Значительную долю энергопотребления современных городов составляют затраты электроэнергии на освещение. Это освещение жилых домов, офисных зданий, торгово-развлекательных центров и производственных помещений, световая реклама, освещение улиц и архитектурная подсветка городских достопримечательностей. Сократить расходы можно за счет замены морально устаревших светильников новыми энергосберегающими лампами. Не растрачивать электричество впустую поможет и автоматизация систем освещения.
Проблема энергоэффективности не решается только применением энергосберегающих ламп. Чтобы уменьшить затраты на электроэнергию, важно как можно раньше приступить к внедрению в систему освещения энергоэффективных технологий.
Исследование работы аналоговых систем управления освещением, действующих на базе фоторезисторов (аналоговых датчиков освещенности), показало, что даже самый простой вариант автоматизации позволяет ощутимо сократить потребление электричества. Инновационные технологии помогают сэкономить еще больше. К тому же они обладают дополнительными возможностями и имеют ряд важных преимуществ.
На российском рынке систем управления освещением (СУО) долгое время присутствовали преимущественно производители компонентов. Компаний, которые предлагали бы готовые решения, были единицы.
Однако, по мнению специалистов, в большинстве случаев отдельные элементы оказываются малоэффективными. Они не способны обеспечивать необходимый уровень функциональности в структуре системы. В первую очередь речь идет об управлении яркостью светильников. Помимо этого возникают сложности с монтажом электропроводки и установкой оборудования для управления дневным освещением. Нередко это приводит к сбоям в работе осветительных систем и вызывает жалобы потребителей.
На протяжении десятилетий все СУО были аналоговыми. Они строились по классической схеме и могли отличаться друг от друга лишь незначительными деталями. Ключевым элементом такой схемы, как правило, является контроллер. С одной стороны к нему подключаются датчики, а с другой – исполнительные устройства. Все элементы системы управления обмениваются данными с помощью аналоговой связи.
Монтаж, ввод в эксплуатацию и настройка таких СУО отличаются определенными трудностями. Но задача еще больше усложняется, если конструкция системы предполагает подключение сразу нескольких контроллеров.
Во второй половине ХХ века бурными темпами начали развиваться цифровые технологии. У разработчиков систем управления освещением появилась возможность строить более эффективные схемы. Эти схемы обеспечивают управляемость большим количеством осветительных приборов, что способствует экономии электроэнергии, повышает уровень комфорта и обеспечивает безопасность жизни людей.
Современные автоматические СУО выполняют следующие функции:
- Обеспечение коммуникаций, надежной связи между отдельными устройствами, объединенными в единую систему;
- Плавное адресное регулирование интенсивности света и, как следствие, уровня освещенности;
- Реагирование на присутствие людей в помещении, где осветительные приборы подключены к автоматической системе управления освещением;
- Поддержание заданного уровня освещенности;
- Учет интенсивности естественного освещения;
- Возможность управлять отдельными группами осветительных приборов в зависимости от параметров предварительно установленного светового сценария;
- Включение, выключение, корректировка интенсивности света по расписанию, в зависимости от дня недели и времени суток;
- Возможность интеграции с системой «умный» дом или город.
Обычные неинтеллектуальные системы, создаваемые на базе переключателей, диммеров и огромного количества проводов, многие из этих функций не поддерживают. Поэтому еще в 1980-х гг., когда возникла потребность в более функциональных СУО, компании-производители приступили к разработке цифровых систем управления.
Вскоре появились первые результаты. Однако большинство из них носили проприетарный характер. Такие СУО были закрытыми. Их было сложно проектировать и интегрировать с элементами других систем. Помимо этого возникали сложности в процессе эксплуатации и модернизации уже реализованных проектов.
В рамках протокола
Производители были заинтересованы в привлечении и удержании клиентов, поэтому они прикладывали максимум усилий для популяризации своих технологий. Самые удачные и перспективные разработки первым делом становились стандартами де-факто, а впоследствии и де-юре. В результате стремления участников рынка к унификации возникло несколько стандартизированных протоколов управления освещением. Рассмотрим наиболее распространенные из них.
Стандарт 0–10 В. Первый опыт разработки удобного инструмента управления работой осветительных приборов был связан с аналоговыми устройствами. Это объясняется тем, что на момент создания стандарта 0-10 В эти технологии были как наиболее развитыми, так и часто реализуемыми на практике.
О создании стандарта Е1.3 было объявлено в 2001 г. Он стал результатом совместных разработок рабочей группы по протоколам управления ESTA. По сути это один из самых первых стандартов управления освещением, который и сегодня остается действующим.
По этому стандарту управление освещением осуществляется аналоговым сигналом постоянного тока напряжением до 10 В. Документ регламентирует диапазоны напряжений, гарантирующих сочетаемость оборудования Е1.3 и многих устаревших моделей с аналоговым управлением 0-10 В, которые были изготовлены и установлены до утверждения стандарта. В частности:
- в разделе 6.1.1 прописан предел выходного напряжения для передатчиков в диапазоне от -0,2 до +12 В;
- в разделе 6.2.1 установлен минимальный диапазон напряжения, на который должен быть рассчитан приемник. Это интервал от -0,5 до 30 В.
В аналоговых системах в стандарте 0-10 В могут быть использованы кабели любого типа. Однако падение напряжения на линии для таких систем может вылиться в серьезную проблему. Если сечение и нагрузка проводника просчитаны с ошибками, может быть превышен максимально допустимый предел падения напряжения. По аналогичной причине может возникнуть нежелательное влияние каналов управления друг на друга. Чтобы этого избежать, контроллеры запитываются от контролируемых диммеров.
Для того чтобы снизить уровень напряжения, энергетикам нередко приходится объединять несколько проводников в шине или увеличивать диаметр сечения.
Ключевыми преимуществами аналогового стандарта 0-10 В являются простота использования, удобный процесс поиска неисправностей, возможность быстро обнаружить и устранить неполадки. На линии не присутствуют быстро меняющиеся дискретные сигналы. Поэтому любое устройство с активным выходом и вся управляющая цепь легко тестируются с помощью вольтметра.
Простота применения и сравнительно невысокая стоимость реализации проектов, разработанных в соответствии с этим протоколом, способствуют тому, что документ активно используется и сегодня. Следует подчеркнуть, что координация подобных устройств с аналоговым выходом программируемого логического контроллера (ПЛК) проходит без технических сложностей.
Функцию управления по постоянному напряжению поддерживает большинство диммируемых электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА, стандарт EN 60929). Эти устройства и сами могут выступать в роли источника тока для цепи управления. Поэтому в несложных случаях для регулирования яркости светильников достаточно подключить потенциометр.
Аналоговые СУО нуждаются в прокладке огромного количества кабельных коммуникаций, где к каждому устройству протягивается отдельный провод. Эта особенность конструкции делает их массивными и громоздкими, а реализация таких проектов требует значительных инвестиций. Несмотря на дороговизну, такие системы управления освещением надежностью не отличаются.
