Анализ перспектив применения систем регулируемого освещения и средств их автоматизированной разработки



В статье рассмотрены вопросы, связанные с актуальными перспективами массового применения светодиодных источников света с функциями регулирования светового потока и цветовой температуры излучения. Поскольку наличие функций управления спектром излучения и его интенсивностью с одной стороны открывает новые возможности перед потребителями и специалистами, а с другой стороны ставит перед ними новые задачи, в статье также рассмотрены вопросы связанные с автоматизированным проектированием систем управляемого освещения, в рамках которых проведен анализ популярных продуктов в области светотехнических расчётов и проектирования, на предмет оптимальности расстановки светильников, а также на предмет наличия функциональных возможностей по автоматизированному проектированию оптимальных режимов работы систем освещения с позиции управления интенсивностью и цветовой температурой излучения.

Ключевые слова:освещение, спектральная характеристика, СИД, САПР, проектирование

Введение. Современные технологии в области светодиодного освещения не стоят на месте и если еще 10 лет назад высокоэффективные белые светоизлучающие диоды (СИД), или Светодинамические системы для систем внутреннего освещения, казались чем-то экзотическим и малодоступным в силу более высокой стоимости относительно традиционных источников света [1], то в настоящее время можно сделать предположение, о том, что рынок достиг определенных границ роста с точки зрения повышения экономичности излучения СИД и теперь более активно развивается в сторону получения новых, и оптимизации старых, способов применения светодиодных осветительных приборов. Так если ранее применение светодиодов с возможностью светодинамического управления рассматривалось чаще как способ обеспечить те или иные аспекты дизайна интерьера или архитектурной подсветки [2,3], то сейчас предсказанные, но не востребованные, технологии по управлению психофизиологическим состоянием человека, находят все большее применение [4,5]. А значит появляется необходимость более детальной проработки относительно новых концепций в области светотехники, в том числе и проектирования систем освещения.

Технологический уровень ичеловеко-ориентированное освещение. Современный технологический уровень в особенности уровень изготовления белых светодиодов с различными оттенками коррелированной цветовой температуры позволяет говорить о перспективах массового применения светодиодных технологий в рамках концепции человеко-ориентированного освещения [6]. Концепция человеко-ориентированного освещения в общих чертах заключается в управлении цветовой характеристикой излучения для достижения релаксирующего или стимулирующего эффекта, или же для достижения циркадных ритмов человека адекватных ритмам, получаемым при воздействии естественных источников света [7]. Следует отметить, что в настоящее время уже существуют системы, позволяющие проводить апробацию обозначенных выше положений концепции, хотя безусловно для получения статистически значимых результатов необходимо существенное увеличение объемов исследований, проводимых под данному направлению [8]. Однако, в настоящее время применение существующих на массовом рынке технических светотехнической продукции средств, позволяющих по-настоящему адекватно имитировать естественные эталоны света, не целесообразно в виду низкой степени их соответствия [9,10]. Тем не менее, взяв на вооружение пример одного из лидеров в области разработки систем светодинамического освещения на базе ламп со стандартным цоколем (E27, E14), компании Philips и их продукта HUE, можно сделать заключение о, том что качество и адекватность цветопередачи регулируемого излучения постепенно увеличивается с каждой последующей генерацией лампы [11]. На основании вышеизложенных сведений представляется возможным сделать заключение о том, что существующий уровень науки и техники позволяет реализовать системы освещения с управляемым режимом освещения, который может быт оптимизирован как по энергетическим критериям, так и по критериям психофизиологического воздействия на человека.

Автоматизированный расчет ипроектирование управляемых систем освещения, проблемы иперспективы. Внастоящее время в сложившейся практике проектирования систем освещения ключевым аспектом расчёта систем освещения является достижение нормативных показателей освещенности, другой важной характеристикой является расчёт мощности потребляемой системой освещения и приведение его к нормативным показателям. По этой причине наиболее распространенными программами для расчета систем освещения являются либо on-line калькуляторы освещенности (например, калькулятор освещенности от компании «Световые технологии» [12]), либо более функциональные САПР, часто забирающиеся на CAD общего назначения. Если рассмотреть в качестве примера САПР nanoCAD Электро версии 8 то можно обнаружить, что и в этой САПР основные вопросы уделяются расчёты освещенности (предположительно точечным методом), выбору оборудования и электротехнической составляющей проекта. Более детально провести светотехнический расчёт и моделирование позволяют специализированные светотехнические САПР. Ранее представителем коллектива авторов статьи были рассмотрены возможности расчёта и проектирования систем освещения с позиции оценки степени адекватности искусственных источников света естественным эталонам, в таких популярных программах как Dialux и Relux [13]. В настоящее время версии данных программ актуальные на первую половину 2017 года, по-прежнему позволяют лишь ограниченно взаимодействовать с управляемыми источниками сета. Так обе программы безусловно позволяют рассмотреть варианты моделирование источников света с редуцированной компонентой спектральной составляющей в том или ином диапазоне излучений и на основании данного моделирования провести, как визуализацию, так и расчёт освещенности в помещении. Тем не менее в рамках данных программных пакетов не был доступен функционал, направленный непосредственно на разработку режимов работы (значений регулирующего воздействия) на систему освещения, а также не в полной мере ясен вопрос алгоритма расстановки светильников с целью оптимизации равномерности освещения и энергозатрат [14] и последующей увязки размещенных осветительных приборов с функциями по регулированию спектра интенсивности излучения. В настоящее время коллективу авторов статьи не известно о наличии программных продуктов, решающих в полной мере комплекс задач по проектированию режима работы систем освещения с учетом оптимизации не только по параметрам освещенности и энергопотребления, но и по параметрам психофизиологического воздействия. Рассмотрим проблематику и перспективы, которыми обусловлено внедрение систем регулируемого совещания с управляемым спектром излучения на примере представленного во открытом доступе типового проекта системы управления освещением [15]. Представленная в данном проекте система освещения обладает только функциями управления интенсивностью освещения, при этом можно сделать предположение, что указанные в таблице сценарии работы системы освещения были определены специалистом без применения средств автоматизации проектирования преимущественно на основании экспертной оценки, инженерно-технической интуиции и изначального задания на проектирование. При необходимости повышения точности определения режимов работы осветительной сети, и внедрения более жестких критериев по уровню освещения, его равномерности и энергопотреблению, задача станет существенно более трудоемкой и потребует не одной итерации расчёта регулирующего воздействия на осветительные установки. Включение в данный проект систем освещения с управляемым спектром и применение к ним требований к оптимизации по психофизиологическому воздействию, а также поиск баланса между интенсивностью индексом цветопередачи, цветовой температурой излучения и энергопотреблением и вовсе сделает разработку проекта без применения средств автоматизации практически не разрешимой задачей.

