Langattomat valaistuksenohjausjärjestelmät toimitilarakentamisessa

(1)

Henri Laitinen

Langattomat valaistuksenohjausjärjestelmät toimitilarakentamisessa

Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten.

Espoossa 24.5.2021

Valvoja: Professori Jaakko Ketomäki Ohjaaja: DI Kaisa Lindstedt

(2)

(3)

Diplomityön tiivistelmä

Tekijä Henri Laitinen

Työn nimi Langattomat valaistuksenohjausjärjestelmät toimitilarakentamisessa Koulutusohjelma Automation and Electrical Engineering

Pääaine Translational Engineering Koodi ELEC3023

Työn valvoja Jaakko Ketomäki Työn ohjaaja(t) Kaisa Lindstedt

Päivämäärä 24.05.2021 Sivumäärä 56+2 Kieli Suomi Tiivistelmä

Tämän diplomityön tavoitteena on saada käsitys langattoman valaistuksen ohjauksen ny- kytilanteesta. Lisäksi tässä työssä tarkastellaan olemassa olevia langattomia valaistuksen- ohjausjärjestelmiä toimitilarakentamisessa sekä luodaan ohje langattoman valaistuksen- ohjausjärjestelmän valinnalle.

Valaistus käyttää merkittävän osan rakennusten kuluttamasta energiasta ja valaistuksenohjauksen avulla valaistuksen energiankulutusta pystytään vähentämään huomattavasti.

Valaistuksenohjauksella on siten tärkeä osa ilmastonmuutoksen hillitsemisessä. Valais- tuksen avulla pystytään myös vaikuttamaan ihmisten hyvinvointiin ja tässä valaistuksen- ohjausjärjestelmällä on keskeinen osa. Valaistusohjausjärjestelmien avulla pystytään eri- merkiksi luomaan valaistus, joka tukee ihmisen vuorokausirytmiä.

Tämän diplomityön taustakartoitus käsittelee valaistuksen energiankulutusta ja miten sitä pystytään pienentämään valaistuksenohjauksen avulla. Pelkän vakiovalosäätöön perustuvan valaistuksenohjauksen avulla pystytään säästämään peräti 60 % energiaa verrattuna manuaalisesti ohjattuun valaistukseen. Tähän voidaan lisätä vielä läsnäoloon perustuva valaistuksen ohjaaminen, jolloin voidaan saavuttaa vielä suurempi energian- säästö. Teoriaosuudessa käydään myös läpi valaistuksen vaikutusta ihmisten hyvinvointiin ja lopuksi tarkastellaan valaistuksen ohjaamiseen käytettäviä langattomia tiedonsiir- totekniikoita.

Diplomityön metodiksi valittiin haastattelututkimus, jossa haastateltiin yhdeksää valaistuksen ammattilaista. Haastattelututkimukseen päädyttiin, koska sen avulla pystyttiin saamaan tarkempi kuva valaistuksenohjausjärjestelmistä. Työssä tarkasteltiin kuutta eri valaistuksenohjausjärjestelmää ja tämä diplomityö toimii ohjeena langatonta valaistuk- senohjausjärjestelmää valitessa.

Tässä työssä havaittiin, että langattomat valaistuksenohjausjärjestelmät mahdollistavat muuntojoustavan ja helppokäyttöisen valaistuksenohjausjärjestelmän. Kaikki työhön va- litut valaistuksenohjausjärjestelmät ovat älykkäitä valaistuksenohjausjärjestelmiä. Tie- donkeruuasteen lisääntyessä pilvipalveluiden ja valaistusohjausjärjestelmien integroita- vuuden merkitys kasvaa. Pilvipalveluiden avulla valaistuksenohjausjärjestelmää voidaan hallita, monitoroida ja päivittää etäyhteyden avulla. Tämä mahdollistaa uusien ominaisuuksien päivittämisen valaistuksenohjausjärjestelmiin vaivattomasti.

Avainsanat valaistus, langaton valaistuksenohjausjärjestelmä, älykäs valaistus, haastattelututkimus

(4)

Abstract of the master’s thesis

Author Henri Laitinen

Title of thesis Wireless lighting control systems in commercial buildings

Degree programme Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering Major Translational Engineering Code of major ELEC3023 Thesis supervisor Jaakko Ketomäki

Thesis advisor(s) Kaisa Lindstedt

Date 24.05.2021 Number of pages 56+2 Language Finnish Abstract

The objective of this Master’s thesis is to gain an understanding of the current situation of wireless lighting control and to examine existing wireless lighting control systems in commercial buildings, as well as to create a guideline on selecting a wireless lighting control system.

Lighting consumes a significant part of buildings’ energy consumption. With lighting control, energy consumption of lighting can be significantly reduced. Lighting control plays an important role in mitigating climate change. Lighting can also influence people’s well-being and here lighting control system has a key role. With lighting control systems, lighting can support the human circadian rhythm.

The background literature of this Master’s thesis addresses the energy consumption of lighting and how it can be reduced with the help of lighting control. Lighting control based only on ambient light can reduce energy consumption as much as 60 % compared to man- ually controlled lighting. If presence-based lighting control is added to this, greater energy savings can be achieved. The theoretical part also reviews the effect of lighting on people’s well-being and finally examines wireless communication protocols that are used to control lighting.

An interview study was chosen as the method of this Master’s thesis, in which nine lighting professionals were interviewed. Interview study was chosen because with interviews more information about lighting control systems could be attained. Six different lighting control systems were examined in this thesis, which can be used as a guide when choosing a wireless lighting control system.

This thesis shows that wireless lighting control systems provide a flexible and easy-to-use system to control lighting. All selected lighting control systems are intelligent control systems. As the rate of data collection increases, the importance of cloud services and lighting control system integration will increase. With cloud services, lighting control systems can be managed, monitored and updated remotely. This makes updating new features to lighting control systems easy.

Keywords lighting, lighting control system, smart lighting, interview study

(5)

Alkusanat

Olen tehnyt osa-aikaisena Ramboll Finland Oy:lle valaistussuunnittelijan töitä ja tah- donkin kiittää Rambollia mielenkiintoisesta aiheesta valaistukseen liittyen. Langattomien valaistuksenohjausjärjestelmien kysyntä on kasvussa ja tämän takia sainkin tehtävänan- non Rambollilta tutkia, mitä järjestelmiä on markkinoilla ja miten ne soveltuvat toimiti- lojen valaistuksen ohjaamiseen.

Haluan lisäksi kiittää Kaisa Lindstedtiä, joka toimi minulle työnohjaajana Rambollilla.

Sain Kaisalta apua aina tarvittaessa työhöni ja hyviä vinkkejä työn tekoon. Haluan myös kiittää työni valvojaa Jaakko Ketomäkeä avusta diplomityöni kanssa. Sain häneltä paljon hyviä neuvoja liittyen työn sisältöön ja rakenteeseen.

Espoo 24.5.2021

Henri Laitinen

(6)

Sisällysluettelo

Tiivistelmä Abstract Alkusanat

Sisällysluettelo ... 6

Merkinnät ... 7

Lyhenteet ... 8

1 Johdanto ... 9

2 Valaistuksen energiankulutus ja vaikutus hyvinvointiin... 11

2.1 Valaistuksen energiankulutus ... 11

2.2 Valaistuksen vaikutus hyvinvointiin ... 12

3 Valaistusohjauksen tekniikat ... 15

3.1 Bluetooth Low Energy ... 16

3.2 Zigbee ... 17

3.3 Infrapuna ... 18

3.4 DALI ... 19

4 Haastattelututkimus ... 21

4.1 Haastateltavat ... 21

4.2 Haastattelukysymykset ja aiheet... 22

5 Tutkimustulokset ... 24

5.1 Järjestelmien toimintaperiaate ja skaalautuvuus ... 24

5.1.1 Casambi (Airam, Zumtobel ja Tridonic) ... 25

5.1.2 Ensto Workspaces ... 26

5.1.3 Fagerhult Organic Response ... 28

5.1.4 Helvar ActiveAhead ... 29

5.1.5 Osram Encelium ... 31

5.1.6 Signify Interact Office Wireless... 32

5.2 Järjestelmien käyttöönotto, ohjelmoitavuus ja käytettävyys ... 33

5.3 Pilvipalvelut ja tietoturvallisuus ... 39

5.4 Järjestelmien integroitavuus ... 41

5.5 Kustannusarvio ... 42

5.6 Energiankulutus, energiankulutuksen seuranta ja järjestelmien hyödyt vuokralaisille ... 43

5.7 Valaistuksenohjausjärjestelmien ominaisuuksien ja tekniikan yhteenveto ... 46

6 Johtopäätökset ... 48

7 Yhteenveto ... 52

Lähdeluettelo ... 54

Liite 1. Haastattelukysymyksiä ... 57

(7)

Merkinnät

Hz Hertsi, taajuuden yksikkö K Kelvin, värilämpötilan yksikkö

lx luksi, valaistusvoimakkuuden yksikkö W Watti, energian yksikkö

(8)

Lyhenteet

AES Advanced Encryption Standard API Application programming interface BLE Bluetooth low energy

CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance DALI Digital Addressable Lighting Interface

DiiA Digital Illumination Interface Alliance DMX Digital MultipleX

DT8 Device type 8 EU Euroopan unioni FFD Full function device HCL Human centric lighting

IEC International Electrotechnical Commission IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers IoT Internet of Things

IR Infrared

LED Light-emitting diode MAC Media Access Control PAN Personal Area Network PIR Passive Infrared

PWM Pulse-width modulation

RF Radio Frequency

RFD Reduced function device RGBW Red, Green, Blue, White SSU System Support Unit

VLC Visible Light Communication

(9)

1 Johdanto

Valaistuksella on suuri vaikutus ihmisten hyvinvointiin niin kuin myös ilmastonmuutoksen ehkäisemiseen. Oikeanlaisella valolla voidaan vaikuttaa ihmisen vireystilaan positii- visesti, kun taas huonosti valaistu työtila voi lisätä väsymystä ja vaikuttaa työntekijän tuottavuuteen negatiivisesti. Valaistus kuluttaa huomattavan osan ihmisten kuluttamasta energiasta, joten sillä on tärkeä osuus ilmastonmuutoksen ehkäisemisessä. Oikein ohja- tulla valaistuksella voidaan parantaa ihmisten hyvinvointia monin eri tavoin ja samalla säästää energiaa. Jotta valaistuksen ohjaus olisi mahdollisimman tehokasta ja helppokäyt- töistä, valaisimia ohjataan usein jollakin valaistuksen ohjausjärjestelmällä.

