DE19944024A1 - Verfahren zur Helligkeitssteuerung in einem Raum, Helligkeitssteuersystem sowie Verfahren zur Kalibrierung eines Helligkeitssteuersystems - Google Patents

Abstract

Bei einem Helligkeitssteuersystem für einen Raum (14) mit einem Beleuchtungsmittel (6, 8) ist ein Helligkeitssensor (2) vorgesehen, der zur Erfassung eines Spektralbereichs des natürlichen Lichts ausgebildet ist, der im Wesentlichen außerhalb des vom Beleuchtungsmittel (6) abgegebenen Spektralbereichs liegt. Damit wird die Erfassung des Helligkeitswerts (HW) des Tageslichtpegels unabhängig von der künstlichen Beleuchtung ermöglicht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Helligkeits­ steuerung in einem Raum und auf ein Helligkeitssteuersystem für einen Raum, bei denen ein Helligkeitswert von einem Hel­ ligkeitssensor erfasst und in Abhängigkeit vom gemessenen Helligkeitswert die Beleuchtung im Raum über ein Beleuch­ tungsmittel gesteuert wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Kalibrierung eines Helligkeitssteuersystems für einen Raum.

Moderne Beleuchtungssysteme umfassen in der Regel mehrere Helligkeitssensoren, über die die im Raum herrschende Hellig­ keit ermittelt wird. Die Anordnung der Helligkeitssensoren ermöglicht die automatische Steuerung oder Regelung der im Raum herrschenden Helligkeit über die Zuschaltung einer künstlichen Beleuchtung. Beispielsweise ist eine Ausleuchtung des Raums auf einen konstanten Lichtwert (Konstantlichtrege­ lung) unabhängig vom Tageslichtpegel ermöglicht. Ein Verfah­ ren und eine Schaltungsanordnung zur Regelung der Beleuchtung eines Raums ist beispielsweise aus der DE 43 20 682 C1 be­ kannt.

Bei Beleuchtungssystemen besteht generell das Problem, eine für das menschliche Auge angenehme Ausleuchtung zu erreichen. Das Helligkeitsempfinden ist stark subjektiv und wird von ei­ ner Vielzahl von Faktoren beeinflusst. Diese Faktoren sind beispielsweise unterschiedliche Tageslichtwerte oder unter­ schiedliche Helligkeitszonen im Raum, bedingt durch die Raum­ aufteilung und die Raumeinrichtung. Um zudem eine angenehm empfundene Ausleuchtung bei geringem Energieeinsatz zu errei­ chen, ist eine Unterscheidung zwischen fensternahen und fen­ sterfernen Raumbereichen notwendig.

Bei bekannten Beleuchtungssystemen wird die momentane Hellig­ keit im Raum über an der Decke angebrachte Helligkeitssenso­ ren ermittelt. Maßgebend ist allerdings die Helligkeit auf Arbeitsplatzhöhe. Der Helligkeitssensor wird daher zunächst geeicht. Hierbei besteht allerdings das Problem, dass durch Änderung am Arbeitsplatz die über die Eichung erfasste Korre­ lation zwischen tatsächlichem Helligkeitswert am Arbeitsplatz und dem vom Helligkeitssensor gemessenen Helligkeitswert ver­ ändert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Helligkeits­ steuerung auf das subjektive Helligkeitsempfinden abzustim­ men.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfah­ ren zur Helligkeitssteuerung in einem Raum, bei dem ein Hel­ ligkeitswert von einem Helligkeitssensor erfasst und in Ab­ hängigkeit von gemessenen Helligkeitswert die Beleuchtung im Raum mittels eines Beleuchtungsmittels eingestellt wird, wo­ bei zur Erfassung des Helligkeitswerts ein Spektralbereich des natürlichen Lichts herangezogen wird, der im Wesentlichen außerhalb des vom Beleuchtungsmittel abgegebenen Spektralbe­ reichs liegt.

Mit dem Helligkeitssensor wird also lediglich der Tageslicht­ pegel ohne Einfluss der künstlichen Beleuchtung ermittelt. In Abhängigkeit des so ermittelten Tageslichtwerts (Helligkeits­ wert) wird die künstliche Beleuchtung eingestellt. Für die Beleuchtungssteuerung ist also lediglich der Tageslichtpegel im Raum maßgebend. Der entscheidende Vorteil ist darin zu se­ hen, dass beispielsweise Änderungen bei der künstlichen Be­ leuchtung infolge von manuellem Zuschalten von Arbeitsplatz­ leuchten sich auf die Helligkeitssteuerung nicht auswirken. Damit wird eine für das Auge angenehme Helligkeitssteuerung ermöglicht.

Vorzugsweise wird das Spektrum des Beleuchtungsmittels über einen vor dem Helligkeitssensor angeordneten Filter herausge­ filtert, so dass ein herkömmlicher Helligkeitssensor verwen­ det werden kann.

In einer vorteilhaften Ausführung wird zur Erfassung des Hel­ ligkeitswerts ein Infrarotbereich und insbesondere der nahe Infrarotbereich zwischen 800 nm und 1100 nm herangezogen. Hier­ zu wird vorzugsweise ein Fotoelement, beispielsweise eine Fo­ todiode, verwendet, so dass der Helligkeitssensor kostengün­ stig ist. Teure Spezialfilter werden nicht benötigt.

In einer besonders zweckdienlichen Ausgestaltung wird das Licht vom Helligkeitssensor rundum erfasst. Zur Ermittlung des Helligkeitswerts wird also die in verschiedenen Raumbe­ reichen bestehende Helligkeit herangezogen. Dies bietet den Vorteil, dass die einzelnen Ausleuchtungspegel im Raum im Helligkeitssensor aufintegriert werden. Zur Bestimmung des Helligkeitswerts werden also Dunkelbereiche und Hellbereiche des Raums miteinbezogen. Dieses Vorgehen ist an das Hell-Dun­ kel-Empfinden des menschlichen Auges angepasst und gewährlei­ stet eine besonders angenehm empfundene Helligkeitssteuerung.

