Возможности сетевого взаимодействия и "умное" освещение по-прежнему обсуждались на Конференции по уличному освещению, но Мори Райт отмечает, что качество наружного освещения и защита темного неба были более популярными темами на мероприятии 2018 года.
Конференция Светотехнического инженерного общества (IES) по уличному освещению (SALC) состоялась 1-3 октября в городе Орландо, штат Флорида, и ее программа, как обычно, ознакомила участников с новейшими идеями по безопасному и энергоэффективному твердотельному освещению (SSL) улиц и открытых общественных мест. В этом году, судя по всему, конференция сменила курс, поскольку темы качества светодиодного освещения и спектрального распределения мощности (SPD) светильников обошли "умное" освещение по популярности. Действительно, инженеры и спецификаторы, работающие в сфере наружного освещения, столкнутся с проблемой разрешения множества факторов, создавая безопасные условия для горожан и сохраняя возможность обсерваторий к обеспечению совершенно другого типа безопасности.
Город Орландо
Согласно устоявшейся традиции, SALC 2018 началась с презентации чиновника местного муниципалитета, посвященной уникальным аспектам Орландо. Иэн Лахифф, менеджер энергетических проектов в городе Орландо, начал с характеристики жителей города на данный момент. Удивительно, но население города составляет всего 277 000 человек. Однако в 2017 году город посетило 72 миллиона человек, что делает его наиболее посещаемым городом западного полушария.
Действительно, на каждого жителя города приходится 245 туристов, а значительная часть населения живет за чертой бедности, существуя за счет обслуживания промышленных предприятий. Структура города устанавливает уникальные требования по решениям, которые должны быть социально справедливыми, при этом повышать уровень устойчивости и энергоэффективности и, кроме того, влиять на освещение.
Мэр Орландо, Бадди Дайер, создал в 2007 году целевую группу под названием "Зеленые работы Орландо", и эти усилия привели к разработке нескольких заметных проектов. Например, город непосредственно владеет и управляет спортивными и развлекательными заведениями, включая центр Amway, в котором размещаются баскетбольная команда Orlando Magic и футбольное поле Camping World Stadium.
В расположенном в деловой части города центре Amway проводятся различные мероприятия, например, концерты, матчи низшей хоккейной лиги и многое другое, помимо баскетбола - по словам Лахиффа, более 300 мероприятий в год. Ранее было установлено несколько устаревших систем освещения с отдельными системами, используемыми для различных типов мероприятий. В 2017 году город модернизировал освещение, обратившись к Musco Lighting для установки единой светодиодной системы с элементыми управления, которые позволяют одной системе обслуживать все мероприятия.
Этот проект положительно отразился на впечатлениях гостей города, а также снизил потребление энергии, что позволит существенно экономить средства налогоплательщиков в долгосрочной перспективе. А переход на единую систему долговечного твердотельного освещения также позволит сократить расходы на обслуживание. На компоненты системы и выполненные работы действует 10-летняя гарантия.
Лахифф утверждает, что сейчас в стадии реализации находится ключевой проект по реставрации здания городской администрации стоимостью 20 млн долларов, который включает поэтажный ремонт, в том числе переход на светодиодное освещение с функцией использования дневного света и системой автоматизации здания. В городе имеется солнечная энергостанция мощностью 40 МВт. В перспективе, по словам Лахиффа, город стремится стать интеллектуальным городом со взаимосвязанной инфраструктурой "Интернета вещей" (IoT) и планирует установить в каждом районе "умное" уличное освещение.
Центральный парк развлечений
Презентация Орландо стала идеальным вступлением для основной презентации SALC от Чипа Израэля (рис. 1), президента LDA (Lighting Design Alliance). Израэль принимал участие в ряде крупных проектов по освещению в Диснейленде и других парках развлечений и тематических гостиницах и выступил с докладом под названием "Динамическое освещение для мест проведения мероприятий и тематических парков." Основная идея была лишь в незначительной мере связана с темой уличного или дорожного освещения, но представлена с глубоким пониманием методов наружного освещения.
Израэль начал свою речь с утверждения "Ничто не ново, но все меняется." Его смысл заключался в том, что цели действенного и эффективного освещения всегда оставались неизменными. Но светодиодная революция открыла множество новых путей к достижению давно понятых целей. Он пошутил, что больше всего подход к освещению изменили смартфоны из-за тенденции к селфи и отказу от того, что он назвал старым "моментом Kodak." В наше время хорошее освещение должно обеспечивать возможность хорошего селфи.
