Cieľ projektu je realizovať reguláciu intenzity osvetlenia v závislosti na intenzite vonkajšieho osvetlenia . V školách je nutné zabezpečiť efektívne a konštantné osvetlenie pre bezpečnosť a výkon praktických činnosti žiakov v elektronickej dielni. Kľúčovým rozhodnutím je zvoliť vhodné zariadenie, ktoré by maximálne splňalo požiadavky, ktoré chceme dosiahnúť. Keďže chceme aj praktický zrealizovať svoj návrh a zároveň uplatniť aj naše poznatky získané týmto projektom, navrhli sme pre svetelné zdroje v elektronickej dielni reguláciu osvetlenia s jej následnou realizáciou.

Teoretické východiská

Realizovanie praktickej časti projektu vyžaduje dôkladné naštudovanie problematiky svetelnej a osvetľovacej techniky, spôsoby osvetľovania priestorov v budovách a ich vplyv na výslednú efektívnosť a ekonomickosť v prevádzke. Moderné osvetľovacie systémy svojou modulárnou koncepciou a rôznymi spôsobmi riadenia ponúkajú možnosť realizácie osvetlenia špecifického priestoru na mieru. Základnou podmienkou pri realizácii projektu je súlad s normami. Všetky aktuálne poznatky o Osvetľovaní pracovných priestorov v interiéroch sme získali po preštudovaní technickej normy STN EN 12464-1, ktorá podporuje aj komplexné riešenia. Z tabuľky č. 1. Je zrejmé, že pre priestory odborného výcviku je potrebných 500 lx.

Prehľad intenzity osvetlenia

Pri teoretickej analýze problematiky osvetlenia sme sa zamerali na zdroje osvetlenia používané v súčasnosti a ich najdôležitejšie parametre:
- vláknová žiarovka
- Halogénová žiarovka
- LED žiarovka

Ďalšou našou úlohou bolo získať informácie a vedomosti o možných technických riešeniach regulácie

Regulovať osvetľovaciu sústavu môžeme:
- klasickými spínačmi,
- stmievačmi.

Stmievače

umožňujú úsporu nákladov na el. energiu, ale aj zvýšenie komfortu ovládania osvetlenia. Ovládajú sa buď :
- externým tlačidlom,
- alebo vstavaným potenciometrom pre stmievače do rozvádzačov,
- alebo potenciometrom vstavaným do vypínača.

Stmievačom možno stmievať všetky svetelné zdroje s touto možnosťou:
- žiarovky,
- halogénové žiarovky,
- žiarivky s elektronickým predradníkom a pod ,
- LED žiarovky.

Možnosti stmievania svetelných zdrojov

Hlavným dôvodom pre integráciu systémov regulácia osvetlenia je potreba dosiahnutia požadovanej úrovne osvetlenia s ohľadom na vykonávanú činnosť, prispôsobenie osvetlenia požiadavkám používateľa, dosiahnutie požadovaného osvetlenia v závislosti na dennom svetle. Výsledkom regulácie osvetlenia je zlepšenie kvality osvetlenia, spríjemnenie pobytu a práce, v neposlednom rade zníženie nákladom na elektrickú energiu , zníženie príkonu svietidiel a strát v napájacom vedení. V prvopočiatkoch systémov regulácie osvetlenia využívali tieto systémy metódu regulácie napájacieho napätia. Vývojom nových technológií sa do popredia dostáva tzv. inteligentné ovládanie svietidiel pomocou riadiacich systémov a pod. Moderné systémy regulácie osvetlenia zohľadňujú viacero faktorov v procese regulácie, napr. maximálne využitie denného svetla, počet osôb v miestnosti a pod. Regulácia osvetľovacej sústavy môže byť vykonávaná:

1. Klasickými spínačmi - vhodne rozmiestnené svetelné sústavy sú spínané jednotlivými vypínačmi alebo programovacími blokmi. Je to najjednoduchší spôsob ovládania osvetľovacích sústav. Rozsah stmievania je obvykle 100% a 50%. Výhodou takéhoto spôsobu sú veľmi nízke obstarávacie náklady.

