Technik
Licht 7 | 2019

Robust, aber sensibel

Sensorbasierte Lichtsteuerung am Arbeitsplatz

Für die nutzungsabhängige Lichtsteuerung am Arbeitsplatz kommen sogenannte Präsenzmelder zum Einsatz. Diese Sensoren müssen eine sehr hohe Auflösung haben, denn sie sollen selbst kleinste Bewegungen wie das Tippen auf einer Tastatur sicher registrieren. Doch die Empfindlichkeit alleine sichert kein perfektes Ergebnis. Entscheidend ist auch die Wahl der richtigen Sensortechnologie. Sie muss zu den räumlichen Gegebenheiten und zur Erfassungsaufgabe passen. Dabei bestimmt die Funktionsweise der Sensor-Technologien Passiv- Infrarot, Hochfrequenz und Ultraschall, wann welche Technologie bei welcher Erfassungsaufgabe das beste Ergebnis liefert.

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Steinel Professional

Abb. 1 +2: Vom Einzelarbeitsplatz bis zum Großraumbüro – mit der Auswhl der richtigen Sensortechnologie lässt sich das Licht in allen Raumzuschnitten und Interieurkonzepten bedarfsgerecht managen. Die Lichtsteuerung in Abhängigkeit von Präsenz und Tageslichtangebot setzt spürbare Energieeinsparungen frei.

Passiv-Infrarot (PIR)

Abb. 3: Ein Passiv-Infrarot-Sensor reagiert auf Infrarot-Wärmestrahlung Steinel Professional

Ein hochempfindlicher PIR-Sensor reagiert auf die Infrarot-Wärmestrahlung des Menschen mit einem Schaltsignal (Abb. 3). Für eine präzise Bewegungsregistrierung ist gerade bei sitzenden Tätigkeiten eine hohe Auflösung des Sensors besonders wichtig. Je höher die Anzahl der Schaltzonen, also der Bereiche, zwischen denen Bewegungen stattfinden müssen, desto besser ist ihre Erfassungsqualität. Auch die Bewegungsrichtung ist bei PIR bedeutsam. Während Bewegungen quer zum Sensor besonders gut erfasst werden, verringert sich die Reichweite der sensorischen Erfassung gewöhnlich bei Bewegungen direkt auf den Sensor zu. Darüber hinaus hat auch die Platzierung des PIR-Sensors Einfluss auf das Erfassungsergebnis. Ein PIR-Sensor sollte so platziert werden, dass sein Erfassungsbereich nicht durch Gegenstände oder Hindernisse eingeschränkt wird. Da er auf Wärme reagiert, beeinträchtigen unter Umständen auch fremde Wärmequellen die Exaktheit der Erfassung.

Hochfrequenztechnologie (HF)

Im Gegensatz zur PIR-Technologie arbeitet die HF-Technologie als aktives System völlig temperaturunabhängig nach dem Doppler-Prinzip (Abb. 4). Es werden dabei elektromagnetische Wellen ausgesendet. Der Sensor empfängt das von Wänden und Objekten reflektierte Echo. Verändert es sich bei Registrierung einer Bewegung, wird ein Schaltsignal ausgelöst. Hier ist die Bewegungsrichtung für das Erfassungsergebnis unwichtig. Egal, aus welcher Richtung man sich dem Sensor nähert, es ist immer gleich gut. HF-Sensoren können Räume damit ohne tote Winkel lückenlos überwachen. Auch Bewegungen hinter Glas, Holz oder Leichtbauwänden können erfasst werden, da HF-Wellen diese Materialien durchdringen.

