью свечения источников света.

Соответственно изменение освещенности внутри помещений или яркости поверхностей, важное при проектировании освещения, будет определяться световыми потоками управляемых (диммируемых) ОП.

4.1.2 Абсолютные изменения яркости и освещенности при

диммировании и отклик глаза человека

При анализе аспектов диммирования светового потока следует учитывать то, что в качестве приемника света выступает глаз человека. При малой освещенности его чувствительность увеличивается, что приводит к возникновению ощущения завышенной освещенности или яркости объекта по сравнению с показаниями соответствующих приборов.

Количественно это выражается зависимостью на рисунке 4.1, приведенной в [11].

Светлота, относительные единицы Рисунок 4.1 - Зависимость воспринимаемой светлоты от абсолютных изменений яркости Зависимость обусловлена тем, что глаз более чувствителен к изменениям яркости при малых яркостях, чем к равным по значению

изменениям яркости при высоких яркостях. На практике это означает, что яркость объекта, сниженная до 10 % начального измеренного значения, будет восприниматься человеком, как яркость объекта, сниженная до

32 %.

Для обеспечения процесса диммирования по восприятию, приближенному к человеческим ощущениям, в электронных устройствах диммирования вместо линейной обычно используют логарифмическую шкалу (рисунок 4.2) [12].

Напряжение, %

1 - линейная зависимость; 2 - квадратичная зависимость; 3 - логарифмическая зависимость

Рисунок 4.2- Возможные зависимости изменения светового потока от значения управляющего сигнала при диммировании

4.1.3 Методы управления работой диммируемых устройств управления для светодиодных светильников

Управляемое (УУ) светодиодного светильника должно обеспечивать изменение интенсивности свечения светодиодов в соответствии с управляющим сигналом и быть совместимым с одним из протоколов управления, а также должно быть оборудовано низковольтным входом управления и работать с одним из следующих протоколов: 0-10 В, DSI, DALI, DMX.

Протокол 0-10 В. Для диммирования по протоколу 0-10 В в качестве управляющего используется аналоговый сигнал низкого напряжения. Для управления используется один провод, по которому и передается сигнал управления 0-10 В (плюс нулевой провод).

В качестве устройства управления может быть диммер или схема в составе системы управления. Диммер работает как источник тока, что позволяет управлять несколькими УУ, включенными параллельно. Значение управляющего напряжения 10 В обеспечивает максимальную яркость светильника, которая снижается до нуля при уменьшении напряжения до 0 В. При этом изменение управляющего сигнала при одинаковом угле поворота диммера может различаться в начале и конце диапазона диммирования (рисунок 4.2).

Протокол DSI. Протокол определяется стандартом [13], который обеспечивает ряд возможностей, ранее недоступных при протоколе 0-10 В: объединение осветительных устройств в группы и создание простых сценариев; использование проводов небольшого сечения неограниченной длины; снижение яркости до полного выключения, что позволяет исключить использование выключателей; управление освещением через компьютер.

Стандарт DSI стал основным для создания современного цифрового протокола DALI.

Протокол DALI. Цифровой диммирующий интерфейс управления освещением - открытый протокол, определенный [12]. Обеспечивает упрощенное электрическое соединение до 64 драйверов на одну пару управляющих проводов. Каждый драйвер в системе имеет уникальный адрес и может управляться индивидуально. Протокол позволяет реализовать обратную связь и получать информацию на контроллер от драйвера, например для мониторинга мощности, отказа или при тестировании светильника.

При управлении по протоколу DALI нет риска потери качества управления при увеличении длины управляющей линии, что обеспечивает равномерность группового диммирования светильников.

Протокол DMX - DMX512 (Digital Multiplex). Стандарт, описывающий метод цифровой передачи данных между контроллерами и световым, а также дополнительным оборудованием; является средством управления интеллектуальными приборами с различных консолей через единый интерфейс, позволяя объединять различные устройства управления (пульты, консоли и т. д.) с оконечными устройствами (диммерами, прожекторами, стробоскопами, дымовыми машинами и т. д.) [14]. Устройства подключены последовательно по витой паре к контроллеру (консоли управления) генерирующей команды DMX. На одной паре может размещаться до 32 устройств, увеличение может быть обеспечено с помощью повторителей.

Стандарт DMX512 позволяет управлять по одной линии связи одновременно 512 каналами. При работе каждый светильник имеет определённое количество управляемых дистанционно параметров и занимает соответствующее количество каналов в пространстве DMX512.

RDM (Remote Device Management) - новая версия DMX, реализующая двунаправленную связь с драйвером светильника. Позволяет расширить функциональность системы, обеспечив гибкое конфигурирование, мониторинг состояния управляемых устройств и др.

4.1.4 Проблема ограничения пульсаций светового потока при диммировании

Наиболее распространенным методом диммирования светодиодных светильников является ШИМ. С помощью ШИМ циклически изменяют ток светодиодов от максимального до нулевого значения с определенной частотой и скважностью. Сигнал ШИМ генерируется УУ. Световой поток полностью повторяет циклические изменения тока и его пульсации могут создавать нежелательные и неприемлемые визуальные и невизуальные эффекты.