Um störende Einflüsse aufgrund von Reflexionen am Boden oder am Arbeitsplatz sowie aufgrund von Breitband-Lichtquellen zu vermeiden, wird nur das von Seitenwänden, und zwar insbeson­ dere das von den oberen Seitenwandbereichen, einfallende Licht erfasst.

Um störende Einflüsse aufgrund einer direkten Sonneneinstrah­ lung bei tiefstehender Sonne zu vermeiden wird Licht, welches waagrecht sowie unter einem spitzen Winkel zur Waagrechten in den Helligkeitssensor einfällt, von der Erfassung ausgenom­ men. Hierzu weist der Helligkeitssensor vorzugsweise eine entsprechend ausgebildete Blendenanordnung auf.

Bevorzugt ist das Beleuchtungsmittel in mehrere Leuchtengrup­ pen aufgeteilt, die jeweils unabhängig voneinander angesteu­ ert werden, um eine geeignete Raumhelligkeit in allen Raumbe­ reichen zu gewährleisten. Zugleich wird dadurch ermöglicht, die verschiedenen Leuchtengruppen unterschiedlich stark abzu­ dimmen, so dass der Energieverbrauch gering ist.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung weiterhin gelöst durch ein Helligkeitssteuersystem für einen Raum mit einem Beleuch­ tungsmittel, mit einem Helligkeitssensor und mit einer mit diesem verbundenen Steuereinheit zur Ansteuerung des Beleuch­ tungsmittels in Abhängigkeit eines vom Helligkeitssensors er­ fassten Helligkeitswerts, wobei der Helligkeitssensor zur Er­ fassung eines Spektralbereichs des natürlichen Lichts ausge­ bildet ist, der im Wesentlichen außerhalb des von dem Be­ leuchtungsmittel abgegebenen Spektralbereichs liegt.

Der derart ausgebildete Helligkeitssensor ermöglicht eine Be­ stimmung des Helligkeitswerts unabhängig von dem künstlichen Beleuchtungsmittel. Die Ansteuerung des künstlichen Beleuch­ tungsmittels richtet sich also ausschließlich nach dem Tages­ lichtpegel. Als Beleuchtungsmittel werden vorzugsweise Lampen mit geringer spektraler Bandbreite eingesetzt, um zum einen möglichst wenig Energie für die Ausleuchtung des Raumes auf­ zuwenden, und um andererseits den Helligkeitssensor möglichst wenig zu beeinflussen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Helligkeitssteuersystems sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Die im Hinblick auf das Verfahren angeführten Vorteile und zweckmäßigen Ausfüh­ rungsformen sind sinngemäß auf das System zu übertragen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiterhin durch ein Verfah­ ren zur Kalibrierung eines Helligkeitssteuersystems für einen Raum gelöst, bei dem ein Helligkeitswert als Maß für die Hel­ ligkeit des natürlichen Tageslichts und ein Raumlichtwert mit Hilfe einer Meßeinheit als Maß für die Helligkeit im Raum er­ mittelt werden, bei dem der Raumlichtwert über ein Beleuch­ tungsmittel mittels eines Stellwerts auf einen Sollwert ein­ gestellt wird, und bei dem der so ermittelte Stellwert dem aktuellen Helligkeitswert zugeordnet und diese Zuordnung als Wertepaar gespeichert wird.

Dieses Kalibrierverfahren ist insbesondere geeignet für ein Helligkeitssteuersystem, welches einen Helligkeitssensor auf­ weist, der zur Erfassung eines Spektralbereichs des natürli­ chen Lichts ausgebildet ist, wobei der Spektralbereich im We­ sentlichen außerhalb des von dem Beleuchtungsmittel abgegebe­ nen Spektralbereichs liegt. Für ein solches Helligkeitssteu­ ersystem ist insbesondere bedeutsam, dass bei dem Kälibrier­ verfahren die gleiche Idee zugrunde liegt, nämlich den Tages­ lichtpegel unabhängig von der künstlichen Beleuchtung zu mes­ sen. Jedem gemessenen Tageslichtpegel (Helligkeitswert) wird ein Stellwert für die Ansteuerung des Beleuchtungsmittels zu­ geordnet, um die gewünschte Raumhelligkeit (Raumlichtwert) zu erreichen. Diese beiden Werte, nämlich der Helligkeitswert und der Stellwert werden als Wertepaare, und zwar bevorzugt in Form einer Korrelations- oder Steuerkurve, niedergelegt.

Das Kalibrierverfahren wird vorzugsweise in zwei Schritten durchgeführt, wobei im ersten Schritt die Empfindlichkeit des Helligkeitssensors an die maximal auftretende Lichtintensität des Tageslichts angepasst wird, so dass der Helligkeitssensor eine an die im betreffenden Raum auftretende Tageslichtinten­ sität angepasste Empfindlichkeit hat. Im zweiten Schritt er­ folgt dann die Ermittlung der einzelnen Wertepaare. Die bei­ den Schritte werden bevorzugt jeweils im Verlauf eines Tages, insbesondere im Verlauf eines Sonnentages durchgeführt.

In einer vorteilhaften Ausführung erfolgt die Kalibrierung automatisch, um eine hohe Bedienerfreundlichkeit zu errei­ chen.

Vorzugsweise ist hierzu vorgesehen, dass der von der Messein­ heit erfasste Raumlichtwert über einen Datenbus oder drahtlos an ein Basisgerät übermittelt wird. Die Messeinheit ist ins­ besondere als Luxmeter zur Bestimmung der Beleuchtungsstärke ausgestaltet, und ist zur Auswertung der von dem Basisgerät übermittelten Daten bevorzugt prozessorgesteuert.