Заключение. Возможности, которые перед нами открывает развитие светотехники в областиприменения источников света с управляемым спектром излучения, с одной стороны открывает новые недоступные ранее широкому кругу пользователей возможности, с другой стороны оптимальное использование данных возможностей без применения соответствующих средств автоматизации (в том числе проектирования) будет неэффективным. Таким образом можно ожидать в ближайшее время появления на рынке светотехнических САПР программных решений, актуализированных для работы с указанными системами освещения.

Литература:

1. Мира О. Новые яркие и экономичные белые светодиоды переменного тока Acriche для всех видов освещения // Компоненты и Технологии. 2008. № 80. С.60–61

2. Рогалёв А. С. Архитектурно-декоративное освещение при помощи статодинамической подсветки // современные техника и технологии. Сборник докладов XX Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. Национальный исследовательский Томский политехнический университет. — Томск: Национальный исследовательский Томский политехнический университет. — 2014 — С. 275–276.

3. Шапин Евгений Валерьевич Использование современных технологий освещения при проектировании объектов средового дизайна // Концепт. 2014. № S6. С.101–105

4. Тальнишних Н. А.Черняков А. Е., Аладов А. В., Закгейм А. Л. Исследование светодиодных источников света на принципе RGB смешения с высокими индексами цветопередачи // Известия Самарского научного центра РАН. 2014. № 4–3. С.631–635

5. Корсакова Е. А., Слезин В. Б., Шульц Е. В., Аладов А. А., Закгейм А. Л., Мизеров М. Н. Воздействие белого света с варьируемой цветовой температурой на электроэнцефалограмму человека // ВНМТ. 2012. № 4. С.30–33

6. Goswami I. Explore and control LED-based tunable-white lighting // LEDs magazine. 2016. № 91 С.45–47.

7. Human Centric Lighting: Going Beyond Energy Efficiency // lightingeurope.org Publications — 2013. URL: https://goo.gl/1Ln4Vj (дата обращения: 17.05.2017).

8. Садыкв М. Ф. Ширеев, И. С. Р.Р. Матвеева Исследование влияния цветовой температуры светодиодных светильников на работоспособность и психоэмоциональное состояние человека. / Казань.: ФГБОУ ВПО КГЭУ, — 2015. — с. 7.

9. Беккер Ю. Л. Завьялов, В.А., Ульянов Р. С., Шиколенко И. А. Анализ целесообразности применения источника света на основе СИД двух оттенков белого света, в системах имитирующих естественное освещение. // Естественные и технические науки. — 2015. — № 5. — С. 146–148.

10. Беккер Ю. Л. Завьялов, В.А., Ульянов Р. С., Шиколенко И. А. Исследование степени адекватности излучения bluetooth RGBW СИД лампы солнечному свету. // Естественные и технические науки. — 2015. — № 11. — С. 416–418.

11. What's the Difference Between 1st- 2nd-, and 3rd-Generation Philips Hue Bulbs? // How-to Geek. URL: https://www.howtogeek.com/255141/whats-the-difference-between-1st-and-2nd-generation-philips-hue-bulbs/ (дата обращения: 06.06.2017).

12. Калькулятор освещенности // ООО «МГК «Световые Технологии». URL: http://www.ltcompany.com/ru/solutions/illumination-calculator/ (дата обращения: 06.06.2017).

13. Ульянов Р. С. Актуальность разработки автоматизированной методики оценки соответствия излучения светодиодных источников света для применения в системах квазиестественного освещения [Текст] // Технические науки: проблемы и перспективы: материалы III Междунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, июль 2015 г.). — СПб.: Свое издательство, 2015. — С. 46–49.

14. Ульянов Р. С., Шиколнеко И. А., Величкин В. А., Завьялов В. А. Перспективы применения в САПР новых методов проектирования, в части обследования, расстановки и выбора режимов работы осветительных приборов системы искусственного освещения. // Кибернетика и программирование. — 2017. — № 1. — С.94–106.

15. Система автоматизированного управления // 220HELP. URL: http://www.220help.ru/data/files/ASU.pdf (дата обращения: 6.06.2017).