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SISTEMI DI CONTROLLO ILLUMINAZIONE

Sistemi di gestione wireless e cablati, plug & play e centralizzati

Perché utilizzare un sistema di controllo dell’illuminazione

 

L’illuminazione industriale è caratterizzata da elevati consumi energetici dovuti alla potenza degli apparecchi ed al numero di ore di utilizzo dell’impianto.

 

La disponibilità di apparecchi LED particolarmente performanti permette l’aggiornamento degli impianti garantendo un ritorno dell’investimento molto interessante. Per ottenere un ulteriore risparmio energetico, e quindi un guadagno economico più elevato nel corso dell’intera vita dell’impianto, vengono utilizzati sistemi di controllo in grado di gestire automaticamente l’accensione, lo spegnimento e la regolazione dell’intensità luminosa degli apparecchi.

 

Mentre nelle nuove realizzazioni è quasi sempre possibile utilizzare soluzioni di controllo cablate, in cui gli apparecchi dimmerabili sono collegati ai controller e/o ai sensori via cavo (o conduttore di binari e di blindo sbarre), negli impianti esistenti dove non è possibile modificare l’impianto elettrico, la sostituzione dei soli corpi illuminanti impone quasi sempre di evitare la stesura di nuovi cavi per la regolazione degli apparecchi. In questi casi l’unica soluzione possibile risulta quindi l’utilizzo di sistemi wireless in grado di far dialogare gli apparecchi con il resto del sistema di gestione.

 

Se necessario è possibile aggiungere ulteriori funzionalità al sistema utilizzando unità server in modo da centralizzare apparecchi e sensori tramite applicazione software in grado di configurare e comandare l’impianto, ad esempio in base a programmazioni orarie e comandi manuali impartiti tramite pulsanti cablati, touchpanel oppure applicazioni software.

 

La gestione può quindi essere anche remotizzata tramite rete locale (LAN) o internet (Cloud). In alcune occasioni oltre al controllo automatico e manuale dell’intensità degli apparecchi viene richiesta l’integrazione con sistemi di Building Automation e la possibilità di monitorare i consumi energetici dell’impianto. Quest’ultima funzionalità è fondamentale per le ESCO interessate ad ottenere i “Certificati Bianchi”.

 

I sistemi implementati da Tecnolight sui proiettori a led possono inoltre gestire con la stessa piattaforma hardware/software anche l’impianto d’illuminazione di emergenza, sia esso realizzato con apparecchi autonomi (con kit batteria DALI) che tramite sorgente di alimentazione centralizzata (soccorritore/UPS).

 

Si ottiene così un sistema di diagnostica centralizzata conforme alla norma EN50172.

 

Di seguito vengono riassunti i vantaggi introdotti dall’ utilizzo dei sistemi di controllo:

 

- Risparmio energetico: riduzione del consumo di energia grazie alla gestione automatizzata dell’impianto tramite sensori e software.

 

- Tecnologia wireless: riduzione dei costi di cablaggio necessari per la regolazione degli apparecchi.

 

- Soluzioni wireless-cablate: combinazione di sensori e controller wireless in grado di gestire gruppi di apparecchi cablati.

 

- Gestione apparecchi di ogni tipo: moduli di controllo per apparecchi on/off (tramite relè sui circuiti di alimentazione) ed apparecchi dimmerabili 1/10V e DALI.

 

- Impianti stand-alone: la messa in funzione del sistema viene eseguita in modalità Plug&Play dall’ installatore e/o dal cliente finale tramite una semplice App, riducendo il costo tipicamente elevato richiesto per l’uscita di tecnici specializzati.

 

- Impianti centralizzati: tramite soluzioni hardware/software è possibile controllare il sistema da remoto, permettendo una gestione efficiente ed efficace dell’intero impianto.

 

- Misurazione dei consumi: grazie all’ interfacciamento con i contatori di energia presenti nei vari quadri elettrici è possibile misurare i consumi reali dell’impianto d’illuminazione. Tutti i dati possono essere consultati graficamente e scaricati in file compatibili con MS Excel (.csv), riducendo tempi e costi di gestione.

 

- Diagnostica centralizzata dell’impianto d’illuminazione di emergenza: tutti i test funzionali sugli apparecchi e di durata sulle sorgenti di alimentazione di emergenza possono essere eseguiti automaticamente, centralizzandone i risultati secondo quanto prescritto dalla norma EN50172. Si riducono così drasticamente i costi per la manutenzione dell’impianto, obbligatori per legge.