К визуальным эффектам относятся зрительное утомление, фликер, стробоскопический эффект.

Стробоскопический эффект отражает зрительное восприятие кажущегося изменения, прекращения вращательного движения или периодического колебания объекта, освещаемого светом, изменяющимся с близкой, совпадающей или кратной частотой. Данный эффект опасен при наличии открытых вращающихся и движущихся механизмов, поскольку может быть причиной травматизма.

Фликер отражает ощущение неустойчивости зрительного восприятия, вызванное источником света, яркость или спектральный состав которого изменяются во времени. В отечественной практике используется для оценки качества электроэнергии по ГОСТ 32144. За рубежом термин «фликер» используется вместо терминов «коэффициент пульсации освещенности» или «коэффициент пульсации светового потока» [15]—[17].

Соблюдение норм коэффициента пульсации освещенности позволяет предотвратить отрицательное влияние фликера и стробоскопического эффекта на человека и снизить его зрительное и общее утомление.

и

4.2 Технология получения белого цвета с использованием светодиодных источников света

4.2.1 Белый цвет светодиодного источника света (светодиода, светодиодной матрицы, кластера, светильника и др.) получается в результате смешения излучения нескольких цветных источников.

Наиболее распространенным способом генерации белого света является использование люминофоров вместе с синим светодиодом. Люминофорный материал, используемый в светодиодах, освещается синим светом и преобразует его в желтый свет, имеющий довольно широкое спектральное распределение мощности. При включении люминофора в корпус синего светодиода с максимальной длиной волны от 450 до 470 нм часть синего света будет преобразовываться в желтый свет люминофора. Оставшийся синий свет, смешанный с желтым, дает белый свет. На рисунке 4.4 показана схема частичного преобразования синего света в люминофоре.

Люминофор

.

На рисунке 4.5 приведены варианты спектрального распределения белого света при различных комбинациях синего излучения кристалла и излучения люминофорных слоев с разными параметрами.

CRI R, = 70 Г, = 85 С

1 - теплый белый свет; 2 - нейтральный белый свет. 3 - холодный белый свет Рисунок 4.5 - Примеры теплого, нейтрального и холодного спектра белого света

При этом смешанное излучение имеет различные оттенки: теплый, нейтральный и холодный. В качестве примера приведены данные по светодиодам компании LG серии 3535 (рисунок 4.6) [19]. Светодиоды сортируются по цветовым характеристикам на базе ГОСТ Р 54350 в соответствии с рисунком 4.7.

7.3 Световая среда, ориентированная на человека..............................61

8    Способы учета спектрального состава искусственного освещения ...71

8.1    Концепция HCL.................................................................................71

8.2    Количественная оценка биологического воздействия света по

циркадной эффективности.....................................................................74

8.3    Критерии невизуального воздействия света при проектировании

искусственного освещения. WELL стандарт..........................................79

9    Оценка эффективности динамического освещения............................80

9.1 Функциональное назначение осветительных установок с динамически изменяемыми характеристиками....................................80

9.2    Способы оценки эффективности применения динамического

освещения для обеспечения требуемых визуальных параметров освещенности.........................................................................................82

9.3    Способы оценки эффективности применения динамически изменяемого света в различных областях применения искусственного

освещения...............................................................................................87

Библиография...........................................................................................94

Рисунок 4.6 - Внешний вид светодиода большой мощности серии 3535 Ceramic

Координаты цветности С,
Координаты цветности Су Рисунок4.7- Области допустимых отклонений КЦТ в пределах диапазона 2700-4000 К

Настоящее методическое руководство разработано в развитие положений СП 52.13330.2016 «СНиП 23-05-95* Естественное и искусственное освещение» в целях повышения комфортности и энергетической эффективности освещения за счет реализации динамического освещения.

Настоящее методическое руководство ориентирует проектировщиков на использование современных систем динамического управления энергоэффективными осветительными приборами и соответствующих систем искусственного освещения, разъясняет методологические основы и детализирует указания по выбору и учету аспектов динамического освещения при проектировании светотехнической части проектов искусственного освещения общественных зданий, позволяющих реализовывать требования СП 52.13330.

Основное внимание уделено взаимосвязи основных параметров динамического освещения: диммирования по световому потоку и управления коррелированной цветовой температурой с показателями качества освещения и оптимизацией невизуального биологического воздействия света на человека. В настоящем методическом руководстве приведены способы оценки относительной эффективности динамических режимов освещения на основе отечественной и зарубежной практики применения динамического освещения.

Методическое руководство предназначено для электроотделов организаций, выполняющих проекты электроосвещения, инженеров-светотехников, архитекторов и светодизайнеров. Оно предполагает применение общедоступных программных средств, наиболее широко распространенных в практике проектирования искусственного освещения.

Настоящее методическое руководство разработано авторским коллективом: федеральное государственное бюджетное учреждение «Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук» (канд. техн. наук И.А. Шмаров); Общество с ограниченной ответственностью «Международная группа компаний «Световые Технологии» (канд. техн. наук А.В. Карев).

Настоящее методическое руководство распространяется на проектирование искусственного динамического освещения общественных зданий различного назначения.