Abb. 4: Die HF-Technologie nutzt den Doppler-Effekt. Es werden elektromagnetische Wellen ausgesendet. Gibt es Veränderungen in dem von Wänden und Objekten reflektierten Echo, setzt der Sensor ein Schaltbefehl ab. Steinel Professional

Ultraschall (US)

Die nur für den Innenbereich geeignete Ultraschall-Technik ist ebenfalls ein aktives System. Ein Ultraschall-Sensor sendet eine für das menschliche Ohr nicht hörbare Frequenz von 40 KHz aus. Die Ultraschallwellen fluten quasi den Raum und füllen diesen vollständig aus (Abb. 5). Objekte im Raum werden umschlossen. Der sehr sensible US-Sensor erfasst somit auch Bewegungen hinter Gegenständen oder in abgewinkelten Raumbereichen ohne Sichtkontakt zur Person. Das nach dem Doppler-Prinzip ausgewertete Signal wird in ein Schaltsignal umgesetzt. Im Unterschied zur HF-Technik durchdringen Ultraschallwellen jedoch keine Materialien. Die Bewegungsrichtung sowie die Umgebungstemperatur sind auch bei dieser Technologie für das Erfassungsergebnis nicht bedeutsam.

Abb. 5: Auch die Funktion von Ultraschall-Sensoren beruht auf dem Doppler-Effekt. Hier werden Ultraschallwellen mit einer Frequenz von 40 KHz ausgesendet. Diese Sensoren können auch Bewegungen hinter Gegenständen oder in abgewinkelten Raumbereichen erfassen. Steinel Professional

Der richtige Sensor

Ob ein Arbeitsbereich verwinkelt, schlauchartig, großflächig oder eher klein ist – für eine funktionierende automatische Lichtschaltung muss die ausgewählte Sensortechnologie die räumlichen Gegebenheiten berücksichtigen. Darüber hinaus kann auch vorhandenes Tageslicht per Konstantlichtsteuerung über die Schnittstellen DIM, DALI und KNX mitberücksichtigt und so die Energieeffizienz weiter gesteigert werden.

Arbeiten im Großraumbüro

Ein Großraumbüro ist dadurch gekennzeichnet, dass sich auf einer großen Fläche viele Einzelarbeitsplätze befinden. Für die nutzungsabhängige Lichtschaltung muss der hier eingesetzte Sensor verschiedene Aspekte berücksichtigen. Zum einen sollte er über einen möglichst großen Präsenzbereich verfügen und zugleich eine hohe Auflösung besitzen. So wird einerseits sichergestellt, dass die meist kleinen Bewegungen an den Schreibtischen optimal erfasst werden. Andererseits kann hierdurch die Anzahl der zu installierenden Sensoren minimiert werden. Der Präsenzmelder »IR Quattro HD«von Steinel (Abb. 6) erfüllt diese Kriterien. Mit 4.800 Schaltzonen und einem quadratischen Präsenzbereich von 64 m2 ist er prädestiniert für den Einsatz auf großen Flächen.

Abb. 6: Der PIR-Sensor »IR Quattro HD« ist ein Präsenzmelder mit 4.800 Schaltzonen und 64 m2 Präsenzbereich Steinel Professional

Was aber, wenn, wie beispielsweise in einem Call-Center üblich, die Arbeitsplätze durch Trennwände voneinander abgegrenzt sind? Hier stößt die Erfassung des PIR-Sensors an seine Grenzen, denn der Sensor benötigt einen direkten Sichtkontakt zur jeweiligen Person, um deren Bewegungen erfassen zu können. Bei einer derartigen Raumkonstellation liefert der Ultraschall-Sensor »US 360« ein exaktes Ergebnis (Abb. 7). Mit einem 360°-Rundumblick besitzt er einen Präsenzbereich von 36 m2. Dank Ultraschall-Wellen kann der Sensor auch Bewegungen hinter Gegenständen erfassen, Trennwände oder Raumteiler stehen einem präzisen Erfassungsergebnis also nicht im Wege.

Abb. 7: DerUltraschall-Sensor »US 360« deckt über 360° 36 m2 Erfassungsbereich ab. Trennwände oder Raumteiler sind für ihn kein Hindernis. Steinel Professional

Auch ein Hochfrequenz-Sensor wie der »HF 360« würde mit seiner Reichweite von maximal 12 m im Durchmesser ein korrektes Ergebnis liefern, da HF-Wellen bestimmte Materialien durchdringen.