In einer besonders zweckdienlichen Ausgestaltung wird der ge­ messene Raumwert mit einem Kalibrierungsfaktor gewichtet, wo­ durch Fehlerquellen bei der Ermittlung des Raumlichtwerts be­ rücksichtigt werden. Solche Fehlerquellen sind beispielsweise dadurch bedingt, dass die Messeinheit nicht auf der normalen Arbeitsplatzhöhe angebracht ist. Zudem werden vorzugsweise auch solche Fehlerquellen eliminiert, die von einem Überlapp des Spektralbereichs des Beleuchtungsmittel mit dem Spektral­ bereich des Helligkeitssensors herrühren. Die letztgenannte Fehlerquelle tritt beispielsweise dann auf, wenn als Beleuch­ tungsmittel Leuchtstofflampen verwendet werden, die eine Spektrallinie des Quecksilbers bei 1014 nm aussenden, und wenn die Empfindlichkeit des Helligkeitssensors auf den nahen In­ frarotbereich zwischen 800 und 1100 nm eingestellt ist. Die Gewichtung mit dem Kalibrierungsfaktor erfolgt bevorzugt softwaregesteuert, so dass in einfacher Weise auch komplexe Zusammenhänge im Hinblick auf Fehlerquellen berücksichtigt werden können. Vorteilhafterweise fließen in diesen Kalibrie­ rungsfaktor auch Erfahrungswerte mit ein.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen des Kalibrierverfahrens sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Helligkeits­ steuersystems für einen Raum,

Fig. 2 Spektralkurven des Tageslichts, der Augenempfind­ lichkeit und der Empfindlichkeit zweier Hellig­ keitssensoren im Vergleich,

Fig. 3 einen Helligkeitssensor mit einer Blendenanordnung,

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Helligkeitssensors,

Fig. 5 der zeitliche Verlauf des Helligkeitswerts des na­ türlichen Tageslichts in einer schematischen Dar­ stellung, und

Fig. 6 eine bei einem Kalibrierverfahren ermittelte Korre­ lationskurve zwischen Helligkeitswert des Tages­ lichts und Stellwert für ein Beleuchtungsmittel im Raum.

Gemäß Fig. 1 umfasst ein Helligkeitssteuersystem einen Hellig­ keitssensor 2 mit einem optischen Filter 3, eine Steuerein­ heit 4, ein Beleuchtungsmittel 6, das mehrere Leuchtengruppen 8 aufweist, Aktoren 10 zur Ansteuerung der Leuchtengruppen 8 sowie einen Datenbus 12, über den die aufgeführten Elemente zum Datenaustausch miteinander verbunden sind. Das Hellig­ keitssteuersystem ist für einen Raum 14 vorgesehen. Der Hel­ ligkeitssensor 2 ist an der Decke 16, und zwar vorzugsweise in der Raummitte, angeordnet. An der Decke 16 sind ferner die Leuchtengruppen 8 angeordnet. Der Raum 14 weist weiterhin Seitenwände 18 und einen Boden 20 auf. In der rechten Seiten­ wand 18 ist ein Fenster 22 eingebracht.

Der Helligkeitssensor 2 ist tageslichtempfindlich und wird von der künstlichen Beleuchtung über das Beleuchtungsmittel 6 im Wesentlichen nicht beeinflusst. Er detektiert den Licht­ einfall über einen Winkelbereich von 360° bezogen auf eine waagrecht zum Boden 20 verlaufende Ebene 23. Der Helligkeits­ sensor 2 erfasst das Tageslicht also rundum. Er detektiert das Tageslicht aus allen Raumbereichen mit der Maßgabe, dass waagrecht und unter einem spitzen Winkel α einfallendes Licht von der Erfassung ausgenommen ist. Ebenso ist der Lichteinfall unter einem Winkel β, bezogen auf die lotrechte Verlängerung der Mittelachse 24 des Helligkeitssensors 2, un­ terbunden. Die beiden Winkel α und β bestimmen den zwischen ihnen liegenden Erfassungswinkel γ, der letztendlich maßge­ bend ist, aus welchen Raumbereichen der Helligkeitssensor 2 einen Helligkeitswert HW für den Tageslichtpegel ermittelt.

In der Fig. 1 ist weiterhin ein Inbetriebnahme- und Kalib­ riersystem dargestellt. Dieses umfasst mehrere als sogenannte Luxmeter ausgestaltete Messeinheiten 26 sowie ein Basisgerät 28, das über den Datenbus 12 mit dem Helligkeitssteuersystem verbunden ist. Die Messeinheiten 26 ermitteln einen Raumwert RW als Maß für die im Raum 14 herrschende Helligkeit. Das Helligkeitssteuersystem wird als Teil des Inbetriebnahmesys­ tems verwendet. Das Inbetriebnahmesystem dient insbesondere zum vollautomatischen Abgleich oder Kalibrieren des Hellig­ keitssteuersystems. Hierbei werden Korrelationen zwischen den vom Helligkeitssensor 2 gemessenen Helligkeitswerten HW und Stellwerten SW für die einzelnen Leuchtengruppen 8 aufge­ stellt und in den einzelnen Leuchtengruppen zugeordneten Kor­ relationskurven abgelegt.

