Un sistema de control de iluminación incorpora comunicación entre varias entradas y salidas del sistema relacionadas con el control de iluminación con el uso de uno o más dispositivos informáticos centrales. Los sistemas de control de iluminación se utilizan ampliamente en la iluminación interior y exterior de espacios comerciales, industriales y residenciales. A los sistemas de control de iluminación a veces se les denomina iluminación inteligente . Los sistemas de control de iluminación sirven para proporcionar la cantidad adecuada de luz donde y cuando se necesita. [1]
Los sistemas de control de iluminación se emplean para maximizar el ahorro de energía del sistema de iluminación, satisfacer los códigos de construcción o cumplir con los programas de conservación de energía y construcción ecológica . Los sistemas de control de iluminación pueden incluir una tecnología de iluminación diseñada para la eficiencia energética , la comodidad y la seguridad. Esto puede incluir accesorios de alta eficiencia y controles automatizados que realizan ajustes según condiciones como la ocupación o la disponibilidad de luz natural. La iluminación es la aplicación deliberada de luz para lograr algún efecto estético o práctico (por ejemplo, iluminación de una brecha de seguridad). Incluye iluminación de trabajo , iluminación de acento e iluminación general.
El término controles de iluminación se utiliza normalmente para indicar un control independiente de la iluminación dentro de un espacio. Esto puede incluir sensores de ocupación , relojes horarios y fotocélulas que están cableadas para controlar grupos fijos de luces de forma independiente. El ajuste se realiza manualmente en la ubicación de cada dispositivo. La eficiencia y el mercado de los controles de iluminación residencial ha sido caracterizado por el Consorcio para la Eficiencia Energética . [2]
El término sistema de control de iluminación se refiere a un sistema inteligente en red de dispositivos relacionados con el control de iluminación. Estos dispositivos pueden incluir relés , sensores de ocupación , fotocélulas , interruptores de control de iluminación o pantallas táctiles y señales de otros sistemas del edificio (como alarmas contra incendios o HVAC ). El ajuste del sistema se produce tanto en las ubicaciones de los dispositivos como en las ubicaciones de las computadoras centrales a través de programas de software u otros dispositivos de interfaz.
La principal ventaja de un sistema de control de iluminación sobre los controles de iluminación independientes o la conmutación manual convencional es la capacidad de controlar luces individuales o grupos de luces desde un único dispositivo de interfaz de usuario . Esta capacidad de controlar múltiples fuentes de luz desde un dispositivo de usuario permite crear escenas de iluminación complejas. Una sala puede tener varias escenas preestablecidas, cada una creada para diferentes actividades en la sala. Un beneficio importante de los sistemas de control de iluminación es la reducción del consumo de energía. También se consigue una mayor vida útil de la lámpara al atenuar y apagar las luces cuando no se utilizan. Los sistemas de control de iluminación inalámbricos brindan beneficios adicionales que incluyen costos de instalación reducidos y una mayor flexibilidad sobre dónde se pueden colocar los interruptores y sensores. [3]
Las aplicaciones de iluminación representan el 19% del uso de energía mundial y el 6% de todas las emisiones de efecto invernadero . [4] En los Estados Unidos, el 65 por ciento del consumo de energía es utilizado por los sectores comercial e industrial, y el 22 por ciento de este se utiliza para iluminación.
El control inteligente permite a los hogares y a los usuarios controlar de forma remota la refrigeración, la calefacción, la iluminación y los electrodomésticos, minimizando el uso innecesario de luz y energía. Esta capacidad ahorra energía y proporciona un nivel de comodidad y conveniencia. Desde fuera de la industria de la iluminación tradicional, el éxito futuro de la iluminación requerirá la participación de una serie de partes interesadas y comunidades de partes interesadas. El concepto de iluminación inteligente también implica la utilización de la luz natural del sol para reducir el uso de iluminación artificial y el concepto simple de que las personas apaguen la iluminación cuando salen de una habitación. [5]
Un sistema de iluminación inteligente puede garantizar que las áreas oscuras estén iluminadas cuando estén en uso. Las luces responden activamente a las actividades de los ocupantes basándose en sensores e inteligencia (lógica) que anticipa las necesidades de iluminación de un ocupante.
