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照明制御システムは、 1つまたは複数の中央コンピューティングデバイスを使用して、照明制御に関連するさまざまなシステム入力と出力間の通信を組み込んだ、インテリジェントなネットワークベースの照明制御です。照明制御システムは、商業、工業、住宅スペースの屋内および屋外の照明に広く使用されています。照明制御システムは、スマート照明と呼ばれることもあります。照明制御システムは、必要なときに必要な場所に適切な量の光を提供します。[1]
照明制御システムは、照明システムによるエネルギー節約を最大化し、建築基準を満たし、グリーン ビルディングやエネルギー節約プログラムに準拠するために採用されています。照明制御システムには、エネルギー効率、利便性、セキュリティを考慮して設計された照明技術が含まれる場合があります。これには、占有状況や日光の利用可能性などの条件に基づいて調整を行う高効率の器具や自動制御が含まれる場合があります。照明とは、美的または実用的な効果 (セキュリティ違反の照明など) を実現するために意図的に光を当てることです。これには、タスク照明、アクセント照明、一般照明 が含まれます。
照明コントロール
照明制御という用語は、通常、空間内の照明のスタンドアロン制御を指すために使用されます。これには、固定された照明グループを個別に制御するために配線された占有センサー、タイムクロック、フォトセルが含まれます。調整は各デバイスの場所で手動で行われます。住宅照明制御の効率と市場は、エネルギー効率コンソーシアムによって特徴付けられています。[2]
照明制御システムという用語は、照明制御に関連するデバイスのインテリジェントなネットワーク システムを指します。これらのデバイスには、リレー、占有センサー、光電セル、照明制御スイッチまたはタッチスクリーン、および他の建物システム (火災警報器やHVACなど) からの信号が含まれます。システムの調整は、デバイスの場所と、ソフトウェア プログラムまたはその他のインターフェイス デバイスを介して中央コンピューターの場所の両方で行われます。
利点
照明制御システムがスタンドアロンの照明制御や従来の手動スイッチに勝る主な利点は、単一のユーザー インターフェイスデバイスから個々の照明または照明のグループを制御できることです。ユーザー デバイスから複数の光源を制御できるため、複雑な照明シーンを作成できます。部屋には複数のシーンが事前に設定されており、それぞれが部屋でのさまざまなアクティビティ用に作成されています。照明制御システムの主な利点は、エネルギー消費の削減です。使用していないときに照明を暗くしたり消灯したりすると、ランプの寿命も長くなります。ワイヤレス照明制御システムには、設置コストの削減や、スイッチやセンサーの配置場所の柔軟性の向上など、追加のメリットがあります。[3]
エネルギー使用量の最小化
照明は世界のエネルギー使用量の19％、温室効果ガス排出量全体の6％を占めています。[4]米国では、エネルギー消費の65％が商業および工業部門で使用されており、そのうち22％が照明に使用されています。
スマート照明により、家庭やユーザーは冷房、暖房、照明、家電製品を遠隔制御し、不要な光やエネルギーの使用を最小限に抑えることができます。この機能によりエネルギーが節約され、快適さと利便性が向上します。従来の照明業界以外では、照明の将来的な成功には、多くの利害関係者や利害関係者コミュニティの関与が必要になります。スマート照明の概念には、太陽からの自然光を利用して人工照明の使用を減らすことや、部屋を出るときに照明を消すという単純な概念も含まれます。[5]
利便性
スマート照明システムにより、使用時に暗い場所を照らすことができます。照明は、センサーとインテリジェンス (ロジック) に基づいて、居住者の照明ニーズを予測し、居住者の活動に積極的に反応します。
安全
ライトは、立ち入るべきでない場所から人々を遠ざけるために使用できます。たとえば、セキュリティ侵害は、侵害ポイントで投光照明を作動させる可能性のあるイベントです。予防策としては、夜間に主要なアクセス ポイント (通路など) を照らすことや、世帯が留守のときに照明を自動的に調整して居住者がいるように見せることなどがあります。
自動制御
照明制御システムは通常、以下の基準に基づいて照明装置の出力を自動的に調整する機能を備えています。
年代順
時系列のスケジュールには、日、週、月、または年の特定の時刻が組み込まれます。
太陽時刻