Наряду с аналоговым стандартом действуют цифровые автоматические системы управления освещением. «Цифра» обладает большим потенциалом, и новые СУО имеют массу преимуществ перед своими предшественниками. Прежде всего, цифровая связь отличается хорошей помехозащищенностью, для нее характерна простота прокладки коммуникаций и возможность произвольной переадресации. Цифровые системы позволяют наладить обратную связь с устройствами, они отлично интегрируются с беспроводными технологиями.
Протокол DMX512. Это цифровой протокол. Он разработан комитетом USITT/ESTA и впервые был представлен широкой аудитории в 1986 году. Стандарт описывает метод цифровой передачи данных между контроллерами, осветительным и дополнительным оборудованием, изготовленным разными компаниями-производителями. В документе описаны электрические характеристики, формат данных, протокол обмена данными и способ подключения устройств.
Стандарт DMX512 позволяет по одной линии связи длиной до 1 км одновременно управлять работой 512 каналов. К одной линии может быть подключено до 32 устройств. До создания протокола управление работой диммеров осуществлялось по отдельным проводам с управляющим напряжением, идущим к каждому устройству, или при помощи разных гибридно-аналоговых систем, которые не имели общего стандарта.
Протоколу DMX512 свойственны как преимущества, так и некоторые недостатки. Несмотря на это, активно используется и в настоящее время является одним из основных стандартов, на котором основана работа большинства светотехнических систем. Он простой и доступный для производителей, универсальный при использовании, поэтому заслужил положительные отклики потребителей.
Средством передачи данных DMX512 является кабель, соответствующий стандарту EIA-485 (RS-485), который состоит из одной-двух низкоемкостных витых пар, помещенных в оплетку и экранированных фольгой. На данный момент вторая витая пара используется нечасто. Ожидается, что дальнейшее развитие стандарта будет способствовать более активному ее использованию. Линии передачи по этому стандарту характеризуются низкой помехозащищенностью, поэтому эксперты не рекомендуют прокладывать их вблизи силовых кабелей.
Устройства DMX512 допускают адресацию. Ее принцип может быть как групповым, так и произвольным. При групповой адресации задается базовый адрес и указывается диапазон пула адресов устройства.
Принцип произвольной адресации означает, что любому из каналов, которые принадлежат одному устройству, можно присвоить любой из 512 свободных адресов. Базовый адрес канала в диапазоне от 0 до 511 присваивается методом установки на устройстве девяти DIP-переключателей.
В случае если количество устройств превышает 512 шт. и возникает необходимость расшить систему, следует создать структуру с многопортовым контроллером-разветвителем. На каждом порту такого прибора может присутствовать элемент, включающий до 512 устройств.
Формально построение многопортовой схемы находится вне области действия стандарта, который предусматривает наличие в системе не более 512 устройств. DMX512 – это асинхронный протокол. Следовательно, любой фрейм может быть послан в любой момент, когда линия свободна.
Протокол не обеспечивает реализацию полного спектра функционала, свойственного самым современным СУО. Тем не менее он эффективно справляется с решением многих задач управления освещением. DMX512 прост в исполнении и отличается относительно низкими затратами на реализацию проектов. Благодаря этим свойствам он широко используется в системах управления LED-светильниками.
RDM – это также продукт компании ESTA. Создание протокола открыло новые возможности для систем DMX512, позволив им стать двунаправленными – способными выполнять одновременно прием и передачу данных. В протоколе RDM сообщения охватывают весь спектр типовых задач, связанных с управлением системами освещения:
- запрос и установка DMX-адреса (команды GET и SET);
- установка режима работы и других настроек электрооборудования;
- контроль датчиков.
С помощью команд GET и SET протокол обеспечивает возможность динамической конфигурации устройств и позволяет управлять системой способами, которые до этого были недоступными.
Специалисты акцентируют внимание на том, что более ранние продукты стандарта DMX не способны поддерживать расширение RDM. Еще одна сложность состоит в том, что для того чтобы формально соответствовать стандарту RDM, необходимо реализовать лишь ограниченное количество описанных в документе функций. Следовательно, некоторое соответствующее стандарту оборудование может поддерживать не все требуемые функции.
Оборудование RDM присутствует на рынке электротехники более 10 лет, поэтому выбор представленных здесь продуктов достаточно обширный. Это в равной степени относится ко всем категориям оборудования.
Например, потребителям предлагается огромный выбор контроллеров: от самых обычных и сравнительно недорогих моделей, функционал которых позволяет лишь обнаружить устройство и задать ему несколько простых установок, до полнофункциональных панелей с собственным интерфейсом.
Стандарт RDM поддерживает автоматическую конфигурацию сети. В процессе работы контроллер отправляет запрос ко всем подключенным к линии устройствам и в качестве ответа получает отчет об их функциональных свойствах с описанием текущей конфигурации.
На сегодняшний день стандарт DMX используется достаточно активно. Однако описанных в нем методов уже недостаточно для полноценной реализации многих запланированных проектов. Поэтому пользователи рассматривают частично совместимый с ним RDM в качество одного из тех перспективных решений, которые позволят развивать системы управления работой осветительных приборов для архитектурной и наружной подсветки с возможностью организации световых шоу и др.
DALI. Цифровой интерфейс является одной из последних разработок в сфере управления осветительными системами. Решение ведущих производителей световых решений принять общий протокол для цифровых адресных контролируемых осветительных приборов открыло неограниченные возможности для управления искусственным освещением.
Протокол был разработан в 1999 г. История его создания началась с системы управления DSI, разработанной специалистами компании Tridonic для обеспечения обмена данными и взаимодействия между собственными продуктами. DSI – это неадресный протокол. Документ предусматривает групповую адресацию всех устройств на неполярной шине, что минимизирует угрозу выхода системы из строя в результате неправильно выполненного подключения.
Эта особенность дублируется и в шинах DALI. Именно проприетарный протокол, который не был доступен другим компаниям, послужил основой для разработки более совершенного интерфейса DALI, впоследствии ставшего международным стандартом. Обновленный протокол поддерживает огромное количество ламп разного типа. При этом обеспечивается эффективное единообразное управление всеми светотехническими приборами, подключенными к системе, независимо от особенностей конструкции и свойств источника света.
Стандартизированное управление другими элементами (речь идет об аварийных устройствах, драйверах, трансформаторах, переключателях, кнопках, реле, датчиках и т. д.) обеспечивает простоту проектирования и программирования осветительных систем. Протокол и элементы DALI предназначены исключительно для управления осветительными системами. Благодаря узкой специализации решение является высокоэффективным и недорогим в реализации.
Системы DALI легко масштабировать.