Der Helligkeitssensor 2 ist derart ausgelegt, dass er nur Spektralbereiche des Tageslichts erfasst, die im Wesentlichen außerhalb des von dem Beleuchtungsmittel 6 abgegebenen Spek­ tralbereichs liegen. Die Helligkeitssteuerung mit dem System erfolgt daher mittels jener Strahlungsanteile des Tages­ lichts, die außerhalb der von der künstlichen Beleuchtung ab­ gegebenen Spektren ist. Dies ermöglicht zum einen, dass der Sensor im Raum selbst angeordnet werden kann und dass die tatsächliche Tageslicht-Raumhelligkeit erfasst wird. Durch dieses Meßprinzip ist zudem in vorteilhafterweise ermöglicht, im Raum nur einen einzigen Helligkeitssensor 2 anzuordnen. Dem Helligkeitssensor 2 ist hierzu der bevorzugt als opti­ scher Kantenfilter ausgebildete Filter 3 zugeordnet, der die Spektralbereiche des künstlichen Beleuchtungsmittels 6 he­ rausfiltert.

Alternativ hierzu weist der Helligkeitssensor 2 ein Fotoele­ ment, insbesondere eine Fotodiode 30 (vgl. Fig. 4) auf, die für den nahen Infrarotbereich zwischen 800 nm und 1100 nm aus­ gebildet ist. Die Verwendung einer Infrarot-Fotodiode 30 ist im Vergleich zu dem speziellen Filter 3 wesentlich kostengün­ stiger. Zur besseren Abgrenzung des Spektralbereichs ist der Fotodiode zusätzlich ein sogenannter Tageslichtsperrfilter 32 (vgl. Fig. 4) vorgeschaltet. Beim Betrieb des Helligkeits­ steuersystems misst der Helligkeitssensor 2 den aktuellen Helligkeitswert HW, übermittelt diesen Wert an die Steuerein­ heit 4, in der die Korrelationskurven zwischen Helligkeits­ wert HW und Stellwert SW für die einzelnen Leuchtengruppen 8 abgelegt sind. In Abhängigkeit des Helligkeitswerts HW gibt die Steuereinheit 4 den Aktoren 10 der Leuchtengruppen 8 leuchtengruppenspezifische Stellwerte SW vor. Gemäß diesen Stellwerten SW steuern die Aktoren 10 die Energiezufuhr für die Leuchtengruppen 8 und somit deren Helligkeit.

Für eine kompakte Bauweise ist die Steuereinheit 4 bevorzugt im Helligkeitssensor 2 integriert. Damit die Erfassung des Helligkeitswerts HW von den Leuchtengruppen 8 möglichst unbe­ einflusst ist, strahlen diese zweckdienlicherweise lediglich in einem Spektralbereich, für den das menschliche Auge emp­ findlich ist. Dies hat zudem den Vorteil einer Energieeinspa­ rung im Vergleich zu Breitbandstrahlen.

Im Diagramm der Fig. 2 ist die relative Intensität I_rel für das Spektrum des Tageslichts bzw. die relative spektrale Empfind­ lichkeit E_rel des menschlichen Auges und zweier Fotodioden 32 gegenüber der Wellenlänge in Nanometern aufgetragen. Die Emp­ findlichkeit des menschlichen Auges erstreckt sich über einen Bereich zwischen 400 nm und etwa 750 nm, wie aus der Kurve 34 für die Augenempfindlichkeit zu entnehmen ist.

Die spektrale Empfindlichkeit E_rel der beiden Fotodioden 30 (jeweils mit vorgeschaltetem Tageslichtsperrfilter 32) ist in den Kurven 36 und 38 gezeigt, wobei die beiden Fotodioden 32 für einen Wellenlänge von 880 bzw. 950 nm ausgelegt sind, wo sie ihre maximale Empfindlichkeit aufweisen. Den Kurven 34 bis 38 überlagert ist das Spektrum 40 des Sonnenlichts. In der Fig. 2 ist weiterhin die Spektrallinie des Quecksilbers bei 1014 nm eingetragen. Leuchtstofflampen heutiger Bauart strahlen einen geringen Anteil der Energie mit dieser Spek­ trallinie ab. Vom Helligkeitssensor 2 wird daher bei Verwen­ dung von Leuchtstofflampen auch ein gewisser Anteil der von den Leuchtengruppen 8 abgegebenen Energie erfasst. Dies stört die Auswertung des im nahen Infrarotbereichs empfangenen Lichts nur geringfügig. Zudem werden diese Störanteile bei der Kalibrierung mit erfasst.

Wie bereits ausgeführt, wird von dem Helligkeitssensor 2 le­ diglich ein schmaler Raumbereich unter dem Erfassungswinkel γ erfasst. Der Lichteinfall über die Winkelbereiche α und β ist ausgeschlossen. Dadurch wird erzielt, dass der Helligkeits­ sensor 2 die tatsächlich im Raum herrschende Tageslicht-Hel­ ligkeit erfasst und keine Störeinflüsse das Ergebnis verfäl­ schen. Ein solcher Störeinfluss ist beispielsweise das direk­ te Auftreten von Sonnenstrahlen bei tiefstehender Sonne. Dies wird durch die Abschottung des Helligkeitssensors 2 über den Winkelbereich α, der bevorzugt einige Grad beträgt, verhin­ dert. Durch Abschottung über den Winkelbereich β werden zudem Störeinflüsse von Breitbandstrahlen, z. B. Arbeitsplatzleuch­ ten mit normalen Glühlampen, vermieden. Der Helligkeitssensor 2 gewährt also eine Rundumsicht im Bereich des Erfassungswin­ kels γ. Die im Raum vorhandenen seitlichen Leuchtdichten wer­ den im Helligkeitssensor 2 zu einem Helligkeitswert HW inte­ griert. Durch die Rumdum-Empfindlichkeit wird das subjektive Helligkeitsempfinden des menschlichen Auges gut nachgebildet. Die integrale Erfassung des Tageslichtpegels im gesamten Raum unter dem Erfassungswinkel γ bietet folgende Vorteile:

• - Der wandernde Sonnenstand wird durch die Helligkeitssteue­ rung miterfasst. Dies gilt auch für sehr flache Sonnenein­ strahlung, wenn Reflexionen an Wänden sich auf den Tages­ lichtpegel auswirken.
• - Es erfolgt eine automatische Reaktion der Helligkeitssteue­ rung auf Stellungen von an den Fenstern 22 angebrachten Ja­ lousien.
• - Es ist eine beliebige Anordnung von Fenstern 22 ermöglicht. Auch Oberlichter oder eine Rundumverglasung ist im Hinblick auf die Funktionsfähigkeit des Helligkeitssteuersystems nicht kritisch.
• - Wegen der Abschottung des Helligkeitssensors 2 nach unten in Richtung zu den Arbeitsflächen wird das Helligkeits­ steuersystem kaum von optischen oder geometrischen Ände­ rungen im Arbeitsbereich beeinflusst.
• - Eine Ausrichtung des Helligkeitssensors 2 ist nicht not­ wendig.