Se pueden utilizar luces para disuadir a aquellos de áreas en las que no deberían estar. Una violación de la seguridad, por ejemplo, es un evento que podría activar focos en el punto de la violación. Las medidas preventivas incluyen iluminar puntos de acceso clave (como pasillos) por la noche y ajustar automáticamente la iluminación cuando un hogar está ausente para que parezca que hay ocupantes.
Los sistemas de control de iluminación generalmente brindan la capacidad de ajustar automáticamente la salida de un dispositivo de iluminación en función de:
Los horarios cronológicos incorporan momentos específicos del día, semana, mes o año.
Los horarios solares incorporan las horas de salida y puesta del sol , que a menudo se utilizan para cambiar la iluminación exterior. La programación del tiempo solar requiere que se establezca la ubicación del edificio. Esto se logra utilizando la ubicación geográfica del edificio a través de latitud y longitud o eligiendo la ciudad más cercana en una base de datos determinada que proporciona la ubicación aproximada y las horas solares correspondientes.
La ocupación del espacio se determina principalmente con sensores de ocupación . La iluminación inteligente que utiliza sensores de ocupación puede funcionar al unísono con otra iluminación conectada a la misma red para ajustar la iluminación según diversas condiciones. [6] La siguiente tabla muestra los posibles ahorros de electricidad al utilizar sensores de ocupación para controlar la iluminación en varios tipos de espacios. [7]
Las ventajas de los dispositivos ultrasónicos son que son sensibles a todo tipo de movimiento y generalmente no tienen espacios de cobertura, ya que pueden detectar movimientos fuera del campo visual. [8] [7]
El uso de energía de iluminación eléctrica se puede ajustar atenuando y/o cambiando automáticamente las luces eléctricas en respuesta al nivel de luz natural disponible . Reducir la cantidad de iluminación eléctrica utilizada cuando hay luz natural disponible se conoce como aprovechamiento de luz natural .
En respuesta a la tecnología de iluminación natural, se han desarrollado sistemas de respuesta automatizados vinculados a la luz natural para reducir aún más el consumo de energía. [9] [10] Estas tecnologías son útiles, pero tienen sus desventajas. Muchas veces, pueden ocurrir encendidos y apagados rápidos y frecuentes de las luces, particularmente durante condiciones climáticas inestables o cuando los niveles de luz diurna cambian alrededor de la iluminancia de conmutación. Esto no sólo molesta a los ocupantes, sino que también puede reducir la vida útil de la lámpara. Una variación de esta tecnología es el control fotoeléctrico de "conmutación diferencial" o "banda muerta", que tiene múltiples iluminancias entre las que conmuta para reducir las molestias a los ocupantes. [11] [12]
Las condiciones de alarma normalmente incluyen entradas de otros sistemas del edificio, como la alarma contra incendios o el sistema HVAC , que pueden activar un comando de emergencia de "todas las luces encendidas" o "todas las luces parpadeando", por ejemplo.
La lógica del programa puede unir todos los elementos anteriores utilizando construcciones como declaraciones if-then-else y operadores lógicos . La interfaz de iluminación direccionable digital (DALI) se especifica en el estándar IEC 62386.
El uso de la regulación automática de la luz es un aspecto de la iluminación inteligente que sirve para reducir el consumo de energía. [13] La atenuación manual de la luz también tiene el mismo efecto de reducir el uso de energía.
