Рост энергоэффективности осветительных приборов сейчас в большей степени связан с улучшением систем управления, нежели с повышением светоотдачи. Современной тенденцией является использование в системах управления освещением микроволновых датчиков движения. В этой статье мы расскажем об их принципе работы, сравним с уже давно известными инфракрасными датчиками и разберемся, насколько данная технология безопасна.
В тех помещениях, куда люди заходят на относительно небольшой промежуток времени, целесообразно устанавливать устройства, автоматически включающие и выключающие освещение. Это удобно — не нужно лишний раз нажимать на клавишу выключателя. К тому же такое решение позволяет экономить электроэнергию. Человек может полениться или просто забыть выключить свет, выходя из комнаты, тогда как автоматика сработает безотказно.
Автоматизация управления светом не только экономит электроэнергию, но и снижает уровень воздействия света на предметы, расположенные в помещении. Это важно для фондохранилищ архивов, библиотек и музеев.
Датчики, напрямую определяющие присутствие человека, стоят дорого и сложны в настройке. Поэтому при создании систем управления освещением исходят из того, что если человек зашел в помещение, он должен совершать какие-либо действия. Благодаря этому для обнаружения присутствия человека можно использовать более простые и дешевые датчики движения. Когда обнаруживается движение, свет включается. После того, как движение прекратится, свет выключается не сразу, а через промежуток времени, именуемый задержкой. Значение данного параметра выбирается таким образом, чтобы свет не выключался, когда человек сделал паузу в своих действиях.
По принципу действия датчики движения, применяемые совместно со светильниками, делятся на инфракрасные и микроволновые.
Инфракрасные (ИК) датчики реагируют на инфракрасное (тепловое) излучение, которое дает тело человека. Каждый такой датчик имеет оптическую систему, состоящую из нескольких десятков линз. Каждая линза охватывает свой участок обозреваемого пространства. Линзы в массиве поочередно сфокусированы на одном из двух фотодиодов. В итоге при перемещении человека в пространстве он попеременно попадает в поле зрения то линзы, сфокусированной на первом фотодиоде, то линзы, сфокусированной на втором. При этом на выходе фотодиодов появляется переменный ток. Электроника усиливает его и отфильтровывает от помех. Если уровень полученного сигнала выше порогового значения, датчик срабатывает. Преимуществом ИК-датчика является то, что он ничего не излучает в окружающее пространство, поэтому потребление им энергии очень низкое. Из-за этого в светильниках с автономным питанием используются только такие датчики. Кроме этого, ИК-датчики имеют низкую стоимость. Главным же недостатком ИК-датчиков является их низкая чувствительность.
Микроволновые (МВ) датчики представляют собой простейшие радиолокаторы. Для их работы (применительно к России) используется диапазон 5,8 ГГц, не требующий лицензии при использовании устройства в закрытом помещении. Собственно, название датчиков связано с тем, что данный диапазон относится к микроволновому излучению.
Принцип работы МВ-датчиков движения следующий. Периодически в течение короткого промежутка времени излучается сигнал и принимается его отражение. Если по сравнению с предыдущим циклом работы параметры отраженного сигнала изменились и разница находится выше установленного порога, значит, в обозреваемом пространстве было движение. МВ-датчики по сравнению с ИК-датчиками более точные. К недостаткам можно отнести более высокие стоимость и энергопотребление. Но, благодаря более высокой чувствительности, связка из светильника и датчика при прочих равных условиях в итоге потребляет меньше электроэнергии.
В продаже можно встретить устройства, которые позиционируются как «ИК-датчики присутствия», цена которых сопоставима с ИК-датчиками движения. На самом деле под этим названием скрываются все те же ИК-датчики движения, просто их чувствительность увеличена до уровня, когда они распознают движения, которые человек непроизвольно совершает в состоянии отдыха. Но даже такие датчики по своей чувствительности, как правило, уступают микроволновым.
Влияние чувствительности датчика на энергоэффективность
ИК-датчик в ряде случаев может «терять из вида» человека, передвигающегося по комнате. Это может быть, например, когда там жарко и уровень ИК-излучения окружающих предметов сопоставим с уровнем излучения человека. Другой вариант, при котором также могут возникнуть проблемы, — человек одет в зимнюю одежду, которая не пропускает тепло, идущее от его тела, т. е. блокирует ИК-излучение.
Для ИК-излучения непрозрачны стены, всевозможные перегородки, а также предметы мебели. Из-за этого в комнате могут образоваться «слепые зоны». Если человек находится в них дольше, чем установленное время задержки, свет автоматически выключается. При этом он включится только тогда, когда вы дойдете до места, где датчик вас снова «увидит». Самый известный пример, с которым многие сталкивались — уборная с несколькими кабинками, оснащенная одним ИК-датчиком. Когда человек входит в уборную, то датчик срабатывает и свет включается. Далее посетитель запирается в кабинке, свет остается включенным. Но если человек находился в кабинке дольше установленного времени задержки, выбираться придется в кромешной темноте.
Отключение освещения, когда человек находится в помещении, негативно воздействует на психику, а в ряде случаев даже может стать причиной травматизма. Чтобы избежать этого, для ИК-датчиков устанавливают значительно большее время, чем то, которое необходимо для совершения производственных операций в помещении.