Zur Ermöglichung der Rundumsicht des Helligkeitssensors 2 un­ ter dem Erfassungswinkel γ ist gemäß Fig. 3 am Helligkeitssen­ sor 2 eine Blendenanordnung mit einer oberen Blende 44 und einer unteren Blende 46 vorgesehen. Mittels der oberen Blende 44 wird ein Lichteinfall unter dem Winkel α auf die licht­ empfindliche Fläche 48 des Helligkeitssensors 2 vermieden. Der lichtempfindlichen Fläche 48 ist ein Filter, beispiels­ weise der Tageslichtsperrfilter 32 vorgeschaltet, und die lichtempfindliche Fläche 48 ist vorzugsweise die Fotodiode 30. Die untere Blende 46 ist entlang einer Führungsschiene 50 verschiebbar gelagert. Sie schottet seitlichen Lichteinfall und Lichteinfall von unten unter dem Winkel β ab. An der un­ teren Blende 46 sind Markierungen 48 angebracht und an der Führungsschiene 50 befindet sich eine Gegenmarkierung 54. Mit der verschiebbaren unteren Blende 46 ist eine Variierung des Erfassungswinkels γ möglich, so dass dieser an unterschiedli­ che Raumgrößen angepasst wird. Damit wird erzielt, dass le­ diglich das von oberen Seitenwandbereichen reflektierte Licht von dem Messsensor 2 erfasst wird. An der Markierung 52 sind hierzu beispielsweise unterschiedliche Raumgrößen angegeben. Je nach tatsächlicher Raumgröße ist die entsprechende Markie­ rung mit der Gegenmarkierung 54 in Übereinstimmung zu brin­ gen.

Fig. 4 ist zu entnehmen, dass der Fotodiode 30 ein optisches Element 56 vorgeschaltet ist, über das das einfallende Licht auf die Fotodiode 30 gelenkt wird. Zwischen optischem Element 56 und Fotodiode 30 ist bevorzugt der Tageslichtsperrfilter 32 angeordnet, der undurchlässig für Spektralbereiche ist, die außerhalb der Empfindlichkeit der Fotodiode 30 liegen. Das optische Element 56 ist gemäß Fig. 4 bevorzugt als ein runder kegelförmiger Körper mit spiegelnder Oberfläche ausge­ bildet. Er bewirkt, dass nur seitlich einfallende Lichtantei­ le umgelenkt werden und auf die Fotodiode 30 fallen. Lichtan­ teile, die außerhalb des Erfassungswinkels γ eintreffen, wer­ den außerhalb der Fotodiode 30 reflektiert und damit nicht ausgewertet. Um den gewünschten Erfassungswinkel γ zu erhal­ ten, weicht die kegelgenerierende vorzugsweise von einer Ge­ raden ab und ist kurvenförmig ausgebildet.

Das von der Fotodiode 30 abgegebene Messsignal wird in einem ersten Verstärker 58 vorverstärkt und in einem zweiten regel­ baren Verstärker 60 endverstärkt. Die Verstärkerleistung des zweiten Verstärkers 60 wird über einen Prozessor 62 einge­ stellt. Dieser ist über einen Busankoppler 64 mit dem Daten­ bus 12 verbunden. Die Verstärkerleistung des zweiten Verstär­ kers 60 wird bei der Inbetriebnahme, insbesondere bei dem Ka­ librierverfahren, in einem ersten Schritt derart geregelt, dass das Sensorelement 2 eine geeignete Empfindlichkeit auf­ weist.

Das Kalibrierverfahren zum Abgleich des Helligkeitssteuersys­ tems auf die bestehenden Raumverhältnisse wird im Folgenden anhand der Fig. 5 und 6 in Verbindung mit der Fig. 1 erläu­ tert. Das grundsätzliche Vorgehen bei dem Kalibrierverfahren ist folgendes: Einstellung der Empfindlichkeit des Hellig­ keitssensors 2 in einem ersten Schritt und in einem zweiten Schritt die insbesondere zeitgleiche Aufnahme der jeder Leuchtengruppe 8 zugeordneten spezifischen Steuer- oder Kor­ relationskurve zur Ablage in der Steuereinheit 4. Zur Aufnah­ me der Korrelationskurve wird der Helligkeitswert HW vom Hel­ ligkeitssensor 2 erfasst und die von der Leuchtengruppe 8 be­ reitgestellte künstliche Beleuchtung über den Stellwert SW solange variiert, bis der von der Messeinheit 26 ermittelte Raumwert RW einem eingestellten Sollwert entspricht. Bei Er­ reichen des Sollwerts wird der aktuelle Stellwert SW dem herrschenden Helligkeitswert HW zugeordnet. Diese Zuordnung erfolgt im Tagesverlauf für unterschiedliche Tageslichtpegel. Um eine Verfälschung der Ergebnisse zu vermeiden ist die ma­ nuelle Bedienung des Beleuchtungsmittels 6 gesperrt, und sämtliche Jalousien und Sonnenblenden sind hochgezogen. Um sämtliche Tageslichtpegel zu erfassen, wird die Kalibrierung vorzugsweise an Sonnentagen vorgenommen. Eine Kalibrierung über mehrere Tage erhöht die Genauigkeit. Die Durchführung des Kalibrierverfahrens bei einem Sonnentag ist zweckmäßig, da die Intensität I des Tageslichtpegels erheblich von der Bewölkung abhängt, wie aus dem Intensitätsverlauf 66 bei ei­ nem Sonnentag und dem Intensitätsverlauf 68 bei einem bewölk­ ten Tag im Tagesverlauf t erkennbar ist. Die maximale Licht­ intensität I_max wird bei einem Sonnentag in der Regel am Vor­ mittag erreicht.