太陽時刻スケジュールには日の出と日の入りの時刻が組み込まれており、屋外の照明を切り替えるのによく使用されます。太陽時刻スケジュールでは、建物の位置を設定する必要があります。これは、緯度と経度による建物の地理的位置を使用するか、またはおおよその位置と対応する太陽時刻を示す特定のデータベースから最も近い都市を選択することで実現されます。
占有率
空間の占有状況は主に占有センサーによって判断されます。占有センサーを活用したスマート照明は、同じネットワークに接続された他の照明と連携して、さまざまな状況に応じて照明を調整することができます。[6]以下の表は、占有センサーを使用してさまざまなタイプの空間の照明を制御することで節約できる可能性のある電力を示しています。[7]
超音波
超音波装置の利点は、あらゆる種類の動きに敏感であり、視線の範囲外の動きも検出できるため、一般的にカバレッジギャップがゼロであることです。[8] [7]
日光の可用性
電気照明のエネルギー使用量は、利用可能な日光のレベルに応じて電気照明を自動的に調光したり切り替えたりすることで調整できます。日光が利用できるときに電気照明の使用量を減らすことは、日光採光として知られています。
日光感知
採光技術への対応として、エネルギー消費をさらに削減するために、採光連動型自動応答システムが開発されました。[9] [10]これらの技術は役に立ちますが、欠点もあります。特に不安定な天候や採光レベルが照度切り替え前後で変化しているとき、照明のオン/オフが頻繁に急激に切り替わることがよくあります。これは居住者の邪魔になるだけでなく、ランプの寿命を縮めることもあります。この技術のバリエーションとして、「差動スイッチング」または「デッドバンド」光電制御があり、複数の照度を切り替えることで居住者の邪魔を減らします。[11] [12]
警報条件
警報条件には通常、火災警報器やHVACシステムなどの他の建物システムからの入力が含まれ、たとえば緊急の「全ライトオン」または「全ライト点滅」コマンドをトリガーする場合があります。
プログラムロジック
プログラム ロジックは、 if-then-elseステートメントや論理演算子などの構造を使用して、上記のすべての要素を結び付けることができます。デジタル アドレス指定可能照明インターフェイス(DALI) は、IEC 62386 規格で指定されています。
自動調光
自動調光の使用は、エネルギー消費を削減するスマート照明の側面です。[13]手動調光にも、エネルギー使用量を削減する同様の効果があります。
センサーの使用
Galasiu, ADとNewsham, GRは論文「人感センサーと個人用コントロールによるエネルギー節約：パイロットフィールドスタディ」で、人感センサーと個人用（パーソナル）コントロールを含む自動照明システムはオープンプランのオフィス環境に適しており、自動照明システムの設置照明電力密度が従来のシステムよりも約50％高い場合でも、従来の照明システムと比較してかなりの量のエネルギー（約32％）を節約できることを確認しました。[14]
コンポーネント
完全なセンサーは、モーション検出器、電子制御ユニット、および制御可能なスイッチ/リレーで構成されています。検出器は動きを感知し、空間内に人がいるかどうかを判断します。[9]また、一定時間操作がないと電子制御ユニットに信号を送るタイマーも備えています。制御ユニットはこの信号を使用してスイッチ/リレーをアクティブにし、機器のオン/オフを切り替えます。照明用途では、パッシブ赤外線、超音波、[8] 、ハイブリッドの3つの主要なセンサータイプがあります。
その他
動き検知（マイクロ波）、加熱感知（赤外線）、音感知、光学カメラ、赤外線動き検知、光学トリップワイヤー、ドア接触センサー、サーマルカメラ、マイクロレーダー、日光センサー。[15]
標準とプロトコル
1980 年代には、商業照明をより制御可能にしてエネルギー効率を高めることが強く求められていました。当初はアナログ制御で行われ、蛍光 灯の安定器と調光器を中央ソースから制御することができました。これは正しい方向への一歩でしたが、配線が複雑でコスト効率が悪かったです。
Tridonic は、 1991 年に放送プロトコルDSIでデジタル化を進めた初期の企業です。DSIは、回線に接続されたすべての照明器具の明るさを変更する 1 つの制御値を送信する基本的なプロトコルです。このプロトコルがさらに魅力的で、既存のアナログ オプションと競合できるようになったのは、配線が簡単だったためです。
照明制御システムには次の 2 種類があります。