Управление освещением на базе интерфейса DALI может быть легко интегрировано в различные системы автоматизации управления освещением офисных, складских, торговых и производственных зданий, а также помещений культурно-массового и развлекательного назначения.
Для этого устанавливаются специальные шлюзы, которые образуют интерфейс между системой автоматизации здания (например, KNX) и цифровой системой освещения. Таким образом, в единую сеть соединяются два главных стандарта для управления техникой здания. При этом сокращаются сроки монтажа и минимизируются затраты на установку систем. К тому же они становятся более гибкими в управлении и удобными в эксплуатации.
Одним из важных преимуществ систем DALI является простота масштабирования. У пользователя есть возможность увеличить количество подключаемого оборудования от одной комнаты до огромного комплекса зданий.
По сути это система с распределенным интеллектом, где каждому устройству присвоен свой индивидуальный адрес. При подключении и переназначении групп светильников каждый из них помнит свою принадлежность и все характеристики заданного светового сценария: скорость диммирования, максимальное и минимальное значение разрешенного уровня яркости и т. д.
У устройств системы нет необходимости коммутировать по питающей силовой цепи. Они включаются и выключаются управляющими сигналами шины DALI. Цифровой интерфейс поддерживает разные типы осветительных систем, где в произвольных сочетаниях могут быть использованы электронные пускорегулирующие аппараты для люминесцентных осветительных приборов, диммеры для ламп накаливания и LED-светильников, источники питания и оборудование для управления.
На физическом уровне передачи в протоколе DALI применяется самосинхронизирующееся Манчестерское кодирование – это один из способов представления сигнала, при котором во время передачи одного бита данных приемник синхронизируется с передатчиком за счёт 1-го перехода одного потенциала на другой. Таким образом, принимающая сторона безошибочно определяет начало и конец передаваемого бита, не прибегая к помощи сигнала синхронизации.
Цифровой интерфейс DALI различает групповую и индивидуальную адресацию: включение/выключение как отдельных ламп, так и целых групп. Один и тот же светотехнический прибор может функционировать как в составе группы, так и индивидуально. Также существует тип широковещательных сообщений. Они принимаются всеми без исключения устройствами, подключенными к линии (независимо от настроек их текущих адресов).
Адреса присваиваются мастер-устройством на этапе первоначального опроса. Процесс раздачи адресов и распределение устройств по группам выполняется на уровне ПО, поэтому не оказывает влияния на особенности монтажа осветительных систем.
Стандарт разрабатывался как узкоспециализированный документ, регламентирующий управление осветительными приборами. Его действие распространяется только на элементы систем освещения и не затрагивает системы управления зданиями (например, «умный дом»).
Особенности цифрового интерфейса DALI:
- источник питания шины рассчитан на максимально допустимый ток 250 мА;
- каждое подключенное к шине устройство должно потреблять не более 2 мА;
- максимально допустимая длина сегмента составляет 300 м;
- подключенные к одной линии электронные устройства могут быть запитаны от разных фаз сети;
- проводники можно прокладывать вместе с силовыми линиями 230 В;
- диапазон диммирования составляет 0,1-100%;
- изменение интенсивности светового потока стандартизировано. При разработке стандарта учитывалась комфортность восприятия света глазом человека;
- предусмотрено сохранение и воспроизведение 16 световых сценариев режимов освещения. Помимо этого система собирает и хранит информацию о различных параметрах. Это может быть исправность/неисправность осветительных приборов, включена/выключена лампа, установленный уровень освещенности, заданный уровень мощности аварийного освещения и т. д.;
- в случае перебоев или полного прекращения энергоснабжения контроллер запоминает текущие настройки. После включения электроэнергии автоматически восстанавливается последнее рабочее состояние.
Технология Х10: автоматизация домашнего освещения
Х10 – это международный стандарт, который применяется для связи электронных устройств в домашних автоматических системах, в том числе и в системах освещения. Он определяет метод и протокол передачи управляющих команд на модули с подключенными к ним бытовыми и светотехническими приборами с использованием электропроводки или беспроводных технологий.
В общей сложности к сети Х10 может быть подключено не более 256 групп электронных устройств с разными адресами. Конструкция сети предполагает взаимодействие устройств, которые можно поделить на две категории:
- Контроллеры. Функция этих устройств состоит в формировании команд. Помимо обычного кнопочного управления они могут быть оборудованы встроенным таймером. Также в контроллеры могут быть интегрированы специальные датчики, реагирующие на внешнее воздействие. В качестве примера таких устройств можно привести фотоприемник инфракрасного излучения и датчик освещенности.
- Исполнительные модули. Здесь название говорит само за себя. Модули исполняют команды, поступающие от контроллеров. Они управляют коммутацией электропитания подключенных к линии электробытовой техники и светильников, выступая при этом в роли интеллектуального выключателя.
Самое широкое распространение получили исполнительные ламповые и приборные модули. Ламповые модели – это тиристорные регуляторы мощности. Они выполняют функции включения, выключения и плавной регулировки яркости свечения осветительных приборов.
В конструкцию приборных модулей входит электромагнитное реле, которое обеспечивает переключение питания. В этих устройствах опция плавного регулирования мощности не предусмотрена.
Функционал сети Х10 состоит из передатчиков, приемников, пультов дистанционного управления, трансиверов, принимающих сигналы от пультов ДУ, а также измерительного и линейного электрооборудования.
Принцип работы систем домашнего освещения в рамках технологии Х10 основан на передаче сигналов по силовым электропроводам напряжением 220 В. Для этого используются «пакеты» колебаний на частоте 120 кГц длительностью 1 мс.
Каждое управляемое устройство подключается к сети с помощью индивидуального приемника и имеет свой адрес, который состоит из двух символов. Первый обозначается латинскими буквами от А до Р и соответствует коду дома, второй – цифрами от 1 до 16 и означает код устройства. Каждой команде также соответствует свой двоичный код, где 0 символизирует код устройства, а 1 означает код команды.
В качестве передающего устройства может быть использован таймер, телефонный контроллер, панель системы безопасности, компьютер, интерфейс тревоги/управления и др. Помимо этого передатчики могут быть беспроводными. Управление такими приборами осуществляется дистанционно при помощи пультов, датчиков, специальных брелоков и других устройств, использующих радиосигнал 310 или 433 МГц. В дальнейшем такая команда поступает на приёмник, который конвертирует её в управляющую и при этом соответствующую стандарту Х10.
С помощью двухстороннего компьютерного интерфейса СМ11 пользователь может заранее запрограммировать несколько временных сценариев для системы освещения. Это могут быть команды «просмотр кино», «прием гостей» и другие варианты, подобранные по усмотрению владельца дома. После того, как все сценарии интерактивного представления будут сохранены в интерфейсе, компьютер можно выключать.
Нужный сценарий запускается с помощью пульта дистанционного управления. Нажатие одной кнопки передает радиосигнал. Трансивер его принимает, трансформирует в управляющий сигнал Х10 и передает интерфейсу ПК, который может достоверно имитировать наличие в доме людей. Функционал СМ11 позволяет учитывать время рассвета и заката.
Автоматизация систем офисного освещения
Каждый вид деятельности, который требует концентрации внимания на каком-либо объекте, нуждается в определенном уровне освещенности помещения. По оценкам экспертов, недостаточная освещенность, так же как слишком яркий свет снижают работоспособность сотрудников и негативно отражаются на результатах их труда. Поэтому одной из основных задач работодателя является обеспечение работников комфортными рабочими местами.
Современные здания, возведенные в соответствии со стандартами «зеленого» строительства, используют природные ресурсы с максимальной эффективностью. Так же рационально потребляют электроэнергию бизнес-центры и офисы, в которых используются автоматические системы управления освещением.
Грамотно продуманные и правильно реализованные СУО обеспечивают комфортное освещение, соответствующее нормам освещенности рабочих мест. При этом обеспечивается возможность автоматической регулировки режима работы осветительных приборов в зависимости от яркости естественного света.
Преимущество автоматизированных СУО заключается в том, что работникам не надо самостоятельно отслеживать яркость дневного света и задумываться о необходимости включения или выключения освещения в ручном режиме. Помимо этого автоматизация не только обеспечивает комфорт, но и позволяет снизить затраты на оплату освещения, поскольку осветительные приборы будут включаться только тогда, когда это действительно необходимо.
Отличительной особенностью современных офисных помещений является наличие больших открытых площадей, на которых размещается огромное количество рабочих мест. В офисах, спроектированных по типу OpenSpace, нет стен. В качестве визуальных разделителей рабочих зон используются перегородки, изготовленные из пластика, стекла или деревянных панелей. В таких условиях каждое рабочее место освещается по-разному, следовательно, и потребность в искусственном освещении у них разная.
Помимо этого нередко случается так, что «кабинеты» пустуют. Это происходит потому, что работники периодически уходят в отпуск или на больничный. Также они могут находиться в командировке, посещать совещания, семинары, работать «в полях» и т. п. Во время отсутствия сотрудников нет необходимости освещать их рабочие места и тратить на это электроэнергию.
Чтобы организовать эффективное управление системой офисного освещения с учетом конкретных условий работы для каждого рабочего места, необходимо обозначить несколько критериев, по которым СУО будет распознавать присутствие работника в офисе и определять текущий уровень освещенности. На основании собранной информации автоматика будет эффективно управлять искусственным освещением.
С этим заданием может справиться дистанционно управляемый потолочный датчик присутствия PD2-M-1C. Устройство оснащено одним каналом для управления освещением и оптической системой, которая чутко реагирует на малейшее движение, попавшее в зону его действия. Угол обнаружения составляет 360°, радиус действия достигает 10 м. Зона действия может быть расширена за счет установки нескольких SLAVE-устройств.
Датчик изготавливается в трех вариантах:
- маркировкой FC обозначены модели, предназначенные для скрытого монтажа в подвесной потолок;
- обозначение FM информирует потребителя о том, что устройство предназначено для монтажа в установочную коробку;
- буквы SM в названии сигнализатора присутствия обозначают, что электроприбор может быть использован для открытого монтажа.
Датчик может быть интегрирован в любые системы диспетчеризации здания. На рынке также представлены модели с разными стандартами управления:
- 1-10V;
- DALI(address);
- DALI(broadcast);
- KNX.
Функционал PD2-M-1C позволяет управлять устройством в ручном режиме с помощью кнопочного выключателя. Эта опция нашла применение в обустройстве переговорных комнат, когда необходимо выключить искусственное освещение перед демонстрацией слайдов и презентаций.
Для освещения складских помещений, вестибюлей, отдельных рабочих мест в осветительных системах используются датчики присутствия в комбинации Master&Slave. В этих сигнализаторах понятия master и slave обозначают схему подключения элементов СУО, где master – ведущее устройство, а slave – одно или несколько ведомых, которые лишь отправляют импульс главному датчику.
Сочетание Master&Slave расширяет зону действия ведущего датчика, что позволяет более эффективно управлять длинной группой светильников. Однако на этапе проектирования автоматической системы управления освещением необходимо помнить о том, что установка двух и более Master-устройств в датчиках присутствия может спровоцировать рассогласованность, что приведет к ошибкам в работе СУО.
Схема подключения Master&Slave может быть использована для автоматизации больших по площади помещений. Например, складов. В проходе между стеллажами устанавливается Master, а в глубине прохода монтируются несколько Slave-устройств. При этом главный датчик оснащен всем необходимым функционалом, в то время как задача ведомых устройств заключается в обнаружении движения.
Master может самостоятельно контролировать свою зону детекции. Таким образом, работники, которые находятся в области действия одного такого устройства, активируют только часть системы освещения, не включая светильники в тех частях помещения или здания, которые в настоящее время в освещении не нуждаются.
От простых диммеров до интеллекта
На протяжении продолжительного периода времени самым простым и распространенным способом управления освещением оставались диммеры. Однако у этих устройств есть несколько серьезных «минусов»:
- низкая эффективность;
- искажение синусоидальной формы регулируемого напряжения;
- создание помех, вплоть до радиочастотных;
- со светорегуляторами несовместимы люминесцентные лампы и источники света, оснащенные дополнительными устройствами;
- устройства зачастую используются для диммирования света на территории одной комнаты, когда и диммер, и управляемый им светильник установлены в одном помещении.
В ходе эволюции систем управления освещением подача электроэнергии и сигналов управления разделились. Во многих схемах электроэнергия поступает по силовой проводке, а для обеспечения функций управления прокладывается отдельная слаботочная кабельная инфраструктура.
Такие СУО могут интегрироваться с другими системами автоматизации зданий: пожарной и охранной сигнализацией, системами видеонаблюдения, вентилирования, отопления и т. д. Помимо этого, любая современная компания пользуется компьютерными сетями, а это предполагает монтаж отдельной кабельной системы.
Много инфраструктур – много проводов. Это неудобно, сложно, затратно, небезопасно и негибко. С появлением возможности питать конечные устройства с помощью кабелей «витая пара» подход к проектированию и строительству сетей интеллектуальных зданий существенно изменился.
Реализация таких проектов стала возможной благодаря использованию пакетной технологии компьютерных сетей Ethernet. Ее стандарты определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат пакетов и протоколы управления доступом к среде на канальном уровне модели OSI.
Тенденция к совершенствованию систем освещения привела к использованию на практике технологии РоЕ, созданной с использованием Ethernet. В структуру таких систем входят несколько компонентов:
- сетевая инфраструктура, которая смонтирована с применением высокопроизводительного кабеля связи «витая пара», состоящего из одной или нескольких пар изолированных и скрученных между собой проводников, покрытых оболочкой;
- коммутаторы;
- регуляторы освещенности;
- контроллеры;
- датчики;
- современное ПО, которое обеспечивает обмен данными, координирует работу осветительных приборов и других компонентов системы в соответствии с маршрутизируемым протоколом сетевого уровня IP.
Применение современных технологий обеспечивает тот уровень мощности, который необходим для работы светодиодных светильников и других устройств из категории «интернета вещей», находящихся в здании. Благодаря этому удалось достичь высочайшего уровня интеграции различных систем и оптимизировать процесс их использования, что позволило значительно повысить уровень комфорта офисных работников. Наряду с этим использование технологии РоЕ позволило владельцам интеллектуального здания оптимизировать работу осветительных систем, сделать их более энергоэффективными и минимизировать расходы на оплату потребленного электричества.
Осветительные приборы в сетях, созданных по технологии РоЕ, питаются от источника постоянного тока мощностью 26-60 Вт. Ток поступает к низковольтным LED-светильникам с помощью симметричных кабелей «витая пара». Протяженность кабельного канала может составлять 100 м.
В сентябре 2017 г. был принят стандарт IEEE 802.3bt, которым были стандартизированы более высокие уровни мощности для РоЕ. По сравнению с исходным стандартом РоЕ этот документ в шесть раз увеличил подаваемую на конечные устройства мощность и почти в три раза по сравнению с РоЕ+. Это позволило открыть новые возможности применения питания с использованием Ethernet.
Новый протокол поддерживает PoE Type 3 с источником постоянного тока мощностью 60 Вт и PoE Type 4 — 90 Вт. Ток поступает по четырем парам медного кабеля и обеспечивает электроэнергией LED-лампы и другие устройства IoT, установленные в здании.
Осветительные приборы, которые соответствуют стандартам РоЕ, подключаются к сети по протоколу Internet Protocol. Они оборудованы специальными датчиками, функционал которых позволяет отслеживать и регистрировать широкий спектр событий: от присутствия человека до уровня освещенности и температуры окружающей среды. Вся собранная информация оперативно передается в систему управления зданием, которая генерирует соответствующие команды, направленные на повышение энергоэффективности.
По оценкам экспертов, использование в системах освещения светодиодных осветительных приборов с встроенными датчиками позволяет сократить затраты электроэнергии до 85%. Экономии удается достичь благодаря применению технологий управления, которые поддерживают РоЕ. Прежде всего, речь идет о возможности многоступенчатого регулирования яркости свечения ламп, грамотном использовании естественного освещения и включении осветительных приборов только в присутствии человека.
Помимо этого в таких системах централизованное преобразование переменного тока в постоянный происходит в коммутаторе, а не в устройствах-потребителях. Это также снижает потери электроэнергии и повышает энергоэффективность здания. Коммутирующие устройства трансформируют энергию с эффективностью более 90%. Аналогичный процесс в исполнении конечных устройств приводит к потерям 30% электроэнергии.
При монтаже систем РоЕ специалисты рекомендуют придерживаться международного стандарта EN 50173-6, который предлагает использовать зонную кабельную топологию. Решения зонного каблирования позволяют создавать в офисных зданиях просторные современные конференц-залы, в которых нет дополнительных колонн и видимых кабельных коммуникаций. Все сетевое оборудование и электропроводка скрываются в потолочных конструкциях.
Еще одним важным преимуществом зонной топологии является возможность создания гибкой масштабируемой физической инфраструктуры офисов открытой архитектуры. Она специально создана для офисных помещений с большими открытыми пространствами, где периодически изменяется расположение и конфигурация рабочих мест.
В таких случаях возможность зонирования кабелей обеспечивает высокий уровень гибкости решений. Изменение расположения офисов, добавление новых устройств и управление кабельными системами не требует серьезных капиталовложений, а сам процесс реорганизации осуществляется минимальными усилиями.
Промежуточные точки подключения устанавливаются в зональных боксах. Все элементы осветительных систем РоЕ подключаются к ним с помощью простого соединения, которое отличается простотой обслуживания, но при этом обеспечивает оперативное развертывание. Это является ощутимым преимуществом в условиях высокой плотности размещения устройств.
Все перспективные приложения нуждаются в высокой пропускной способности. С этой целью, а также для обеспечения надежного теплоотвода в системах РоЕ эксперты рекомендуют использовать экранированный кабель с улучшенными характеристиками. Коммутационное оборудование и горизонтальный кабель должны быть сертифицированы для эксплуатации при температуре до +75 °С.
Надежность функционирования и качество эксплуатации подключенного к сети оборудования обеспечивается прохождением процедуры сертификации, которая выполняется соответствующими органами, аккредитованными в установленном порядке. При монтаже систем освещения в офисных помещениях, где отсутствует экологический контроль, оптимальные тепловые характеристики достигаются за счет использования коммутационных проводов с одножильными проводниками.
Любое решение для подключенного здания должно быть защищено от несанкционированного проникновения интегрированной системой комплексной безопасности. Большинство осветительных систем, подобных РоЕ, для коммуникаций и управления используют беспроводную связь. Чтобы обеспечивать высокую степень безопасности, необходимо надежное шифрование и кодирование сигналов.
В вопросах обеспечения безопасности важна организация качественного контроля над действиями пользователей. Также необходимо использовать систему персонализированных паролей, которые предоставляют доступ к информации и функционалу исключительно в рамках должностных полномочий с привязкой к графику работы конкретного сотрудника. В вопросах безопасности многое зависит от компетентности и профессионализма работников IT-службы.
При проектировании осветительных систем РоЕ, как правило, используются светодиодные светильники – практичные, энергоэффективные и безопасные. Они стабильно работают, не мерцают, хорошо передают оттенки и очертания предметов. По оценкам экспертов, LED-лампы выделяют в два раза меньше соединений углерода, чем люминесцентные. К тому же в них нет опасной для здоровья человека ртути.
Системы освещения на базе светодиодов легко интегрируются в системы автоматизации зданий, которые используют собранные светильниками данные для более рационального энергопотребления и снижения операционных затрат.
Функционал некоторых LED-ламп позволяет настраивать цветовую температуру каждого источника света от теплых 2 500 К до холодных 6 500 К. Это позволяет подстраивать освещение под каждого отдельно взятого работника с учетом его биоритмов, особенностей зрения, активности, местоположения и выполняемых задач моделировать освещение, комбинируя его с естественным, и таким образом повышать производительность труда в коллективе.
Наряду с теми положительными качествами, что были перечислены выше, системы освещения с технологией РоЕ позволяют сократить стоимость реализации проектов. Это происходит за счет использования меньшего количества материалов и выполнения меньшего объема работ.
При монтаже таких осветительных систем нет необходимости прокладывать отдельные кабельные линии переменного тока и специально выделенные под них кабельные трассы, поскольку технология РоЕ предусматривает использование постоянного тока и кабели «витая пара».
С каждым днем РоЕ-системы становятся все более и более популярными. Сравнительно невысокая стоимость, простота монтажа и использования, возможность интеграции в интеллектуальные системы управления зданием и получения при этом экономической выгоды открывают перед ними широкие перспективы.
По оценкам аналитиков из Navigant Research, в ближайшие годы на мировом рынке ожидается рост объема продаж интеллектуальных систем освещения. По прогнозам, ежегодно он будет увеличиваться на 15%, и к 2025 году продажи СО по технологии РоЕ достигнут отметки в 420 млн долл.
Автоматизация уличного освещения: время перемен
Сегодня в России остро стоит вопрос повышения качества уличного освещения. Быстрые темпы модернизации уже действующих и монтаж новых систем освещения продиктованы задачами энергоэффективности, необходимостью улучшения качества жизни населения и развития городской инфраструктуры.
Перед отечественными градостроителями поставлен целый комплекс заданий: важно не только обеспечить максимально комфортное и безопасное передвижение по улицам города в темное время суток, но и решить экономические, электротехнические и архитектурно-эстетические аспекты вопроса. Для этого необходимо создать простую, удобную, но вместе с тем эффективную систему управления уличным освещением.
Ручное управление системами уличного освещения. Все действующие СУО городского освещения принято делить на несколько видов. Самым простым и до недавнего времени наиболее распространенным оставалось ручное управление. Суть такой системы управления освещением заключается в установке управляющего и коммутационного оборудования в линии, питающие светотехническое оборудование.
Этот метод имеет как свои плюсы, так и минусы. Основным преимуществом ручного управления является несложная система и простота реализации проектов. В числе ключевых недостатков можно назвать возможность применения таких СУО только в небольших по протяженности системах освещения с одним центром электропитания. Помимо этого под действием пресловутого человеческого фактора использование ручного управления зачастую приводит к нерациональному использованию энергоресурсов.
Структура уличного освещения многих российских городов, а тем более мегаполисов, представляет собой своеобразный микс. Он состоит из осветительных систем разветвленной многокилометровой паутины автодорог, «островков» парковых зон, площадей и исторических достопримечательностей, которые запитаны от различных источников питания.
В таких случаях включение и выключение сложнейшей структуры электроснабжения уличных светильников происходит удаленно. Как правило, управление СУО осуществляется оператором. При этом задействуется коммутационное оборудование, установленное в диспетчерском пункте. Сам пункт является основой древовидной структуры. В его узловых точках оборудованы пункты включения – магнитные пускатели. Такой способ контроля называют местным (дистанционным) каскадным управлением системой освещения.
Дистанционная система уличного освещения предполагает использование двух режимов работы – вечернего, когда включаются все фонари, и ночного, при котором с замедлением темпа городской жизни происходит частичное отключение осветительных приборов.
Как правило, переход светильников в ночной режим осуществляется отключением одной или двух фаз питающей электросети. В результате, часть фонарей выключается, что приводит к неравномерному освещению проезжей части. Это негативно отражается на безопасности дорожного движения и нередко становится причиной повышенной аварийности.
Одним из основных недостатков дистанционного управления освещением является отсутствие в структуре СУО инструментов контроля, отслеживающих состояние электрооборудования и возможное присутствие посторонних на территории подстанций. Этот недостаток способствует росту количества краж электрооборудования и цветных металлов.
Фотоавтоматическое управление уличным освещением. Наряду с каскадным методом управления уличным освещением на практике используется и фотоавтоматическое, которое реагирует на изменение уровня естественного освещения. Реализация таких проектов стала возможной благодаря установке фоторезисторов – датчиков, реагирующих на интенсивность световых лучей, и пороговых устройств, имеющих релейный выход.
Включение и отключение осветительных приборов осуществляется по сигналу, который поступает с датчика освещенности, определяющего время восхода и захода солнца. Однако фоторезистор – это аналоговый электроприбор. Как оказалось, он чувствителен не только к естественному свету. Датчик также реагирует на температуру окружающей среды, электромагнитные помехи на входе и выходе устройства.
Влияние этих факторов приводит к смещению момента реагирования системы освещения на изменения интенсивности естественного света. Нередко погрешность исчисляется десятками минут. Это ставит под сомнение экономическую эффективность использования фотореле в СУО.
По оценкам экспертов, это далеко не единственные «слабые» места датчика освещенности. Например, осенний листопад может спровоцировать срабатывание фотореле, которое сгенерирует сигнал на включение системы освещения в дневное время суток. На практике также были случаи, когда вспышки молнии во время грозы становились причиной ложного отключения фонарей во всем городе.
Все рассмотренные методы СУО объединяет один общий недостаток: их нельзя назвать энергоэффективными. Причин много:
- Эксплуатация систем освещения с ручным управлением нередко является нерациональной по причине взаимодействия «человек-техника», где негативное влияние человеческого фактора может приводить к большому перерасходу электроэнергии.
- Эти системы не оборудованы устройствами мониторинга, которые позволяют отслеживать текущее состояние осветительных приборов и сетей.
- Морально устаревшие СУО не предоставляют оперативную информацию об энергопотреблении.
Учитывая все недостатки описанных систем управления освещением, в последние годы наметился переход к более эффективным и экономичным решениям, основанным на принципах автоматизированного управления уличным освещением.
Автоматизированные СУО – это многоуровневые распределительные системы с центральным диспетчерским пунктом управления работой осветительных приборов. Там расположен мощный сервер, автоматизированные рабочие места для дежурных операторов и большой экран, состоящий из отдельных дисплеев (жидкокристаллических панелей, видеокубов или светодиодных модулей), который используется для демонстрации информации, поступающей из разных источников.
Все электрооборудование, задействованное в процессе управления осветительными системами, расположено в пунктах управления освещением (ПУО). Они соединяются с центральным диспетчерским пунктом с помощью проводных или беспроводных каналов связи.
Современные автоматизированные СУО способны поддерживать такие функции:
- Включение или отключение светильников с панели управления, расположенной в пункте управления освещением, в соответствии с предварительно утвержденным графиком или по команде дежурного диспетчера, поступившей с центрального диспетчерского пункта;
- Мониторинг, сбор и передача оперативной диагностической информации о текущем состоянии всех элементов сети – осветительных приборов, электросетевого оборудования и ПУО;
- Звуковое оповещение и включение световой сигнализации, информирующей оперативный персонал о выявленных нештатных ситуациях и попытках несанкционированного проникновения на территорию пунктов управления освещением. При этом автоматически ведется регистрация всех рабочих параметров системы и действий персонала;
- Контроль, сбор и хранение всех рабочих параметров и информации о режимах работы СУО. Отслеживание технического состояния электрооборудования и сети с фиксацией точного времени;
- Трансляция обработанной и сохраненной на сервере информации за текущие сутки. Данные подаются в виде удобных графиков, таблиц и мнемосхем. Они выводятся на мониторы диспетчеров и отображаются на видеостене. В случае необходимости могут быть просмотрены отчеты за любой промежуток времени, которые формируются из архивных данных;
- Удаленный автоматический учет потребляемой электроэнергии всеми ПУО.
Интеллектуальные системы управления уличным освещением. Помимо осветительных приборов и коммутационной аппаратуры в конструкцию такой СУО входит многофункциональная сеть обмена данными между локальными центрами (концентраторами) и центральным сервером, на котором осуществляется дальнейшая обработка собранной информации.
Между светильниками, датчиками и диспетчерским центром действует двусторонняя связь, при которой передача и прием сообщений осуществляются в обоих направлениях. Это позволяет регулировать работу фонарей в удаленном режиме: корректировать яркость свечения уличных светильников в зависимости от времени суток, погодных условий и интенсивности городского трафика.
Современные светильники оснащены устройствами, которые в режиме 24/7 контролируют состояние сети и осветительных приборов. Они оперативно информируют диспетчера о выявленных неполадках с указанием местонахождения вышедшей из строя лампы или другого элемента системы освещения. Это позволяет ремонтным бригадам устранять неисправности в максимально сжатые сроки. Таким образом, обслуживание современных уличных осветительных систем становится более гибким и рентабельным.
Базовым элементом «умной» системы освещения является опора, на которой установлено три важных компонента:
- Драйвер лампы;
- Модуль коммуникационного интерфейса, который отвечает за передачу данных. Он обеспечивает цифровое управление, защиту передаваемой информации и надёжность сетевого соединения;
- Комплект интеллектуальных датчиков, которые контролируют угол наклона опоры и отслеживают состояние окружающей среды.
Для освещения пешеходных зон, парковых аллей и тротуаров СУО укомплектовываются датчиками присутствия. Эти устройства реагируют на появление движущегося объекта. В случае отсутствия людей на протяжении определенного периода времени светильник отключается.
Системы интеллектуального уличного освещения позволяют в режиме реального времени отслеживать уровень освещенности предметов, расположенных в непосредственной близости к источникам света. Роль контролирующего элемента выполняет локальный концентратор.
Наряду с функцией контроля он также способен настраивать яркость, изменять направление светового потока и даже цвет свечения уличного светильника в зависимости от погодных условий, плотности автомобильного потока и других часто меняющихся явлений. Установка микроконтроллеров и использование проверенных алгоритмов работы позволяет регулировать работу СУО в автоматическом режиме.
Одной из самых важных функций «умных» систем уличного освещения является усиление света или затемнение. Именно диммирование высокоэффективных источников света, какими в настоящее время являются LED-лампы, позволяет эксплуатировать светильники в щадящем режиме, что существенно продлевает срок их службы и способствует снижению энергопотребления без ущерба для безопасности пешеходов и водителей.
В некоторых странах активно внедряются интеллектуальные системы освещения с автономным электропитанием. Технология предполагает оснащение столбов персональными солнечными панелями или ветрогенераторами. Энергия, выработанная ВИЭ, накапливается аккумулятором и расходуется по мере необходимости.
Возможность использования альтернативных источников энергии в системах уличного освещения позволила установить опоры на автодорогах, не оборудованных линиями электропередачи. Преимущества такого технологического решения вполне понятны: автономные светильники практически не нуждаются в обслуживании. К тому же эта технология является энергоэффективной, высокорентабельной и безопасной.
Сервер диспетчерского центра в автоматическом режиме в соответствии с предварительно продуманным алгоритмом и с учётом полученных по каналам коммуникации данным генерирует и направляет управляющий сигнал на вход драйвера осветительного прибора.
Связь между устройствами осветительной системы может осуществляться по стандарту RS-485, с использованием радиоканалов, GSM, витой пары и даже силовых ЛЭП, которые используются в качестве проводника высокочастотных сигналов.
В современных системах уличного освещения функцию выключателя осветительных приборов с учетом времени суток выполняет GPS-датчик. Установка навигационного устройства обеспечивает диспетчеризацию наружного освещения и позволяет:
- контролировать каждый источник света в отдельности;
- получать оперативную информацию о перегоревших лампах и обрывах линии;
- настраивать график включения и выключения света с учетом климатических особенностей региона;
- мониторить состояние предохранителей на удаленных линиях;
- контролировать состояние аппаратуры на пункте включения;
- собирать данные о количестве потребляемой электроэнергии.
Автоматизация освещения теплиц и прибыль по вертикали
Сегодня более половины населения Земли живет в городах. По прогнозам экспертов из ООН, к 2050 г. этот показатель может увеличиться до рекордных 68%. На фоне тотальной урбанизации и климатических изменений активно растет спрос на экологически чистые продукты питания. Поэтому аграрии все чаще задумываются о том, как эффективно выращивать овощные культуры и экзотические фрукты в мегаполисах и на территории регионов с суровым климатом, где вместо плодородного чернозема – вечная мерзлота.
Настоящим прорывом стало появление «умных» теплиц. В основу каждого такого решения положено сочетание нескольких важных элементов: датчиков, исполнительных механизмов, систем контроля и управления, созданных с использованием технологии «интернета вещей». Их тесное взаимодействие помогает оптимизировать многие производственные процессы и создает благоприятные условия для роста и увеличения урожайности агрокультур.
Как правило, интеллектуальные теплицы работают в тесном взаимодействии с другими техническими решениями. Это могут быть технологии автоматического полива, комплекс HVAC и системы освещения. «Умные» датчики отслеживают изменения микроклимата, фиксируют данные о росте растений, контролируют своевременность орошения, наличие вредителей и уровень освещенности. После этого вся собранная информация отправляется на локальный или облачный сервер для обработки, анализа и хранения.
Веб-консоль администратора позволяет настраивать оптимальные параметры работы основных систем и интегрировать их с другими технологическими решениями. Мобильное приложение генерирует и присылает системные оповещения и отчеты, в которых учитываются все заданные пользователем параметры.
На рынке «умных» теплиц действует несколько технологий, но самыми востребованными являются две:
- HVAC – это мультифункциональная система, которая выполняет несколько функций. Как правило, в стандартный «набор» входят обогрев, охлаждение, вентиляция и очистка воздуха с учетом среды в конкретной теплице. Такие системы могут быть установлены в теплицах с посадками грибов, фруктов и овощей, а также в оранжереях.
Оборудование HVAC разработано для поддержания идеального микроклимата, который обеспечивает круглогодичное выращивание агрокультур в защищенном грунте. При этом сглаживаются все негативные факторы (сложные погодные условия, суровый климат региона, недостаточное количество естественного освещения, насекомые и вредители плодовых культур). Одним из ключевых преимуществ мультифункциональной системы является снижение операционных затрат.
