Πρωτόκολλο DALI
Σύγχρονα συστήματα φωτισμού και εξοικονόμηση ενέργειας σε κτίρια γραφείων
Με τον όρο «συστήματα αυτοματισμού κτιρίου» (Building Management Systems, BMS) περιλαμβάνουμε συστήματα ελέγχου και επίβλεψης κλιματισμού, φωτισμού, ασφαλείας και πρόσβασης μίας κτιριακής εγκατάστασης, τα οποία λειτουργούν κάτω από την επίβλεψη ενός κεντρικού συστήματος ελέγχου.
Τα συστήματα αυτοματισμού κτιρίων εμφανίζουν μία διαρκή άνοδο από την εποχή της πανδημίας του 2020 και έπειτα, ως αποτέλεσμα προώθησης πρωτοβουλιών για νέα ή ανακαινισμένα κτίρια, όπως το σύστημα πιστοποίησης LEED BD+C (Building Design and Construction), αλλά και ο οδικός χάρτης της Ευρωπαϊκής Ένωσης για την επίτευξη carbon neutral κτιριακών υποδομών στην επικράτειά της μέχρι το 2050. Αν ληφθεί υπόψη ότι τα συστήματα ενός κτιρίου, τα οποία μπορούν να ελεγχθούν από ένα κεντρικό σύστημα BMS, αποτελούν το 40% της συνολικής ενεργειακής κατανάλωσης του κτιρίου, γίνεται εύκολα φανερό γιατί η συγκεκριμένη αγορά είναι σταθερά αναπτυσσόμενη, μεγέθους 88 δισ. δολαρίων παγκοσμίως το 2025, ενώ εμφανίζει ετήσια αυξητική τάση 8,4%. Επιπλέον, αν συμπεριληφθεί και ο φωτισμός στο σύστημα BMS, το ποσοστό ενεργειακής κατανάλωσης του κτιρίου το οποίο ελέγχεται και επηρεάζεται από το σύστημα ανεβαίνει στο 70%.
Οι αρχικές εφαρμογές ελέγχου φωτισμού ξεκίνησαν από την ανάγκη φωτισμού θεατρικών σκηνών, η οποία και οδήγησε στην ανάπτυξη των αναλογικών συστημάτων διαχείρισης 1-10 V / 0-10 V. Ακολούθως, τα συστήματα αυτά αντικαταστάθηκαν αρχικά από το σύστημα DSI (Digital Serial Interface) της εταιρείας Tridonic το 1991, το οποίο με τη σειρά του έθεσε τη βάση για το πρωτόκολλο DALI (Digital Addressable Lighting Interface) στα τέλη της δεκαετίας του 1990.
Μελέτες που έγιναν στη δεκαετία του 2000, κατέδειξαν την ανάγκη για την εισαγωγή συστημάτων διαχείρισης φωτισμού σε κτιριακές εγκαταστάσεις, δίνοντας ιδιαίτερη προσοχή στα κτίρια γραφείων. Χαρακτηριστική είναι η μελέτη των B. Roisin, M. Bodart, A. Deneyer και P. D’Herdt (B. Roisin, 2008). Στη μελέτη αυτή, εξετάστηκε η μείωση των ενεργειακών καταναλώσεων για δωμάτια γραφείων σε τρεις διαφορετικές τοποθεσίες στην Ευρώπη. Συγκεκριμένα, υπολογίστηκε η ηλιοφάνεια ενός θεωρητικού δωματίου 3m x 6m σε όλη τη διάρκεια του έτους για τις τοποθεσίες Αθήνα, Βρυξέλλες και Στοκχόλμη και για τις τέσσερις κατευθύνσεις. Ακολούθως, θεωρήθηκαν τρία συστήματα ελέγχου: ένα σύστημα στο οποίο τα φώτα εξαρτώνται από το επίπεδο φωτός ημέρας, ένα στο οποίο τα φώτα αναβοσβήνουν μέσω αισθητήρων κίνησης και ένα στο οποίο μειώνεται το επίπεδο φωτισμού τους επίσης μέσω αισθητήρων κίνησης (dimming). Και για τα τρία συστήματα ελέγχου εμφανίζονται ενεργειακά οφέλη τα οποία κυμαίνονται από 20% έως 40%, ανάλογα με το σύστημα επιτήρησης και την τοποθεσία του κτιρίου. Ένα εξαιρετικά ενδιαφέρον εύρημα της έρευνας είναι ότι τα ψηφιακά συστήματα τύπου DALI αρχίζουν και γίνονται επικερδή όταν ένας ελεγκτής ελέγχει τουλάχιστον 4 φωτιστικά και τους αντίστοιχους αισθητήρες κίνησης, καθώς και όταν υπάρχει προγραμματισμός να σβήνουν τα φώτα εκτός ωρών γραφείου. Σε αντίθετη περίπτωση, η παρασιτική κατανάλωση των συστημάτων DALI μπορεί να φτάσει ακόμα και το ένα τρίτο της συνολικής κατανάλωσης του συστήματος φωτισμού της συγκεκριμένης εφαρμογής.