Bei dem Kalibrierverfahren werden die Messdaten der Messein­ heiten 26 an das Basisgerät 28 übermittelt, und zwar vorzugs­ weise drahtlos, um den Installationsaufwand möglichst gering zu halten. Hierzu bieten sich beispielsweise Funk- oder In­ frarotsignale an. Alternativ werden die Messeinheiten 26 an den Datenbus 12 angeschlossen. Die Messeinheiten 26 sind auf einer Arbeitsplatzhöhe h von 80 cm angeordnet. Sie ermöglichen bevorzugt eine Messung gemäß der DIN 5035 und weisen hierzu einen sogenannten Augencharakteristik-Filter auf.

Die Messeinheiten 26 werden vorzugsweise mit Batterien be­ trieben. Zur Energieeinsparung sind sie nur als Sender ausge­ staltet und übermitteln Messsignale zyklisch, also nichtkon­ tinuierlich. Insbesondere wird zur Datenübermittlung von den Messeinheiten 26 zum Basisgerät 28 eine Zeitschlitzsteuerung angewendet. Die von den Messeinheiten 26 übermittelten Daten umfassen neben dem Raumwert RW (Luxwert) vorzugsweise die Quelladresse der jeweiligen Messeinheit 26 und zusätzlich ei­ ne Meldung über den aktuellen Batteriezustand.

Um eine möglichst fehlerfreie Korrelation zwischen dem einer jeweiligen Leuchtengruppe 8 zugeordneten Stellwert SW und dem Helligkeitswert HW zu erhalten, sind die Messeinheiten 26 derart unter die Leuchtengruppen 8 plaziert, dass sie nur die jeweils Ihnen zugeordnete Leuchtengruppe 8 detektieren und Einflüsse von benachbarten Leuchtengruppen 8 möglichst gering sind. Prinzipiell ist die Durchführung des Kalibrierverfah­ rens auch mit nur einer Messeinheit 26 möglich, jedoch muss dann für jede Leuchtengruppe 8 separat eine Korrelationskurve ermittelt werden.

Vor Beginn des Kalibrierverfahrens wird das Installationssys­ tem auf die örtlichen Gegebenheiten vorparametriert. Dies ge­ schieht beispielsweise durch Anschluss eines herkömmlichen PCs. Da die Voreinstellungen über PC vorgenommen werden, ist die hardwaretechnische Ausführung des Installationssystems einfach und kostengünstig. Der Ablauf für die Aufnahme der Korrelationskurven erfolgt nach der Vorparametrierung voll­ ständig autark. Von Vorteil ist eine Adressenreservierung für das Installationssystem mit seinen Geräten Basisgerät 28 und Messeinheiten 26, und zwar eine Adressenreservierung im Bus­ system des Helligkeitssteuersystems. Dies hat den Vorteil ei­ ner lediglich einmaligen Adresseinstellung im Installations­ system. Das Basisgerät 28 ist beispielsweise als ein tragba­ res Notebook ausgestaltet.

Das Kalibrierverfahren wird mit dem Installationssystem auto­ matisch durchgeführt. Zur Einstellung der Empfindlichkeit des Helligkeitssensors 2 im ersten Schritt wird beispielsweise von dem Basisgerät 28 ein Applikationsprogramm in den Hellig­ keitssensor 2 eingespielt, der dann eine Selbstkalibrierung automatisch vornimmt. Mit der Selbstkalibrierung wird bei­ spielsweise begonnen, wenn kein Tageslicht vorhanden ist. Die Verstärkerleistung des regelbaren Verstärkers 60 wird auf Ma­ ximum gestellt. Sobald durch Zunahme des Tageslichtpegels ein maximal vom Helligkeitssensor 2 bereitgestellter Skalenend­ wert erreicht wird, wird die Verstärkung reduziert. Diese Routine wird jedesmal bei Erreichen des Skalenendwerts durch­ geführt. Die Skalenwerte entsprechen den Helligkeitswerten HW. Diese sind digitale Steuerwerte und nicht direkt zu den tatsächlichen Tageslichtwerten korrelierbar. Am Ende des Ta­ ges ist der Verstärkungsfaktor derart eingestellt, dass bei maximaler Lichtintensität I_max der maximale Skalenwert im Hel­ ligkeitssensor 2 erreicht wird. Die Empfindlichkeit des Hel­ ligkeitssensors 2 ist daher auf die räumlichen Gegebenheiten abgestimmt. Um Störeinflüsse, wie beispielsweise kurzzeitig auftretende Reflexionen zu unterbinden, müssen die Hellig­ keitspegel eine gewisse Zeitdauer vom Helligkeitssensor 2 er­ fasst werden, bevor eine Reduzierung der Verstärkerleistung vorgenommen wird. Der Verstärkungsfaktor und der Helligkeits­ wert HW sind für Diagnosezwecke auf Anfrage bevorzugt ausles­ bar.