アナログ照明制御システムの例は次のとおりです。
生産照明では、0～10V システムは D54 や AMX192 などのアナログ多重化システムに置き換えられ、これら自体はDMX512にほぼ完全に置き換えられました。調光可能な蛍光灯 (代わりに 1～10 V で動作し、1 V が最小で 0 V がオフ) の場合、システムは DSI に置き換えられつつあり、DSI 自体も DALI に置き換えられつつあります。
デジタル照明制御システムの例は次のとおりです。
これらはすべて有線照明制御システムです。
MIDI、ZigBee、Bluetooth Meshなどの標準プロトコルに基づいたワイヤレス照明制御システムもあります。主にプロフェッショナルおよび商業展開におけるデジタル アドレス指定可能な照明インターフェイスの標準は、IEC 62386-104 です。この標準では、ワイヤレスでは産業用 Sub-1 GHz 周波数帯域で動作する VEmesh と2.4 GHz 周波数帯域で動作するBluetooth Meshという基礎技術を規定しています。
その他の注目すべきプロトコル、標準、システムは次のとおりです。
Bluetooth照明コントロール
照明システムの新しいタイプのコントロールは、照明システムに直接Bluetooth接続を使用するものです。これは最近、 Philips HUEと、以前はPhilips Lightingとして知られていたSignifyという新しい名前の会社によって導入されました。このシステムには、ユーザーが特別な Philips Hue Bluetooth アプリをインストールできるスマートフォンまたはタブレットが必要です。Bluetooth 電球は、機能するために Philips Hue ブリッジを必要としません。そのシステムで照明を制御するためにWi-Fiまたはデータ接続は必要ありません。
スマート照明エコシステム
スマート照明システムは、インターネットを使用して照明の明るさやスケジュールを調整するために制御できます。[6] 1つの技術は、電球にIPアドレスを割り当てるスマート照明ネットワークです。[16]
スマートライトで情報を伝える
シューベルト氏は、革新的な照明システムが、まったく新しい情報の感知と伝達の手段を提供するだろうと予測しています。光は、人間が気付かないほど速く点滅することで、センサーからデータを拾い、部屋から部屋へと伝達し、セキュリティの高い建物内のすべての人の居場所などの情報を報告します。Future Chips Constellation の主な焦点は、スマート照明です。これは、スペクトル内容、発光パターン、偏光、色温度、強度などの要素に関して完全に調整可能な効率的な光源に基づく、フォトニクスの革新的な新分野です。グループを率いるシューベルト氏は、スマート照明は、より優れた効率的な照明を提供するだけでなく、「まったく新しい機能」も提供すると述べています。
劇場照明制御
建築照明制御システムは、劇場のオン/オフおよび調光器制御と統合することができ、多くの場合、ハウスライトやステージ照明に使用され、作業灯、リハーサル照明、ロビー照明を含めることができます。制御ステーションは、建物内の複数の場所に配置することができ、プリセットオプションの外観を呼び出す単一のボタンから、壁内またはデスクトップのLCD タッチスクリーンコンソールまで、複雑さはさまざまです。テクノロジーの多くは、住宅用および商業用の照明制御システムに関連しています。
劇場の建築照明制御システムの利点は、劇場スタッフが照明制御コンソールを使用せずに作業灯と客席照明のオン/オフを切り替えられることです。あるいは、照明デザイナーは照明制御コンソールからの照明キューを使用してこれらの同じ照明を制御することができ、たとえば、ショーが始まる前に客席照明が点灯してからショーの最初の照明キューが点灯するまでの移行を 1 つのシステムで制御できます。
蛍光灯用スマート照明緊急安定器[17]
従来の非常照明システムの機能は、ライン電圧障害が発生したときに最低限の照明レベルを供給することです。したがって、非常照明システムは、障害が発生した場合にランプを供給するために、バッテリー モジュールにエネルギーを蓄える必要があります。この種の照明システムでは、バッテリーの過充電、ランプの損傷、始動回路の障害などの内部損傷を専門の作業員が検出して修理する必要があります。
このため、スマート照明プロトタイプは 14 日ごとに機能状態をチェックし、その結果を LED ディスプレイに表示することができます。これらの機能により、機能状態をチェックし、内部の損傷を表示して、自らテストすることができます。また、メンテナンス コストも削減できます。