Рис. 1 Во вступительной речи на конференции SALC Чип Израэль из Lighting Design Alliance (LDA) говорил об использовании светодиодов для освещения тематических парков и мест проведения мероприятий. (Фото: LDA.)
Начиная выступление, Израэль передал какой-то предмет в первый ряд и попросил каждого рассмотреть предмет и передать соседу, пообещав, что объяснит смысл этого позже. Что это был за предмет? Это был просто четвертак, и скоро мы вернемся к этому.
Переходя к теме тематического парка, Израэль отметил, что освещение позволяет реализовать некоторые вещи, которые невозможно осуществить с помощью цвета или текстуры. В качестве примера он привел аттракцион "Башня ужаса" в Диснейленде, где, по его словам, проецируемый свет создает ощущение глубины и обеспечивает больший эффект архитектуры сооружения. Израэль говорит: "Здание становится магическим."
Влияние на эффективность
По его словам, переход на твердотельное освещение позволяет проектировщикам освещения обеспечивать такое воздействие более эффективно, а в таких сферах, как тематические парки, этот фактор значительно важнее, чем преимущества эффективности светодиодов. Он отмечает, что долговечность светодиодов также является огромным преимуществом, поскольку освещение подолгу используется каждую ночь, а небольшие размеры светодиодных источников света и наличие нескольких цветовых каналов обеспечивают очень высокий уровень гибкости.
Цели проектировщика освещения в тематическом парке не отличаются от целей в рамках проекта архитектурного освещения. "Освещайте то, что Вы хотите видеть", - говорит Израэль. Лучшие проекты - это проекты, в которых Вы не замечаете освещение. Израэль отметил, что на главных улицах Диснейленда фонарные столбы располагаются за фасадами зданий для освещения фасадов на противоположной стороне улицы, но в течение дня эти столбы незаметны. В Диснейленде применяются гидравлические и ручные устройства, чтобы опускать и прятать столбы, когда они не используются. Находящиеся на виду светильники в Диснейленде также прячутся внутри фасадов, декоративных конструкций столбов и т.д.
Израэль заметил, что в продуманной системе у каждого светильника есть цель. Добиться этого было намного сложнее до появления светодиодных технологий и особенно современных средств управления освещением. Прежде чем дизайнер получал доступ к точному затемнению, необходимо было понизить уровень освещения путем отключения некоторых светильников, но это могло привести к возникновению проблем с равномерностью освещения, а твердотельные светильники позволили решить эти проблемы.
Парады в парках также претерпели значительные изменения. По словам Израэля, "светодиоды изменили правила игры" в этой сфере. Если раньше все освещение проецировалост со столбов, то теперь платформы и участники парада освещаются встроенными светодиодами. Он добавляет, что "люди могут одеваться в свет, а батареи стали намного меньше."
Уровень и равномерность освещения
Возвращаясь к четвертаку, переданному в публику, Израэль назвал его "осветительным прибором" и перешел к теме необходимого уровня освещения. Теперь участники SALC заинтригованы вопросом рекомендуемых практик, например, с точки зрения конкретного уровня и равномерности освещения для различных категорий улиц. Поэтому следующее заявление Израэля, несомненно, вызвало некоторое смятение в зале. Он сказал: подбросьте монету, и если Вы можете различить, приземляется ли она орлом или решкой, то света достаточно.
Израэль рассказал о проекте курортной гостиницы в Диснейленде в стиле старого коттеджа, над которым он работал. Он говорит, что команда освещала улицу источниками флуоресцентного света мощностью 25 Вт, а задача состояла в том, чтобы не освещать улицу, но обозначить ее контуры и сосредоточиться на пешеходной дорожке.
По мнению Израэля, в рамках проекта не нужно стремиться к обеспечению абсолютного единообразия на улицах и в местах проведения мероприятий. Он утверждает, что не следует оставлять полностью темных пятен, но контраст может быть полезен. Кроме того, он замечает, что благодаря вертикальному освещению на поверхностях людям кажется, что в пространстве больше света, и они чувствуют себя в безопасности. Он говорит, нужно освещать места для людей, чтобы "они хотели вернуться обратно."
Приближаясь к концу основного доклада, Израэль приводит в качестве примера проект освещения вдоль пешеходной дорожки у здания MGM в Лас-Вегасе. Концепция предполагает размещение пешеходного освещения внутри водного объекта вдоль дорожки (рис. 2). Владелец настаивал, что требуется в среднем 2 фут-свечи света от светильников, но дизайнеры выступали в пользу меньшей мощности. В конечном счете команда по проектированию убедила владельца установить элементы управления, обеспечивающие возможность затемнения. В настоящее время твердотельные светильники обычно работают на уровне мощности 0,25 фут-свечи, обеспечивая достаточное освещение для пешеходов.