Это повышает уровень комфорта, но снижает энергоэффективность. Например, человек вошел в кладовку, положил или забрал оттуда вещи, вышел, все заняло секунды, но освещение потом еще работает несколько минут.
Для МВ-датчиков внутри комнаты не могут быть преградами ни перегородки, ни предметы мебели (если только они не сделаны из сплошного листа металла). Такие датчики реагируют на малейшие движения человека. Поэтому время задержки может быть значительно меньше, чем при использовании ИК-датчиков. Не нужно вводить запас времени на то, что человек зайдет в «слепую зону» или датчик по каким-то другим причинам не сможет его обнаружить.
Мало того, слишком высокая чувствительность МВ-датчиков может даже создавать сложности другого рода. Эти датчики способны «видеть» сквозь неметаллические двери и даже сквозь стены. Впрочем, данная проблема решается путем регулировки чувствительности датчика. При правильно настроенной чувствительности светильник должен включаться в момент, когда человек только открывает дверь. Кстати, по сравнению с ИК-датчиком, срабатывающим уже после того, как человек вошел внутрь комнаты, такой вариант воспринимается как более комфортный.
Еще одна проблема заключается в том, что МВ-датчики реагируют на движение не только людей, но и неодушевленных предметов. Поэтому их нельзя использовать в помещениях, где в отсутствие человека работают движущиеся механизмы — свет просто не будет выключаться.
Безопасность для здоровья
В связи с тем, что МВ-датчики постоянно излучают радиоволны, встает вопрос о том, безопасны ли они? На момент написания статьи каких-либо данных о вреде таких датчиков для здоровья автору статьи найти не удалось.
Мощность излучения у МВ-датчиков движения не превышает 0,01 Вт. Много это или мало? Точка доступа Wi-Fi, работающая в диапазоне 5 ГГц, дает излучение мощностью до 0,2 Вт. А мобильный телефон может давать в эфир до 2 Вт. Т. е. датчик излучает в 20 раз меньше, чем точка доступа Wi-Fi и в 200 раз меньше, чем мобильный телефон.
Кроме этого, нужно иметь в виду, что датчики движения, в том числе микроволновые, применяются, как правило, в помещениях, где люди не находятся постоянно (кладовки, коридоры, лобби и т. п.). Соответственно, они не подвергаются постоянному воздействию излучения от МВ-датчиков.
Влияние на другое оборудование
Диапазон 5,8 ГГц используется в том числе и для Wi-Fi. Но в реальности случаев создания этими двумя видами оборудования помех друг другу, препятствующих нормальной работе, пока не обнаружено. Возможно, это связано с узкой полосой частот, занимаемых МВ-датчиками, которая поместилась в промежуток между каналами Wi-Fi.
В то же время МВ-датчики не рекомендуется применять в помещениях, где используется высокоточная измерительная аппаратура, чувствительная к действию микроволнового излучения.
Светильники со встроенными МВ-датчиками
МВ-датчики выпускаются в виде отдельных устройств, но более удобным для большинства применений является вариант, когда такой датчик встроен в корпус светильника. По сравнению с использованием двух раздельных приборов, имеются следующие основные преимущества:
- нет затрат на монтаж отдельного датчика;
- установка на потолке, характерная для офисно-го и технического освещения, как правило, оптимальна для МВ-датчика;
- металлическая задняя панель корпуса светильника предотвращает ложное срабатывание датчика при наличии движения с тыльной стороны.
В качестве примера светильника со встроенным МВ-датчиком можно привести светильник Армстронг Портал FS-RO-ED-50 мощностью 50 Вт, световым потоком 5500 Лм и степенью защиты IP40 производства Подольского завода светотехники «ТЕРРА». Он предназначен для крепления к потолку. Светильник имеет универсальное исполнение, т. е. может использоваться как подвесной, накладной или встраиваемый. Рекомендуемая высота установки: 3–5 м. Дальность действия датчика может достигать 10 м, время задержки варьируется от 10 до 900 с. Регуляторы чувствительности и времени задержки не выведены наружу светильника, датчик движения настраивается при снятом рассеивателе. Поэтому внешне отличий по сравнению с обычным офисным светильником не заметно. Конструкция данного светильника оптимальна для коридоров и лобби в офисных зданиях и гостиницах.
Для использования на складах в ассортименте «ТЕРРЫ» также есть модели с МВ-датчиками. Например, светильник FS-MAN-SD-50 с размерами 1262 x 124 x 85 мм, мощностью 50 Вт, световым потоком 6500 Лм и степенью защиты IP65. У него более подходящие для складов с рядами стеллажей «вытянутые» пропорции корпуса.
Выводы
Применение светильников с МВ-датчиками обеспечивает экономию электроэнергии в помещениях, где люди бывают эпизодически. Более высокая чувствительность по сравнению с ИК-датчиками позволяет практически полностью предотвратить ситуацию отключения системой управления освещения в комнате, где находится человек. Благодаря этому можно уменьшить время задержки, что позволяет дополнительно экономить электроэнергию. В заведениях, связанных с индустрией гостеприимства: гостиницах, ресторанах, кафе и т. п., датчики движения могут не быть установлены из-за боязни негативных отзывов от клиентов, которых застало врасплох ложное срабатывание системы, приведшее к отключению света. Использование там светильников с МВ-датчиками позволит снизить энергопотребление, не создавая проблемы посетителям.