Руководство ориентировано для применения при проектировании осветительных установок динамического освещения на базе светодиодных светильников.

Безопасность светодиодного освещения для зрения человека обоснована научной комиссией SCHEER Евросоюза [1] и отечественными исследованиями [2]-[4], а энергоэффективность светодиодных осветительных установок в 1,5-3 раза выше, чем у аналогичных им с разрядными источниками света.

2 Нормативные ссылки

В настоящем методическом руководстве использованы следующие нормативные ссылки:

ГОСТ 32144-2013 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Норма качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения

ГОСТ 32498-2013 Здания и сооружения. Методы определения показателей энергетической эффективности искусственного освещения ГОСТ 33393-2015 Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности

ГОСТ Р 54350-2015 Приборы осветительные. Светотехнические требования и методы испытания

ГОСТ Р 55706-2013 Освещение наружное утилитарное. Классификация и нормы

ГОСТ Р 55710-2013 Освещение рабочих мест внутри зданий. Нормы и методы измерений

СП 52.13330.2016 «СНиП 23-05-95* Естественное и искусственное освещение» (с изменением № 1)

СП 256.1325800.2016 Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа (с изменениями № 1, № 2, № 3)

СП 367.1325800.2017 Здания жилые и общественные. Правила проектирования естественного и совмещенного освещения

СанПиН 2.4.2.2821-10 Санитарно-эпидемиологические требования к условиям и организации обучения в общеобразовательных учреждениях

Примем а и и с - При пользовании настоящим методическим ру ко воде г во м целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте федерального органа исполнительной власти в сфере стандартизации в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на I января текущего года, и по выпу скам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за теку щнй год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется исполь зовать действующую версию этого доку мента с учетом всех внесенных в данную версию изменений Если заменен ссылочный доку мент, иа который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого доку мента с указанным выше годом утверждения (принятия) Если после утверждения настоящего методического руководства в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять бел учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекоменду ется применять в части, нс 'затрагивающей эту ссылку . Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фозис стандартов

3.1    Термины и определения

В настоящем методическом руководстве применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1    диммер: Электронное устройство, предназначенное для изменения светового потока (яркости) осветительного прибора.

3.1.2    диммирование: Изменение светового потока осветительного прибора путем изменения выходного тока устройства управления в зависимости от сигнала управляющего устройства (датчик, контроллер и т. д.).

3.1.3    индекс помещения:    Величина,    определяемая

геометрическими характеристиками помещения и применяемая для вычисления коэффициента использования светильников.

3.1.4    концепция HCL: Концепция освещения, которая учитывает не только визуальные потребности человека в освещении, но и невизуальное воздействие света на состояние и здоровье человека.

3.1.5    невизуальное воздействие света: Влияние света на человека, заключающееся в воздействии на физиологические, биологические и поведенческие функции организма и, в целом, на самочувствие.

3.1.6    коэффициент эксплуатации:    Коэффициент, равный

отношению освещенности или яркости в заданной точке, создаваемой осветительной установкой в конце установленного срока эксплуатации, к освещенности или яркости в той же точке в начале эксплуатации.

3.1.7 протокол DSI: Протокол, позволяющий: объединять осветительные устройства в группы и создавать простые сценарии; использовать провода небольшого сечения неограниченной длины; снижать яркость до полного выключения, что позволяет исключить использование выключателей; управлять освещением через компьютер.

3.1.8    протокол Modbus: Открытый коммуникационный протокол для организации связи между электронными устройствами через линии связи RS-485, RS-422, RS-232.

3.1.9    протокол 0-10 В: Протокол системы управления различным специальным оборудованием. Изменение регулируемого параметра происходит пропорционально напряжению управляющего сигнала: 0 В -минимум, 10 В - максимум.

Примечание - Стандарт 0-10 V регламентируется |5|.

3.1.10    светлота: Уровень зрительного ощущения, производимого яркостью, в зависимости от условий наблюдения.

3.1.11    стандарт BLE:    Модификация стандарта Bluetooth,

отличающаяся сверхмалым пиковым энергопотреблением.

3.1.12 стандарт Bluetooth: Стандарт беспроводных сетей, используемых для обмена данными между устройствами. Имеет ограничение по дальности между устройствами.

3.1.13 стандарт DALI:    Стандарт    цифрового    управления

осветительными и иными приборами, основанный на шинной топологии.

3.1.14    стандарт DMX: Стандарт, описывающий цифровую передачу данных между различным оборудованием для нужд управления, основанный на шинной топологии [6].

3.1.15 сухой контакт:    Контакт,    у которого    отсутствуют

гальванические связи с цепями электропитания и заземления, то есть контакт гальванически развязан от управляющего сигнала.

3.1.16 сценарий: Алгоритм изменения параметров системы освещения в течение дня.

Примечание - Сценарии могу т отличаться от месяц;) к месяцу, а также могут предполагать реакцию системы освещения на определенные события.

3.1.17    устройство управления; УУ: Устройство, включенное между источником сетевого напряжения и одним или несколькими светодиодными источниками света (модулями) и служащее для преобразования напряжения источника питания, управления током