Abb. 8: Der »HF 360« hat eine Reichweite von maximal 12 m im Durchmesser. Die Hochfrequenz-Wellen können bestimmte Materialien durchdringen. Steinel Professional

Für spezielle Gegebenheiten im Großraumbüro stehen auch Sensoren bereit, die zwei Erfassungstechnologien miteinander kombinieren. Das Modell »DualTech« zeigt hier neue Möglichkeiten auf, indem das Einschalten des Lichts durch Infrarot und die Präsenzerfassung durch Ultraschall erfolgt.

Abb. 9: Dank Ultraschall kann der »DualTech KNX« sich bewegende Objekte auch ohne direkten Sichtkontakt zu ihnen erkennen. Die PIR-Technologie sorgt für zusätzliche Erfassungsmöglichkeiten. Steinel Professional

Arbeiten im Einzelbüro

Für die Bewegungsregistrierung in einem kleinen Büro oder Einzelbüro muss der eingesetzte Sensor so hochauflösend sein, dass er auch kleine Bewegungen bei sitzenden Tätigkeiten exakt erfasst. Der »IR Quattro MICRO« als kleinformatiger, ultraflacher 360°-Präsenzmelder besitzt für diese Aufgabe eine Präzisionslinse von nur 15 x 15 mm (Abb. 10). Trotz seiner geringen Aufbauhöhe erfasst der nur 43 mm große Präsenzmelder radiale Bewegungen auf einer Fläche von 4 x 4 Meter, tangentiale Bewegungen sogar auf 36 m2. Der kaum sichtbare Melder eignet sich damit besonders gut für die Überwachung einzelner Arbeitsbereiche.

Abb. 10: Der »IR Quattro Micro« ist kleinformatig und ultraflach, bietet aber trotzdem hohe Auflösung und große Erfassungsbereiche. Steinel Professional

Erfassung ohne Bewegung

Die zuvor erläuterten sensorischen Möglichkeiten setzen immer voraus, dass sich die Personen am Arbeitsplatz bewegen, wenn auch nur minimal. Wie aber lässt sich die Anwesenheit einer Person erkennen, wenn sie beispielsweise vollkommen ruhig am Schreibtisch sitzt und liest? In einem derartigen Fall kommt die von Steinel neu entwickelte »True Presence«-Technologie zum Einsatz. Als Erkennungsmerkmal dienen ihr nicht die Wärmestrahlung der Person oder ihre Bewegung, sondern ihre Vitalfunktionen in Form sehr feiner Atemsignaturen. Die »True Presence«-Technologie basiert auf feinsten Hochfrequenz-Messungen der Umgebung und hat eine extrem hohe Auflösung. Sie erfasst die Mikrobewegungen der Atmung als dreidimensionale Atem-Muster. In Kombination mit einer besonderen Signal-Auswertung sind allein die natürlichen Atem- oder Schulterbewegungen eines Menschen ausreichend, um die Anwesenheit einer Person absolut zuverlässig zu erkennen. Da die Sensordaten per Mikroprozessor ausgewertet werden, ist eine Nachlaufzeit praktisch überflüssig.

Abb. 11: Bei der »True Presence«-Technologie sind die Atembewegungen eines Menschen ausreichend, um seine Anwesenheit zuverlässig zu erkennen. Steinel Professional

Der flache, designprämierte Melder »True Presence« sowie der »True Presence Multisensor KNX« besitzen als 360°-Sensoren im »True Presence«-Bereich eine Reichweite von 9 m Durchmesser und decken damit einen Bereich von 64 m2 ab. Bei der herkömmlichen, mit heutigen Präsenzmeldern vergleichbaren Präsenzerfassung beträgt die Reichweite sogar 15 m. Dies entspricht einer Gesamt-Präsenzfläche von 177 m2. Damit können diese Melder zur Überwachung großflächiger Arbeitsbereiche eingesetzt werden. Durch das 100% sichere Erfassungsergebnis kann die automatische Lichtschaltung noch effizienter werden.

Weitere Informationen:

Steinel Professional, Herzebrock-Clarholz, www.steinel.de

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