Sensoren steuern LED-Leuchten und das Smart Building

| Redakteur: Hendrik Härter

HF-Technik: Sie durchdringt Glas, dünne nicht-metallische Materialien und Leichtbauwände. Mit ihr lässt sich sensorisch das Innere von Gebäuden erfassen.
HF-Technik: Sie durchdringt Glas, dünne nicht-metallische Materialien und Leichtbauwände. Mit ihr lässt sich sensorisch das Innere von Gebäuden erfassen. (Bild: Steinel Solutions)

Spezielle Sensoren können Leuchten bedarfsgerecht schalten – und so ein Beitrag zum Energiesparen leisten. Mit der Hochfrequenz-Technik von Steinel funktioniert das auch durch Wände hindurch.

Voraussetzung für eine bedarfsgerechte Lichtsteuerung sind Sensoren, die den genutzten Bereich und eventuell bereits vorhandenes Tageslicht präzise erfassen. Je nach Anwendungsfall erzielen Passiv-Infrarot- oder Hochfrequenz-Sensoren ein optimales Ergebnis.

Jede dieser beiden Sensortechniken hat ihre spezifischen Besonderheiten und ist für bestimmte Einsatzbereiche geeignet. Mit Infrarot-Detektoren ausgestattete Sensoren nehmen als passives System die menschliche Wärmestrahlung wahr. Der Erfassungsbereich des Sensors wird durch Segmentlinsen in aktive und passive Zonen gegliedert.

Passive Infrarot-Sensoren erfassen Wärmestrahlung

Die hochempfindlichen sogenannten Passiv-Infrarot- (PIR-)Sensoren können Personen erkennen, die sich im Erfassungsbereich bewegen. Die erfasste Wärmestrahlung eines Menschen wird als Spannungsänderung interpretiert. Infrarotstrahlung aus den aktiven Zonen wird vom Sensor erfasst, in passiven Zonen ist der Sensor dagegen blind. Dabei bestimmt die Segmentlinse die Erfassungsqualität. Je höher ihre Auflösung ist, also je mehr Erfassungszonen es gibt, desto feiner und zuverlässiger ist die Registrierung. Auch die Bewegungsrichtung spielt für die Erfassungsqualität eine wichtige Rolle. Bewegungen quer zum Sensor – also tangentiale Bewegungen – werden durch PIR-Sensoren besonders gut erfasst, da hierbei mehrere Erfassungszonen durchschritten werden.

Bei radialen Bewegungen, also Bewegungen direkt auf den Sensor zu, verringert sich seine Erfassungsreichweite. Hier besteht die Möglichkeit, dass sich die Person in einer passiven, vom Sensor nicht sichtbaren Zone bewegt. Eine Temperaturänderung durch den Sensor lässt sich schwerer erkennen. Wichtig für die Platzierung eines PIR-Sensors ist zudem, dass keine Gegenstände oder Hindernisse stören. Der PIR-Sensor sollte immer so ausgerichtet werden, dass die optischen Erfassungs-Segmente von den zu erfassenden Wärmestrahlen möglichst im rechten Winkel geschnitten werden. Aufgrund seiner thermischen Reaktion sollten störende Wärmequellen in seinem Umfeld ebenfalls vermieden werden.

Vorteile der Hochfrequenz-Technik im Gebäude

Die von Steinel 1999 erfundene Hochfrequenz-Technik erfasst sensorisch lückenlos das Innere eines Gebäude und ist damit im Vorteil gegenüber der PIR-Sensorik. Der Sender des HF-Moduls arbeitet als aktives System nach dem Doppler-Prinzip. Er sendet mit einer Frequenz von 5,8 GHz und einer Sendeleistung von weniger als 1 mW elektromagnetische Wellen aus und empfängt das von Wänden und Objekten reflektierte Echo. Bleibt das Echo konstant, ist keine Bewegung im zu erfassenden Bereich vorhanden.

Verändert sich das Echo durch eine Bewegung, wird die Veränderung messtechnisch verarbeitet und ein Schaltsignal ausgelöst. Technisch bedingt ist es dabei egal, aus welcher Richtung man sich dem Sensor nähert. Das Erfassungsergebnis ist sowohl bei tangentialen als auch bei radialen Bewegungen immer gleich gut. HF-Sensoren reagieren somit hochsensibel und präzise. Darüber hinaus erfolgt die Erfassung vollkommen temperaturunabhängig.

Bewegungs- und Präsenzerfassung

Für die Bestückung von Leuchten mit Sensor-Intelligenz können Leuchten-Hersteller das modulare „SENSOTEC-Programm“ des Schweizer Herstellers Steinel Solutions nutzen. Es ist unerheblich, ob eine Leuchte bereits mit einer sensorischen Einheit ausgestattet ist oder ob sie komplett neu damit bestückt werden soll. Das System besteht aus einer Steuereinheit sowie einem Sensorkopf, der passend zur Erfassungsaufgabe gewählt werden kann. Die Steuereinheit ist die Zentrale des Systems.

Sie wird in die Leuchte eingebaut. Die Kommunikation zwischen dem gewünschten Sensorkopf und der Steuereinheit erfolgt über eine einheitliche Schnittstelle. Die Bewegungs- und Präsenzerfassung wird in entsprechende Signale umgewandelt und an die Leuchte weitergegeben. Kurze Ansprechzeiten sorgen für eine schnelle Schaltung des Lichts. Eine Konstantlichtregelung für einen gleichmäßigen Lichtlevel über den Tag hinweg, wird mit der Messung des Umgebungslichts möglich. Hierbei wird nur so viel künstliches Licht zugeschaltet, bis ein vorher definierter Helligkeitslevel erreicht ist. Einstellbare Nachlaufzeiten und eine individuell regelbare Ansprechhelligkeit gehören ebenso zur Ausstattung, wie die Konfiguration mittels Fernbedienung. Das Steuergerät ist in einer Relais- und einer DALI-Version erhältlich. Vorteilhaft ist das Widerange-Netzteil, das einen Spannungseingang von 100 bis 240 V ermöglicht.

Die Wahl der Sensorik entscheidet

Je nach Erfassungsaufgabe muss die passende Sensor-Technik gewählt werden. Das Programm der Schweizer bietet spezielle Sensorköpfe, die als Passiv-Infrarot oder Hochfrequenz-Version erhältlich sind. Die Stärke der PIR-Technik mit ihrer überzeugenden tangentialen Bewegungserfassung kommt gerade in Durchgangsbereichen zum Tragen. Der Sensorkopf des Typs ED PIR kann gut für Innen- und Außenleuchten verwendet werden. Mit seinem patentierten Multisegment-Pyrosensor deckt ein einziger Sensor einen Erfassungsbereich von bis zu 6 m x 6 m bei einer Montagehöhe von drei Metern ab.

Die Hochfrequenz-Sensorköpfe ED HF-1 und ED HF-2 sind speziell für den Einbau in Innenraum-Leuchten konzipiert. Sie erfassen vorhandene Bewegungen in einem Durchmesser von bis zu acht Metern. Die HF-Wellen durchdringen Glas oder andere dünne, nicht-metallische Materialien. Der HF-Sensor lässt sich unsichtbar in die Leuchte integrieren. Es ist zudem möglich, Leuchten mit Monoblock-Sensoren aufzurüsten. Intelligenz und Sensor sind zusammengefasst, die Steuereinheit für DALI und COM1 bereits im Monoblock-Sensor integriert. Ihre Reichweite lässt sich zwischen 0,5 bis 8 m einstellen.

Der Beitrag ist nach Unterlagen von Steinel Solutions entstanden.

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