Η συγκεκριμένη μελέτη, αλλά και επόμενες που ακολούθησαν, αναδεικνύουν τη σημασία των διαφόρων τεχνολογιών όσον αφορά στην εξοικονόμηση ενέργειας σε μία εγκατάσταση γραφείου και η επίδραση των διαφόρων παραγόντων γίνεται φανερή μέσω της βασικής εξίσωσης της κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας: W=P*T (Watt hour), όπου P είναι η ισχύς του εγκαταστημένου συστήματος φωτισμού σε Watts και Τ ο χρόνος λειτουργίας του συστήματος σε ώρες. Είναι οφθαλμοφανές ότι η ενεργειακή κατανάλωση W μπορεί να μειωθεί μειώνοντας το P, το T ή και τα δύο.
Η ισχύς του συστήματος φωτισμού P μπορεί να μειωθεί με διάφορες μεθόδους. Αρχικά, η εγκατάσταση σύγχρονων φωτιστικών LED βελτιώνει την κατανάλωση ενέργειας, μιας και τα LED φωτιστικά έχουν καλύτερη φωτεινή απόδοση (luminous efficacy), δηλαδή παράγουν περισσότερα lumens ανά Watt, έχοντας το αποτέλεσμα να μειώνεται σημαντικά το φορτίο φωτισμού, για την ίδια απόδοση στον χώρο, ακολουθώντας τις σύγχρονες προδιαγραφές, όπως το EN 12464-1. Επιπλέον, σε χώρες όπως η Ελλάδα, σημαντικό ρόλο στη μείωση της ενέργειας φωτισμού είναι και η χρήση συστημάτων ελέγχου που διαθέτουν αισθητήρες ηλιακού φωτός. Στη συγκεκριμένη εφαρμογή, το σύστημα ελέγχου μπορεί να σβήσει τελείως ή να μειώσει τον φωτισμό (dimming) των φωτιστικών ανάλογα με το επίπεδο φωτισμού ημέρας στον χώρο. Ειδικά σε χώρους όπου υπάρχει σημαντική είσοδος ηλιακού φωτός, το ηλεκτρικό φορτίο φωτισμού μπορεί να μειωθεί σε μεγάλο βαθμό μέσω τέτοιων συστημάτων διακοπής ή dimming, μία μέθοδος γνωστή στη βιομηχανία ως daylight harvesting. Επίσης, ένα σύστημα ελέγχου φωτισμού μέσω dimming μπορεί να προσαρμόσει την απόδοση των φωτιστικών στην κατάλληλη τιμή για την απαιτούμενη εργασία που πραγματοποιείται στον χώρο. Παράλληλα, ο χρόνος λειτουργίας Τ μπορεί πολύ εύκολα να μειωθεί με έναν απλό προγραμματισμό των ωραρίων λειτουργίας του κτιρίου. Πιο ανεπτυγμένες εφαρμογές εμπεριέχουν και αισθητήρες παρουσίας, οι οποίοι μπορούν να σβήσουν τα φώτα σε χώρους στους οποίους δεν υπάρχει πληθυσμός, βελτιώνοντας περαιτέρω την ενεργειακή κατανάλωση.
