Сбережение электроэнергии с помощью инфракрасных датчиков движения

План мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности в Российской Федерации, утвержденный распоряжением Правительства РФ № 1830-р 1.12.2009, направленный на реализацию Федерального закона «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», в частности предусматривает «разработку примерной формы перечня мероприятий для многоквартирного дома (группы многоквартирных домов) как в отношении общего имущества собственников помещений в многоквартирном доме, так и в отношении помещений в многоквартирном доме, проведение которых в большей степени способствует энергосбережению и повышению эффективности использования энергетических ресурсов» (п. 47).

Результаты многочисленных круглых столов, посвященных повышению энергоэффективности в ЖКХ позволяют с большой долей вероятности предположить, что одним из мероприятий будет установка датчиков движения

или присутствия для автоматического включения светильников на лестницах, в лифтовых холлах и других проходных зонах, где люди появляются на относительно небольшое время и поэтому держать светильники постоянно включенными нецелесообразно и затратно.

Автоматизация управления освещением позволит снизить расход электроэнергии до 75% [1].

Датчики движения и присутствия одни из основных элементов систем автоматизации.

Устройство и принципы работы датчиков движения и присутствия

Датчики движения и присутствия автоматически включают/выключают освещение в помещении в зависимости от интенсивности естественного потока света и/или присутствия людей. Принцип их действия основан на регистрации изменения инфракрасного (ИК) излучения, вызванного перемещением или деятельностью человека.

По физической природе видимый свет и ИК излучение одинаковы. ИК излучение также можно сфокусировать линзой, как обычный свет. При попадании ИК излучения на фотоэлемент он меняет свои параметры. При комнатной температуре в видимом свете тела не светятся, а в ИК диапазоне – просто сияют. На рис. 1 представлена фотография человеческого тела, сделанная в полной темноте.

Рис. 1. Распределение температуры человеческого тела в инфракрасном спектре

Назовем это излучение «инфракрасным светом» или сокращенно – ИК свет. А словом «свет» будем обозначать обычный видимый свет. Яркость ИК света зависит от температуры тела. Что горячее – светится ярче, что холоднее, светится слабее. Контраст между ИК свечением человека и, например, ИК свечением холодного окна значительный. Присутствие человека распознается сразу, см. рис. 1.

ИК свет человека и ИК свет теплого пола практически одинаковы. Распознать человека по контрасту ИК света человека и ИК света теплого пола почти невозможно.

Датчики движения и датчики присутствия реагируют на появление и исчезновение ИК света на фотоэлементе. Такие появления-исчезновения ИК света чаще всего вызваны деятельностью человека, реже факторами, не связанными с человеком, например, движением теплого воздуха от батареи и т.п. Поэтому ошибочные срабатывания присущи всем датчикам движения (присутствия). Датчики движения более просты по конструкции и реагируют только на активные движения, например, идущего человека.

Датчик присутствия реагирует на все незначительные движения, обычно совершаемые человеком, когда он стоит или сидит: движение пальцев по клавиатуре, покачивание головы и т.п. Если человек будет сидеть абсолютно неподвижно, то через заданное время датчик отключит свет.

Рис. 2. Устройство ИК датчика

На рис. 2 представлено устройство ИК датчика. В середине датчика расположены приемники ИК света – фотоэлементы. Эти элементы накрыты похожей на колпак или цилиндр мультилинзой (рис. 3). Мультилинза состоит из множества маленьких линз, каждая из которых фокусирует ИК свет на плоскость фотоэлемента, а одна из них – непосредственно на сам фотоэлемент (сигнал регистрируется).

Рис. 3. Мультилинза ИК датчика

При движении человека через какое-то время фокус линзы уходит с фотоэлемента и сигнал пропадает. Затем уже другая линза фокусирует ИК свет человека на фотоэлемент – сигнал опять появляется. Такое появление-исчезновение-появление сигнала – признак присутствия человека. Каждая линза охватывает свой сегмент. Сигнал пропадает при выходе человека (руки человека) за границы этого сегмента. При перемещении внутри сегмента сигнал не меняется.

Рис. 4. Принцип работы датчика движения или присутствия

Первый вывод. Чем больше таких линз, тем более мелкие движения может улавливать датчик.

Вывод второй. С удалением от датчика размер сегмента увеличивается и с какого-то расстояния все мелкие движения, например, движение рук, покачивания головы будут находиться в границах одного сегмента. После этого расстояния датчик присутствия может работать уже только как датчик движения.