En el artículo "Ahorro de energía debido a sensores de ocupación y controles personales: un estudio piloto de campo", Galasiu, AD y Newsham, GR han confirmado que los sistemas de iluminación automáticos que incluyen sensores de ocupación y controles individuales (personales) son adecuados para entornos de oficinas de planta abierta. y puede ahorrar una cantidad significativa de energía (alrededor del 32,0%) en comparación con un sistema de iluminación convencional, incluso cuando la densidad de potencia de iluminación instalada del sistema de iluminación automático es ~50% mayor que la del sistema convencional. [14]
Un sensor completo consta de un detector de movimiento , una unidad de control electrónico y un interruptor/relé controlable. El detector detecta movimiento y determina si hay ocupantes en el espacio. [9] También dispone de un temporizador que avisa a la centralita electrónica tras un periodo de inactividad determinado. La unidad de control utiliza esta señal para activar el interruptor/relé para encender o apagar el equipo. Para aplicaciones de iluminación, existen tres tipos principales de sensores: infrarrojos pasivos , ultrasónicos , [8] e híbridos.
Detección de movimiento (microondas), detección de calor (infrarrojos) y detección de sonido; cámaras ópticas, movimiento infrarrojo, cables ópticos de disparo, sensores de contacto de puertas, cámaras térmicas, microradares, sensores de luz diurna. [15]
En la década de 1980 existía una fuerte necesidad de hacer que la iluminación comercial fuera más controlable para que pudiera ser más eficiente energéticamente. Inicialmente, esto se hacía con control analógico, lo que permitía controlar los balastos y atenuadores fluorescentes desde una fuente central. Este fue un paso en la dirección correcta, pero el cableado era complicado y, por lo tanto, no era rentable.
Tridonic fue una de las primeras empresas en pasarse a lo digital con sus protocolos de transmisión , DSI , en 1991. DSI era un protocolo básico ya que transmitía un valor de control para cambiar el brillo de todos los dispositivos conectados a la línea. Lo que hizo que este protocolo fuera más atractivo y capaz de competir con la opción analógica establecida fue el cableado simple.
Existen dos tipos de sistemas de control de iluminación que son:
Ejemplos de sistemas de control de iluminación analógicos son:
En la producción, el sistema de iluminación de 0-10 V fue reemplazado por sistemas multiplexados analógicos como D54 y AMX192, que a su vez han sido reemplazados casi por completo por DMX512 . Para las lámparas fluorescentes regulables (donde funcionan a 1-10 V, donde 1 V es mínimo y 0 V está apagado), el sistema está siendo reemplazado por DSI, que a su vez está en proceso de ser reemplazado por DALI.
Ejemplos de sistemas de control de iluminación digitales son:
Todos esos son sistemas de control de iluminación cableados.
También existen sistemas de control de iluminación inalámbricos que se basan en algunos protocolos estándar como MIDI , Zigbee , Bluetooth Mesh y otros. El estándar para la interfaz de iluminación digital direccionable, principalmente en implementaciones profesionales y comerciales, es IEC 62386-104. Este estándar especifica las tecnologías subyacentes, que en el ámbito inalámbrico son VEmesh, que opera en la banda de frecuencia industrial Sub-1 GHz y Bluetooth Mesh , que opera en la banda de frecuencia de 2,4 GHz.
Otros protocolos, estándares y sistemas notables incluyen:
El nuevo tipo de control para el sistema de iluminación utiliza una conexión Bluetooth directamente al sistema de iluminación. Philips HUE lo presentó recientemente y el nuevo nombre de la compañía es Signify , anteriormente conocido como Philips Lighting . Este sistema necesitará un teléfono inteligente o una tableta donde el usuario pueda instalar una aplicación Bluetooth especial de Philips Hue. Las bombillas Bluetooth no necesitan un puente Philips Hue para funcionar. No es necesario disponer de conexión wifi ni de datos para controlar las luces con ese sistema.
Los sistemas de iluminación inteligentes se pueden controlar mediante Internet para ajustar el brillo y los horarios de la iluminación. [6] Una tecnología implica una red de iluminación inteligente que asigna direcciones IP a las bombillas. [dieciséis]
Schubert predice que los sistemas de iluminación revolucionarios proporcionarán un medio completamente nuevo de detectar y transmitir información. Al parpadear demasiado rápido para que cualquier humano lo note, la luz recogerá datos de los sensores y los transportará de una habitación a otra, informando información como la ubicación de cada persona dentro de un edificio de alta seguridad. Uno de los principales objetivos de Future Chips Constellation es la iluminación inteligente, un nuevo campo revolucionario en fotónica basado en fuentes de luz eficientes que son totalmente ajustables en términos de factores como contenido espectral, patrón de emisión, polarización, temperatura de color e intensidad. Schubert, que dirige el grupo, afirma que la iluminación inteligente no sólo ofrecerá una iluminación mejor y más eficiente; proporcionará “funcionalidades totalmente nuevas”.