 

- System Integration: l’integrazione dell’impianto con altri sistemi di automazione permette di ottenere importanti vantaggi funzionali ed economici.

Risparmiare energia con i sistemi di controllo dell’illuminazione

 

Utilizzare un sistema di controllo che permette di gestire l’accensione, lo spegnimento e la regolazione del flusso luminoso degli apparecchi, e quindi della potenza assorbita, permette di ridurre i consumi energetici dell’impianto.

 

Ciò avviene sfruttando varie strategie.

 

- Fattore di manutenzione: si limita il flusso emesso dagli apparecchi nuovi, che emettono più luce del necessario a causa del sovradimensionamento imposto dal fattore di manutenzione, che tiene conto del deterioramento delle sorgenti nel tempo.

 

- Gruppi, livelli luminosi e programmazioni orarie: suddivido l’impianto in zone, ognuna delle quali può essere gestita con un livello luminoso adeguato all’ attività eseguita al suo interno. Si evitano inutili accensioni e si limita il flusso luminoso allo stretto necessario.

 

- Contributo di luce naturale: il sistema permette di mantenere costante il livello d’illuminamento sul piano di lavoro in funzione dell’andamento del contributo di luce naturale, regolando l’intensità della luce artificiale emessa dagli apparecchi.

 

- Rilevatori di movimento: con opportuni sensori il sistema è in grado di rilevare movimento nelle aree illuminate. In questo modo è possibile spegnere o limitare il flusso luminoso degli apparecchi quando le zone non sono utilizzate. Il risparmio energetico complessivo dipende dalla combinazione dei vari fattori sopra descritti e dalle condizioni di utilizzo dell’impianto, purtroppo non definibili con esattezza a priori.

La norma EN15193 permette comunque di affermare che il risparmio ottenibile varia da un minimo del 30% ad oltre il 50%. Questi sono i valori relativi all’ impatto del solo sistema di controllo, cioè applicabili al consumo degli apparecchi. Ciò significa che tale vantaggio si somma a quello introdotto dalla sostituzione di vecchi apparecchi con nuovi punti luce LED.

 

Se ad esempio consideriamo un impianto d’illuminazione tradizionale composto da apparecchi da 400W e valutiamo la sostituzione dei punti luce con nuovi apparecchi a LED da 250W, è chiaro che il risparmio energetico è di circa il 40%. Se al nuovo impianto viene abbinato un sistema di controllo, ad esempio dotato di sensori di luminosità e movimento, il consumo di energia potrebbe essere ridotto di un ulteriore 40%. Il risultato complessivo sarà quindi una diminuzione dei consumi di circa il 60% rispetto all’ impianto originale.

Soluzioni a Radio Frequenza per il controllo dell’illuminazione

 

Ogni apparecchio d’illuminazione può essere equipaggiato con un modulo di controllo wireless, che riceve i comandi per impostare il livello luminoso del punto luce da sensori ed eventualmente da un server centrale. Possono essere presenti anche moduli di controllo wireless in grado di gestire gruppi di apparecchi dimmerabili ed on/off cablati tra loro, ad esempio su un binario o su una blindo sbarra.

Tutti questi moduli possono anche integrare sensori di luminosità e movimento ed eventualmente interfacce per la connessione di pulsanti di comando cablati.

 

I componenti del sistema dialogano tra loro tramite comandi a Radio Frequenza, realizzando così la rete di gestione dell’impianto (Wireless Network).

 

- Frequenza di trasmissione 868 MHz: i dati vengono scambiati utilizzando la banda ISM 868 MHz (915 MHz disponibile su richiesta), la cui frequenza permette di ottenere il giusto compromesso tra quantità di dati trasmessi, distanza massima raggiungibile ed immunità ai disturbi ed agli ostacoli. In tal modo si evitano possibili interferenze con altri sistemi operanti sull’ affollata frequenza 2.4 GHz, dove lavorano protocolli come WiFi, Bluetooth e Zigbee.

 

- Mesh Network: ogni nodo riceve, rigenera e trasmette nuovamente il segnale, estendendo la portata complessiva del sistema. Ciò permette inoltre di costruire automaticamente percorsi alternativi per la propagazione del segnale in caso di avarie ad uno o più componenti.

 

- Distanza dei nodi wireless: grazie alla trasmissione basata su onde radio è possibile coprire ambienti eterogenei dove i nodi della rete non sono necessariamente tutti in visibilità ottica. La distanza massima di trasmissione dipende dal tipo di visibilità tra i nodi. In caso di visibilità “ottica” la distanza è di almeno 100 m, mentre in caso di visibilità “radio” si riduce in base al tipo di ostacolo presente tra di essi. La distanza complessiva della comunicazione può comunque essere estesa tramite la tecnologia Mesh Network.