Aikaisemmin valaistusta on ohjattu yksinkertaisilla kytkimillä ja himmentimillä, mutta nykyään valaistusta voidaan ohjata paljon älykkäämmin uusien teknologioiden avulla.

Valaistuksen ohjaus on mullistunut LED-tekniikan kehittymisen ja internetin yleistymi- sen myötä. Valaistuksen ohjaus on muuttunut yksittäisten valaisinten ohjaamisesta langallisesti useiden satojen valaisimien ohjaukseen hyödyntäen langattomia verkkoja. Va- laistusta voidaan säätää etäyhteydellä internetin välityksellä, tai valaistusta pystytään ohjaamaan automaattisesti perustuen erilaisten sensoreiden avulla kerättyyn dataan. Valai- simet voivat täten säätyä automaattisesti vallitsevan ympäristön mukaan halutulla tavalla.

[1]

Tällä hetkellä langallinen DALI-ohjausjärjestelmä on yleisin valaistuksenohjausjärjes- telmä toimitilarakentamisessa. Langattomat valaistuksenohjausjärjestelmät ovat vielä varsin harvinaisia, mutta niiden kysyntä on koko ajan kasvussa. Langattomilla järjestel- millä pystytään toteuttamaan asioita, joihin langalliset järjestelmät eivät kykene. Langat- tomat järjestelmät mahdollistavat toimitilojen pohjaratkaisujen muuttamisen ilman, että valaisimia täytyy uudelleen johdottaa. Tähän tarvitaan vain valaisimien uudelleen ryh- mittely, joka voidaan toteuttaa esimerkiksi puhelimen avulla. Tämä on yksi suuri etu langattomissa valaistuksenohjausjärjestelmissä verrattuna perinteisesti ohjattuihin tai DALI- ohjattuihin järjestelmiin.

Tämän diplomityön tavoitteena on saada käsitys langattoman valaistuksen ohjauksen ny- kytilanteesta ja tarkastella olemassa olevia langattomia valaistuksenohjausjärjestelmiä toimitilarakentamisessa sekä luoda ohje langattoman valaistuksenohjausjärjestelmän valinnalle. Työstä rajataan pois langalliset valaistuksenohjausjärjestelmät, koska langattomien järjestelmien kysyntä on kasvanut viime aikoina paljon ja langattoman valaistuksenohjauksen uskotaan nostavan markkinaosuuttaan merkittävästi tulevaisuudessa. Li- säksi langallisista järjestelmistä on tehty paljon aikaisempaa tutkimusta. Toimitiloilla tässä kontekstissa tarkoitetaan toimistoja, kauppakeskuksia, urheilutiloja ja muita isom- pia kokonaisuuksia. Toimitilarakentamiseksi lasketaan tässä työssä sekä uudiskohteiden rakennus että saneerauskohteet. Työssä selvitetään, mitä valaistuksenohjausjärjestelmiä on olemassa ja mihin niiden toiminta perustuu. Työn tarkoituksena on lisäksi luoda ohje, jonka avulla suunnittelijat voivat valita kohteeseensa sopivan valaistuksenohjausjärjes- telmän. Työn aihe on saatu suunnittelu- ja konsulttiyritys Ramboll Finland Oy:ltä (Ram- boll) ja työ tehdään Ramboll Finland Oy:lle. Työ tehdään osittain suunnittelijan näkökul- masta ja tarkoituksena on selvittää, mikä järjestelmä sopisi kulloinkin parhaiten asiakkai- den tarpeisiin ja toiveisiin. Työstä jätetään pois asuinrakentaminen, koska asuinrakennuk- set eroavat kokoluokaltaan suuresti toimitiloista ja toimitilojen valaistuksen ohjauksessa

(10)

ilmenee enemmän haasteita. Toimitilan valaistuksen ohjauksessa on huomioitava esimerkiksi tilaajan tarpeet, tilojen monimuotoisuus, järjestelmän käyttömukavuus, järjestelmän skaalautuvuus ja valaistuksen mahdollistamat terveysvaikutukset.

Diplomityö koostuu teoria- ja tutkimusosuudesta. Teoriaosuudessa käsitellään valaistuksen vaikutusta energiankulutukseen ja ihmisten hyvinvointiin. Teoriaosuudessa selvite- tään, miksi valaistuksen ohjaus on tärkeää. Lisäksi työssä kartoitetaan, mitä tekniikoita langattomaan valaistuksenohjaukseen on olemassa. Työn tutkimusosuus koostuu haastat- telututkimuksesta. Tutkimuksessa on haastateltu eri valaistuksenohjausjärjestelmien maahantuojia ja valmistajia. Tutkimuksessa tarkastellaan, miten valaistuksenohjausjär- jestelmät toimivat, mitä komponentteja järjestelmä vaatii ja mitä ominaisuuksia järjestel- millä on.

Työn sisältö on jaettu seitsemään lukuun. Toisessa luvussa käsitellään valaistuksen ja sen ohjauksen hyötyjä energian kulutuksen ja ihmisen hyvinvoinnin näkökannalta. Tämän jälkeen luvussa 3 perehdytään langattoman valaistuksenohjauksen tiedonsiirtotekniikoi- hin ja DALI-ohjausprotokollaan. Luvussa 4 käydään läpi työssä käytetyt tutkimusmene- telmät. Luvussa 5 esitetään haastattelututkimuksen tulokset, jonka jälkeen luvussa 6 käy- dään läpi työn johtopäätökset. Tämän jälkeen on esitetty työn yhteenveto.

(11)

2 Valaistuksen energiankulutus ja vaikutus hyvinvoin- tiin

2.1 Valaistuksen energiankulutus

Valaistus kuluttaa huomattavan osan rakennusten energiankulutuksesta ja sen takia ener- giansäästön potentiaali onkin merkittävä juuri valaistuksen osalta. [2] Valaistus kulutti vuonna 2015 noin kolmanneksen liikerakennuksissa käytetystä energiasta. Koska valaistus on yksi suurimmista energiankuluttajista, on sen ohjaukseen alettu kiinnittämään en- tistä enemmän huomiota myös energiansäästön kannalta. Älykkäillä valaistuksenohjaus- järjestelmillä on erittäin suuri potentiaali energiansäästön kannalta.[3]

Valaistuksenohjauksen vaikutusta valaistuksen energiantehokkuuteen liittyvässä tutkimuksessa todettiin, että valaistuksenohjauksella voidaan säästää yli 50 % energiaa verrattuna perinteiseen on/off ohjaukseen. Tutkimuksessa tutkittiin eri valaistuksenohjauksen tavoilla saatavaa energiansäästön potentiaalia. Jos yleisvalaistuksen tasoa himmennettiin työpisteiden ulkopuoleiselta alueelta, voitiin saavuttaa peräti 59 % energiansäästö.

Vaikka yleisvalaistusta pystytäänkin himmentämään työpisteiden taustalla ja siten saavu- tetaan suuret energiansäästöt, on otettava huomioon valaistuksen mukavuus käyttäjille.

Taustavalaistusta ei saa himmentää liikaa, jotta suuret kontrastit ja häikäisy eivät aiheuta työntekijöille häiriöitä. [2]

Italiassa tehdyssä simuloidussa tapaustutkimuksessa tutkittiin päivänvalo- ja läsnäolo-ohjauksen vaikutusta energiankulutukseen. Tapaustutkimuksessa simuloitiin Italiassa sijaitsevan L’Aquila yliopiston luokkahuoneen valaistusta Relux-ohjelmiston avulla. Läh- tötilanteessa luokkahuoneen valaistus oli toteutettu loistelamppujen avulla ilman valais- tuksenohjausjärjestelmää, mikä vastaa luokkahuoneen todellista valaistusta. Tutkimuk- sessa selvitettiin, miten loistelamppujen vaihtaminen LED-lamppuihin sekä läsnäoloon ja päivänvaloon perustuvan valaistuksenohjauksen lisääminen vaikuttaa luokkahuoneen energiankulutukseen. Tutkimuksessa tehtiin useampi valaistusskenaario ja jokaisessa tut- kitussa skenaariossa säilytettiin sama valaistusvoimakkuustaso. Valaistusvoimakkuuden tasona oli 500 luksia standardin EN 12464-1 mukaisesti. Referenssitapauksessa loisteva- laisimilla toteutettu vuotuinen energia kulutus oli 1137 kWh. Pelkästään LED-lamppuihin vaihtaminen tuotti 50 % energiansäästön, kun vuotuinen energiankulutus laski 569 kWh:iin. Kun valaisinten ohjaus toteutettiin läsnäolo-ohjauksella manuaalisen ohjauksen sijaan, energiansäästöä syntyi n. 21 %. Vakiovalo-ohjauksella energiaa säästyi n. 23 %.

Viimeisessä skenaariossa, jossa valaistusta ohjattiin sekä läsnäoloon että päivänvaloon perustuen, saavutettiin n. 41 % energiansäästö verrattuna manuaalisesti ohjattuun valaistukseen. Läsnäolo- ja vakiovalo-ohjauksen sekä LED-valaisimiin vaihtamisen avulla voitiin säästää energiaa peräti 69,6 % lähtötilanteeseen verrattuna. [4]

Roisinin ja hänen kollegoidensa tekemässä tutkimuksessa huomattiin, että jo pelkästään päivänvaloon perustuvalla vakiovalo-ohjauksella pystytään säästämään 45–61 % valaistuksen energiankulutuksesta toimistoissa. Lisäämällä tähän vielä läsnäoloon perustuva valaistuksenohjaus, pystytään valaistuksen energiatehokkuutta parantamaan entisestään.