Το πρωτόκολλο ελέγχου φωτισμού DALI, το οποίο από το 2019 βρίσκεται στη δεύτερη έκδοσή του, αποτελεί ίσως το πλέον διαδεδομένο σύστημα ελέγχου φωτισμού στον πλανήτη και ελέγχεται από την DALI Alliance (DiiA). Στην απλούστερή του μορφή, ένα σύστημα DALI αποτελείται από έναν ελεγκτή, ψηφιακά ελεγχόμενους ηλεκτρονικούς εκκινητές (Ballast) ή οδηγούς LED (Drivers), καθώς και συσκευές εισόδου. Η κάθε συσκευή μπορεί να έχει μία από τις 64 διαθέσιμες διευθύνσεις, ενώ μπορούν να οριστούν ομάδες ή σκηνές (scenes). Το σύστημα χρησιμοποιεί ένα δίκλωνο καλώδιο, το οποίο μεταφέρει το σήμα με μία σταθερή ταχύτητα 1.200bit/sec.
Στη δεύτερη έκδοση του DALI, η DiiA συνεργάστηκε με την IEC για να οριστεί η σειρά προτύπων IEC 62386, με τα οποία επεκτάθηκαν πολύ οι δυνατότητες του πρωτοκόλλου. Συγκεκριμένα, έχουν οριστεί πλήρως η διασύνδεση με συστήματα φωτισμού ασφαλείας, μέσω των προτύπων IEC 62386-202 για αυτόνομα φωτιστικά ή IEC 62386-220 για φωτιστικά από κεντρική μονάδα φωτισμού ασφαλείας. Επίσης, το DALI πλέον δέχεται πληθώρα αισθητήρων, όπως φωτός (IEC 62386-304), χρώματος (IEC 62386-305) και παρουσίας (IEC 62386-303), ενώ έχουν ετοιμαστεί και οι προδιαγραφές για ασύρματες επικοινωνίες (IEC 62386-104).
Το πρωτόκολλο DALI είναι ανοιχτό (αν και έχει παρατηρηθεί μία προστατευτικότητα από το 2019 και έπειτα) κάτι που έχει επιτρέψει όλους τους μεγάλους κατασκευαστές φωτιστικών να συμμετέχουν στην DiiA ως community members. Αυτή η ανοιχτή προσέγγιση έχει καταστήσει το πρωτόκολλο DALI κυρίαρχο στην αγορά. Αυτή η πληθώρα κατασκευαστών και προϊόντων παρέχει μία ευρεία γκάμα προϊόντων, η οποία μπορεί να καλύψει οποιαδήποτε εγκατάσταση. Επιπλέον, η τυποποίηση της λειτουργίας του πρωτοκόλλου μέσω των προτύπων IEC 62386 καθιστά τις προδιαγραφές του ανεξάρτητες από τον εκάστοτε κατασκευαστή, καθώς και τη διασυνδεσιμότητα των επιμέρους συσκευών. Επιπλέον, το DALI είναι εξαιρετικά απλό στην εγκατάσταση, μιας και το καλώδιο bus είναι ανεξάρτητο πολικότητας. Επίσης, η χρήση software για τον προγραμματισμό επιτρέπει πλήρη επιτήρηση του συστήματος, ανεξάρτητα από τον τρόπο καλωδίωσης, είτε κάθε φωτιστικό ξεχωριστά, είτε σε ομάδες, ενώ τα φωτιστικά πλέον μπορούν να αποστέλλουν στον κεντρικό ελεγκτή πληθώρα δεδομένων, από την κατάσταση της φωτεινής πηγής τους έως και δεδομένα ενεργειακής κατανάλωσης. Επιπλέον, ένας ελεγκτής DALI μπορεί να επιτηρεί και τα φωτιστικά ασφαλείας της εγκατάστασης, πληρώντας τις απαιτήσεις του ΕΝ 1838:2024.
H αγορά των συστημάτων DALI παγκοσμίως εκτιμάται ότι ακολουθεί την τάση των συστημάτων BMS, με μία ετήσια άνοδο 5%, ενδεικτική του οφέλους που παρέχει στην εξοικονόμηση ενέργειας, στη συντήρηση και στην ευκολία προσαρμογής του συστήματος φωτισμού στις ανάγκες του χρήστη. Όταν ξεπεραστεί και ο σκόπελος υιοθέτησης του συστήματος σε ανακαινιζόμενες εγκαταστάσεις, θεωρείται ότι ο ρυθμός ενσωμάτωσης και ανόδου θα αυξηθεί και άλλο, μαζί με την ενσωμάτωση επιπλέον προτύπων που θα χρησιμοποιούν την Τεχνητή Νοημοσύνη, τη Μηχανική Μάθηση και το Internet of Things (IoT) για να βελτιστοποιήσει τα ενεργειακά οφέλη και την εμπειρία του χρήστη.