Ogni rigenerazione del segnale è detta “hop” (salto). In applicazioni indoor quindi con alcuni hop si coprono interamente le distanze tipiche degli edifici industriali.

 

- Sicurezza della trasmissione: grazie a robusti algoritmi crittografici la trasmissione viene protetta da possibili intercettazioni, evitando manomissioni non autorizzate dal sistema.

 

- Disturbi ed interferenze: la tecnologia wireless 868 MHz adottata è ampiamente utilizzata e collaudata dal mercato, tipicamente per applicazioni di telemetria e lighting control sia indoor che outdoor. 

Moduli di controllo wireless per singolo apparecchio

 

Quando l’impianto elettrico non può essere modificato ad ogni apparecchio sostituito deve essere abbinato un controller wireless.

Il sistema può essere abbinato ad apparecchi standard DALI (senza nessuna modifica) e richiede solo la connessione alla linea di alimentazione.

E’ possibile utilizzare anche apparecchi 0/10V, 1/10V e PWM ma con possibili limitazioni alle funzionalità, causati dal fatto che alcuni driver non possono essere spenti (OFF) tramite il solo segnale di controllo ma necessitano di un relè per il taglio della linea di alimentazione. In questi casi gli apparecchi possono solo essere dimmerati al loro livello minimo. La gestione dei singoli apparecchi può essere realizzata in modo automatico tramite i sensori wireless e/o tramite comandi manuali impartiti da tastiere wireless.

Multisensore con modulo di controllo wireless per gruppi di apparecchi DALI cablati

 

Quando l’impianto elettrico può essere modificato o deve essere ancora realizzato in quanto si tratta di una nuova installazione allora è spesso vantaggioso utilizzare un sistema di controllo per un gruppo di apparecchi cablati tra loro con un cavo dedicato alla regolazione.

 

In questo caso è necessario utilizzare apparecchi standard DALI , che permette di gestire fino a 32 driver DALI in modalità “broadcast”. Il cavo di regolazione può essere steso accanto a quello di alimentazione degli apparecchi oppure si possono sfruttare i conduttori interni di un binario o di una blindo sbarra. La sezione del cavo di regolazione DALI può essere compresa tra 0,5 e 1,5 mm2 con una lunghezza massima della tratta compresa tra 100 e 300 m a seconda della sezione

Sensore di luminosità

 

Se l’impianto gode almeno di un discreto contributo di luce naturale allora è opportuno installare sensori di luminosità, uno per ogni area in cui tale contributo è omogeneo. Ogni gruppo può essere gestito da un solo sensore di luminosità.

Inoltre aree con lo stesso contributo di luce naturale ma con diverso livello d’illuminamento richiesto dovranno avere sensori dedicati, ad esempio aree di produzione rispetto ad aree di stoccaggio.

 

I sensori possono essere installati anche ad altezze elevate fino a 12 m, in posizione baricentrica rispetto all’ area illuminata. Ciò è importante perché la superficie sottostante deve poter riflettere sia la componente di luce naturale che quella artificiale, in modo da permettere al sistema di adeguare l’intensità degli apparecchi al variare della luce solare. E’ importante inoltre evitare che il sensore possa essere influenzato e/o accecato direttamente dal contributo di luce naturale e/o da apparecchi d’illuminazione di altre zone. Ciò comporterebbe il fallimento degli algoritmi di gestione ad “anello chiuso”, in cui il sistema tenta di regolare l’intensità degli apparecchi controllati in relazione alla variazione del contributo di luce naturale.

Sensori di movimento

 

Se una porzione dell’impianto è occupata in modo discontinuo, ad esempio nel caso di aree di stoccaggio, può essere conveniente utilizzare uno o più sensori di movimento, al fine di abbassare o spegnere gli apparecchi quando l’area non è presidiata. Tali sensori garantiscono un “cono” di rilevazione la cui estensione dipende dall’ altezza d’installazione. La figura seguente indica le dimensioni dell’area controllata al variare dell’altezza del sensore.

Mentre nello stesso gruppo può essere attivo un solo sensore di luminosità, possiamo invece utilizzare uno o più sensori di movimento che lavorano in modo “parallelo”. Ciò garantisce che l’area verrà correttamente illuminata fintanto che anche un solo sensore rileva movimento. L’area si porterà al livello di background solo dopo che tutti i sensori si saranno disattivati.