[5] Vaikka päivänvaloon perustuvalla valaistuksenohjauksella pystytään pienentämään valaisimien käyttämää energiaa jopa 60 %, niin realistisempana arvona energiansäästölle pelkällä päivänvalo-ohjauksella voidaan pitää n. 20–40 prosenttia. Tämä energiansäästön suuruus perustuu useampien tutkimusten keskiarvoon ja siten kuvastaa todenmukaisem- paa arvoa. Energiansäästön suuruuteen vaikuttaa valaistuksen käyttötapa sekä valaistujen

(12)

tilojen muoto ja valaisimien käytön aikataulut. [6] Aikataulut ja tilojen muoto vaikuttavat suurelta osin saatavilla olevan päivänvalon määrään. Jotta EU:n ilmasto- ja energiatavoit- teet voidaan saavuttaa, on päivänvalo-ohjauksen lisäksi käytettävä muita valaistuksenoh- jaustekniikoita. Läsnäoloa ja liikettä seuraavat sensorit ja kamerat ovatkin erittäin tärkeä osa valaistuksenohjausta, jotta nämä energiansäästön tavoitteet voidaan saavuttaa. [6]

Päivänvalon hyödyntäminen on erittäin tärkeää energiansäästön kannalta ja sitä tulisikin hyödyntää niin paljon kuin vain mahdollista. Valaistuksenohjauksella saavutettava ener- giansäästön potentiaalin suuruus riippuu kuitenkin paljon maantieteellisestä sijainnista.

Esimerkiksi Suomessa tilojen valaistus on toteutettava suurelta osin pelkästään valaisimien avulla, koska päivänvaloa on talvella saatavilla vain lyhyen ajan ja tämän lisäksi valo tulee matalassa kulmassa.

Läsnäoloon tai päivänvaloon perustuvan ohjauksen lisäksi myös aluekohtaisella valaistuksenohjauksella voidaan saada aikaan energiansäästöä. Etenkin valaisinkohtaisen valaistuksenohjauksen avulla pystytään säästämään energiaa. Valaisinkohtaisella ohjauksella tarkoitetaan yksittäisen valaisimen ohjausta perustuen esimerkiksi valaisimiin integ- roituihin läsnäolo- ja päivänvalosensoreihin. Aikaisemmin tehdyssä tutkimuksessa huomattiin, että valaisinkohtaisen valaistuksenohjauksen avulla voidaan säästää 25–30 % energiaan verrattaessa keskitettyyn manuaaliseen ohjaukseen. Avotoimiston valaistusta käsittelevässä tutkimuksessa valaisimia ei sammutettu kokonaan työntekijän poistuessa työpisteeltä, vaan valaisimia vain himmennettiin. Jos valaisimet olisi sammutettu kokonaan, olisi saavutettu korkeampi energiansäästö. [7] Henkilökohtaisen valaistuksenohjauksen avulla pystytään vaikuttamaan myös valaistuksen energiankulutukseen. Henkilö- kohtainen valaistuksen ohjaus voi olla valaisinkohtaista ohjausta, mutta henkilökohtai- sessa valaistuksenohjauksessa käyttäjä itse saa määrittää valaisimen kirkkauden ja joissakin tapauksissa myös värilämpötilan. Tutkimuksessa, jossa valaisimia pystyttiin him- mentämään henkilökohtaisesti käyttäjän toimesta, saavutettiin 11 % energiansäästö pel- kän henkilökohtaisen ohjauksen avulla. Tutkimuksessa toteutettiin myös käyttäjäkysely, jonka mukaan käyttäjien tyytyväisyys valaistusta kohtaan parani. Tähän syynä oli toden- näköisesti henkilökohtainen valaistuksen ohjaus. [8]

2.2 Valaistuksen vaikutus hyvinvointiin

Nykyään tiedetään, että valaistulla ympäristöllä on vaikutuksia ihmisten hyvinvointiin eikä pelkästään visuaaliseen toimintakykyyn. Valaistu ympäristö vaikuttaa ihmisen ylei- seen terveyteen, valppauteen, mielialaan ja jopa vuorokausirytmiin. Valaistuksella voi olla positiivisia vaikutuksia ihmisiin, mutta huonosti toteutettu valaistus voi heikentää unenlaatua ja vähentää sen määrää. Useat uniongelmat voivat olla seurausta vaihtuvasta vuorokausirytmistä. [9] Valaistuksen avulla voidaan parantaa oppimista, lisätä tuotta- vuutta ja kohentaa yleistä hyvinvointia. [10] Tiedämme, että valaistuksella on suuri vaikutus ihmisten hyvinvointiin, mutta jos valaistusta ei pystytä ohjaamaan optimaalisesti, ei valaistuksella saavutettavia hyötyjä pystytä hyödyntämään. Pahimmassa tilanteessa huonosti ohjattu valaistus heikentää sekä yöunia että ihmisten kokonaisterveyttä.

Valon vaikutusta vuorokausirytmiin voidaan pitää merkittävä tekijänä ja tämä on tullut esille Nobel-palkittujen tutkijoiden tutkimuksissa. [11,12] Tutkimukset ovat käsitelleet tarkemmin, mitä ihmisen sisäinen vuorokausirytmi käytännössä tarkoittaa. Tutkimukset ovat painottuneet tarkemmin siihen mikä aiheuttaa vuorokausirytmin solutasolta lähtien

(13)

aina sen vaikutuksiin ihmisissä. Julkaisut ovat käsitelleet myös valon vaikutusta vuorokausirytmiin. [11] Käytännössä ihmisen vuorokausirytmiin vaikuttaa kolme eri geeniä.

Nämä geenit yhdessä auttavat tuottamaan PER-proteiinia ja säännöstelemään sen määrää.

Näiden geenien avulla ihmisen sisäinen vuorokausirytmi pysyy käynnissä. [11] Valo on yksi ympäristön tärkeimpiä ärsykkeitä vuorokausirytmin ajastamisessa ja valolla saattaa olla merkitys PER-proteiinin toiminnassa [13]. Koska sisäinen kello vaikuttaa ihmisen tärkeisiin toimintoihin, on vuorokausirytmin tärkeää pysyä rytmissä. Vuorokausirytmi vaikuttaa ihmisen hormonitasoihin, uneen, kehon lämpötilaan ja aina käyttäytymiseen asti. [12] Jos vuorokausirytmi menee sekaisin, on sillä suuria vaikutuksia ihmisen hyvinvointiin ja terveyteen, koska se voi sekoittaa edellä mainittuja asioita. Muissa tutkimuksissa on todettu, että näillä tärkeillä toiminnoilla on yhteys useisiin eri sairauksiin, mukaan lukien syöpään. Tutkimusten mukaan valo on yksi tekijä, jolla on vaikutusta ihmisen vuorokausirytmiin. [11] Tämän takia valaistuksella on suuri merkitys ihmisen hyvinvointiin ja valaistuksenohjauksen avulla pystytään vaikuttamaan valon tuottamiin hyötyihin.

Kuva 1 on esitetty miten vuorokausirytmi vaikuttaa ihmisen elintoimintoihin ja vireysta- soon.

Kuva 1. Vuorokausirytmin vaikutukset ihmiskehossa. [14]

Ihminen kuluttaa suuren osan ajastaan sisätiloissa, jolloin luonnonvaloa ei välttämättä ole saatavilla riittävästi ylläpitämään ihmisen luonnollista vuorokausirytmiä. Luonnonvaloa olisi kuitenkin tärkeää hyödyntää mahdollisimman paljon tilojen valaisemiseen. Jotta voimme ylläpitää vuorokausirytmiä sisätiloissa ollessamme, tarvitaan tilaan valaisimia, joiden avulla voimme simuloida luonnonvaloa ja sen vaihtelua. Tämä tarkoittaa, että valaisimien värilämpötilaa sekä valon määrää on pystyttävä säätämään kellonajan mukaan.

Tämä mahdollistaa vuorokausirytmin ylläpidon sisätiloissa. [9] Normaaleilla valaisimilla tai normaaleilla kytkimillä tämä ei ole mahdollista vaan tarvitaan valaisimet, joiden väri- lämpötilaa voidaan säätää sekä ohjausjärjestelmä, jonka avulla voidaan näitä valaisimia

(14)

ohjata oikein ja luoda vuorokausirytmiin perustuva valaistus. Koska valaistuksella on suuri vaikutus ihmisten hyvinvointiin, on valaistus suunniteltava tarkoin ja valita siihen soveltuva valaistuksenohjausjärjestelmä.

Viime aikoina käsite Human-centric lighting (HCL) on ollut kasvava puheenaihe valais- tusmaailmassa. HCL:n markkinaosuuden arvioidaan kasvavan peräti 25 % 2021–2027 välisenä aikana [15]. HLC:n eli ihmiskeskeisen valaistuksen tarkoituksena on ottaa huomioon valaistuksen vaikutus ihmiseen sekä visuaalisesti että ei-visuaalisesti [10]. Ihmis- keskeisen valaistuksen tarkoituksena on ohjata valaistusta ihmisten tarpeisiin sopivaksi [16] ja parantaa tämän avulla ihmisten hyvinvointia sekä tyytyväisyyttä valaistukseen.

Ihmiskeskeiseen valaistukseen sisältyy vahvasti vuorokausirytmin toteuttaminen valaistuksen avulla. Kuva 2 esittää vuorokausirytmiin perustuvan valaistuksen värilämpötilan säätämistä kellonajan mukaan. Vuorokausirytmiin perustuva valaisimien värilämpötilan ja intensiteetin ohjaus tukee ihmisen sisäistä vuorokausirytmiä. Vuorokausirytmiin perustuva valaistus on otettu huomioon myös WELL-rakennusstandardissa [17,18]. WELL- standardin tarkoituksena on edistää ihmisten hyvinvointia rakennuksissa [18]. Lisäksi kun puhutaan HCL:sta, valaistus usein hyödyntää sensoreilla kerättyä tietoa ja ohjaa valaistusta automaattisesti kerättyjen tietojen perusteella. Näin valaistusta pystytään ohjaamaan paremmin tarvekohtaisesti.