- Светодиодные светильники для растений и автоматизация систем освещения. Внедрение LED-технологий стало новым этапом развития тепличного освещения. Если раньше учёные утверждали, что растениям необходим белый свет, то со временем эта точка зрения была опровергнута. Результаты многочисленных исследований показали, что фотосинтез происходит под действием красного света, а синий способствует активному росту сельскохозяйственных культур.
Именно благодаря светодиодным лампам, которые могут менять цвет, у аграриев появилась возможность применять разные спектры света, чтобы обеспечивать растениям необходимое освещение на разных стадиях вегетации и тем самым достигать максимального эффекта.
При помощи светодиодов легко организовать дополнительное освещение, корректировать уровень освещенности в теплице и менять яркость свечения светильников с учетом погодных условий, времени года или суток. Помимо этого системы светодиодного освещения отличаются компактностью и долговечностью. Они потребляют меньше электроэнергии и во время работы не нагреваются. Поэтому отсутствует риск перегрева растений и резких перепадов уровня влажности.
В LED-светильники могут быть интегрированы различные комбинации датчиков, которые позволяют полностью автоматизировать как систему освещения, так и функционирование теплицы в целом.
Для коммуникации датчиков с сервером или центром управления используются проводные или беспроводные сети. В географически удаленных районах могут быть задействованы энергоэффективные сети дальнего радиуса действия LPWAN. Это беспроводная технология передачи небольших по объему данных на дальние расстояния, разработанная для технологии «интернета вещей» и межмашинного взаимодействия.
В большинстве случаев для связи используются сети нелицензируемого диапазона, что позволяет сократить стоимость эксплуатации оборудования, минимизировать абонплату за обслуживание и т. п.
Современные системы управления имеют интуитивно понятный интерфейс. Это обеспечивает удобство мониторинга всех циклов выращивания растений, работы систем и механизмов. Контролировать эти процессы и вносить коррективы в настройки можно с помощью смартфона или ПК. В Китае уже разработали приложение, которое может управлять работой тепличного комплекса площадью 0,5 га. Каждые 30 минут система оповещает о состоянии микроклимата, а также информирует о выявленных вредителях и болезнях сельскохозяйственных растений.
В настоящее время «умные» теплицы чаще всего строятся в городах и на территории северных регионов. В условиях сурового климата заниматься земледелием в открытом грунте практически невозможно.
Например, в Ямало-Ненецком автономном округе по состоянию на 2019 г. проживает более 540 тыс. человек. В течение года население потребляет около 11 тыс. т овощей и зелени. Но при этом в теплицах ЯНАО выращивается не более 18 т огурцов и томатов. «Недостающие» 10,982 тыс. т завозятся из южных регионов России, а также из Московской, Тюменской, Кировской областей и стран ближнего зарубежья.
Прежде чем попасть на стол к покупателю, овощи и фрукты преодолевают путь длиной в тысячи километров. Как правило, стоимость такой доставки существенно отражается на цене сельскохозяйственной продукции.
Чтобы улучшить обеспеченность жителей региона свежими овощами, в столице ЯНАО г. Салехарде в 2020 г. планируют ввести в эксплуатацию новый тепличный комплекс, построенный с использованием современных технологий. Ожидается, что на территории площадью 1 га ежегодно будет выращиваться около 1 тыс. т сельскохозяйственной продукции.
Власти округа поддержали идею развития сельского хозяйства в Ямало-Ненецком автономном округе. Они заявили о готовности к внедрению инновационных технологий в тепличное овощеводство. Речь идет о строительстве интеллектуальных теплиц с полной автоматизацией каждого из этапов выращивания сельскохозяйственных культур.
Около 10 лет назад в мире наметился новый тренд, способный в корне изменить подход к ведению сельского хозяйства. Речь идет о строительстве так называемых вертикальных ферм, где овощи выращиваются не на горизонтально расположенных грядках, а на своеобразных многоярусных вертикальных «стеллажах».
Теплицы нового поколения работают по технологии контролируемых условий (СЕА). Она позволяет отрегулировать абсолютно всё: от температуры и влажности до систем освещения. В таких условиях растения дозревают быстрее и дают более высокий урожай.
По сравнению с традиционными методами растениеводства, вертикальные фермы могут быть производительнее в три-четыре раза. Применяемая в них методика позволяет выращивать растения без грунта, а некоторые культуры даже высаживаются в водную среду. Причем места, в которых располагаются такие фермы, могут быть самыми неожиданными – от бизнес-центров до метрополитена.
Новый подход к выращиванию растений заинтересовал многих стартаперов и инвесторов. Они видят в этом не просто перспективный способ получения дохода, а и более дешевый вариант выращивания экологически чистых продуктов.
Одна из самых крупных вертикальных ферм построена в Японии. Ее площадь составляет 25 тыс. м². Несколько подобных проектов уже реализованы в США. Технологии ведения сельского хозяйства в условиях контролируемой среды активно используются в Нидерландах и странах Скандинавии. Быстрое развитие СЕА ожидается в Китае и Индии.
На сегодняшний день нет точных данных о количестве «умных» теплиц, в которых установлены автоматизированные системы управления освещением. По оценкам аналитиков, в мире на долю интеллектуальных решений для сельского хозяйства приходится не более 6% всех проектов, созданных по технологии «интернета вещей».
Что можно сказать о перспективах? Эксперты из аналитической фирмы MarketsandMarkets прогнозируют, что в 2023 г. объем рынка интеллектуального оборудования для агропромышленного комплекса составит 2,28 млрд долл. Ожидается, что в период 2018-2023 гг. он будет развиваться высокими темпами, при этом среднегодовые темпы роста составят 12,6%. Ключевыми драйверами роста станут рост численности городского населения, изменения климата и потребность в качественных продуктах питания без пестицидов и ГМО.
Специалисты утверждают, что в среднесрочной перспективе будут востребованы технологии, которые используются для обустройства интеллектуальных теплиц: светодиодные фитолампы, ирригационные системы, клапаны и насосы, оборудование для систем мониторинга, управления производством и автоматизации освещения.
Лидерами рынка останутся страны Европы. В частности, в дальнейшем развитии технологий заинтересованы Нидерланды, Испания и Италия, на территории которых расположены большие площади под оранжереи. В то же время высокая стоимость разработок и потребность в значительных первоначальных финансовых ресурсах могут привести к незначительному снижению темпов роста рынка в развитых странах Африки и Ближнего Востока.
Внедрение современных автоматизированных СУО – это реальный и наиболее эффективный инструмент энергосбережения, который позволяет повысить рентабельность систем освещения. При этом они становятся более гибкими и управляемыми, способными интегрироваться с новейшими технологиями, ориентированными на дальнейшую интеллектуализацию всех сфер российской экономики в целом.