Zur Überprüfung, ob im Tagesverlauf tatsächlich das erwartete Tageslichtmaximum erreicht wurde, wird über eine der Messein­ heiten 26 vorzugsweise der tatsächliche Lichtwert (Luxwert) ermittelt. Das Maximum des Lichtwerts ist über Tastendruck oder Fernabfrage auslesbar. Die Messeinheit 26 ist hierzu be­ vorzugt in Fensternähe aufgestellt. Die maximale Lichtinten­ sität I_max ist in der Regel jahreszeitenabhängig. Dies kann durch eine entsprechende Korrektur berücksichtigt werden. Falls das Intensitätsmaximum I_max bei der Kalibrierung nicht erreicht wurde, bleibt dies im Hinblick auf den Komfort des Beleuchtungssystems ohne Einfluss. Allerdings ist in diesem Fall die Energieeinsparung durch Abschalten von Leuchtengrup­ pen 8 bei ausreichendem Tageslichtpegel nicht ausgeschöpft. Denn der vom Helligkeitssensor 2 gemessene maximale Hellig­ keitswert HW wird bereits unterhalb des tatsächlichen Maximus des Tageslichtpegels erreicht. Der Helligkeitssensor 2 ist also gesättigt. Eine Zunahme des Tageslichtpegels über den Sättigungsbereich hinaus bleibt vom Helligkeitssteuersystem unberücksichtigt.

Sobald das Intensitätsmaximum I_max erreicht ist, wird der zweite Kalibrierungsschritt gestartet. Dies erfolgt bei­ spielsweise vollautomatisch, sobald eine kontinuierliche Ab­ nahme des Tageslichts detektiert wird. Alternativ ist ein ma­ nuelles Starten vor Ort oder auch durch Fernauslösung mög­ lich. Zur Ermittlung der Korrelationskurve, wie sie in Fig. 6 beispielhaft dargestellt ist, wird für jede Leuchtengruppe 8 eine separate Konstantlichtregelung aktiviert. Hierzu wird ein Sollwert vom Basisgerät 28 für den von der entsprechenden Messeinheit 26 ermittelten Raumwert RW vorgegeben. Zur Durch­ führung des Kalibrierverfahrens ist das Basisgerät 28 mit ei­ ner entsprechenden Applikationssoftware ausgestaltet. Über das Basisgerät 28 wird der Stellwert SW für die jeweilige Leuchtengruppe 8 solange variiert, bis der Raumwert RW mit dem Sollwert weitestgehend übereinstimmt. Ist kein Tageslicht vorhanden, so gibt der Helligkeitssensor 2 den Helligkeits­ wert 0 aus. Bei diesem Helligkeitswert wird die Beleuchtungs­ gruppe 8 maximal angesteuert. Der Stellwert SW ist auf Maxi­ mum (SW9) eingestellt. Mit zunehmendem Tageslichtpegel, also zunehmendem Helligkeitswert HW, wird der Stellwert SW redu­ ziert, bis die Leuchtengruppe 8 letztendlich gänzlich ausge­ schaltet wird (SW1). Der kontinuierliche Verlauf zwischen Stellwert SW und Helligkeitswert HW ist durch die gestrichel­ te Linie dargestellt.

Um den Speicherbedarf zu reduzieren werden nur einzelne Kor­ relationspunkte P1 bis P9 ermittelt, zwischen denen eine ge­ eignete Interpolation vorgenommen wird. Zur Ermittlung ge­ eigneter Korrelationspunkte P1 bis P9 wird bevorzugt folgen­ dermaßen vorgegangen: Das Verfahren beginnt bei Dunkelheit, der Stellwert ist auf SW9, dem maximalen Stellwert SW einge­ stellt. Die Beleuchtung des Raums wird ausschließlich mit künstlichem Licht vorgenommen. Der Stellwert SW9 ist dabei derart, dass ein Gleichgewicht zwischen Sollwert und Raumwert RW vorliegt. Mit zunehmendem Tageslicht wird zu jedem vorab festgelegten Stellwert SW1-SW9 das Gleichgewicht zwischen Raumwert RW und Sollwert ermittelt. Dabei überprüft eine Plausibilitätsroutine, welcher von zwei aufeinanderfolgenden gemessenen Raumwerten RW näher am Sollwert liegt. Dieser Punkt wird dann als Korrelationspunkt in die Korrelationskur­ ve eingetragen. Im Ausführungsbeispiel ist dies verdeutlicht durch den Korrelationspunkt P8 und dem Punkt P8'.

Zur Aufnahme der Korrelationskurve erfolgen bevorzugt mehrere Durchgänge, wodurch sich die Genauigkeit erhöht. Wichtig ist, dass während eines Sonnentags die Kalibrierung durchgeführt wurde, um sämtliche Ausleuchtungsmöglichkeiten durch das Ta­ geslicht zu erfassen.

Sobald die Korrelationskurve aufgenommen ist, wird dies bei­ spielsweise am Basisgerät 28 angezeigt. Die Korrelationskur­ ven für die einzelnen Leuchtengruppen 8 sind zunächst im Ba­ sisgerät 28 niedergelegt und werden anschließend in die Steu­ ereinheit 4 überspielt. Die zur Durchführung der Kalibrierung im zweiten Schnitt verwendete Applikationssoftware berück­ sichtigt vorzugsweise unterschiedliche Fehlerquellen, die beispielsweise durch die Einstrahlung fremder Leuchtengruppen 8 in die jeweilige Messeinheit 26 entstehen. Der Einfluss fremder Leuchtengruppen 8 wird alternativ durch Höhersetzen der Messeinheiten 26 eliminiert, wobei dann jedoch eine Kor­ rektur vorgenommen werden muss, die die veränderte Höhe be­ rücksichtigt.