Kuva 2. Valaistusta voidaan ohjata matkimaan päivänvaloa, jolloin valaistus tukee ihmisen vuoro- kausirytmiä. Vuorokausirytmiin perustuvalla valaistuksenohjauksella on todettu olevan ihmisen hy- vinvointia edistäviä vaikutuksia. [17]

(15)

3 Valaistusohjauksen tekniikat

Valaistuksenohjausjärjestelmien avulla pystytään toteuttamaan niin paljon enemmän kuin pelkästään kytkemään valaisimet päälle ja pois päältä. Nykyään käytetäänkin termiä älyk- käät valaistuksenohjausjärjestelmät, koska valaistuksenohjausjärjestelmien avulla voidaan ohjata valaistusta automaattisesti tai monin eri tavoin. Älykkäillä valaistuksen oh- jausjärjestelmillä on monia erilaisia ominaisuuksia, ja nämä järjestelmät eroavat toisistaan näiden ominaisuuksien sekä niiden käyttämän tekniikan perusteella. Kun on kyse älykkäistä valaistuksenohjausjärjestelmistä, niin siihen liittyy usein sensoreilta ja käyttä- jiltä saadun datan käsittelemistä. Tämän datan avulla valaistusta voidaan ohjata automaattisesti. Älykkään valaistuksen ohjauksen avulla pystytään ottamaan käyttäjät paremmin huomioon samalla kun säästetään energiaa. Älykäs valaistus hyödyntää käyttäjän tarpeita valaistuksen ohjaamiseen, mikä tekee valaistuksesta ihmiskeskeisempää. [19]

IoT (Internet of Things) mahdollistaa uusien älykkäiden järjestelmien syntymisen käyt- tämällä langattomia sensoreita ja upotettua elektroniikkaa. Koko ajan kehittyvä laitteiden sekä järjestelmien yhteensopivuus toistensa kanssa mahdollistaa sensoriverkkojen kerää- män datan hyödyntämisen monin eri tavoin. [19] Laitteiden yhteensopivuus on otettava huomioon myös älykkäissä valaistuksenohjausjärjestelmissä. Valaistus on erittäin tärkeä osa älykästä rakennusta ja valaistusohjausverkko voi toimia tärkeänä sensoriverkkona muiden järjestelmien hyödyksi. Koska valaisimia on rakennuksessa paljon, tasaisin väli- matkoin, valaisimiin sijoitetut sensorit ja langattomat lähettimet luovat erittäin hyvän ja kattavan verkoston, jonka avulla voidaan kerätä dataa kaikkien taloteknisten järjestelmien käytettäväksi. Jotta kerättyä dataa voidaan hyödyntää muuhunkin kuin valaistuksen ohjaukseen, on valaistuksenohjausjärjestelmän oltava integroitavissa muihin taloautomaa- tiojärjestelmiin. Tämä integraatio voidaan toteuttaa monin eri tavoin. Integraatio rakennusten hallintajärjestelmiin voidaan toteuttaa esimerkiksi pilvipalveluiden avoimen oh- jelmointirajapinnan eli API:n avulla tai sitten DALI-rajapinnan avulla.

Langattomaan valaistuksenohjaukseen liittyy käytännössä aina älykäs valaistuksen ohjaus. Joissakin tapauksissa pelkkä valaisimien sytyttäminen langattomasti olisi riittävä ratkaisu, mutta puhuttaessa langattomista valaistuksenohjausjärjestelmistä puhutaan samalla älykkäistä valaistuksenohjausjärjestelmistä. Langattomat valaistuksenohjausjärjes- telmät eroavat toisistaan niiden ominaisuuksien sekä niissä käytetyn tekniikan osalta. Va- laisimia voidaan ohjata erilaisten langattomien tiedonsiirtoprotokollien avulla. Valai- simia voidaan ohjata esimerkiksi puhelimista tutun Bluetoothin, kaukosäätimissäkin käy- tetyn infrapunan, kotien langattoman verkon mahdollistavan WiFi:n ja kotiautomaatiossa käytetyn Zigbeen avulla. Jotta valaistuksenohjausjärjestelmää voidaan käyttää useissa eri kohteissa, on sen tuettava eri standardeja mahdollisimman hyvin. Ammattivalaistuksen yksi tämän hetken käytetyimmistä langallisista valaistuksenohjausprotokollista on DALI- protokolla. Toinen ammattivalaistuksessa käytetty digitaalinen valaistuksen ohjausproto- kolla on DMX512. Näiden protokollien avulla voidaan ohjata ja himmentää valaisimia.

Koska DALI-valaisimien osuus ammattivalaistuksessa on suuri, langattomien valaistuk- senohjausjärjestelmien olisi hyvä pystyä ohjaamaan myös DALI-valaisimia. Edelleen käytetään myös paljon 0-10V -ohjausmenetelmää himmentämiseen, joten näidenkin valaisimien himmentäminen järjestelmän avulla olisi tärkeää.

(16)

3.1 Bluetooth Low Energy

Bluetooth Low Energy (BLE) on yksi langattomista tiedonsiirtotekniikoista mitä käyte- tään valaistuksen ohjaukseen. BLE käyttää 2,4 GHz ISM taajuuskaistaa ja jotta tiedonsiirto olisi mahdollisimman vakaata, BLE käyttää 40 kanavaa, joiden välillä voidaan hyp- piä. Nämä kanavat ovat 2 MHz:n päässä toisistaan ja täten taajuudet mitä BLE käyttää sijoittuvat 2,402–2,480 GHz:n väliin. Näistä 37 on datakanavia ja kolme mainoskanavia.

[20] Näin voidaan välttää häiriöitä signaalissa ja taata vakaampi valaistuksenohjausjär- jestelmä. BLE tekniikan avulla voidaan siirtää dataa 2 Mb/s nopeudella ja lisäksi sen te- hoastetta voidaan muuttaa [20]. Näin ollen tekniikka on soveltuva monenlaisiin tuottei- siin.

BLE tukee mesh-verkkotopologiaa [20] , jota käytetäänkin paljon langattomissa valais- tuksenohjausjärjestelmissä. Mesh-verkossa solmut välittävät dataa kaikille solmuille, jotka ovat sen kantaman sisällä. Mesh-verkossa dataa voidaan siirtää kahden päätekniikan avulla. Näitä tekniikoita kutsutaan nimillä routing ja flooding. Routing-menetelmää käyt- täessä data siirtyy tiettyä reittiä pitkin kohteeseen ja tästä siirrosta on vastuussa reititin.

Flooding-menetelmässä data lähetetään jokaiselle kantaman sisällä olevalle solmulle ja vastaanottavat solmut jatkavat viestin lähetystä eteenpäin. Ainoastaan solmut, joiden oli määrä toimia viestin mukaan toteuttavat käskyt, mutta jokainen solmu osallistuu viestin välitykseen. Routing-menetelmässä viesti kulkee yhtä reittiä pitkin ja tämä menetelmä onkin altis virheisiin yhden solmun vikaantuessa. Flooding menetelmää käyttämällä yhden solmun vikaantuminen ei aiheuta suurta vahinkoa ja viesti jatkaa kulkuaan useita eri reittejä pitkin eteenpäin. [20]

BLE mesh -verkossa solmut ovat Bluetooth-laitteita, jotka yhdessä muodostavat mesh- verkon. [20] Kuva 3 on esitettynä mesh-verkko. Valaistuksenohjauksessa valaisimessa olevat Bluetooth-radiot toimivat solmuina. Myös esimerkiksi sensorit, joissa on Bluetooth-lähetin toimivat solmuina.

Kuva 3. Solmujen muodostama mesh-verkko. [21]

(17)

3.2 Zigbee

Zigbee on standardisoitu langaton tiedonsiirtotekniikka, joka perustuu IEEE 802.15.4 standardiin. Zigbee käyttää 2,4 GHz:n ISM taajuuskaistaa ja siinä on 16 eri kanavaa.

Nämä kanavat ovat 2 MHz:n levyisiä. Verkkotopologiana Zigbee käyttää itsejärjestäyty- vää mesh-verkkoa, joka koostuu erilaisista laitteista. [22] Nämä laitteet voidaan jakaa kahteen ryhmään, FFD (Full function device) ja RFD (Reduced function device) -laitteisiin. FFD-laite pystyy kommunikoimaan useamman laitteen kanssa ja nämä laitteet ovat aina päällä. FFD-laitteet voivat toimia myös reitittiminä. RFD-laitteiden toiminnallisuuk- sia on vähennetty ja nämä voivat olla lepotilassa. RFD-laitteet kommunikoivat isäntälait- teen kanssa. Yleensä näitä laitteita käytetään verkon reunalaitteina. [23] Zigbee-verkko, esitetty Kuva 4, muodostuu koordinaattorista, reitittimistä ja päätelaitteista. Koordinaat- tori luo verkon ja on vastuussa tiettyjen verkon parametrien valitsemisesta. Reitittimien tehtävä on laajentaa Zigbee-verkkoa ja toimia koordinaattoreiden ja päätelaitteiden vä- lissä. Lisäksi koordinaattori on vastuussa laitteiden liittämisestä sen PAN-verkkoon.

Koordinaattori voi myös hoitaa reitittimen asemaa. [22] Reitittimien tarkoitus on laajentaa Zigbee-verkkoa ja toimittaa viestejä laitteilta toisille. [24] Koordinaattorit ja reitittimet ovat FFD-laitteita, mutta päätelaite voi olla joko FFD- tai RFD-laite. Verkon teoreet- tinen skaalautuvuus on 65 tuhatta solmua. Tiedonsiirtokapasiteetti Zigbeellä on 250 kbit/s ja Zigbee lupaa sisätiloissa signaalin kantamaksi 75–100 metriä. [22] Vaikka tiedonsiir- ron kapasiteetti onkin huomattavasti pienempi kuin esimerkiksi BLE-tekniikalla, on se riittävä valaistuksen ohjaukseen [19].

Kuva 4. Zigbee mesh-topologia. [18]

Jokaisella Zigbee-laitteella on olemassa oma 64-bittinen MAC-osoite ja jokainen laite on valmiiksi ohjelmoitu sen tehtävää varten. Laitteet ovat valmiiksi koodattu olemaan koor- dinaattoreita, reitittimiä tai päätelaitteita. Koordinaattori luo verkon yhdelle vapaista ka- navista, johon muut laitteet voivat liittyä. Kun laitteet liittyvät verkkoon, laitteet saavat oman 16-bittisen verkko-osoitteen, jonka avulla laite voidaan tunnistaa myöhemmin. Rei- titin liittyy valmiina olevaan verkkoon ja sen jälkeen se voi vastaanottaa muiden laitteiden pyyntöjä päästä liittymään tähän verkkoon. Laitteet kommunikoivat sitten keskenään verkossa ja selvittävät näin jokaisen verkossa olevan laitteen identiteetin. Tämän jälkeen laitteet skannaavat verkkoa ja etsivät mahdollisia palveluita verkosta, jonka jälkeen laitteet voivat kommunikoida keskenään ohjaus- ja komentoviestien välityksellä. [23]

(18)

Zigbee tukee kahta erilaista verkon turvallisuus mallia. Toinen malli on keskitetty ja toinen hajautettu malli. Keskitetyssä turvallisuusmallissa reitittimet eivät voi muodostaa verkkoa, mutta hajautetussa mallissa reitittimetkin voivat muodostaa Zigbee-verkon.

Riippumatta verkon turvallisuusmallista, solmut voivat liittyä verkkoon ja saada siten verkon avaimen. Keskitetyssä mallissa solmut tarvitsevat myös Trust Center Link -avaimen suojaustietojen hallintaan määritetyltä koordinaattorilta. Jokaiselle verkon solmulle käytetään AES-128 suojausta verkontasolla. [23]

Koska moni eri langaton tekniikka käyttää samaa 2,4 GHz:n ISM-taajuuskaistaa, on tois- ten verkkojen aiheuttamat häiriöt koitettava minimoida. IEEE 802.15.4 standardissa on valmiiksi ominaisuuksia, joilla estetään verkkojen toisilleen aiheuttamia häiriöitä. Yksi keino mitä IEEE 802.15.4 käyttää estämään häiriöiden syntymistä on CSMA-CA algo- ritmi, joka tarkkailee verkon liikennettä ja lähettää dataa, kun verkossa ei ole häiriöitä.

Lisäksi Zigbee skannaa verkkoa ja etsii parhaan kanavan 16:sta kanavasta, jolle se luo verkon. Häiriöitä varten on myös kehitetty tekniikka, jossa häiriöiden ilmestyessä, tiedonsiirto siirtyy vapaammalle taajuudelle. Jos häiriöitä ilmestyy, lähetetään dataa myös useamman kerran. [23]

Langattomassa Zigbee-valaistuksenohjausverkossa valaisimet on yleensä määritelty rei- tittimiksi, kun taas kytkimet ja sensorit ovat määritelty päätelaitteiksi. Näin saadaan luotua verkosta mahdollisimman joustava tiedon reititystä varten. [19] Tämä järjestely vä- hentää yksittäisten solmujen vikaantumisten aiheuttamia vahinkoja verkossa, koska verkko pystyy adaptoitumaan tilanteeseen ja viemään viestin eteenpäin toista reittiä.

3.3 Infrapuna

Monet langattomat tiedonsiirtotekniikat perustuvat amplitudin, taajuuden tai vaiheen mo- dulaatioon, mutta infrapunalla toteutettu tiedonsiirto perustuu intensiteettimodulaatioon.

Tässä tekniikassa signaalin teho on suhteessa moduloitavaan signaaliin. Sähköinen viesti muutetaan diodin avulla optiseksi signaaliksi. Signaalin lähettämiseen voidaan käyttää esimerkiksi laserdiodia tai LEDiä. Näistä LED-lähetin soveltuu paremmin hajautetun lin- kin muodostamiseen, johtuen LEDien laajasta lähetyskuviosta. LED-lähettimiä käyttä- mällä turvataan myös ihmisen näköaistia, koska infrapunasäteily on haitallista suuressa määrin käytettynä ihmisen näkökyvylle. Laserdiodit muodostavat kapean säteen, joka voi tästä syystä olla liian tehokas ihmissilmälle. Vastaanottimena voidaan käyttää optista il- maisinta, jonka muodostama virta on verrannollinen lähetetyn signaalin intensiteettiin.

[25]

Infrapunalinkkityyppejä on useita erilaisia perustuen signaalin lähettämiseen ja vastaanottamiseen. Käytännössä linkkityypit voidaan jakaa sen mukaan, että onko linkki muo- dostettu suoran näköyhteyden avulla vai heijastamalla jonkin pinnan kautta. Lisäksi link- kityyppiin vaikuttaa se onko infrapunalähettimestä lähtevä signaali suunnattu vai dif- fusoitunut ja onko vastaanotin kohdennettu vai ottaako se signaalin vastaan laajemmalla kulmalla. Jos käytetään lähetintä, joka lähettää signaalin laajalla säteellä ja vastaanotin, joka vastaanottaa infrapunasäteet laajalla kulmalla, voidaan tätä linkkiä kutsua hajaute- tuksi linkiksi. [26] Laajalla näkökentällä varustettu vastaanotin vastaanottaa myös ympä- ristössä olevaa infrapunasäteilyä. Tällaista häiriösignaalia voi tulla esimerkiksi auringon- valosta. Laajanäkökenttä tarkoittaa myös sitä, että vastaanotin voi vastaanottaa signaalin, joka on tullut toiselta lähteeltä ja heijastunut useamman kerran, mikä aiheuttaa viivettä signaalin vastaanottamiseen sekä käsittelyyn. [27]

(19)

Valaistuksenohjauksessa voidaan käyttää hajautettua linkkiä. Valaistuksen ohjaukseen tarkoitettu kauko-ohjain voi tosin käyttää hyödykseen myös tarkennettua lähetintä, jolloin vastaanotinkin voi olla tarkennettu. Kuitenkin jos halutaan kommunikaation liikkuvan katossa olevien valaisimien ja sensorien välillä on käytettävä hajautettua linkkiä, jolloin signaali heijastuu lattian ja huonekalujen kautta seuraaville valaisimille. Tällöin erilaiset esteet ja eri materiaalit voivat hankaloittaa signaalin kulkua, koska infrapunavalo ei lä- päise huonekaluja ja se voi absorboitua materiaalin.

Koska infrapunavalon taajuusalue on lähellä näkyvän valon taajuusaluetta, käyttäytyy se samankaltaisesti kuin näkyvä valo. Infrapunavalo heijastuu näkyvän valon tapaan pei- leistä, läpäisee lasin ja absorboituu tummiin pintoihin. Vaaleammista pinnoista heijastunut valo on diffusoitunutta. Infrapunavalo ei läpäise seiniä, joten jos kommunikaatiota halutaan kuljettaa huoneesta toiseen, on huoneiden välille luotava linkki käyttäen muuta kommunikaatiomenetelmää. Koska infrapuna ei läpäise seiniä, on infrapunalla lähetetyn viestin kaappaaminen hankalaa. Tämä mahdollistaa turvallisen viestin kulun järjestel- mässä. [26]

3.4 DALI

DALI (Digital Adressable Lighting Interface) on digitaalinen valaistuksenohjausproto- kolla, joka luotiin loistekuristinten digitaalista ohjausta varten. Tästä alun peräisesti tar- koituksesta protokolla on kehittynyt vuosien myötä. Protokollan tarkoituksena on mahdollistaa joustavan ja helposti skaalautuvan valaistusverkoston asentaminen. Yhdessä DALI-väylässä voi olla enintään 64 ohjauslaitetta ja 64 hallintalaitetta. Ohjauslaitteiksi lasketaan muun muassa LED-liitäntälaitteet, loistevalaisimien kuristimet sekä turvava- laistuksen ohjauslaitteet. Hallintalaitteiksi huomioidaan sensorit, kytkimet ja sovellusoh- jaimet. Kuva 5 on esitettynä DALI-väylän muodostama valaisinohjausverkko. Kuvassa näkyy sekä erilaisia ohjaus- että hallintalaitteita. DALI mahdollistaa yksittäisten valaisimien ohjauksen niille annettujen laitekohtaisten osoitteiden avulla. Valaisimia voidaan ohjata erikseen tai sitten määritettyinä ryhminä. Ryhmien määrittely onnistuu ohjelmoi- malla ja ryhmät pystytään uudelleen ohjelmoida tarvittaessa. Ryhmien ja yksittäisten valaisimien ohjauksen avulla voidaan luoda erilaisia valaistustilanteita ja tunnelmia eri huo- neisiin. [28]

Kuva 5. Periaatekuva langallisesta DALI-valaistuksenohjausjärjestelmästä. [23]

(20)

Yksi suuri etu DALI-ohjatuissa valaisimissa verrattuna niin sanotusti perinteisesti ohjat- taviin valaisimiin on, että DALI tukee kaksisuuntaista kommunikaatiota. Tämä tarkoittaa sitä, että valaisimilta voidaan kerätä esimerkiksi niiden tilatietoa ja vikailmoituksia.

DALI-ohjattujen laitteiden johdottamiseen ei vaadita erillistä datakaapelia, vaan yhden kaapeliparin avulla voidaan sekä sähköistää laite, että kuljettaa dataa. Lisäksi asentamista helpottaa, ettei johtojen napaisuutta tarvitse huomioida, vaan ne voidaan kytkeä huoletta.

[28]

Vuonna 2017 markkinoille tuli DALI-2-protokolla, joka on osa kansainvälistä IEC 62386 standardia. DALI-2-protokollan tekniset tiedot on määrittänyt DiiA (Digital Illumination Interface Alliance). DALI-2 sertifioitujen laitteiden ominaisuuksia on lisätty verrattuna DALI-1 sertifioituihin laitteisiin, lisäksi laitteiden keskinäistä yhteen toimivuutta on parannettu. Yksi tärkeimmistä uudistuksista DALI-2-protokollassa on ohjauslaitteiden li- sääminen protokollaan. Ohjauslaitteet eivät kuuluneet aiempaan DALI-1-protokollaan.

Yksi merkittävä eroavaisuus DALI-2-sertifikaatissa ja DALI-1-rekisteröinnissä on se, että saadakseen laitteen DALI-2-sertifioiduksi laitteeksi, on siitä maksettava palkkio.

DALI-2-laitteiden keskinäistä yhteensopivuutta on parannettu juuri sertifiointi ohjelman avulla. Tämä sertifiointi varmistaa, että eri laitevalmistajien laitteet toimivat toistensa kanssa. [28]

(21)

4 Haastattelututkimus

Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää, mitä langattomia valaistuksenohjausjär- jestelmiä on tällä hetkellä Suomen markkinoilla ja miten nämä järjestelmät soveltuvat toimitilojen valaistuksenohjaukseen. Menetelmäksi valittiin haastattelututkimus, jonka avulla on mahdollista saada laajasti esille asiantuntijoiden näkemys valaistuksen ohjauksen menetelmien käytöstä Suomessa. Haastattelututkimus on laajalti käytetty menetelmä kvalitatiivisen aineiston saamiseksi, jota tulkitaan määritellyn tutkimuskysymyksen sel- vittämiseksi [29]. Haastattelujen avulla voidaan saada markkinoilla olevista järjestelmistä sellaista hiljaista tietoa, johon ei pelkän kirjallisuuskatsauksen avulla pääse käsiksi. Haas- tattelututkimuksen avulla saatiin kerättyä tarkemmin lisätietoa järjestelmien ominaisuuksien käytöstä, teknisistä tiedoista sekä niiden soveltuvuudesta erilaisiin kohteisiin.