2. Stmievačmi - stmievačmi je možné dosiahnuť plynulej regulácie osvetľovacej sústavy svietidiel. V dnešnej dobe existujú rôzne druhy stmievačov pracujúcich na analógovom alebo digitálnom princípe v závislosti na použitom svetelnom zdroji alebo predradníku. Ovládanie takýchto systémov môže byť vykonávané pomocou jednoduchých tlačidiel alebo v prípade zložitejších systémov môžu do procesu regulácie zasahovať snímače denného osvetlenia, počtu osôb a pod. Pri stmievaní sa znižuje merný výkon svetelných zdrojov. Pri návrhu stmievania môžeme využívať celý rozsah zmeny svetelného toku.

Snímače osvetlenia

Inteligentné systémy riadenia a stmievania osvetľovacích sústav využívajú vo väčšine prípadov aj snímače osvetlenia. Svetelné snímače používajú pre snímanie intenzity osvetlenia predovšetkým fotodiódy alebo fototranzistory, je možné využitie aj fotorezistorov. Snímače získané informácie o úrovni intenzity osvetlenia odovzdávajú riadiacemu systému a ten po vyhodnotení pomerov vhodne upravuje výkon osvetľovacej sústavy umelého osvetlenia tak aby sa dosiahla požadovaná úroveň osvetlenia v miestnosti. Príklad použitia snímačov osvetlenia je možné vidieť na obrázku č. 1.

Použitie snímačov osvetlenia

Výroba funkčného modelu

Pri realizácií funkčného modelu sme sa v prvom rade oboznámili s popisom a činnosťou automatického regulátora LIC 1 a fotosenzorom SKS. Ďalším krokom bolo spracovanie blokovej schémy zapojenia celého ovládania osvetlenia pre pochopenie jeho celého popisu princípu a postupnosti procesov, ktoré prebiehajú v zariadení. Na základe toho sme navrhli elektrotechnickú schému a podľa schémy sme spracovali aj zoznam s podrobným súpisom súčiastok a materiálu. Celé zariadenie sme realizovali do modelového domčeka a odskúšali jeho funkčnosť. Pomocou prevádzkových režimov a lux metru sme nastavili intenzitu osvetlenia. Regulátor prispôsobuje jas žiaroviek na požadovanou úroveň osvetlenia v domčeku autonómne.

Popis automatického regulátora intenzity osvetlenia LIC-1

• Je určený pre automatickú reguláciu intenzity osvetlenia v miestnosti,
• jeho napájacie napätie je 230V AC,
• disponuje niekoľkými prevádzkovými režimami:
  1. – vypnuté,
  2. – automatická regulácia,
  3. – upratovanie (maximálna úroveň osvetlenia),
  4. – nastavenie minimálneho jasu osvetlenia,
  5. – nastavenie požadovanej úrovne osvetlenia.
• dokáže stmievať akýkoľvek svetelný zdroj :
  - LED žiarovky
  - ESL – stmievateľné úsporné žiarovky,
  - žiarovky R – induktívne, L – odporové alebo žiarovky s C –kapacitnou záťažou.
• montuje sa do rozvádzača

Regulátor ELKO LIC 1

Schéma zapojenia regulátoru do svetelného obvodu

Za slnečného dňa sa intenzita vonkajšieho svetla zvyšuje a regulátor automaticky zníži jas žiaroviek na požadovanú úroveň. Akonáhle sa však počasie zhorší alebo sa začne stmievať, jas žiarovky sa opäť zvýši na požadovanou úroveň.

Fotosenzor SKS

Externý senzor sníma intenzitu svetlá a inštaluje sa do stropu, na stenu alebo na iné miesto kde nie je ovplyvňovaný ďalším svetelným zdrojom.

Senzor osvetlenia ELKO SKS

Bloková schéma zapojenia modelu

Elektrotechnická schéma modelu regulácie osvetlenia

 Elektrotechnická schéma

 Triakový regulátor nie je súčasťou zariadenia. V tomto prípade simuluje „prírodné „ osvetlenie domčeka.

Technicko-ekonomické náklady

Zoznam zariadenia a elektroinštalačného materiálu použitého pri stavbe modelu.

 Technicko - ekonomické náklady

Návrh regulácie osvetlenia v praxi

Celý priestor elektrotechnickej dielne je presvetlený oknami, cez ktoré do priestoru preniká denné osvetlenie. V priestoroch s možným využitím prirodzeného osvetlenia sa stále intenzívnejšie uplatňuje aj regulácia osvetlenia Požiadavky na osvetlenie:
- konštantné svetlo,
- rovnomernosť osvetlenia,
- predĺženie životnosti svetelných zdrojov,
- členenie pracovných miest žiakov v priestore a ich variabilita,
- zníženie režijných nákladov:
     o učebný deň : 6 hod./ 5 dní v týždni,
     o vyučovací proces - 20 dní,
     o školský rok - 10 mesiacov.

Denné svetlo sa využíva v kombinácií s externým senzorom, ktorý vyhodnocuje intenzitu osvetlenia v priestore. Osvetlenie priestorov dielne je vybavené osvetľovacou sústavou ktorá pozostáva z klasických žiaroviek 60W E 27 o počte 10 ks. Externý senzor sníma túto intenzitu a na základe nastavenej hodnoty znižuje alebo zvyšuje jas osvetlenia. Rozmiestnenie svietidiel je zrejme z obrázku č.7.

Rozmiestnenie svietidiel

Spotreba elektrickej energie osvetľovacej sústavy v elektrotechnickej dielni

Proces regulácie osvetlenia v dielni

Priestor je osvetlený na intenzitu 500 luxov (lx). Počas pracovného procesu žiakov sa využíva konštantné osvetlenie. (STN EN12464-1 Svetlo a osvetlenie. (Osvetlenie pracovných miest. Vnútorné pracovné miesta.). Na strope je nainštalovaný fotosenzor, ktorý sníma požadovanú úroveň osvetlenia na základe denného svetla tak, aby minimálna intenzita osvetlenia bola 500 lx. Riadenie osvetlenia je ovládané z LIC 1 nachádzajúceho sa v rozvádzači pri vstupe do dielne., Aplikáciou fotosenzoru sa docieli automatická regulácia svetleného toku svietidiel v závislosti od denného svetla tak, aby sa udržiavala predvolená intenzita osvetlenia na stoloch žiakov. Nakoľko sa v tejto dielni počíta aj počítačovým vybavením , je možnosť nastaviť regulátorom aj špecifické nároky a meniť intenzitu osvetlenia podľa aktuálnych požiadaviek.

Merania a vyhodnotenie

Metodika merania

Pre objektívne zhodnotenie prínosu navrhovanej regulácie osvetlenia v elektrotechnickej dielni bol vykonaný rad meraní počas 18 pracovných dní. Merania boli zamerané na spotrebu elektrickej energie osvetľovacej sústavy elektrotechnickej dielni. Pomocou elektronického wattmetru boli merané hodnoty spotreby elektrickej energie regulovanej osvetľovacej sústavy dielne. Elektronický wattmeter je možné vidieť na obrázku č. 8.

Elektronický wattmeter

Výsledky praktického merania a výpočet spotreby

Ušetrená spotreba elektrickej energie za obdobie od 11.1.2016 do 5.2.2016 je 23,94 kWh.

Grafické vyjadrenie výsledkov merania

Vzhľadom na veľké množstvo získaných hodnôt počas meraní v období 18 pracovných dní, sú jednotlivé získané údaje interpretované v grafickej podobe pre lepšiu názornosť.

Hodnoty spotreby el. energie za merané obdobie

Výsledky jednotlivých meraní

Záver

Cieľom našej práce bolo dosiahnutie úspory elektrickej energie pri konštantnom osvetlení elektrotechnickej dielne. Vykonaním radu meraní regulovanej osvetľovacej sústavy pomocou regulátoru Elko LIC1 sme dosiahli úsporu energie za dané merané obdobie 18 pracovných dní. Vyhodnotením jednotlivých meraní sme zistili, že voľbou vhodnej regulácie osvetľovacej sústavy je možné dosiahnuť značné úspory elektrickej energie. V našom prípade úspora dosiahla 23,94 kWh. Predpokladáme, že v letných mesiacoch táto úspora bude ešte výraznejšia vzhľadom na intenzitu denného osvetlenia.