Anwendungsbeispiel: Beleuchtungssteuerung mit Präsens- und Außenlichterfassung sowie Zeitsteuerung in einer Schulsporthalle.
Insbesondere in öffentlichen Gebäuden liegt ein enormes Einsparpotenzial bezüglich dem Stromverbrauch, der durch die Beleuchtung verursacht wird. Häufig wird früh am Morgen die komplette Beleuchtung eingeschaltet und spät am Abend wieder aus. Viele Räume und Bereiche werden deshalb über einen langen Zeitraum mit Kunstlicht versorgt, obwohl das vielleicht nur ab und zu notwendig wäre. Dies liegt unter anderem an dem Nutzerverhalten. Anders wie in einem privaten Haus, wo die Bewohner die Beleuchtungssteuerung kennen und selbstständig bedienen können, sind in öffentlichen Gebäuden nur wenige Möglichkeiten vorgesehen, um in die Beleuchtungssteuerung einzugreifen. Dies liegt daran, dass man Vandalismus verhindern und Fehlbedienungen vermeiden möchte.
Zudem haben sich bei Räumen mit wechselnden Personen nur einfachste Zuordnungen von Schaltern zu Beleuchtungsgruppen bewährt. Alles andere ist zu kompliziert, da die Nutzer in der Regel keine Kenntnis über die Steuerung haben und dann eher nach dem Prinzip Try and Error vorgehen. Meist gibt es nur den Hausmeister, der die Bedienmöglichkeiten vollständig kennt.
Von daher sind natürlich automatische Abläufe, wie sie durch ein KNX System ermöglicht werden, wünschenswert, durch die das Licht nur dann eingeschaltet wird, wenn es wirklich gebraucht wird und dann auch wieder ausgeschaltet, wenn kein Kunstlichtbedarf besteht. Gerade in Schulen gibt es sehr viele Ansatzpunkte um durch eine passende KNX Lösung die Energieeffizienz deutlich zu verbessern.
In dem nachfolgend beschriebenen Beispiel wird erläutert, wie man die Beleuchtung einer Schulsporthalle mit einer KNX Steuerung optimieren kann.
Ausschnitt der Layoutplanung einer Schulsporthalle:
Funktionalitäten:
Die Beleuchtung der Halle ist in mehrere Gruppen aufgeteilt, die individuell ein- und ausschaltbar sind, so dass bei einer Unterteilung der Hallenfläche in den drei Bereichen unterschiedliche Lichtverhältnisse geschaffen werden können. Das Ein- und Ausschalten wird durch ein Zeitprofil gesteuert, das sich nach dem aktuellen Belegungsplan richtet und jederzeit angepasst werden kann. Mit dem Zeitprofil werden auch die Beleuchtungsgruppen im Flur und in den Umkleideräumen gesteuert, so dass das Licht nur in den Räumen eingeschaltet ist, die zur Nutzung vorgesehen sind. Die Uhrzeit wird dabei regelmäßig per GPS Signal synchronisiert. Eine weitere Anforderung ist die Ausnutzung des Tageslichtanteils, der durch die großen Fensterflächen in die Halle einfällt. Ein Lichtsensor erfasst außerhalb des Gebäudes diese Lichtmenge und leitet die Information an die KNX-Wetterzentrale zur weiteren Verarbeitung weiter.
Die Beleuchtungsgruppen werden nun während der Belegungszeiten automatisch so ein- oder ausgeschaltet, dass die Summe von Tageslicht und Kunstlicht die Sollwertvorgaben erfüllt. Diese sind im Belegungsplan für den jeweiligen Zeitraum eingetragen. Nicht immer muss dabei die maximale Lichtstärke vorhanden sein. Denn es sind je nach Art der Hallennutzung, ob Training, Wettkampf oder Reinigung, unterschiedliche Lichtstärken erforderlich. Diese Werte richten sich nach der DIN EN 12193. Bei ausreichend Tageslicht können somit weitere Kosten gespart werden. Außerhalb der Belegungszeiten wird die Beleuchtung ausgeschaltet, falls sich keine Personen in den Hallenbereichen aufhalten. Diese Anwesendheit wird durch Sensoren erfasst und in der Steuerung berücksichtigt.