Рис. 2 Пешеходное освещение в гостиничном комплексе в Лас-Вегасе спрятано внутри водного объекта; удивительно, что 0,25 фут-свечи на светильник обеспечивает достаточное и безопасное освещение. (Фото: LDA.)
Синий спектр и направленный вверх свет
В более типичных программных материалах SALC многие презентации включали предупреждающие элементы, хотя целью значительной части аудитории является повышение уровня общественной безопасности с помощью наружного освещения в ночное время суток. Тем не менее, группа четко признает тот факт, что синий спектр и световое загрязнение остаются спорными вопросами.
Брюс Кинзи, инженер-исследователь Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) министерства энергетики США (DOE) и глава комитета IES по расчетам свечения неба, выступил с докладом и представил ряд исследований, предупреждающих об увеличении светового загрязнения, а также предложил ознакомиться с работой PNNL, что позволит спецификаторам оценить влияния плана освещения.
Кинзи начал с того факта, что 80% населения земного шара живет менее чем на 10 долларов в сутки и не имеет доступа к персональному освещению в ночное время суток. А отсутствие электричества во многих регионах означает отсутствие освещения в большей части Африки и в других регионах. Однако паникеры предупреждают, что все больше регионов получают доступ к электричеству.
Кинзи процитировал доклад, опубликованный в 2017 году в журнале Science Advances под названием "Искусственное освещение поверхности Земли в ночное время суток: увеличение яркости и площади", который иногда называют исследованием Кибы по имени основного автора. В этом исследовании утверждается, что мощность восходящего освещения в период с 2012 по 2016 годы ежегодно увеличивалась на 2,2%. Это увеличение, предположительно, обусловлено двумя факторами. Согласно исследованию, 1,2 миллиарда людей впервые получили доступ к электричеству в течение исследуемого периода, кроме того, общество использует больше света по мере снижения стоимости использования. По данным исследования, за последние 300 лет страны последовательно тратили 0,7% ВВП на освещение.
Но фактическое изучение использования твердотельного освещения в США не соответствует изложенной в докладе теории. Кинзи представил данные, собранные компанией Navigant Research, которая установила, что уровень проникновения светодиодных технологий в уличное освещение в США достиг 6,6% в 2012 году и вырос до 28,3% в 2016 году. И большинство установленного оборудования имеет CCT 4000К и, как правило, более синий оттенок освещения, чем оборудование, преимущественно устанавливаемое сейчас. Тем не менее, яркость восходящего света является стабильной в США в течение последних 4 лет, что говорит о том, что в США не используется больше освещения, несмотря на наличие доступа к более дешевым в эксплуатации твердотельным светильникам.
Прибор для анализа свечения неба
Министерство энергетики США также опубликовало отчет по свечению неба в 2017 году, а PNNL недавно завершила работу над прибором для сравнения свечения неба. Согласно отчету министерства энергетики, не было обнаружено никаких проблем со светодиодами, излучающими свет более синего оттенка, чем прежние источники света, например, натриевые лампы высокого давления (HPS). Действительно, в докладе делается вывод о том, что для минимизации свечения неба спецификаторам следует, во-первых, использовать оборудование, не производящее направленного вверх света, и, во-вторых, по возможности снижать уровень освещения. Третьим приоритетом является рассмотрение вопроса об изменении спектрального содержания.
Между тем прибор для анализа свечения неба дает отличное представление о ситуации. Прибор представляет собой электронную таблицу на базе более чем 215 000 итераций данных модели свечения неба и позволяет сравнить SPD любого источника света с базовыми параметрами. Модель опирается на данные измерения свечения неба на расстоянии 25 миль от источника.
Испытания HPS и светодиодного освещения в определенном диапазоне CCT демонстрируют очень низкий уровень вариации свечения неба при отсутствии восходящего света. По словам Кинзи, натриевая лампа высокого давления с показателем восходящего света всего 2% оказывает значительно большее влияние на свечение неба, чем любой светодиодный источник по сравнению с управляемым нисходящим лучом. И он утверждает, что этот вывод останется верным, даже несмотря на тот факт, что свет, отраженный от улицы или другой поверхности, также увеличивает свечение неба.
