NO158389B

NO158389B - LIGHT LIGHT CONTROL DEVICE.

Info

Publication number: NO158389B
Application number: NO850850A
Authority: NO
Inventors: Gunnar Naavik; Bjoern Brekke; Trond Toftevaag
Original assignee: Sintef; Elektrisitetsforsyning
Priority date: 1985-03-04
Filing date: 1985-03-04
Publication date: 1988-05-24
Also published as: NO158389C; FI864360A0; SE8604722D0; FI82583B; DK512086A; DE3690105T1; NO850850L; WO1986005351A1; DK161297B; SE8604722L; FI82583C; DK161297C; FI864360A; SE450986B; DK512086D0

Description

Foreliggende oppfinnelse omfatter en anordning av det slaget som er angitt i innledningen til patentkrav 1, for styring av lyskilder, særlig i innendørs lysanlegg. The present invention comprises a device of the kind stated in the introduction to patent claim 1, for controlling light sources, particularly in indoor lighting systems.

Ved en slik styringsenhet søkes oppnådd at den enkelte lyskilde eller grupper av lyskilder dempes eller kobles ut når det nødvendige belysningsnivået i vedkommende del av rommet opprettholdes av en tilstrekkelig tilgang på dagslys/sollys. Dette vil ha en gunstig virkning for inneklimaet, særlig i perioder med høy utetemperatur. Avslåtte lyskilder kan bety en direkte innsparing av energiutgifter, og kan i mange tilfeller redusere vedlikeholdskostnadene. With such a control unit, the aim is to achieve that the individual light source or groups of light sources are dimmed or switched off when the required lighting level in the relevant part of the room is maintained by a sufficient supply of daylight/sunlight. This will have a beneficial effect on the indoor climate, particularly in periods of high outside temperatures. Switched off light sources can mean a direct saving in energy costs, and can in many cases reduce maintenance costs.

For å oppnå dette er det tidligere kjent å benytte lokale eller sentrale styringsenheter som kobler ut og inn, eventuelt demper (dimmer), lyskilder eller grupper av lyskilder ut fra fotocellemåling av belysningsstyrken på et referansested, og/eller ved hjelp av urbryter. (Det er beskrevet i Elektro - Elektro-teknisk Tidsskrift 91, nr. 7, s. 12-15, 11.april 1978,. Lampetten nr. 3, 1977, samt brosjyremateriell fra Notika A/S, DK-9400 Nørresundby, vedr. produktet LUXSTAT (varemerke)). To achieve this, it is previously known to use local or central control units which switch on and off, possibly dimmers, light sources or groups of light sources based on photocell measurement of the illuminance at a reference location, and/or by means of timer switches. (It is described in Elektro - Elektro-teknisk Tidsskrift 91, no. 7, pp. 12-15, 11 April 1978, Lampetten no. 3, 1977, as well as brochure material from Notika A/S, DK-9400 Nørresundby, regarding .the product LUXSTAT (trademark)).

Det finnes også manuelle fjernbetjeningsenheter basert på overføring av styresignaler via IR-stråling for lokal inn- og utkobling eller dempning (dimming) av lyskilder eller grupper av lyskilder (En slik anordning er beskrevet i Siemens Elektrodienst 26 (1984) Heft 3, s.23). Slike enheter finnes også i kombinasjon med de automatiske styresystemene som er nevnt ovenfor, f.eks. Philips Technical Information "Light": "Integrated Function System". There are also manual remote control units based on the transmission of control signals via IR radiation for local switching on and off or dimming of light sources or groups of light sources (Such a device is described in Siemens Elektrodienst 26 (1984) Heft 3, p.23 ). Such units are also found in combination with the automatic control systems mentioned above, e.g. Philips Technical Information "Light": "Integrated Function System".

De hittil kjente automatiske styringssystemene benytter en enkelt detektor (fotocelle) for å registrere på et valgt referansested, enten summen av bidragene fra dagslys/sollys og den kunstige belysningen i rommet, eller belysningsstyrken utenfor bygningen. The previously known automatic control systems use a single detector (photocell) to register at a selected reference location, either the sum of the contributions from daylight/sunlight and the artificial lighting in the room, or the illuminance outside the building.

Fra GB-patentskrift 2.123.751 er det kjent et styresystem for styring av alle lyskildene i et lokale under ett. Lysdetektoren fanger inn lys fra stor innfallsvinkel. Et liknende styringssystem er beskrevet i US-patentskrift 4.236.101. From GB patent 2,123,751, a control system for controlling all the light sources in a room in one is known. The light detector captures light from a large angle of incidence. A similar control system is described in US patent 4,236,101.

I alle rom med dagslystilgang varierer belysningsstyrken for dagslyset alene sterkt fra sted til sted, og dessuten over tid på grunn av endringer i solens posisjon kombinert med rommets arkitektoniske utforming. Behovet for kunstig tilleggsbelysning vil variere fra sted til sted, og over tid i rommet. Det er således et vesentlig problem å finne et referansested for detektoren som kan sies å være representativt for rommet som helhet. In all rooms with daylight access, the illuminance for daylight alone varies greatly from place to place, and also over time due to changes in the position of the sun combined with the room's architectural design. The need for additional artificial lighting will vary from place to place, and over time in the room. It is thus a significant problem to find a reference location for the detector that can be said to be representative of the room as a whole.

Det er ytterligere et problem at behovet for belysningsstyrke kan variere fra den ene arbeidsplassen til den andre. It is a further problem that the need for illuminance can vary from one workplace to another.

Det er også en ulempe at de eksisterende tekniske løsningene for automatisk styring krever ekstra installasjoner av styresignalledere eller egne effektkurser for lysinstallasjonene. Dette medfører ekstra installasjons kostnader ved nye anlegg, og kostbare tilleggsinstallasjoner ved anvendelse av eksisterende anlegg. It is also a disadvantage that the existing technical solutions for automatic control require additional installations of control signal conductors or separate power courses for the lighting installations. This entails additional installation costs for new facilities, and costly additional installations when using existing facilities.

Oppfinnelsen har til hovedformål å skape et styringssystem som i større utstrekning enn tidligere tar konsekvensen av at dagslystilgangen varierer fra sted til sted og over tid i lokalet, slik at belysningsstyrkebehovet på den enkelte arbeidsplassen opprettholdes i størst mulig grad av innfallende dagslys/sollys alene. Det ønskes individuell automatisk styring av de enkelte lyskildene på en slik måte at styringen av den enkelte lyskilde ikke innvirker på den tilsvarende styringen av andre lyskilder i rommet, slik at ustabilitet opptrer. Den enkelte lyskilders styringsenhet må kunne kalibreres individuelt i h.h. til det belysningsnivå som er hensiktsmessig for vedkommende del av rommet. The main purpose of the invention is to create a control system which, to a greater extent than previously, takes into account the fact that the access to daylight varies from place to place and over time in the premises, so that the illuminance requirement at the individual workplace is maintained to the greatest extent possible by incident daylight/sunlight alone. Individual automatic control of the individual light sources is desired in such a way that the control of the individual light source does not affect the corresponding control of other light sources in the room, so that instability occurs. The individual light source's control unit must be able to be calibrated individually in h.h. to the lighting level that is appropriate for the part of the room in question.

Dette kan oppnås ved å utforme anordningen i samsvar med den karakteriserende delen av patentkrav 1. hhv.2. This can be achieved by designing the device in accordance with the characterizing part of patent claim 1. or 2.

Oppfinnelsen muliggjør lokal styring av lyskildene i nye eller eksisterende anlegg uten ekstra kostnader forbundet med innføring av styringssignalledere eller separate effektkurser for lysinstallasjonene. The invention enables local control of the light sources in new or existing facilities without additional costs associated with the introduction of control signal conductors or separate power courses for the lighting installations.

Ytterligere fordelaktige trekk ved oppfinnelsen vil gå fram av underkravene 3-6. Further advantageous features of the invention will be apparent from sub-claims 3-6.

Oppfinnelsen vil nedenfor bli beskrevet nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et eksempel på de geometriske forhold ved en takmontert lysarmatur, The invention will be described in more detail below with reference to the drawings, where: Fig. 1 shows an example of the geometrical conditions of a ceiling-mounted light fitting,

fig. 2 viser skjematisk kurver for de forskjellige komponenter av lysfluxen, som kan måles i arbeidsområdet i fig. 1, fig. 2 schematically shows curves for the various components of the light flux, which can be measured in the working area in fig. 1,

fig. 3 viser skjematisk den elektriske kretsen for en armatur med et lysrør, som er forsynt med en anordning i samsvar med oppfinnelsen, mens fig. 3 schematically shows the electrical circuit for a luminaire with a fluorescent tube, which is provided with a device in accordance with the invention, while

fig. 4 viser skjematisk de optiske og elektroniske komponentene ved en utførelsesform av oppfinnelsen. fig. 4 schematically shows the optical and electronic components of an embodiment of the invention.

I fig. 1 er det vist en armatur 11 med et lysrør plassert under et tak 12 for å belyse et arbeidsbord 13. In fig. 1 shows a fixture 11 with a light tube placed under a ceiling 12 to illuminate a work table 13.

Armaturen 11 er forsynt med en anordning 14 utformet i samsvar med oppfinnelsen for å styre på- og avkoblingen. Detaljene ved denne anordningen vil bli beskrevet nærmere nedenfor. Her skal bare beskrives dens optiske system 15 med en detektor 16, som fanger inn lys fra arbeidsplassen. Detektoren 16 er plassert i en rørformet avblending 17 som dessuten er dekket med et optisk filter 18. Avblendingen 17 avgrenser en åpningsvinkel på lys som faller inn på detektoren 16. The armature 11 is provided with a device 14 designed in accordance with the invention to control the switching on and off. The details of this device will be described in more detail below. Only its optical system 15 with a detector 16, which captures light from the workplace, will be described here. The detector 16 is placed in a tubular baffle 17 which is also covered with an optical filter 18. The baffle 17 delimits an opening angle for light that falls on the detector 16.

Fig. 2 viser kurver for belysningsstyrkens variasjon på målestedet, avhengig av tida. En fast dagslys-/sollyskomponent Ep stammer fra et ikke vist vindu opptil arbeidsplassen i fig. 1. I tillegg kommer belysningsstyrken som skyldes det elektriske lyset, E . Denne vil variere med det elektriske signalet, altså med den dobbelte frekvens av lysnettfrekvensen, d.v.s. 100 Hz, mellom verdiene EAmax °<9>E„ .. Det vil altså eksistere en viss belysningsstyrke også Fig. 2 shows curves for the illuminance variation at the measurement location, depending on the time. A fixed daylight/sunlight component Ep originates from a window not shown up to the workplace in fig. 1. In addition, there is the illuminance due to the electric light, E . This will vary with the electrical signal, i.e. with twice the frequency of the mains frequency, i.e. 100 Hz, between the values EAmax °<9>E„ .. There will therefore also be a certain illuminance

Amin Amen

når det elektriske signalet er null, p.g.a. tregheten i lyssystemet ved lysrør. when the electrical signal is zero, due to the inertia of the lighting system with fluorescent tubes.

Det vil nedenfor bli beskrevet nærmere hvordan anordningen ifølge oppfinnelsen reagerer på sammensatte lyssignaler som faller inn på detektoren 16. It will be described below in more detail how the device according to the invention reacts to composite light signals falling on the detector 16.

I fig. 3 er det for det første illustrert de elektriske komponentene til en lysrørarmatur 11. Hovedelementet her er et lysrør 20 med en starter 21, en reaktor 22 og en fasekondensator 23. Disse komponentene er på i og for seg kjent måte koblet sammen og til ei inngangsklemme 24. In fig. 3, the electrical components of a fluorescent tube fixture 11 are firstly illustrated. The main element here is a fluorescent tube 20 with a starter 21, a reactor 22 and a phase capacitor 23. These components are connected in a manner known per se and to an input terminal 24.

Anordningen ifølge oppfinnelsen som er betegnet generelt med henvisningstall 14 omfatter en elektrisk del 25 som er seriekoblet mellom nettet og lysrørarmaturen 11, og en optisk del 15 med detektoren 16. The device according to the invention, which is designated generally by reference number 14, comprises an electrical part 25 which is connected in series between the mains and the fluorescent fixture 11, and an optical part 15 with the detector 16.

I fig. 4 er det vist et utførelseseksempel på en lysenhet 25 for av-på-kobling. Den omfatter en elektronisk bryter 27 som er koblet i serie mellom en nettinggang og lysrørarmaturen 11. Den elektroniske bryteren 27 styres av og på gjennom signal fra en komparatorkrets 28. I denne sammenliknes et inngangssignal fra detektoren 16 over en krets 29, som skal beskrives nærmere nedenfor med et referansesignal som styres med et potensiometer 30. Den elektroniske kretsen 29 omfatter et elektronisk filter, en tidsforsinkelse og en forsterker. Funksjonen til disse delene vil bli beskrevet nærmere nedenfor, idet kretsen forutsettes oppbygget på prinsippielt kjent måte av tilgjengelige komponenter. In fig. 4 shows an embodiment of a light unit 25 for on-off switching. It comprises an electronic switch 27 which is connected in series between a mesh passage and the fluorescent fixture 11. The electronic switch 27 is controlled on and off through a signal from a comparator circuit 28. In this, an input signal from the detector 16 is compared via a circuit 29, which will be described in more detail below with a reference signal which is controlled with a potentiometer 30. The electronic circuit 29 comprises an electronic filter, a time delay and an amplifier. The function of these parts will be described in more detail below, as the circuit is assumed to be constructed in a generally known manner from available components.

I fig. 4 er det også vist nærmere utformingen In fig. 4 also shows the design in more detail

av en teleskopisk, rørformet avblending 17, som er festet til et hus 31 utenfor detektoren 16. I eksempelet er det optiske filteret 18 montert over den indre åpningen i avblendingen 17. of a telescopic, tubular baffle 17, which is attached to a housing 31 outside the detector 16. In the example, the optical filter 18 is mounted over the inner opening in the baffle 17.

Huset 31 kan brukes for montering på allerede eksisterende armaturer, for uavhengig montering eller for innbygging. The housing 31 can be used for mounting on already existing fittings, for independent mounting or for installation.

For å oppnå formålet med oppfinnelsen er det nødvendig at målingen av lyset og behandlingen av det signal som registreres skjer på en eller flere av følgende måter: 1. Det optiske filteret 18 utformes for å transmittere lys i en del av spekteret der forholdet mellom det optiske egensignalet og det optiske hovedsignalet, nemlig skapt av fremmed lys, er et minimum. Dette vil i ett eksempel kunne bety at det brukes et filter som slipper gjennom lys nær opptil det infrarøde området. 2. Detektoren 16 har et lysfølsomt element med høy spektral følsomhet i det området som er nevnt ovenfor. Dette bidrar også til at det først og fremst måles fremmed lysinnfall i måleområdet. 3. Den elektroniske kretsen 29 inneholder komponenter som beregner hovedsignalet, altså komponenten av fremmed lys, E^på grunnlag av den registrerte variasjonen av belysningsstyrken i løpet av vekselstrømsperioden slik det er vist i fig. 2. In order to achieve the purpose of the invention, it is necessary that the measurement of the light and the processing of the signal that is registered take place in one or more of the following ways: 1. The optical filter 18 is designed to transmit light in a part of the spectrum where the ratio between the optical the intrinsic signal and the main optical signal, namely created by extraneous light, are a minimum. In one example, this could mean that a filter is used that lets through light close to the infrared range. 2. The detector 16 has a light-sensitive element with high spectral sensitivity in the range mentioned above. This also contributes to primarily measuring extraneous light incident in the measurement area. 3. The electronic circuit 29 contains components which calculate the main signal, i.e. the component of extraneous light, E^ on the basis of the recorded variation of the illuminance during the alternating current period as shown in fig. 2.

Ifølge oppfinnelsen er det mulig med en styringsenhet å . sikre en riktig belysningsstyrke i armaturens belysningsområde ved en individuell kalibrering. Dette innebærer at bare det antall armaturer som er nødvendig for å opprettholde denne riktige belysningsstyrken er i drift til enhver tid. According to the invention, it is possible with a control unit to . ensure a correct illuminance in the luminaire's lighting area by an individual calibration. This means that only the number of luminaires necessary to maintain this correct illuminance is in operation at any given time.

Det skal nå gis en mer detaljert beskrivelse av signalbehandlingen i styringskretsen 29. A more detailed description of the signal processing in the control circuit 29 will now be given.

Det elektriske signalet fra detektoren inneholder en tilnærmet konstant andel som kan relateres til dagslys/ sollys-komponenten E^i belysningsstyrken på målestedet, og en andel som kan relateres til belysningsstyrken Eft som skyldes elektriske lyskilder. Dette er illustrert i fig. 2. The electrical signal from the detector contains an approximately constant proportion which can be related to the daylight/sunlight component E^in the illuminance at the measurement location, and a proportion which can be related to the illuminance Eft which is due to electric light sources. This is illustrated in fig. 2.

Det elektriske signalet forsterkes. Under antagelse av en karakteristisk verdi for forholdet E,.. /E* kan andelen The electrical signal is amplified. On the assumption of a characteristic value for the ratio E,.. /E* the proportion can

Amin Amax Amin Amax

E, filtreres bort, og den resterende delen av E.. gjøres E, is filtered out, and the remaining part of E.. is made

A y Amin yj A y Amin yj

minst mulig, i prinsippet fjernes helt. Slik at det endelige elektriske signalet inneholder informasjon bare om komponenten ED og en eventuell rest av E^. Dette viderebehandles i komparatoren. as little as possible, in principle removed completely. So that the final electrical signal contains information only about the component ED and any residual E^. This is further processed in the comparator.

Forsterkerkretsens tidsforsinkelse hindrer at tilfeldige variasjoner av kort varighet i belysningsstyrken på målestedet fører til på- eller avslag av armaturen. The amplifier circuit's time delay prevents random short-term variations in the illuminance at the measuring point from switching the luminaire on or off.

Det endelige elektriske signalet blir i komparatorkretsen sammenliknet med manuelt innstillbare nivåer for belysningsstyrke og hysterese. Nivået for hysteresen innstilles med et potensiometer 32. Hysteresen virker slik at nivået for belysningsstyrken som fører til avslag av armaturen ligger høyere enn det tilsvarende som fører til påslag. Derved unngås at det oppstår gjensidig påvirkning og ustabilitet for den enkelte armatur og armaturene i mellom. Signalet fra komparatorkretsen 28 aktiverer så den elektroniske bryteren 27 ut eller inn. The final electrical signal is compared in the comparator circuit with manually adjustable levels for illuminance and hysteresis. The level for the hysteresis is set with a potentiometer 32. The hysteresis works so that the level of the illuminance that leads to the switch-off of the luminaire is higher than the corresponding level that leads to switch-on. This avoids the occurrence of mutual influence and instability for the individual fixture and the fixtures in between. The signal from the comparator circuit 28 then activates the electronic switch 27 out or in.

Oppfinnelsen kan modifiseres på forskjellige måter i forhold til eksempelet. Den elektroniske bryteren 27 kan erstattes med en krets som kan styre lysarmaturen trinnløst eller i trinn, f.eks. en fasestyrt triac. På denne måten kan det foretas en enda mer nøyaktig tilpasning av belysningsstyrken. The invention can be modified in various ways in relation to the example. The electronic switch 27 can be replaced with a circuit that can control the lighting fixture continuously or in steps, e.g. a phase controlled triac. In this way, an even more precise adjustment of the illumination intensity can be made.

Oppfinnelsen vil i utgangspunktet være egnet for bruk ved individuelle belysningsarmaturer. I prinsipp kan den imidlertid utnyttes også for grupper på to eller flere armaturer som styres under ett. I dette tilfellet vil anordningen få en sentral plassering i det samlete lysfelt fra armaturene. F.eks. kan ei rekke armaturer langs en vindusvegg styres for seg, og armaturer som er plassert lenger inn i rommet styres for seg. The invention will basically be suitable for use with individual lighting fixtures. In principle, however, it can also be used for groups of two or more luminaires that are controlled together. In this case, the device will have a central location in the combined light field from the luminaires. For example a series of luminaires along a window wall can be controlled separately, and luminaires placed further into the room can be controlled separately.

Styringssystemet ifølge oppfinnelsen kan også kombineres med et system for inn- og utkobling ved hjelp av en IRT-sender, som tilsvarer det som er beskrevet under omtalen av kjent teknikk foran. The control system according to the invention can also be combined with a system for switching on and off using an IRT transmitter, which corresponds to what is described under the description of prior art.

Claims

1. Device for controlling the effects of lighting fixtures in a room with several such fixtures and with varying access to daylight, where a light detector is used with an associated control circuit that particularly registers the daylight's contribution to the light level in the room, and which controls the effect supplied to the lighting fixtures, to reduce energy consumption when daylight is available, characterized in that each individual lighting fixture to be controlled is associated with a separate light detector (16) with an associated control circuit (29), that each light detector is provided with a variable dimming device (17) that delimits a limited reference area within this luminaire's operating area and that the light detector includes optical means to ensure that it mainly registers incident light in the part of the spectrum where the ratio between the optical intrinsic signal, caused by the luminaire's own light, and the main optical signal, caused by daylight and any other light sources, is a minimum.

2. Device for controlling the effect of lighting fixtures in a room with several such fixtures and with varying daylight access, where a light detector is used with an associated control circuit that particularly registers the daylight's contribution to the light level in the room, and which controls the effect supplied to the lighting fixtures, to reduce energy consumption when daylight is available, characterized in that each individual lighting fixture to be controlled is associated with a separate light detector (16) with an associated control circuit (29), that each light detector is provided with a variable dimming device (17) that delimits a limited reference area within this luminaire's operating range, and that the electronic control circuit is designed to calculate a main signal corresponding to the optical main signal on the basis of the recorded variation of the illuminance during an alternating current period and use this main signal as a basis for controlling the effect of the luminaire.

3. Device in accordance with patent claim 1 or 2, characterized in that the glare shield (17) is designed to delimit a reference area which constitutes a fraction of the lighting fixture's operating area.

4. Device in accordance with one of patent claims 1-3, characterized in that the glare shield (17) is designed as a telescopic tube.

5. Device in accordance with one of the patent claims 1-4, characterized in that the control circuit (29) is placed in or in immediate connection with the lighting fixture.

6. Device in accordance with patent claim 1, characterized in that the light detector (16) has a light-sensitive element with high spectral sensitivity in the area where the ratio between the optical eigensignal and the main optical signal is a minimum.