Langattomat valaistuksenohjausjärjestelmät ovat yleistyneet viime aikoina, ja markkinoille on tullut useita eri valmistajien langattomia valaistuksenohjausjärjestelmiä. Uusia järjestelmiä ja tekniikoita tulee koko ajan lisää, joten valaistussuunnittelijan on oltava tietoinen useista eri järjestelmistä, jotta kohteeseen saadaan valittua oikea valaistuksen ohjausjärjestelmä. Suunnittelijan on tiedettävä mitä tekniikoita ohjausjärjestelmän on tuettava, jotta se on soveltuva kyseiseen kohteeseen.

4.1 Haastateltavat

Markkinoilla olevia järjestelmiä lähdettiin kartoittamaan kysymällä Rambollin valaistus- suunnittelijoilta, mitä langattomia valaistuksenohjausjärjestelmiä heille on tullut vastaan työn puolesta ja mitkä järjestelmät olisi hyvä sisällyttää työhön. Tämä lähestymistapa vaikutti lupaavalta, koska Rambollilla on laaja osaaminen valaistuksen suunnittelusta ja täten suunnittelijoille on kertynyt valmiiksi kontakteja alan ammattilaisiin, joita voisi haastatella. Lisäksi tämä lähestymistapa oli helppo toteuttaa, koska kirjoittaja työskente- lee itse Rambollilla. Tämä lähestymistapa osoittautui erittäin palkitsevaksi ja näin saa- tiinkin jo useita eri langattomien valaistuksenohjausjärjestelmien nimiä ja järjestelmien asiantuntijoiden nimiä tietoon. Kirjoittajan oman sekä hänen kollegoidensa tietojen li- säksi työhön etsittiin langattomia valaistuksenohjausjärjestelmiä internetistä. Näin löy- dettiin haastattelututkimusta varten yksi valaistuksenohjausjärjestelmä lisää, mikä ei ollut tullut vielä esille Rambollin kartoituksessa.

Langattomat valaistuksenohjausjärjestelmät, jotka valittiin työhön:

- Casambi

- Airam (Casambi)

- Tridonic basicDIM Wireless (Casambi) - Zumtobel basicDim Wireless (Casambi) - Ensto Workspaces

- Fagerhult Organic Response - Helvar ActiveAhead

- Osram Encelium

- Signify Interact Office Wireless

(22)

Haastattelut toteutettiin yhdeksän eri valaistusalan yrityksen edustajille. Yritykset valittiin heidän tarjoamien langattomien valaistuksenohjausjärjestelmien perusteella ja haastateltavat valittiin heidän ammatillisen kokemuksensa perusteella. Tarkoituksena oli haastatella henkilöitä, joilla on järjestelmän kokonaiskuvan lisäksi myös järjestelmien tekninen toimintaperiaate hyvin tiedossa. Täten pystyttäisiin saamaan mahdollisimman laaja kuva järjestelmistä. Taulukko 1 on esitetty haastateltavat sekä heidän edustamansa valaistuksenohjausjärjestelmät. Haastattelututkimukset toteutettiin etäyhteydellä meneil- lään olleen pandemian takia. Haastatteluita varten luotu kysymyspohja lähetettiin ennen haastattelua haastateltaville, jotta he pystyivät perehtymään kysymyksiin valmiiksi jo etu- käteen (LIITE 1). Jotta haastatteluja olisi helpompi analysoida jälkikäteen, kaikki haastattelut nauhoitettiin haastateltavien luvalla. Haastattelut kestivät keskimäärin tunnista puoleentoista tuntiin. Valaistuksenohjausjärjestelmien edustajien lisäksi haastateltiin Wi- repas-yrityksen edustajaa, jotta saatiin tarkempi kuva langattoman tiedonsiirtoon käytet- tävästä tekniikasta. Työhön sisällytetyistä valaistuksenohjausjärjestelmistä kaksi käyttää Wirepas-tekniikkaa.

Taulukko 1. Haastateltavat sekä heidän edustamansa valaistusohjausjärjestelmät.

Haastateltava Työnkuva Yritys Valaistuksenohjausjärjestelmä A Valaistusasiantuntija Airam Electric Oy

Ab Casambi

B Yhteystyökumppanien

hallinta Casambi Techno-

logies Oy Casambi

C Myyntipäällikkö

Liiketoiminta vastaava Vanhempi ohjelmisto- kehittäjä

Ensto Building Systems Finland Oy

Workspaces

D Teknisen tuen pääl-

likkö Fagerhult Oy Organic Response

E Tuotepäälikkö Greenled Oy Osram Encelium

F Langattoman valais-

tuksen johtaja Helvar Oy ActiveAhead G Järjestelmäarkkitehti Signify Finland

Oy Interact Office Wireless

H Myyntipäällikkö Wennerström

Ljuskontroll Ab / WLK – Finland Oy

Tridonic basicDIM Wireless (Casambi)

I Valaistus ratkaisujen asiantuntija

Suomen maajohtaja

Zumtobel Group basicDIM Wireless (Casambi)

J Myyntijohtaja ja liike-

toiminnan kehitys Wirepas -

4.2 Haastattelukysymykset ja aiheet

Haastattelun aiheita ja kysymyksiä lähdettiin muodostamaan kirjoittajan oman ammattikokemuksen pohjalta. Näin saatiin luotua alustava pohja haastattelulomakkeelle. Kirjoit- tajan oman ammattikokemuksen jälkeen kysymyksiä ja aiheita haettiin olemassa olevasta kirjallisuudesta. Tällä tavoin saatiin tehtyä kyselylomakepohja. Lomakepohjan avulla ky- symyksiä varten tehtiin esitutkimus Rambollin valaistussuunnittelijoiden joukossa, jossa kysymyksiin kerättiin kommentteja sekä tietotarpeita, jotka muuten olisivat jääneet huo- maamatta. Näin haastatteluun saatiin lisättyä valaistussuunnittelijoiden mielestä tärkeät aiheet ja kysymykset.

(23)

Haastattelun aiheita ja kysymyksiä kertyi paljon. Yksi tärkeimmistä aiheista oli valais- tuksenohjausjärjestelmän käyttämä langaton kommunikaatiotekniikka. Langaton tekniikka määrittää rajat valaistuksenohjausjärjestelmälle signaalin kantaman sekä kommu- nikaatiotekniikan muiden ominaisuuksien pohjalta. Kommunikaatiotekniikalla on vaikutusta esimerkiksi järjestelmien skaalautuvuuteen sekä järjestelmien soveltuvuuteen eri käyttökohteissa. Haastattelujen tarkoituksena oli myös saada selville tietoa eri valaistuk- senohjausjärjestelmien ohjelmoitavuudesta sekä järjestelmien käyttötavoista. On tärkeää tietää, miten järjestelmää voidaan muokata tarpeen vaatiessa ja mitä muutoksia tai toi- menpiteitä käyttäjä voi itse tehdä järjestelmään. Älykkäiden rakennusten ja IoT:n lisään- tyessä valaistuksenohjausjärjestelmien pilvipalveluiden sekä järjestelmien integraation merkitys korostuu valitessa oikeaa järjestelmää kohteeseen. Langattomuuden sekä pilvipalveluiden myötä herää myös huoli järjestelmien tietoturvallisuudesta, joten tietoturvallisuus oli aiheena haastatteluissa. Haastattelujen muita tärkeitä aiheita olivat valaistuksen energiankulutus, ohjausjärjestelmien kustannukset sekä järjestelmän avulla saavutettava hyöty vuokralaisten tai tilojen omistajien näkökannalta.

(24)

5 Tutkimustulokset

5.1 Järjestelmien toimintaperiaate ja skaalautuvuus

Ensimmäisinä aiheina haastattelussa olivat valaistuksenohjausjärjestelmän toimintaperiaate ja skaalautuvuus. Nämä ovat erittäin tärkeitä aiheita, kun suunnitellaan valaistuksenohjausta erilaisiin toimitilakohteisiin. Valaistuksenohjauksen eri ominaisuuksien tarve eroaa erittäin paljon riippuen kohteesta. Pysäköintihallin valaistukseen voi riittää esimerkiksi pelkästään hämärä- ja liiketunnistimilla toteutettu valaistuksenohjaus, kun taas kauppakeskuksiin ja toimistoihin vaaditaan paljon monipuolisempaa valaistuksenohjausta. Valaistusjärjestelmän skaalautuvuus liittyy erittäin vahvasti siihen, missä järjes- telmää voidaan käyttää ja onko samaa järjestelmää mahdollista käyttää sekä yksittäisissä huoneissa että kokonaisissa rakennuksissa. Jos järjestelmä pystyy ohjaamaan vain muu- tamaa kymmentä valaisinta, niin sillä voidaan ohjata pientä toimistoa, muttei suurempaa kokonaisuutta. Langattoman valaistusohjausverkon solmujen enimmäismäärä määrittää suurelta osin kuinka laajaksi kokonaisuudeksi valaistusohjausverkon voi skaalata.

On tärkeää tietää mitä langatonta tiedonsiirtotekniikkaa järjestelmä käyttää, jotta voidaan tietää paremmin järjestelmän toiminnasta, sen vahvuuksista ja heikkouksista. Tiedonsiir- totekniikalla on merkitys järjestelmän toimintaetäisyyteen ja tämä on huomioitava suunniteltaessa kohteita. Jos solmujen välinen toimintaetäisyys on pieni, on valaisimia asen- nettava lyhyin välimatkoin toisistaan. Lisäksi on tärkeää tietää, miten signaali kulkee esimerkiksi seinien läpi vai eikö signaali pysty läpäisemään seiniä ollenkaan.

