IT-Infrastruktur für die LED-Beleuchtung
Smart Lighting
LED-Leuchten sind unbestritten sparsamer als herkömmliche Lampen. Aber Leuchtstoffröhren einfach nur durch LED-Leuchtmittel zu ersetzen, greift zu kurz. Erst im Zusammenspiel mit Sensoren und intelligenten Netzwerk-Switches können moderne LED-Beleuchtungslösungen ihre Vorteile richtig ausspielen. Denn über die Power-over-Ethernet-Technik sind sie wirtschaftlich und normkonform in die im Bürobereich ohnehin benötigte und bereits vorhandene LAN-Infrastruktur integrierbar.
"Alles bewegt sich fort, und nichts bleibt", stellte schon Heraklit im fünften Jahrhundert vor Christus fest. Von IT-Netzen wusste er sicher nichts, doch sein Prinzip des steten Wandels trifft auf nichts so zu wie auf die Informationstechnik. "Alles bewegt sich in Richtung IP", ließe sich an dieser Stelle sagen. Auch die Beleuchtung, die bis vor Kurzem noch Domäne der klassischen Elektrotechnik war, gehört mittlerweile dazu. Dies verwundert nicht, denn die herkömmliche Arbeitsplatzbeleuchtung mit Leuchtstoffröhren und Vorschaltgeräten ist trotz des anhaltenden technischen Fortschritts relativ unflexibel.
Das Bessere ist des Guten Feind
Das Konzept, bei einer Gasentladung entstehendes UV-Licht durch einen Leuchtstoff in sichtbares Licht zu verwandeln, ist nahezu hundert Jahre alt. Bereits 1938 begann General Electric mit der kommerziellen Produktion von Leuchtstoffröhren. Sie ermöglichten eine künstliche Beleuchtung und damit ein effektives Arbeiten in Fabrikhallen, Werkstätten und Büros. Seitdem haben sich Röhren und ihre Vorschaltgeräte weiterentwickelt. Sie wurden dimmbar, und die Leuchten sind in Bussysteme integrierbar und bieten damit per Knopfdruck unterschiedliche Lichtszenarien. Dies war ein guter Anfang, doch ist die Programmierung für solche Bussysteme noch immer aufwändig verglichen mit der Konfiguration von IP-Geräten per Mausklick.
Mittlerweile hat sich die anfangs belächelte Beleuchtung mit Leuchtdioden etabliert. Das Lichtspektrum moderner LEDs ist dem des natürlichen Tageslichts ähnlich, was für ein angenehmes Lichtempfinden sorgt. Die Energieeffizienz ist wesentlich höher als bei herkömmlicher Beleuchtungsarten. Im Gegensatz zu Leuchtstoffröhren arbeiten LEDs mit Niederspannung. Damit eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten: LED-Leuchten benötigen grundsätzlich keinen 230-V-Anschluss, je nach Ausführung können sie bequem mit Power over Ethernet Plus nach IEEE 802.3at arbeiten. Ein Elektroinstallateur ist für die Installation ebenfalls nicht mehr nötig.
LED-Beleuchtungslösungen bieten jedoch mehr als nur geringen Energiebedarf. Gepaart mit einer leistungsfähigen Sensorik können sie ihre technischen und wirtschaftlichen Vorteile erst richtig entfalten. Und die sind zahlreich.
Mit einem Präsenzmelder ist sehr einfach feststellbar, ob sich jemand im Raum befindet. Ist niemand da, ist auch keine Beleuchtung nötig, und das Licht geht aus. Kosten durch vergessene Beleuchtung, die das ganze Wochenende - oder in selten genutzten Räumen wie in Keller- oder Archivräumen noch sehr viel länger - aktiv ist, gehören damit endgültig der Vergangenheit an.
Ein Helligkeitssensor erfasst die momentane Beleuchtungsstärke. Die LED-Leuchten werden stufenlos gedimmt und ergänzen das einfallende Tageslicht so, dass auf der Arbeitsfläche konstant die gewünschte Beleuchtungsstärke herrscht. Schwankungen des Tageslichts, beispielsweise wenn sich eine Wolke vor die Sonne schiebt, gleicht das System in Echtzeit aus. Mit dieser Tageslichtanpassung sind enorme Einsparungen gegenüber der herkömmlichen Beleuchtung möglich. Experten sprechen von bis zu 80 Prozent an Reduzierung des Stromverbrauchs für die Beleuchtung.
Ein weiteres denkbares Szenario wäre das Nachführen vom Licht. Dabei sind nur die tatsächlich frequentierten Zonen beleuchtet, was zum Beispiel in langen Korridoren zusätzliches Einsparpotenzial birgt. Auch eine automatische Regelung der Beleuchtungsstärke in Abhängigkeit von der Anzahl der sich im Raum befindlichen Personen ist ebenfalls denkbar.
Möglich wird dies durch intelligente Controller, die die Leuchten abhängig von den Sensordaten intelligent regeln. In Leuchten installiert, werten sie die Daten der Sensoren direkt vor Ort aus, ohne dass zusätzliche Datenlasten über das Netz gehen müssen.
An einen leistungsfähigen Controller kann prinzipiell jeder denkbare Sensor angeschlossen sein. Damit können auch andere Systeme, die nichts mit der Beleuchtung zu tun haben, vom Sensornetzwerk profitieren. So ermöglicht beispielsweise die Kombination von Smart Light Controller und Präsenzmelder mit integriertem Helligkeits- und Temperatursensor eine Koppelung mit Heizung und Klimaanlage.
Da jede Leuchte mit einem Controller verbunden ist, kann die Steuerung sie einzeln ansprechen. Beim Umbau des Gebäudes oder einer Reorganisation des Großraumbüros mit neuer Raumaufteilung kann ein Betreiber die Leuchten ganz einfach per Mausklick zu beliebigen logischen Gruppen zusammenfassen.
Netzwerk-Switches entwickeln sich zu Steuerzentralen
Für die Konfiguration und das Management der Controller und damit der Leuchten sind weder ein aufwändiges und teures Softwarepaket noch zusätzliche Geräte nötig. Netzwerk-Switches haben sich längst zu intelligenten Steuerzentralen in Datennetzen entwickelt. Bei der mittlerweile mit ihnen zur Verfügung stehenden Rechenleistung können moderne, leistungsfähige Switches diese Aufgabe problemlos übernehmen. Die Stromversorgung der Leuchten übernehmen sie ohnehin schon mit PoE+.
Der Markt bietet passende Switches
Technologieunternehmen wie Microsens setzen mit derzeitigen Switch-Generationen auf neue Konzepte und ermöglichen die Installation und Ausführung von kleinen autarken Softwarebausteinen - sogenannten Apps -, ohne dass Änderungen an der Firmware nötig sind. Damit können solche Switches einfach durch entsprechende Apps weitreichende und komplexe Funktionen übernehmen. So erfasst die Smart Director App die beispielsweise drahtlos von einem Smartphone oder Tablet übermittelte Interaktion des Benutzers und übergibt entsprechende Steueranweisungen an den Leuchten-Controller weiter.
Mit einer passenden App ist es auch möglich, zu erkennen, ob eine physische Verbindung zum Controller besteht, selbst wenn die Leuchte ausgeschaltet ist. Über eine einfache Impedanzmessung erkennt der Switch, ob am anderen Ende der Verkabelungsstrecke ein Endgerät eingesteckt ist oder nicht. Das Öffnen abgehängter Decken ist dafür nicht mehr erforderlich. Switches mit PoE+ bieten ein weiteres Plus: Sind sie an eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) angeschlossen, arbeitet die LED-Beleuchtung auch bei Stromausfall.
Durch die Versorgung der Leuchten mit PoE+ genügen handelsübliche Datenleitungen statt Elektroleitungen für die Stromversorgung. Die Norm zur strukturierten Verkabelung DIN EN 50173 definiert im Teil 6 "Anwendungsneutrale Kommunikationskabelanlagen - Verteilte Gebäudedienste" seit Mai 2014 eine derartige Verkabelungsinfrastruktur. Diese universelle Verkabelung ist gedacht für alles, was im Gebäude verteilt ist und IP spricht: WLAN Access Points, IP-Kameras, Geräte der Gebäudeleittechnik, IP-fähige Sensoren, Aktoren - und die Beleuchtungssteuerung.
Der Ansatz LED-Leuchten via PoE zu speisen bietet mit zwei entscheidende Vorteile: Dezentralität und Skalierbarkeit. Einzelne oder mehrere Räume lassen sich von einem dezentralem Switch (Smart Engine) über PoE+ mit elektrischer Energie versorgen. Der im Raum installierte Switch ist über die Smart Director App mit der Steuerzentrale verbunden, die von den Sensoren gelieferte Stellgrößen oder Benutzerinteraktionen aufnimmt und in Steueranweisungen an die Leuchten umsetzt.
Teile und herrsche
Die hohe Skalierbarkeit der Microsens-Smart-Lighting-Lösung stellt zudem eine unkomplizierte Erweiterung sicher. Nutzer können ihre Beleuchtungskonzepte flexibel im Raum, von Raum zu Raum und in Gebäudeabschnitten ausbauen. Eine übergeordnete Softwareplattform ermöglicht zudem eine zentrale Überwachung und Konfiguration aller Systemkomponenten. Zusätzlich kann der Betreiber Statistiken etwa über Energieverbrauch und Raumbelegung erstellen.
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