概要
主なアイデアは、従来のシステムにある単純なライン電圧検知ブロックを、マイクロコントローラに基づくより複雑なものに置き換えることです。この新しい回路は、一方ではライン電圧検知とインバーターの起動の機能を果たし、他方ではランプとバッテリーの状態、バッテリーの充電、外部通信、パワーステージの正しい動作など、システム全体の監視を行います。
このシステムは非常に柔軟性が高く、たとえば、マスター コンピューターと複数のデバイスとの通信が可能になり、マスター コンピューターは各デバイスの状態を常に把握できるようになります。
インテリジェント モジュールに基づく新しい非常照明システムが開発されました。制御および監視デバイスとしてのマイクロ コントローラにより、設置のセキュリティが向上し、メンテナンス コストが削減されます。
もう 1 つの重要な利点は、特に ROM メモリにプログラムが保存されているマイクロコントローラを使用する場合、大量生産時のコストを節約できることです。
フォトニクスの進歩
フォトニクスで達成された進歩は、ここ数十年でエレクトロニクスが世界に革命をもたらしたのと同様に、すでに社会を変えつつあり、将来もさらに貢献し続けるでしょう。統計によると、北米の光エレクトロニクス市場は2003年に200億ドル以上に成長しました。LED（発光ダイオード）市場は2007年に50億ドルに達すると予想されており、固体照明市場は15〜20年後には500億ドルになると予測されています。これは、レンセラーの未来チップコンステレーションのウェルフリート上級特別教授である E.フレッドシューバート氏[18]が述べたとおりです。
著名な発明家
- アレクサンドル・ニコラエヴィチ・ロディギン– 炭素棒フィラメント白熱電球（1874）[19]
- ジョセフ・スワン– 炭化糸フィラメント白熱電球（1878年）[20]
- トーマス・エジソン– 高抵抗フィラメントを使用した長寿命白熱電球（1880年）[20]
- ジョン・リチャードソン・ウィガム– 電気灯台の照明（1885）[21]
- ニック・ホロニャック–発光ダイオード（1962）[22]
- ハワード・ボーデン、ジェラルド・ピギーニ、モハメド・アタラ、モンサント– LED ランプ(1968) [23] [24]
- 中村修二、赤崎勇、天野浩–ブルーLED (1992) [25]
参照
- リスト
参考文献
- ^ DiLouie, Craig (2008).照明制御ハンドブックリルバーン、ジョージア州 [ua]: フェアモント プレス [ua] p. 239. ISBN 1-4200-6921-7。
- ^ 「CEE住宅照明制御市場の特徴」。エネルギー効率コンソーシアム。2014年8月11日閲覧。
- ^ 「照明制御はコストを節約し、合理的である」(PDF)。Daintree Networks 。 2009 年 6 月 19 日閲覧。
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- ^ ab Bahga, A.; Madisetti, V. (2014). Internet of Things: A Hands-On Approach. Vpt. p. 50. ISBN 978-0-9960255-1-5. 2015年2月10日閲覧。
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- ^ カナ2014、476ページ。
- ^ カナ2014、482-484頁。
- ^ Li D、Cheung K、Wong S、Lam T。エネルギー効率の高い照明器具と照明制御の分析。Applied Energy。2010年2月;87(2):558-567、Academic Search Premier、マサチューセッツ州イプスウィッチ。
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- ^ カナ2014、478頁。
- ^ Galasiu, AD; Newsham, GR、「占有センサーとパーソナルコントロールによるエネルギー節約：パイロットフィールドスタディ」、Lux Europa 2009、第11回ヨーロッパ照明会議、イスタンブール、トルコ、2009年9月9日～11日、pp. 745-752
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