Von Vorteil bei dem Kalibrierungsverfahren ist, dass die op­ tischen Eigenschaften der Messeinheiten 26 in der Korrela­ tionskurve mit erfasst und damit ausgeglichen werden. Eben­ falls wird eine eventuelle Dämpfung durch getönte Scheiben sowie die Spektrallinie des Quecksilbers mit erfasst und da­ durch ausgeglichen. Von Vorteil bei dem automatischen Kalib­ rierverfahren ist weiterhin, dass während des. Verfahrens eine vollwertige Nutzung des Raums gegeben ist, da für eine aus­ reichende Beleuchtung gesorgt ist.

Claims (23)

1. Verfahren zur Helligkeitssteuerung in einem Raum (14), bei dem ein Helligkeitswert (HW) von einem Helligkeitssensor (2) erfaßt, und bei dem in Abhängigkeit vom Helligkeitswert (HW) die Beleuchtung im Raum (14) mittels eines Beleuchtungsmit­ tels (6, 8) eingestellt wird, wobei zur Erfassung des Hellig­ keitswerts (HW) ein Spektralbereich des natürlichen Lichts herangezogen wird, der im Wesentlichen außerhalb des vom Be­ leuchtungsmittel (6, 8) abgegebenen Spektralbereichs liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Spektralbereich des Beleuchtungsmittels (6, 8) von einem lichteinfallseitig vor dem Helligkeitssensor (2) angeordneten Filter (3) herausge­ filtert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zur Erfassung des Helligkeitswerts (HW) ein Infrarotbereich, insbesondere der nahe Infrarotbereich zwischen 800 nm und 1100 nm, herange­ zogen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Licht vom Helligkeitssensor (2) rundum erfaßt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem von dem Helligkeitssensor (2) nur das seitlich von den Sei­ tenwänden (18) des Raums (14), insbesondere von den oberen Seitenwandbereichen, einfallende Licht erfaßt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem waagrecht und unter einem spitzen Winkel zur Waagrechten ein­ fallendes Licht von der Erfassung ausgenommen wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Beleuchtungsmittel (6) mehrere Leuchtengruppen (8) auf­ weist, die jeweils unabhängig angesteuert werden.

8. Helligkeitssteuersystem für einen Raum (14) mit einem Be­ leuchtungsmittel (6, 8), mit einem Helligkeitsensor (2) und mit einer mit diesem verbundenen Steuereinheit (4) zur An­ steuerung des Beleuchtungsmittels (6, 8) in Abhängigkeit eines vom Helligkeitssensors (2) erfaßten Helligkeitswerts (HW), wobei der Helligkeitssensor (2) zur Erfassung eines Spektral­ bereichs des natürlichen Lichts ausgebildet ist, der im We­ sentlichen ausserhalb des von dem Beleuchtungsmittel (6, 8) abgegebenen Spektralbereichs liegt.

9. System nach Anspruch 8, bei dem der Helligkeitssensor (2) einen Filter (3) für den von dem Beleuchtungsmittel (6, 8) ab­ gegebenen Spektralbereich aufweist.

10. System nach Anspruch 8 oder 9, bei dem der Helligkeits­ sensor (2) zur Erfassung eines Infrarot-Bereichs ausgebildet ist.

11. System nach Anspruch 10, bei dem der Helligkeitssensor (2) eine Infrarot-Fotodiode (30) aufweist.

12. System nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem der Helligkeitssensor (2) lichtunempfindlich ist für waagrecht und bis zu einem spitzen Winkel zur Waagrechten einfallendes Licht.

13. System nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem der Helligkeitssensor (2) lichtempfindlich ist ausschließlich für das von Seitenwänden (18) des Raums (14) einfallende Licht.

14. System nach Anspruch 12 oder 13, bei dem der Helligkeits­ sensor (2) eine Blendenanordnung (44, 46) aufweist.

15. Verfahren zur Kalibrierung eines Helligkeitssteuersystems für einen Raum (14), insbesondere eines Helligkeitssteuersys­ tems nach einem der Ansprüche 8 bis 14, bei dem ein Hellig­ keitswert (HW) mittels eines Helligkeitssensors (2) als Maß für die Helligkeit des natürlichen Tageslichts und ein Raum­ lichtwert (RW) mit Hilfe einer Meßeineit (26) als Maß für die Helligkeit im Raum (14) ermittelt werden, bei dem der Raum­ lichtwert (RW) über ein Beleuchtungsmittel (6, 8) mittels ei­ nes Stellwerts (SW) auf einen Sollwert eingestellt wird, und bei dem der so ermittelte Stellwert (SW) dem aktuellen Hel­ ligkeitswert (HW) zugeordnet und diese Zuordnung als Werte­ paar gespeichert wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem in einem ersten Schritt vor der Ermittlung des Wertepaars die Empfindlichkeit des Helligkeitssensors (2) an die maximal auftretende Licht­ intensität (I_max) des Tageslichts im Verlauf eines Tages ange­ passt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, bei dem die Kalibrie­ rung automatisch erfolgt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei dem die Meßeinheit (26) über einen Datenbus (12) oder drahtlos Daten an ein Basisgerät (28) übermittelt.

19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Datenübermittlung zyklisch erfolgt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei dem das Beleuchtungsmittel (6) mehrere im Raum verteilte Leuchten­ gruppen (8) umfaßt, und bei dem für jede Leuchtengruppe (8) eine Anzahl von gruppenspezifischen Wertepaaren ermittelt werden.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, bei dem im Verlauf eines Tages eine Anzahl von Wertepaaren ermittelt werden, die in einer Korrelationskurve für das Beleuchtungs­ mittel (6, 8) abgelegt werden.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21, bei dem der gemessene Raumwert (RW) mit einem Kalibrierungsfaktor gewich­ tet wird.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 22, bei dem der Raumlichtwert (RW) mit Hilfe von mehreren Messeinheiten (26) innerhalb des Raums (14) ortsäbhängig ermittelt wird.