Generell werden alle Abläufe automatisch ausgelöst. Für die Hallennutzer gibt es für jeden Hallenbereich und im Flur nur eine, vandalensichere Schaltstelle, mit der die Beleuchtungssteuerung der zugehörigen Gruppen individuell gesperrt und wieder freigegeben werden können, aber auch ohne Bedienung der Schalter kann die Halle genutzt werden und das Licht ist immer dann eingeschaltet, wenn es gebraucht wird. Zudem kann man von einer Zentrale jede der Beleuchtungsgruppen einzeln schalten, so dass bei Bedarf ein übergeordneter Eingriff in die Steuerung erfolgen kann.
Realisierung
Jeder der separat abtrennbaren Hallenbereiche ist mit 4 Beleuchtungsgruppen ausgestattet. Diese können zur Ausnutzung des Tageslichtanteils einzeln geschaltet werden. Somit wird das nach innen hin abnehmende Tageslicht mit dem notwendigen Kunstlichtanteil ergänzt. Diese Beleuchtungsgruppen werden von den Ausgangskanälen der im Verteiler eingebauten KNX-Schaltaktoren angesteuert. Die Schaltaktoren erhalten ihre Schaltbefehle als KNX Telegramme von der KNX Zeitschaltuhr, die entsprechend dem Belegungsplan programmiert ist. Zusätzlich empfangen die Schaltaktoren von der Wetterzentrale Sperr- oder Freigabetelegramme, für die Ausgangskanäle. So werden je nach Tageslichtmenge diejenigen Ausgangskanäle gesperrt, deren zugehörige Beleuchtungsgruppe nicht benötigt wird. Die Wetterzentrale vergleicht dabei den tatsächlichen Lichtwert des Sensors mit den gewünschten Sollwerten, die ebenfalls von der Zeitschaltuhr übermittelt werden.
Je nach Größe der Differenz werden entsprechende Sperr- oder Freigabetelegramme gesendet. Dazu ist es wichtig, dass die Schwellwerte für die Freigabe- oder Sperre nicht zu dicht zusammen liegen und auch die Mindestdauer der Über- oder Unterschreitung der Sollwerte groß genug gewählt wird. Zu häufige und damit störende Ein- /Ausschaltvorgänge werden so vermieden. All diese Werte können je nach Erfahrungswerten in den Parametereinstellungen der Wetterzentrale angepasst werden. Zusätzlich empfängt die Wetterzentrale über GPS regelmäßig das aktuelle Datum und die Uhrzeit und synchronisiert somit die Zeitschaltuhr durch senden dieser Werte als Bustelegramme.
Für jeden Bereich in der Halle existiert ein KNX-Präsensmelder, der an der Hallendecke montiert ist. Außerhalb der Belegungszeiten ist die Beleuchtung generell ausgeschaltet. Wird allerdings eine Bewegung von dem Melder erfasst, so gibt er ein Einschalttelegramm für die Mindestbeleuchtung in seinem Bereich. Nach einer voreingestellten Zeit ohne Bewegungserfassung wird dann wieder ein Ausschaltbefehl gesendet.
Zusätzlich ist für jeden Hallenbereich ein Schalter vorhanden. Mit diesem Schalter kann die Tageslichtabhängigkeit bis zur nächsten Belegungseinheit außer Kraft gesetzt werden, falls z.B. die Ein- und Ausschaltvorgänge doch störend wirken. Dann funktioniert die Steuerung so wie wenn kein Tagelicht vorhanden wäre. Weiterhin kann von einer Zentrale, die allerdings nur vom Hausmeister bedient wird, jede einzelne Beleuchtungsgruppe übergeordnet geschaltet werden, so dass auch auf Ausnahmen vom Belegungsplan reagiert werden kann.
Der informationstechnische Ablauf sieht dabei folgendermaßen aus:
