CZ33020U1 - Systém osvětlení s automatickou regulací chromatičnosti - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká oblasti osvětlovací techniky a její regulace.

Dosavadní stav techniky

Barevná teplota neboli teplota chromatičnosti, zkráceně chromatičnost, světla má vliv na biologickou funkci lidského organismu. Cirkadiánní rytmy jsou přirozené biorytmy těla, které se pravidelně střídají během dne a vytvořily se mj. právě v reakci na působení světla na člověka. Narušení cirkadiánních rytmů může způsobovat poruchy nálad, má vliv na chování, výkonnost a celkový psychický stav člověka.

Hodnoty teploty osvětlení jsou udávány v kelvinech, přičemž platí, že za teplé je považováno světlo s hodnotami 3.300 K a méně. Za studené je naopak označováno světlo s hodnotami nad 5.000 K. Teplota chromatičnosti se v průběhu dne značně mění. Například nízká teplota chromatičnosti ve večerních hodinách je pro organismus člověka signálem k přípravě na spánek. Naopak vysoká hodnota teploty chromatičnosti přes poledne nastavuje organismus k nejvyšší aktivitě a k výkonu.

Umělé osvětlení v místnostech by mělo vždy zohledňovat výše uvedené znalosti, aby v domácnostech a kancelářích byly vytvořeny přesně takové podmínky, které by v maximální možné míře byly v souladu s cirkadiánním rytmem.

V současném stavu techniky jsou známy poněkud drahé regulovatelné osvětlovací systémy vnitřních prostor, které jsou založeny pouze na automatické regulaci jasu a intenzity. Případná změna teploty chromatičnosti těchto svítidel je regulována jen pasivně na základě pokynů uživatele, a to buď manuálně například dálkovým ovladačem nebo přednastavením křivky chromatičnosti v chytré aplikaci. Nevýhodou takového systému pak je, že uživatele brzy omrzí tyto pokyny zadávat, a naopak jej tato činnost obtěžuje, což vede ktomu, že uživatel později nastaví pouze jednu univerzální střední vyhovující hodnotu, kterou dále nemění. Uživatel pak funkci regulace osvětlení vůbec nevyužívá, což znehodnocuje původní drahou finanční investici do svítidla.

Je tedy vhodné navrhnout systém osvětlení, který umožní automaticky regulovat teplotu chromatičnosti a jasu umělého osvětlení v objektech, a to v závislosti na světelných podmínkách v okolním prostředí a s ohledem na konkrétní potřeby uživatele v konkrétních místnostech.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nedostatky eliminuje systém osvětlení s automatickou regulací chromatičnosti dle předmětného technického řešení, jehož podstata spočívá vtom, že obsahuje alespoň jedno svítidlo zahrnující difůzor a světelný zdroj spojený s napájecím zdrojem vybaveným řídicím modulem, kde dále systém osvětlení zahrnuje alespoň jeden senzor intenzity osvětlení a chromatičnosti a komunikační spoj pro připojení tohoto senzoru na řídicí modul.

Chromatičnost a intenzita světelného zdroje jsou regulovány pro dosažení co největšího světelného komfortu pro uživatele na základě dat změřených senzorem intenzity osvětlení a chromatičnosti. Systém osvětlení dle předmětného technického řešení se automaticky algoritmicky přizpůsobuje změnám chromatičnosti okolního prostředí. Do algoritmu pro výpočet a nastavení chromatičnosti, intenzity a jasu svítidla vstupují změřená data intenzity, jasu

- 1 CZ 33020 U1 a chromatičnost přirozeného venkovního světla. Chromatičnost osvětlení je tedy aktivně a automaticky řízena.

Výhoda pro uživatele automaticky regulovaného nastavení osvětlení spočívá v podpoře zdravého a přirozeného biorytmu člověka, zajištění pohodlí a dobrého pocitu ze správného osvětlení. Vede k větší efektivitě při práci i kvalitnější relaxaci. Technické řešení umožňuje vidět barvy správně, stejně jako za přirozeného denního světla, přičemž poskytuje plné spektrum vyzářeného světla a vysokou kvalitu složení světla a plynulý přechod do úsporného režimu bez povšimnutí uživatelem.

Z provedených výzkumů vyplývá, že například studené světlo s teplotou chromatičnosti okolo 6.000 K o vysoké intenzitě má tendenci podpořit činnost při špatném počasí. Naopak teplý odstín barvy světla s teplotou chromatičnosti okolo 2.700 Kas nízkou intenzitou světla má tendenci uklidňovat a je příjemný pro odpočinek.

Ve výhodném provedení systém obsahuje alespoň jeden venkovní a alespoň jeden vnitřní senzor intenzity osvětlení a chromatičnosti. Takové uspořádání umožňuje reagovat na změny chromatičnosti v interiéru i ve venkovním prostředí.

Senzor intenzity osvětlení a chromatičnosti může být také aplikován do svítidla například formou externí desky k napájecímu zdroji svítidla, kdy senzor snímá úroveň denního světla přímo v místnosti. Ve výhodném provedení tento senzor obsahuje také detektor pohybu, který snímá pohyb v místnosti. Výhoda detektorů pohybu spočívá v detekci lokálně přítomných osob s efektivním řízením snížení výkonu svítidla při detekci nepřítomnosti osob v místnosti s finanční úsporou na příkonu energií potřebných pro svícení systému omezením energetické spotřeby a intenzivnějšího osvětlení pouze na těchto lokálních místech. Snížení energetické spotřeby systému tím zajišťuje úspory v nákladech na elektrickou energii.

Vlastní svítidlo zahrnuje difúzor a světelný zdroj spojený s napájecím zdrojem vybaveným řídicím modulem.

Světelnými zdroji jsou s výhodou desky, z angličtiny boards, osazené LED diodami.

Difuzor zakrývá světelný zdroj a má za úkol také chránit světelný zdroj před mechanickým poškozením, znečištěním a vlhkostí. Rozptyluje světlo tak, aby svítidlo působilo jako plošný zdroj světla, a přitom využívá difúze neboli rozptylu světla. Difuzor udává tvar celého svítidla a zpravidla bývá kulatý, pravoúhlý, liniový, ale v principu může nabývat různých tvarů. Ve výhodném provedení jsou difuzory svítidla provedeny jako velkoplošné tak, aby nevycházelo světlo jen z jednoho bodového zdroje, což má pozitivní vliv na biorytmus člověka.

S výhodou jsou u plošných svítidel osazeny desky s LED diodami rozptylovými čočkami, které zajistí lepší rozptyl kvůli míchání chromatičnosti světla. Tím je možné také efektivně snížit hloubku mezi difuzorem a deskou/boardem. Jako vhodné se ukázaly rozptylové čočky se 160° rozptylem světla. Díky velkému vyzařovacímu úhlu je tak možné optimalizovat rozložení LED a snížit i jejich počet potřebný pro rovnoměrný rozptyl světla na difúzoru. Testováním také vyšlo najevo, že oproti konkurenčním LED boardům bez čoček dochází k lepšímu míchání teplých a studených odstínů bílé.

Vhodným materiálem pro výrobu čoček a difúzorů je polymethylmethakrylát (PMMA), běžně známý jako plexisklo nebo akrylátové sklo. Tento materiál se používá obvykle také pro výrobu krytu senzoru intenzity osvětlení a chromatičnosti. Jde o průhledný syntetický polymer, který nabízí následující vlastnosti:

Vysoká propustnost světla

-2CZ 33020 U1

Rozptýlení

Vysoká tepelná odolnost bez deformace

Sjednocení barvy světla

Nízký Index oslnění UGR

Napájecím zdrojem může být spínaný napěťový zdroj. Napájecí zdroj musí být vybaven řídicím modulem, jehož pomocí je možné upravovat výsledný jas a chromatičnost světelného zdroje, případně světelný zdroj vypnout nebo zapnout. Řídicí modul neboli mikrokontrolér, je hlavním řídicím prvkem celého systému osvětlení.

Úprava jasu a chromatičnosti světelného zdroje je prováděna na základě dat změřených senzorem intenzity osvětlení a chromatičnosti. Tato data jsou do řídicího modulu napájecího zdroje přenesena prostřednictvím komunikačního spoje. Komunikačním spojem může být např. sběrnice. Komunikace může také probíhat bezdrátově, např. pomocí infračerveného záření, které se často používá pro přenos informací na krátkou vzdálenost.

Systém osvětlení je ovládán řídicím modulem buď autonomně, nebo může přijímat povely od uživatele systému, který si může volit sám parametry osvětlení, např. pomocí dálkového ovladače nebo webové či mobilní aplikace. Automatickou regulaci jasu a chromatičnosti tedy lze přednastavit na základě plánu přednastaveného výrobcem a dle potřeby upraveného uživatelem, do kterého dále vstupuje online informace z externího senzoru chromatičnosti a intenzity, případně doplněného o pohybový senzor.

Svítidel/zdrojů a příslušných senzorů může být více, například ve velkých kancelářských prostorech, a ovládání každého zdroje může být lokální i celkově inteligentně řízené. V případě celkově inteligentně řízeného systému osvětlení s větším počtem svítidel a senzorů intenzity osvětlení a chromatičnosti jsou jednotlivé prvky systému navzájem propojeny, čímž vzniká síť se smíšenou topologií, tzv. mesh síť.

Příklady uskutečnění technického řešení

Technické řešení bude dále objasněno na následujících příkladech uskutečnění. Jedním příkladem uskutečnění je systém osvětlení s automatickou regulací chromatičnosti, který obsahuje jedno svítidlo s velkoplošným difuzorem čtvercového tvaru z PMMA a světelným zdrojem. Světelným zdrojem je deska osazená LED diodami a rozptylovými čočkami z PMMA se 160° rozptylem světla a o minimální svítivosti 180 Lm/W při zachování efektivní teploty LED chipů. Světelný zdroj je spojen se spínaným napěťovým napájecím zdrojem vybaveným řídicím modulem. Systém osvětlení dále zahrnuje jeden senzor intenzity osvětlení a chromatičnosti a komunikační spoj pro připojení tohoto senzoru na řídicí modul pro automatické řízení a regulaci chromatičnosti, jehož pomocí je možné upravovat výsledný jas a chromatičnost světelného zdroje, případně světelný zdroj vypnout nebo zapnout. Řídicí modul neboli mikrokontrolér je hlavním řídicím prvkem celého systému osvětlení. Senzor osvětlení a chromatičnosti je aplikován do svítidla formou externí desky k napájecímu zdroji svítidla, kdy senzor snímá úroveň denního světla přímo v místnosti.

Úprava jasu a chromatičnosti světelného zdroje je prováděna na základě dat změřených senzorem intenzity osvětlení a chromatičnosti. Tato data jsou do řídicího modulu napájecího zdroje přenesena prostřednictvím komunikačního spoje v podobě sběrnice. V alternativním provedení komunikace probíhá bezdrátově pomocí infračerveného záření.

-3 CZ 33020 U1

V dalším příkladném provedení tento systém obsahuje jeden venkovní a jeden vnitřní senzor intenzity osvětlení a chromatičnosti.

V dalším příkladném provedení senzor obsahuje také detektor pohybu, který snímá pohyb v místnosti a umožňuje detekci lokálně přítomných osob a lokální přizpůsobení osvětlení, případně naopak snížení výkonu svítidla při detekci nepřítomnosti osob v místnosti.

Systém osvětlení je ovládán řídicím modulem buď autonomně, nebo může přijímat povely od uživatele systému, který si může volit sám parametry osvětlení, např. pomocí dálkového ovladače nebo webové či mobilní aplikace. Automatickou regulaci jasu a chromatičnosti tedy lze přednastavit na základě plánu přednastaveného výrobcem a dle potřeby upraveného uživatelem, do kterého dále vstupuje online informace z externího senzoru chromatičnosti a intenzity, případně doplněného o pohybový senzor.

Průmyslová využitelnost

Výše popsaný systém osvětlení je možné využít pro osvětlení rezidenčních, komerčních a jiných prostor, například kanceláří, hotelů, škol, dílen, bytů rodinných domů apod.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (6)

1. Systém osvětlení s automatickou regulací chromatičnosti, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jedno svítidlo zahrnující difuzor a světelný zdroj spojený s napájecím zdrojem vybaveným řídicím modulem, přičemž dále zahrnuje alespoň jeden senzor intenzity osvětlení a chromatičnosti a komunikační spoj pro připojení tohoto senzoru na řídicí modul.

2. Systém osvětlení podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje alespoň jeden venkovní a alespoň jeden vnitřní senzor intenzity osvětlení a chromatičnosti.

3. Systém osvětlení podle nároku 1, vyznačující se tím, že senzor intenzity osvětlení a chromatičnosti má formu externí desky připojené k napájecímu zdroji svítidla.

4. Systém osvětlení podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že tento senzor intenzity osvětlení a chromatičnosti obsahuje také detektor pohybu.

5. Systém osvětlení podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že světelnými zdroji jsou s výhodou desky osazené LED diodami.

6. Systém osvětlení podle nároku 5, vyznačující se tím, že desky osazené LED diodami jsou opatřeny rozptylovými čočkami.