Основи енергоефективності та енергоменеджменту
ВИЩЕ ПРОФЕСІЙНЕ УЧИЛИЩЕ №7
м.Кременчука Полтавської області
Інтерактивний посібник
1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ДАТЧИКИ, ЩО ВИКОРИСТОВУЮТЬСЯ У СФЕРІ ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ
У сучасному світі шукають різні способи економії енергетичних ресурсів та енергії. І одним із таких способів є використання датчиків, як в житлових, так і у виробничих приміщеннях.
Використання датчиків дуже ефективно застосовується у всіх сферах людської діяльності. Різні датчики дають можливість економити кількість використаної електроенергії, води, тепла тим самим зменшити суму на оплату за комунальні послуги.
Огляд найбільш використовуваних видів датчиків у сфері енергозбереження
1. Датчик води.
Датчик протікання води. Застосування просте: якщо датчик виявив воду там, де її не повинно бути, локально перекриває її на певній ділянці (рис.1). Застосовується в ванних кімнатах і поблизу батарей. Датчик протікання води хоч і не є гарантією надійної роботи сантехніки, але може вчасно попередити про виникнення «потопу», спровокованого несправністю обладнання і, тим самим, мінімізувати розмір збитків від води.
Активується датчик води водою, що потрапляє на контакти пристрої, які моментально замикають електричну мережу і система отримує сигнал тривоги. Датчики води можуть не тільки передавати на централь сигнал тривоги, але сприяти управління іншими пристроями: наприклад, датчик контролю води виявляє протікання, а централь посилає сигнал клапану на перекриття водопостачання.
Змішувач з інфрачервоним датчиком. Громадські та виробничі комплекси першими стали оснащуватися змішувачами з електронним управлінням. Таким чином, була вирішена проблема дотиків до санвузла в приміщеннях з великим напливом людей. Вже після було з'ясовано, що більш гігієнічний змішувач з інфрачервоним датчиком значно може понизити витрату рідини.
Безумовно, даний вид змішувачів відрізняється складністю конструкції і більш високою ціною. Але економія води складає до 35%.
Робота сенсорного змішувача полягає в автоматичній подачі води (за рахунок роботи електромагнітного клапана) при введенні в його зону чутливості рук та інших предметів. Налаштування можна здійснювати на простому змішувачі або шляхом програмування.
Даний вид змішувачів не має в своєму складі кранів і ручок. Управління температурним режимом води здійснюється автоматично.
Деякі змішувачі з інфрачервоним датчиком мають чутливу зону до 300 мм з можливістю її регулювання. Але дане значення відстані, коли пристрій відгукується на ваші рухи, є найприйнятнішим.
Розглянемо основні переваги та недоліки безконтактних змішувачів.
Переваги:
-
Довговічність. Кращий варіант в місцях скупчення людей, де часто використовують воду (громадські туалети, спортивні центри тощо). При великій кількості натискань на важіль або вентиль, при закритті і відкритті води, різко знижується термін служби змішувача, пристрій швидко зламається і його потрібно буде міняти. Безконтактні змішувачі позбавлені подібного недоліку. Досить одного разу встановити потрібну температуру для умов - і немає необхідності постійно натискати на важіль. Довговічність є основною перевагою змішувачів з інфрачервоним датчиком в порівнянні зі звичайними.
-
Гігієнічність. Величезна кількість бактерій залишається на важелях управління в місцях загального користування. В даному випадку до змішувача не торкаються, він не накопичує шкідливих бактерій і набагато довше залишається чистим.
-
Економія води. Є категорія людей, які думають, що в економії води в громадських місцях немає необхідності і кран можна взагалі не перекривати. Людина просто робить свої справи і йде.
-
Психологічний аспект. Немає необхідності, перебуваючи на робочому місці, намагатися згадати, чи перекрили ви воду.
-
Зручність використання. Достатньо одного разу налаштувати температуру і не думати про це.
Недоліки:
-
Не доцільно встановлювати на кухні і у ванній кімнаті. На кухні доцільніше встановлювати звичайний важільний змішувач, так як зміна режиму температур води - дуже важливий момент (и не станете мити водою однакової температури і овочі, і фрукти, і м'ясо; для розморожування завжди використовують майже крижану воду, для приготування супів також необхідна холодна вода, а ось відмити жирну посуд можна тільки за допомогою дуже гарячої води). Для ванної кімнати цей пристрій також не зовсім зручний. Для заповнення ванни потрібно буде вимикати роботу датчиків. У такому випадку немає можливості користуватися основною перевагою пристрою. Природно, і переплачувати за такий змішувач немає ніякої необхідності.
-
Естетичність. Дизайни змішувачів з інфрачервоним датчиком поки не славляться безліччю форм і забарвлень.
-
Висока вартість. При виборі змішувача з інфрачервоним датчиком не забувайте, що даний вид пристроїв може бути звичайним однопровідним краном, розрахованим лише для гарячої або холодної води. Слідкуйте за тим, щоб не купити такий пристрій, якщо ваша система водопостачання є двохпровідною. Як варіант, можна придбати два однопровідних і окремо підключити холодну і гарячу трубу. Але для цього ваш умивальник повинен бути призначений для підключення таких кранів (один отвір на кожен кран).
2. Датчик якості повітря.
Рекомендований обсяг свіжого повітря, яке необхідно подавати в приміщення, встановлений на підставі кількості вуглекислого газу, що виділяється людиною під час дихання за одиницю часу.
В умовах комфортного кондиціювання, коли газовий склад змінюється, в основному, в результаті життєдіяльності людей, вміст у ньому СО2 відіграє роль критерію санітарного стану повітря. Надлишок та нестача СО2 у повітрі, що вдихається, однаково шкідливо відображається на стані організму. Оптимальна подача зовнішнього повітря в приміщення регламентується згідно діючих санітарних норм: на одну людину
Нормативне значення концентрації СО2 в приміщенні до 600-800 ppm - одиниця вимірювання концентрації та інших відносних величин, аналогічна за змістом відсотку або проміле, та являє собою одну мільйонну частку; позначається скороченням ppm, читається «пі-пі-ем», «частин на мільйон» або
Найбільш ефективним рішенням є встановлення в приміщенні одного або двох додаткових датчиків: датчика СО2 та датчика летких органічних сумішей. Датчик СО2 є прекрасним індикатором наявності людей у приміщенні та інтенсивності їх занять. У період часу, який відповідає максимальній кількості людей, вентиляційна система повинна працювати з максимальним навантаженням. У разі ж зменшення кількості людей, зменшується і концентрація в повітрі вуглекислого газу, що видихається, потреба в повітрообміні зменшується, і датчик СО2 повідомляє системі про необхідність зменшення подачі повітря, аж до повної зупинки вентиляційної системи, якщо інші показники комфортних умов відповідають нормі. Метою таких способів регулювання є підтримка з найменшими зусиллями необхідної якості повітря протягом всього робочого часу.
У результаті впровадження методу регульованого повітрообміну за фактичною потребою, час роботи вентиляційних установок скорочується більш ніж на 40%, у порівнянні з роботою за стандартною часовою програмою. Відповідно, зменшилося споживання енергії та витрати на обслуговування.
Датчики СО2 бувають різноманітних модифікацій: кімнатного та канального виконання, з дисплеєм та без нього. Метод вимірювання базується на інфрачервоній абсорбції. Один такий датчик може бути змонтований у спільному корпусі з датчиком летких органічних сумішей або з датчиком температури та датчиком відносної вологості.
3. Датчик температури повітря у приміщенні.
Для контролю і управління газовими та електричними обігрівачами застосовується датчик температури повітря в приміщенні. Він вбудований у терморегулятор, з яким можна підтримувати певний мікроклімат, термостат виконує контроль цього процесу, завдяки чому не потрібно ручне підтримання температури.
Терморегулятором називають пристрій, необхідний для підтримки потрібної температури. Термостат є головним елементом управління. Спочатку вручну виставляється потрібна температура, яка підтримується автоматично.
Датчик температури повітря в приміщенні має наступні функції.
-
Економія: контролюється рівень температури, і щоб вона не перевищувала встановленого показника, прилад відключається.
-
Безпека: якщо прилад несправний, відбувається повідомлення за допомогою звуку. Є датчик температури повітря в приміщенні з смс-повідомленням.
-
Комфорт: температура регулюється автоматично.
Датчик відкриття вікна.
Використовується для відключення нагріву батареї в кімнаті, якщо кімната провітрюється.
4. Датчик витоку газу.
При спрацьовуванні датчиків вмикається сигналізація, вентиляція, вимикається електроенергія, блокується подача газу, здійснюється автододзвон за вказаними телефонними номерами.
5. Датчик руху і освітленості.
Датчик руху. Датчик руху – це досить мініатюрний електронно-оптичний прилад, який виявляє рух об’єктів в області спрацьовування сенсора . Завдання датчика руху – виявити переміщення об’єкта у зоні своєї дії і забезпечити подачу напруги живлення з обраною затримкою на підключені до нього пристрої. Використовується для включення світла в приміщенні, якщо він зафіксував присутність людей.
Область застосування: від великих коридорів офісних будівель, де світло включати бажано тільки ввечері і тільки коли є люди, до безумовно невеликого домашнього коридору або ванної, де це просто зручно. Вироби призначені для монтажу та експлуатації в сухих теплих приміщеннях. Найчастіше датчики руху використовуються в тих приміщеннях, де люди знаходиться нетривалий час, наприклад в коморах, підсобках, коридорах, на сходах, на великих площах майстерень чи цехів.
Переваги датчиків:
-
раціональне використання електрики;
-
відпадає необхідність шукати в темряві вимикач;
-
простий монтаж;
-
багато моделей мають імунітет тварин;
-
можна вибрати прилад необхідних параметрів.
Недоліки:
-
у дешевих моделей відносно високий показник ступеня помилкових спрацьовувань;
-
для коректної експлуатації потрібно залучити фахівця для установки і налаштування приладу;
-
високоякісні сигналізатори мають високу вартість.
Датчик зовнішнього освітлення (сутінковий вимикач). Сучасні технології дозволяють значно удосконалити управління та ефективність вуличного освітлення. Виробники освітлювального обладнання пропонують великий вибір економічних ламп освітлення і прожекторів з продовженим терміном експлуатації, а також різні пристрої автоматичного керування. До таких пристроїв відносяться датчики зовнішнього освітлення, які в свою чергу поділяються на фотореле, датчики руху, реле часу з відкладеним функцією включення.
Застосування таких датчиків дозволяє експлуатувати світильники і прожектори в економічному режимі і включати, і відключати вуличне освітлення по необхідності. Такі прилади працюють автономно, без втручання людини.
Фотореле або сутінковий вимикач, є найбільш поширеним приладом включення і виключення вуличних світильників, який застосовується в основному на промислових об’єктах і в муніципалітетах. До його складу входить фотодатчик, який реагує на зміну світлового потоку. Принцип дії фотодатчика заснований на зміні властивостей речовини під впливом світлового потоку. При цьому змінюється його внутрішній електричний опір, а також виникають інші фізичні явища, такі як емісія електронів з катода електронної лампи або електрорушійна сила між провідниками.
2. ТИПИ ДАТЧИКІВ РУХУ
За принципом роботи:
-
інфрачервоні - спрацьовують на зміни теплового випромінювання в контрольованій зоні приміщення. Регульоване при монтажі перевищення порогового рівня спрацьовування датчика призводить до включення освітлення тоді, коли в кут огляду потрапляє не тварина, а людина.;
-
радіохвильові - побудовані на ефекті Доплера, тобто на випромінюванні високочастотних хвиль і їх зворотному прийомі. Відбиваючись від рухомого об’єкту, хвилі змінюють свою довжину і частоту. Датчик реєструє ці зміни і подає відповідний сигнал. Основним недоліком є велика кількість помилкових спрацьовувань при неправильному налаштуванні: оскільки хвилі можуть проходити крізь стіни, датчик іноді реагує на рух у сусідній кімнаті;
-
мікрохвильові - використовують дуже високочастотні радіохвилі за принципом радіолокаційного радара. Пристрій уловлює відбиті від обстановки радіоімпульси, які періодично випромінює. Перевага подібних датчиків полягає в тому, що радіовипромінювання здатне пронизувати незначні перешкоди. Таким чином, використовувати датчик освітлення такого типу можна при забезпеченні освітленості декількох суміжних кімнат. Недоліком даного типу пристроїв є вимога до щільності закриття вікон і дверних прорізів, щоб чітко обмежити його область;
-
ультразвукові - найпростіші датчики світла, що працюють на високих звукових частотах, не доступних людському слуху. Прилад випромінює ультразвук в простір і реєструє його зміни. Однак застосування подібних пристроїв у житлових приміщеннях може створити дискомфорт тваринам, сприйнятливим до високочастотного звуку.;
-
комбіновані - комбінування, як і дублювання різних видів виявлення, суттєво знижує кількість помилкових тривог і підвищує загальну надійність системи безпеки в цілому.
Максимальна надійність і ефективність у поєднанні з простотою експлуатації забезпечили популярність саме інфрачервоним пристроям, що класифікуються як пасивні. Цей датчик світла нічого не випромінює, а лише реєструє теплові зміни у приміщенні.
За способом монтажу:
-
стельові, настінні і кутові - найбільш ефективний вид об`ємних датчиків руху, здатний контролювати все приміщення, не має «саботажних» зон, зазвичай монтуються на висоті 2,5 – 3 метра від рівня підлоги;
-
вбудовувані - монтуються в стіну або стелю, і знаходяться з нею в одній площині, зазвичай встановлюються в монтажні коробки (такі ж як під розетки) поруч з вимикачем, світильником або в отвір на стелі.
За кліматичним виконанням:
-
вуличні - такі датчики руху для включення світла «бачать об’єкт на відстані до 500 метрів. Робочий діапазон приладів від -40°С до +60°С. Повинні мати стійкий герметичний корпус, більш досконалий алгоритм температурного аналізу з обов`язковою функцією автоматичної температурної компенсації;
-
внутрішні - встановлюються всередині приміщень, особливих вимог до їх міцності немає. повинні мати широкий діапазон налаштувань чутливості, бажано з функцією «імунітету» на тварин. Робочий діапазон від -20°С до +40°С.
За способом установки:
-
накладні - мають повноцінний корпус, кріпляться, як правило, до стіни. Основна перевага, крім широкої зони охоплення, - можливість регулювання напряму сканування простору. В установці прості і максимально функціональні;
-
вбудовувані - деякі моделі мають оригінальне дизайнерське рішення, що підходить до багатьох типів інтер`єру. Мають обмежену зону сканування та закриті секторі.
Найбільш ефективні вбудовані стельові моделі.
За типом використовуваного електроживлення:
-
від освітлювальної мережі 220В;
-
від акумулятора або батарей;
За кількістю контактів для монтажу:
-
двоконтактні - застосовуються в парі зі звичайними лампами, включеними в освітлювальну мережу 220 В;
-
трьохконтактні - можна використовувати з будь-якими видами ламп, а також для підключення котушки магнітного пускача, при підключенні потужного навантаження.
3. ДАТЧИК РУХУ: ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Для того щоб значно знизити витрати на електроенергію, останнім часом широко застосовують спеціальний прилад – інфрачервоний датчик руху.
Датчик руху може бути встановлений замість звичайного вимикача без підведення додаткової лінії нейтралі. При цьому забезпечується «плавне» включення/виключення світла.
У датчику руху передбачено регулювання часу включення навантаження в межах 10 с – 5 хв. і регулювання мінімальної освітленості, при якій спрацьовує датчик у межах 5-1000 люкс.
У датчику руху можливі два режими роботи.
-
Режим MAN - ручний режим, навантаження включається зовнішньою кнопкою.
-
Режим AUTO - навантаження включається в залежності від рівня освітленості та виявлення руху.
Також можливий автоматичний режим роботи з ручним управлінням зовнішньою кнопкою, при якому датчик руху знаходиться в режимі AUTO.
У будь-якому датчику руху можна змінити налаштування:
1. Часовий інтервал відключення. Ця функція необхідна для того, щоб задати час з моменту останнього виявлення рухів, який може коливатися від 5 секунд до 10 хвилин.
2. Рівень освітленості. Ця функція необхідна для того, щоб контролювати роботу датчика в світлий і темний час доби. Датчик сам визначає рівень освітленості і спрацьовує, якщо рівень нижче порогового.
3. Рівень чутливості. Чим вище чутливість датчика, тим краще він реагує на рухи. Налаштування чутливості приладу можна здійснити за допомогою наступних параметрів:
-
LUX - цей параметр визначає освітленість, при якій відбудеться включення або вимикання ламп освітлення. При монтажі бажано спочатку встановити на максимальне значення.
-
TIME - визначає час затримки вимикання освітлення після того, як людина вийшла із зони роботи приладу. Зазвичай ця величина більше 10-ти секунд (враховується довжина коридору приміщення і час на закриття дверей.
-
SENS - визначає поріг спрацьовування приладу, тобто чутливість сенсора. Чим більше чутливість, тим більше дальність виявлення руху. Підбирається індивідуально.
-
MIC (мікрофон) – зазвичай також підбирається індивідуально, але спочатку бажано поставити на мінімум.
Принцип роботи ІЧ датчика руху
Принцип роботи ІЧ датчика руху досить простий: у це пристрій вбудований інфрачервоний датчик, який уловлює теплове випромінювання, що виходить від тіл, які знаходяться в кімнаті, в результаті чого активується певна система, наприклад освітлення. Тобто, при використанні датчика руху в зоні контролю, при появі об'єкта руху відбувається замикання силового ланцюга.
Безперервний контроль в зоні спостереження за інфрачервоним випромінюванням - основний принцип роботи датчика руху. У зоні спостереження теплове поле змінюється при появі рухомого об'єкту, маса якого достатня і має температуру теплового випромінювання на 5оС вище, ніж температура навколишнього повітря.
За допомогою особливої лінзи, лінзи Френеля, подається сигнал на фотоелемент, що і викликає замикання електричного кола і призводить датчик руху в дію. У зоні контролю датчик руху спрацьовує навіть якщо переміщення об'єкта досить незначне, наприклад, сидяча людина злегка погойдується. Відбувається це завдяки шаховому порядку чергування зон загального інфрачервоного поля. Ці зони називають пасивними і активними зонами.
Проблема рівномірності чутливості пасивних ІЧ-датчиків руху, вирішується за допомогою оптичних розсіювачів:
-
лінза Френеля - це полімерна пластинка або півсфера, на поверхні якої відштамповані цілком або сегментарно призматичні лінзи. Цей елемент застосовується в більшості моделей, так як має ряд переваг, серед яких: дешевизна, простота і надійність конструкції пристрою, можливість швидкої заміни пошкодженого елемента;
-
дзеркальна оптика - застосовує досить складну систему дзеркал зі спеціальним покриттям (чорне дзеркало), сегменти розташовані під різними кутами для покриття різної фокусної відстані. Така система може бути налаштована більш точно, що дає можливість збільшення її чутливості на далеких дистанціях до 60%. Крім того, сегментна структура дозволяє легше налаштувати захист ближньої «саботажної» зони.
Використання триплексної технології в дзеркалах дозволяє застосовувати інфрачервоні датчики руху в приміщеннях, де є домашні тварини.
Сучасні високоефективні моделі використовують комбінацію обох систем, де лінза Френеля контролює середню зону, а пристрої дзеркальної оптики далекі підходи і саботажну зону.
Основні види перешкод, які можуть викликати помилкове спрацьовування вбудованих ІК датчиків руху:
-
комахи, що потрапили всередину або на корпус датчика;
-
домашні тварини;
-
вібрації і струси;
-
радіо і електромагнітні перешкоди;
-
спрямовані і яскраві джерела світла;
-
кондиціонери, батареї, теплові завіси та інше кліматичне обладнання;
-
часткове відображення ІК-променів від внутрішньої поверхні пристрою;
-
нагрівання внутрішніх деталей детектора.