Toimistovalaistuksessa käytetään erittäin paljon DALI-ohjattuja valaisimia, kun taas esimerkiksi valaistustaiteessa ja esitystekniikan piirissä hyödynnetään DMX-ohjattuja valaisimia. Valaistuksenohjausjärjestelmän yksi suoritustekijä on järjestelmässä esiintyvä viive, joten myös viestien kulkeutumisen viivettä kysyttiin haastateltavilta. Jos järjestel- mässä on suuri viive, niin valaisimet syttyvät eri aikaan viiveen takia. Suurissa tiloissa viestin kulkiessa valaisimelta toiselle tämä ilmiö korostuu, jolloin tilan käyttäjät pystyvät näkemään valaisimien syttyvän eri aikaan. Tällaisella viiveellä ei välttämättä ole käytän- nön haittaa valaistuksenohjauksen kannalta, mutta joissakin tilanteissa suuri viive voi aiheuttaa ongelmia. Esimerkiksi jos valaistuksen avulla yritetään luoda valoesityksiä ja jokaisen valaisimen pitäisi pystyä reagoimaan tuleviin ohjauskäskyihin tiettynä ajan het- kellä, viive voi aiheuttaa suuria ongelmia. Kaikissa muissa tässä työssä käsiteltävissä va- laistuksenohjausjärjestelmissä viive oli haastateltavien mukaan mitätön eikä sitä huomaa käytössä, paitsi Organic Response -valaistuksenohjausjärjestelmässä. Tässä järjestel- mässä viive on kuulema nähtävissä ja valaisimet syttyvät niin sanotusti aaltona ja käyttäjä näkee tämän selkeästi.

Jotta valaisimilta saadaan kerättyä valaisimen tilatietoa ja vikatietoa, on järjestelmän tuettava kaksisuuntaista kommunikaatiota. Kaikki työssä esitetyt valaistuksenohjausjärjes- telmät tukevat kaksisuuntaista kommunikaatiota. Kaksisuuntainen kommunikaatio on tärkeää etenkin suurissa toimitiloissa, koska sen avulla saadaan kerättyä tietoa jokaiselta järjestelmässä olevalta valaisimelta. Tämä helpottaa kiinteistön valaisinten huoltoa ja yl- läpitoa merkittävästi. Parhaassa tapauksessa huolto voi saada reaaliaikaisesti tietoa va- laistuksenohjausjärjestelmästä ja näin vioittuneen valaisimen korjaus tai vaihto helpottuu.

Jos järjestelmä ei tue kaksisuuntaista kommunikaatiota, niin valaisimilta ei saada vikatie- toja, mikä johtaa siihen, että valaisimen vikaantuessa vian löytäminen ja ilmoittaminen huollolle viivästyy. Kun huolto on saanut ilmoituksen valaisimen tai muun komponentin

(25)

vikaantumisesta, on huollon paikallistettava kyseessä oleva vikaantunut laite. Jos valais- tuksenohjausjärjestelmä on ilmoittanut viasta, on vioittuneen komponentin etsiminen hel- pompaa, kun jokainen komponentti voi olla järjestelmässä identifioitu. Älykkään langattoman valaistuksenohjausjärjestelmän ominaisuudet helpottavat valaisinten huoltoa ja pienentävät samalla huoltokustannuksia, koska vikojen etsimiseen ei mene ylimääräistä aikaa.

5.1.1 Casambi (Airam, Zumtobel ja Tridonic)

Vaikka Casambi-järjestelmä olikin alun perin kehitetty asuinrakennusten valaistuksenohjaukseen, on Casambi-valaistuksenohjausjärjestelmät nykyään tarkoitettu erityisesti erilaisten toimitilojen valaistuksenohjaukseen. Toki Casambia voidaan käyttää myös asuinrakennusten valaistuksenohjaukseen, mutta pääkohderyhmä Casambilla on nykyään toi- mitilat. Casambia käyttää moni eri valaisinvalmistaja ja haastatelluista valaistuksenoh- jausjärjestelmistä Airam, Tridonic ja Zumtobel käyttävät Casambia tuotteissaan. Järjes- telmä skaalautuu hyvinkin suuriin rakennuksiin. Casambilla voidaan toteuttaa valaistuksen ohjaus yksittäisestä toimistosta aina lentokentän valaistukseen asti. Helsinki-Vantaa lentokentän valaistus on toteutettu Airamin tarjoamalla Casambi-valaistuksenohjausjär- jestelmällä. Yhdessä Casambi-verkossa voi olla 250 solmua, mutta näitä verkkoja voi olla rakennuksessa useita ja ne voidaan yhdistää toistensa kanssa yhdyskäytävän avulla, jolloin useita verkkoja voidaan ohjata samalla päätelaitteella samanaikaisesti. Yhdistetyt verkot näkyvät käyttäjälle yhtenä verkkona Casambi-sovelluksessa.

Casambi-valaistuksenohjausjärjestelmän toiminta perustuu BLE mesh -verkkotekniik- kaan, jossa valaisimet ja muut laitteet muodostavat järjestelmän mesh-verkon. Kuva 6 on esitettynä Casambi-valaistuksenohjausjärjestelmän toimintaperiaate. BLE:n päälle Ca- sambi on itse koodannut oman pinon, joka mahdollistaa järjestelmän älyn sijaitsevan jokaisessa yksittäisessä solmussa, eikä järjestelmä vaadi erillisiä reitittimiä tai yhdyskäytä- viä toimiakseen. Ainoastaan järjestelmän käyttöönotto ja ohjelmointimuutosten tekemi- nen vaatii päätelaitteen, joka voi olla puhelin. Koko verkon tiedot ovat tallennettuna jokaiseen verkon nodeen. Verkon nodet keskustelevat toistensa kanssa koko ajan pyrkien konsensukseen. Näin jokaisessa nodessa on tallennettuna verkon jokaisen laitteen tilatie- dot esimerkiksi valaisimien sen hetkiset himmennystasot. Järjestelmän älyn sijaitessa jokaisessa järjestelmän solmussa, on järjestelmä itse korjautuva ja näin ollen sillä ei ole yksittäisiä kriittisiä solmuja. Yhden solmun vikaantuessa järjestelmä jatkaa normaalia toimintaa, eikä tämä yksi solmu vaikuta muuhun verkkoon millään lailla. Jos järjestelmä halutaan liittää pilveen, vaaditaan tähän tarkoitukseen reititin. Reitittimenä voi toimia puhelin, joka on yhteydessä internettiin. Tämän puhelimen avulla järjestelmä saa pilvestä ladattua uudet päivitykset jokaiseen solmuun ja päivitys voidaan tehdä kokonaan langattomasti.

(26)

Kuva 6. Casambin toimintaperiaatekuva. [30]

Casambi-valaistuksenohjausjärjestelmän avulla pystytään ohjaamaan eri ohjausmenetel- millä ohjattuja valaisimia. Järjestelmän avulla pysytään ohjaamaan DALI-valaisimia, analogisesti 0-10V tai 1-10V -säätöjännitteen avulla himmennettäviä valaisimia sekä PWM-ohjattuja valaisimia. Järjestelmän avulla pystytään ohjaamaan RGBW (Red, Green, Blue, White) ja värilämpötilasäädettäviä valaisimia ja liitäntälaitteita. Lisäksi las- kevan reunan himmennykseenkin on saatavilla oma node, jonka avulla pystytään ohjaamaan himmennettäviä LED-polttimoita, himmennettäviä LED-ohjauslaitteita sekä heh- kulankapolttimoita tarvittaessa. DMX-valaisinten ohjaaminen on myös mahdollista erillisen signaalimuuntajan avulla. Casambi-järjestelmä pystyy tosin ohjaamaan DMX-ohjattuja valaisimia vain kerran sekunnissa, joten nopeammat valaistustilanteiden muutok- set eivät ole mahdollisia.

Valaisimissa voi olla Casambi joko integroituna liitäntälaitteeseen tai sitten valaisimia voidaan ohjata erikseen asennettavan noden avulla. Eri ohjaustapoihin on olemassa eri nodet. Nämä nodet asennetaan valaisimen ja syöttökaapelin väliin. Casambi tarjoaa itse joitakin nodeja. mutta eri valaisinvalmistajilla on olemassa myös monia muita Casambi- tuotteita. Koska Casambi on standardoitu laitteistotasolla ja jokaisessa Casambi-laitteessa on sama laiteohjelmisto, eri laitevalmistajien Casambi-tuotteet ovat yhteensopivia.

5.1.2 Ensto Workspaces

Ensto Workspaces -valaistuksenohjausjärjestelmä on nimensä mukaan suunniteltu ensi- sijaisesti toimistoihin, mutta se on skaalattavissa myös muihin toimitiloihin kuten koului- hin ja sairaaloihin. Koska järjestelmä on tarkoitettu toimistoihin, on sen kehityksessä otettu tämä näkökanta huomioon. Ensto luottaa langattomassa tiedonsiirrossa Wirepas

(27)

mesh -verkkoon, joka perustuu Bluetoothin päälle rakennettuun Wirepas-tekniikkaan.

Wirepas-tekniikka organisoi mesh-verkkoa. Kuva 7 esitetään Workspaces-verkon tär- keimmät komponentit valaistusohjausverkon luomiseen. Wirepas mesh -verkossa viestit kulkevat valaisimissa olevien nodejen avulla valaisimelta toisella ja sitä kautta yhdyskäy- tävälle, joka yhdistää mesh-verkon pilveen. Workspaces-valaistuksenohjausjärjestelmä hyödyntää pilveä tiedon tallennukseen ja suurin osa järjestelmän älystä tulee pilvipalve- lun kautta. Pilveen tallennetaan kaikki valaistusohjaustilanteet ja määritellään, miten jär- jestelmä toimii. Järjestelmään voidaan lisätä valaisinkytkimiä, jotka kommunikoivat valaisinten kanssa Bluetooth-yhteyden avulla. EnOcean-tekniikkaa käyttävä kytkin ei tarvitse erillistä virtalähdettä, vaan viestin lähetykseen tarvittava energia kerätään painami- sen tuottaman kineettisen energian avulla. Tämä on erittäin huoleton tekniikka, koska näin ollen ei tarvitse huolehtia akkujen tai paristojen varaustilanteesta.

Kuva 7. Workspaces-valaistuksenohjausjärjestelmän mallikaavio. [31]

Koska Workspaces on tarkoitettu erityisesti toimistorakennuksiin, on erittäin tärkeää, että järjestelmä tukee DALI-protokollaa. Tämä on toteutettu siten, että DALI-valaisimeen lii- tetään erillinen Wirepas-node, joka sitten keskustelee mesh-verkossa olevien laitteiden kanssa. Näin aikaisemmin langallisesti ohjatuista DALI-valaisimista saadaan tehtyä langattomasti ohjattuja valaisimia. Workspaces tukee DALI Device Type 8 -protokollaa, joten järjestelmän avulla pystytään ohjaamaan valaisimia, joiden värilämpötilaa pystytään säätämään. Workspaces tukee myös RGBW-ohjausta. Toinen vaihtoehto nodelle, jonka avulla DALI-valaisin voidaan liittää verkkoon, on että valaisimen driveriin on integroitu Wirepas-tekniikka. Näin ollen valaisin tukee saman tien Wirepas-tekniikkaa ja pystyy kommunikoimaan valaistusohjausverkossa. Lisäksi Ensto tarjoaa Wirepas-relettä, jonka avulla voidaan käytännössä ohjata perinteisiä 230V valaisinryhmiä päälle ja pois päältä.