Los sistemas de control de iluminación arquitectónica pueden integrarse con los controles de encendido, apagado y atenuación de un teatro y, a menudo, se utilizan para luces de casas e iluminación de escenarios , y pueden incluir luces de trabajo , iluminación de ensayos e iluminación de vestíbulos . Las estaciones de control se pueden colocar en varias ubicaciones del edificio y varían en complejidad, desde botones individuales que muestran opciones preestablecidas hasta consolas con pantalla táctil LCD empotradas en la pared o de escritorio . Gran parte de la tecnología está relacionada con sistemas de control de iluminación residencial y comercial.
El beneficio de los sistemas de control de iluminación arquitectónica en el teatro es la capacidad que tiene el personal del teatro de encender y apagar las luces de trabajo y de la casa sin tener que usar una consola de control de iluminación . Alternativamente, el diseñador de iluminación puede controlar estas mismas luces con señales de luz desde la consola de control de iluminación de modo que, por ejemplo, la transición entre el encendido de las luces de la casa antes de que comience un espectáculo y la primera señal de luz del espectáculo esté controlada por un sistema.
La función de un sistema de iluminación de emergencia tradicional es la de suministrar un nivel mínimo de iluminación cuando se produce un fallo de tensión en la línea. Por tanto, los sistemas de iluminación de emergencia tienen que almacenar energía en un módulo de batería para alimentar las lámparas en caso de fallo. En este tipo de sistemas de iluminación los daños internos, como por ejemplo sobrecarga de la batería, lámparas dañadas y fallo del circuito de arranque, deben ser detectados y reparados por trabajadores especializados.
Por este motivo, el prototipo de iluminación inteligente puede comprobar su estado funcional cada catorce días y volcar el resultado en una pantalla LED. Con estas características pueden probarse a sí mismos comprobando su estado funcional y mostrando sus daños internos. También se puede reducir el coste de mantenimiento.
La idea principal es la sustitución del simple bloque sensor de tensión de línea que aparece en los sistemas tradicionales por uno más complejo basado en un microcontrolador. Este nuevo circuito asumirá las funciones de captación de tensión de línea y activación del inversor, por un lado, y la supervisión de todo el sistema: estado de lámparas y baterías, carga de baterías, comunicaciones externas, correcto funcionamiento de la etapa de potencia, etc., por parte del otro lado.
El sistema tiene una gran flexibilidad, por ejemplo, sería posible la comunicación de varios dispositivos con un ordenador maestro, el cual conocería el estado de cada dispositivo en todo momento.
Se ha desarrollado un nuevo sistema de iluminación de emergencia basado en un módulo inteligente. El microcontrolador como dispositivo de control y supervisión garantiza un aumento de la seguridad de la instalación y un ahorro de costes de mantenimiento.
Otra ventaja importante es el ahorro de costes para la producción en masa, especialmente si se utiliza un microcontrolador con el programa en la memoria ROM.
Los avances logrados en fotónica ya están transformando la sociedad al igual que la electrónica revolucionó el mundo en las últimas décadas y seguirá aportando más en el futuro. Según las estadísticas, el mercado de optoelectrónica de América del Norte creció a más de 20 mil millones de dólares en 2003. Se espera que el mercado de LED ( diodos emisores de luz ) alcance los 5 mil millones de dólares en 2007, y se prevé que el mercado de iluminación de estado sólido alcance los 50 mil millones de dólares en 15 años. –20 años, como afirma E. Fred Schubert, [18] Profesor distinguido senior de Wellfleet de la Future Chips Constellation en Rensselaer.