4. МОНТАЖ ДАТЧИКА РУХУ
При самостійній установці пристроїв, без залучення фахівців, слід виконати три простих рекомендації:
-
До вибору місця монтажу необхідно підійти з найбільшою відповідальністю, керуючись технічними характеристиками пристрою і паспортом виробника. Потрібно враховувати параметри приміщення, місце установки дверних і віконних прорізів, а також маршрути руху відвідувачів.
-
Користуватися комплектом кріплення, що поставляється в комплекті з пристроєм.
-
При виборі контрольованої зони приміщення, в ідеальному варіанті, слід виключити наявність випромінюючих тепло приладів, а також потрапляння на датчик освітлення променів сонячного світла.
Зазвичай, схема підключення датчиків руху практично аналогічна підключенню простого вимикача. Це обумовлено однаковими принципами дії, коли замикається електричний ланцюг включеного послідовно світильника.
Існують дві найбільш популярні схеми типового включення датчиків: безпосереднє включення в ланцюг освітлювального приладу і паралельно наявного клавішного вимикача (рис. 3). Обидві схеми наведені на рисунку, а вибір залишається за споживачем, керується доцільністю тієї чи іншої схеми монтажу.
При монтажі мережі до приладів освітлення, розташованих у приміщеннях з підвищеною вологістю, слід використовувати спеціальні вологозахищені дроти.
5. КРИТЕРІЇ ВИБОРУ ДАТЧИКА РУХУ
Використовувати датчики руху можна і всередині будови і на відкритій території. У житлових приміщеннях датчики руху найчастіше використовують як елемент домашньої автоматизації для автоматичного управління освітленням. Зручність полягає в тому, що не потрібно натискати на вимикачі, щоб спалахнуло світло. Для будинку підходять датчики руху, розраховані на управління люмінесцентними лампами, лампами розжарювання та іншими джерелами світла, які мають кут огляду від 180°, а також дальність дії до 10 - 15 метрів.
Існують більш потужні датчики руху, які застосовуються для включення прожекторів. Такі датчики можна монтувати поза приміщенням, так як вони мають захисну ступінь IP44, а також розраховані на оптимальну потужність навантаження 500 Вт.
Перед тим, як приступити до вибору датчика руху слід визначити наступні параметри:
1. Область застосування - якщо на вулиці, то під відкритим навісом або в закритому приміщенні. Спосіб кріплення і ступінь захищеності залежать від того, де ви маєте намір застосовувати датчик руху. Існують датчики руху вологозахищені і пилозахищені в межах IP20 - IP55, можуть бути навісними на кронштейнах або вбудованими.
2. Потужність комутованого електрообладнання. Слід визначитися, з якою метою встановлюється датчик руху. Він буде встановлений для одного приладу (приклад: лампа денного світла) або для охолодження і вентиляції складського приміщення. На підставі цих параметрів монтаж і габаритні розміри датчика руху відповідно змінюються.
3. Конфігурація зони спрацьовування. Тут важливо врахувати, що датчику теплового випромінювання, що здійснює контроль, підвладна лише видима зона. Потрібно пам'ятати, що скло перешкоджає проходженню теплового випромінювання, отже, контрольована зона зменшується. Так само радіус дії датчика руху знижується при наявності навіть легких конструкцій, тобто наявність, наприклад, карниза, підвісного світильника або бра можуть зменшити радіус дії приладу.
4. Точність налаштування часу при включенні і виключенні приладу. Важливість цієї функції не можна недооцінювати. Вона необхідна при установці декількох датчиків руху на великих площах промислових будівель, де вони не можуть повністю охопити всю площу. У таких умовах людині необхідно розраховувати свої дії, щоб встигнути дійти до наступного приладу (прикладом може бути довгий коридор, навчально-виробнича майстерня), або встигнути зробити роботу і повернутися в область дії приладу.
5. Кут сприйняття приладу. Інфрачервоні датчики руху мають кут огляду, межі якого від 180° до 360°. Датчики руху, що мають кут 180°, в основному призначаються для реагування на вхід і вихід, їх монтаж проводиться на стіну. При монтажі, виконаному на стелі, датчик руху спрямований на фіксацію присутності і це є свідченням того, що кут огляду - повний.