У датчиков движения сегменты более крупные по сравнению с датчиками присутствия. Датчики движения загрублены и реагируют на более яркий ИК свет по сравнению с датчиками присутствия.

Установка датчика

На датчик не должен падать прямой свет ламп (рис. 5). Так же в зоне обнаружения не должно быть перегородок, даже стеклянных, т.к. ИК свет сквозь стекло не проходит.

Рис. 5. Размещение светильников и датчика движения или присутствия

В зоне обнаружения датчика не должно быть посторонних объектов, ограничивающих обзор датчика, например подвесных светильников (рис. 6).

Рис. 6. Размещение подвесных светильников

Основная характеристика датчика движения – радиус обнаружения. Для датчика присутствия – радиус обнаружения сидящего или стоящего человека и радиус обнаружения идущего человека. Этот радиус должен «дотягиваться» до углов помещения. Если не дотягивается, то в комнате придется ставить 2, а то и 3 датчика. Охватить прямоугольное помещение датчиками с круговыми диаграммами можно только с перехлестом диаграмм.

Почти все датчики движения (присутствия) на сегодня – это датчики с круговыми или овальными диаграммами обнаружения. Датчики присутствия с квадратной зоной обнаружения на сегодня выпускаются только единственной немецкой компанией. Квадратная зона обнаружения значительно упрощает проектирование, да и самих датчиков требуется меньше: 4 «квадратных» вместо 7 с круговой диаграммой. Углы помещения надежно перекрываются (рис. 7).

Рис. 7. Сравнение круговых и квадратных зон обнаружения

В зоне обнаружения датчика не должно быть посторонних объектов, ограничивающих обзор датчика, например подвесных светильников (рис. 6). Так же в зоне обнаружения не должно быть перегородок, даже стеклянных, т.к. ИК свет сквозь стекло не проходит. Датчики движения и присутствия следует устанавливать подальше от отопительных приборов, кондиционеров или вентиляторов.

Заключение

· и датчики присутствия, и датчики движения реагируют на изменение ИК света;

· изменение ИК света вызывает движение, как человека, так и любых нагретых объектов (животные, поток теплого воздуха);

· у датчиков присутствия более высокая чувствительность по сравнению с датчиками движения, поэтому у них бывает значительно больше ложных срабатываний;

· настройка чувствительности датчика может носить сезонный характер;

· настройка чувствительности датчика присутствия – кропотливый и долгий процесс;

· встроенный микропроцессор обеспечивает стабильную работу датчика практически без ложных срабатываний, ручная настройка чувствительности не требуется;

· датчики с квадратной диаграммой более удобны. В среднем требуется 4 датчика с квадратной диаграммой вместо 7 с круглой.

Литература:

1. «Справочная книга по светотехнике» под редакцией Ю.Б. Айзенберга, Москва, 2008 г.

Для справки

Основное отличие простых и дешевых датчиков от дорогих и «продвинутых»

Предположим, утром сотрудники пришли в офис. На улице темно и датчик движения включил свет при обнаружении сотрудника. Люди ходят по офису – датчик обнаруживает движение и держит светильники включенными. Стало светлее и освещенности от окон достаточно, она выше порогового значения освещенности. Простые датчики движения (присутствия) будут держать светильники включенными пока люди находятся в зоне их обнаружения.

Если все выйдут из помещения, датчик отключает светильники. При появлении человека, если света от окон достаточно, датчик светильники не включит.

Снижение затрат на освещение при дешевых датчиках движения (присутствия) будет 22-25%.

Более дорогие модели «мониторят» освещенность естественным светом и, если она превысит пороговое значение, отключают светильники, даже при нахождении людей в помещении.

Затраты на освещение в этом случае снижаются на 42-50%.

Простые датчики подойдут вам для коридоров, где люди появляются редко или для помещений без окон. Во всех остальных случаях предпочтение лучше отдать более сложным моделям.

Д.В. Сукачев, руководитель направления «Домашняя автоматизация», ООО «Марбел М»

Приобрести ИК датчики с диаграммой 120 градусов и коммутируемой мощностью до 100 Вт, а также датчики, реагирующие на звук, можно в светодиодном магазине ALLED.RU. Оба типа имеют пороговое устройство срабатывания в зависимости от уровня освещенности.