(28)

Workspaces-järjestelmä on hyvin skaalautuva aina pienistä toimistoista suuriin toimisto- komplekseihin. Käytännössä on mahdollista myös toteuttaa yksittäinen toimistohuone.

Wirepas mesh -verkossa olevien solmujen määrällä ei ole rajoitteita, joten mesh-verkko on laajennettavissa erittäin suureksi. Verkon kokoa rajoittava tekijä on verkossa liikkuvan datan määrä. Datan määrä riippuu suurelta osin sensoreilta tulevan tiedon määrästä. Liik- kuvan datan määrään vaikuttaa kuinka usein halutaan kerätä tietoa järjestelmästä. Esi- merkkinä tässä voidaan ajatella läsnäoloon perustuvaa datankeruuta. Sensoreilta ei tarvitse kerätä läsnäolotietoa jokainen sekunti, vaan harvemminkin tehty tiedonkeruu riittää.

Tällöin kerättävän datan määrä vähenee huomattavasti. Jos kerättävän datan määrä kasvaa liian suureksi, niin yhdyskäytävän raja tulee vastaan, jolloin verkon laajentamiseksi pitää lisätä uusia yhdyskäytäviä. Yksi yhdyskäytävä pystyy siirtämään n. 1 Mbit/s. Riip- puen dataliikenteen suuruudesta voi yksi yhdyskäytävä hoitaa sadasta solmusta yli tuhan- teen solmuun koostuvan verkon dataliikenteen. Solmuiksi lasketaan tässä esimerkissä valaisimet. Suunniteltaessa toimiston valaistuksenohjausjärjestelmää periaatteena on hyvä käyttää, että yksi yhdyskäytävä vastaa aina yhden kerroksen tietoliikenteestä. Jotta va- laistusohjausverkosta saadaan toimintavarmempi, olisi mesh-verkossa aina hyvä olla ai- nakin kaksi yhdyskäytävää käytettävissä, jolloin toisen vikaantuessa verkko voi jatkaa toimintaa toisen yhdyskäytävän kautta. Yhdyskäytävän vikaantuessa kuorma nimittäin jakautuu automaattisesti toiselle mesh-verkossa olevalle yhdyskäytävälle. Useiden yh- dyskäytävien avulla rakennettu verkko yhdistyy pilvessä yhdeksi kokonaisuudeksi ja käyttäjä näkee puhelinsovelluksessaan vain yhden kokonaisen valaistusohjausverkon.

5.1.3 Fagerhult Organic Response

Fagerhultin Organic Response -valaistuksenohjausjärjestelmä on tarkoitettu erityisesti toimistoihin, oppilaitoksiin ja terveydenhuollontiloihin. Järjestelmä soveltuu siis useisiin erilaisiin kohteisiin ja on skaalautuva aina yksittäisestä toimistohuoneesta aina kokonai- siin toimistorakennuksiin ja sairaaloihin. Järjestelmä rakentuu pääosin valaisimiin integ- roiduista sensoreista. Nämä sensorit sisältävät PIR (passive infrared) -liiketunnistimen, RF (radio frequency) -yksikön, valoanturin, infrapunalähettimen ja -vastaanottimen. Lii- ketunnistukseen perustuva valaistuksen ohjaus toimii pelkkien sensoreiden avulla, eikä järjestelmä vaadi toimiakseen mitään muuta. Lisätoimintojen käyttöönottamiseen, kuten datankeruun monitorointiin, tarvitaan lisäksi yksi tai useampi yhdyskäytävä ja järjestel- män liittäminen pilvipalveluun. Pelkillä sensoreilla luotuun valaistusohjausverkkoon lii- tettävien valaisimien ja sensoreiden määrää ei ole rajoitettu, vaan verkkoa voidaan laajentaa rajattomasti. Yhteen yhdyskäytävään voidaan kuitenkin lisätä maksimissaan 150 sensoria, mutta yhdyskäytävien määrää valaistuksenohjausjärjestelmässä ei ole rajoitettu.

Fagerhultin Organic Response -valaistuksenohjausjärjestelmä hyödyntää peräti kolmea eri langatonta tiedonsiirtotekniikkaa valaistuksen ohjaamiseen. Valaisimet käyttävät IR (infrared) -tekniikkaa valaisinten ja sensorien väliseen kommunikaatioon. Tämä kommu- nikaatioväylä on toiminnassa heti valaisinten liittyessä sähköverkkoon ja erillistä valai- sinohjausjärjestelmän käyttöönottoa ei tarvita. Tällöin valaisinten ohjaus perustuu vain läsnäoloon ja valaisimet syttyvät niihin ennalta määritellyin ehdoin. Koska valaisimet käyttävät pääsääntöisesti keskenään kommunikointiin infrapunaa, eivät signaalit kulje seinien läpi. Näin seinät muodostavat valaistusohjausverkoille rajat ja esimerkiksi sulje- tun toimistohuoneen valaisimet luovat itsenäisen valaistusohjausverkon. Jos valaistuksen ohjaussignaalin halutaan menevän seinän läpi, voidaan tähän hyödyntää Bluetoothia.

Bluetoothia järjestelmä hyödyntää myös langattomien EnOcean-painikkeiden käytössä.

Valaisimiin integroidut Wirepas-lähettimet luovat langattoman Wirepas mesh -verkon,

(29)

jonka avulla voidaan hyödyntää valaisimien keräämää dataa monitorointiin tai muiden automaatiojärjestelmien käyttöön. Wirepas mesh -verkon käyttäminen vaatii erillisen yh- dyskäytävän lisäämisen ohjausjärjestelmään ja sen lisäksi reitittimen, jonka avulla järjes- telmä voidaan yhdistää muihin kiinteistönhallintajärjestelmiin, joko pilven tai BACnet- väylän avulla. Kuva 8 on esitettynä Organic Response -valaistuksenohjausjärjestelmän toimintaperiaate sekä laitteet, mitä järjestelmä käyttää toimiakseen. Järjestelmä pystyy toimimaan itsenäisesti pelkästään sensorien ja IR-tiedonsiirtotekniikan avulla. IR-tekniikan avulla toimiva valaisimien ohjaus on havainnollistettu alla olevassa kuvassa Heti käyttövalmis -tasona. Valaisimen havaitessa liikettä valaisin syttyy ja lähettää tiedon lä- hellä oleville valaisimille. Liikkeen havaitseva valaisin on niin sanottu 1-tason valaisin, joka syttyy tehdasasetuksilla 100 % teholle. Seuraavat valaisimet saavat käskyn asettua tasolle 2 (70 %) ja sitä seuraavat tasolle 3 (40 %) ja niin edelleen. Tasosta neljä lähtien valaisimiin on tehdasasetuksilla asetettuna 10 % tehoaste. Tason 16 valaisimista eteen- päin valaisimet ovat sammutettuina. Käyttäjä voi itse määritellä tasojen himmennysasteet haluttuihin arvoihin.

Kuva 8. Fagerhultin Organic Response -valaistuksenohjausjärjestelmän toimintaperiaate. [32]

5.1.4 Helvar ActiveAhead

Helvarin ActiveAhead on langaton älyvalaistusjärjestelmä, joka hyödyntää tekoälyä valaistuksen ohjaamiseen. Järjestelmä kerää ympäristöstään tietoa nodejen avulla ja käyttää tätä tietoa nodejen itseoppimiseen. Nodet oppivat ihmisten käytösmalleja ja oppivat seu- raamaan läheisten nodejen toimintaa. ActiveAheadin pääkäyttökohteina ovat toimistot, koulut ja näitä vastaavat rakennukset. Lisäksi ActiveAhead-järjestelmä soveltuu erittäin hyvin myös parkkihallien valaistuksen ohjaamiseen. Helvar näkee, että järjestelmällä on potentiaalia varastojen ja logistiikkakeskusten valaistuksenohjausjärjestelmäksi ja tämä onkin yksi kohde mihin he aikovat tulevaisuudessa panostaa. ActiveAhead-järjestelmä soveltuu pienten tilojen valaistuksen ohjauksesta aina erittäin suurten kohteiden valais-

(30)

tuksen ohjaukseen. Järjestelmän osoiteavaruus on 65 000, joten järjestelmä soveltuu hyvin suurten kohteiden valaistuksen ohjaamiseen. Käytännössä skaalautuvuudelle ei tule raja vastaan.

ActiveAhead-järjestelmä käyttää tiedonsiirtoon Bluetooth mesh -verkkoa, johon Helvar on lisännyt oman protokollan päälle. Mesh-verkko rakentuu nodeista, jotka voivat olla joko integroituna valaisimiin tai sitten erillisinä komponentteina. Järjestelmässä ei ole yhtä keskitettyä laitetta vaan valaistusohjausverkko muodostuu nodeista. Kuva 9 on esi- tettynä ActiveAheadin pääkomponentit. Noden valinta perustuu siihen, että halutaanko ohjata DALI-valaisimia vai Helvarin Freedom LED-liitäntälaitteilla ohjattuja valaisimia.

DALI Advanced -noden avulla voidaan ohjata useamman DALI-valaisimen liitäntälait- teita. Tämä tarkoittaa sitä, että näitä valaisimia ohjataan tämän jälkeen ryhmänä, eikä niitä voida ohjata erikseen. Kuva 9 esitettyjen komponenttien lisäksi saatavilla on Acti- veAhead Adapter DA, jonka avulla voidaan ohjata mitä vain DALI-liitäntälaitetta. Tähän adapteriin voidaan liittää joko Node sense tai ActiveAhead-node. Valaistusta voidaan ohjata automaation lisäksi erillisellä langattomalla ohjauspaneelilla, joka voidaan asentaa seinään tai pöytään.

Kuva 9. Helvar ActiveAhead-järjestelmän pääkomponentit. [33]