Тем не менее, очевидно, что в будущем будет установлено больше освещения, и мировому сообществу необходимо подготовиться к этому факту и принять меры для ограничения свечения неба. И в то же время мировому сообществу следует минимизировать потребление энергии. В сфере освещения всегда существуют компромиссы. По словам Кинзи, переход на янтарные светодиоды в уличном освещении позволит уменьшить свечение неба. Но эти светодиоды снизят эффективность на 50%, кроме того, при таком освещении люди будут видеть не столь хорошо, что приведет к снижению уровня безопасности. Лучшим вариантом было бы снижение уровня белого света, но, к сожалению, угроза юридической ответственности удерживает города от попытки снижения уровня освещения.
Потребность в темном небе
Конечно, может задать вопрос о том, почему свечение неба столь важно для сторонников темного неба. Требования относительно темного неба можно легко отклонить как обычные предпочтения. Но Ричард Уэйнскоут (рис. 3), астроном из Гавайского университета, представил точку зрения по глобальной безопасности, что далеко выходит за рамки астрономии как приятного времяпрепровождения.
Уэйнскоут начал с того факта, что обсерватория Palomar, единственная обсерватория мирового класса в Южной Калифорнии, была "похоронена" огнями Лос-Анджелеса и Сан-Диего. Он заявил: "Нам нужно, чтобы каждый светильник вокруг обсерватории являлся наилучшим возможным источником света."
Уэйнскоут преимущественно работает над проектами, финансируемыми NASA и направленными на обнаружение опасных объектов, способных оказать воздействие на Землю. Он отметил, что, согласно директиве Конгресса, NASA должно быть в состоянии обнаружить 90% объектов размером более 140 м в диаметре. А в презентации SALC подробно представлены угрозы. В 2013 году 20-метровый астероид упал в России, к счастью, в отдаленном регионе, создав энергию, эквивалентную взрыву 500 килотонн тротила.
Рис. 3 Ричард Уэйнскоут из Гавайского университета объясняет, что свет синего спектра вмешивается в процесс обнаружения объектов, способных угрожать Земле. (Фото: LDA.)
Два телескопа на Гавайях имеют решающее значение для обнаружения объектов: Pan-STARRS1, используемый для обнаружения околоземных объектов, и Atlas - это новые телескопы, предназначенные для обеспечения предупреждения за несколько дней до удара астероида. Pan-STARRS1 обнаружил астероид Хэллоуин, прошедший вблизи Земли в 2015 году. По словам Уэйнскоута, объект такого размера мог привести к катастрофическим последствиям в глобальном масштабе.
Однако основное внимание в презентации Уэйнскоута уделялось вопросу о том, что высокие стандарты освещения и хорошее освещение для обсерваторий не обязательно являются взаимоисключающими. Он объяснил, почему свет синего спектра мешает телескопам. В современных телескопах используются сине-зеленые фильтры в диапазоне 400-550 нм для обнаружения небольших объектов, поскольку естественное небо в этом диапазоне является очень темным. По словам Уэйнскоута, все наружное освещение должно быть полностью экранировано для устранения восходящего света, однако он отмечает, что даже отраженный синий свет представляет проблему для обсерваторий.
Уэйнскоут затрагивает несколько тем, о которых ранее говорил Кинзи. Он утверждает, что необходимо снизить уровень освещения и более эффективно использовать системы управления. Уэйнскоут шутит, что в школах охранное освещение оставляют на всю ночь при полной яркости и не используют датчики присутствия. Он отмечает: "Плохого парня было бы проще заметить, если бы свет включился, когда он вошел в школу." На рисунке 4 показано идеальное излучение света под углом 70° и проиллюстрированы проблемы при излучении света под более высокими углами.
Рис. 4 Астрономы предпочли бы, чтобы все наружное освещение располагалось под углом 70° или меньше, а освещение под углом чуть больше 90° представляет более серьезную проблему, чем прямой восходящий свет, проходящий через атмосферу.
Вариант использования других источников света также интересен для Уэйнскоута, хотя он понимает, что города не вернутся к HPS. По его словам, можно использовать синие фильтры с белыми светодиодами с минимальным снижением эффективности. Мы рассмотрели этот подход в недавней статье об освещении вблизи обсерватории на Канарских островах. Он говорит, что янтарные светодиоды будут неприемлемым вариантом при эффективности в диапазоне 30 лм/Вт. Но он отмечает, что янтарные светодиоды с люминофором приближаются к 100 лм/Вт и могут предложить CRI около 54, что значительно лучше, чем у ламп HPS. Еще одним вариантом могут быть светильники с комбинацией белых и янтарных светодиодов.
Управление и "Интернет вещей"
Дойдя до этого момента, Вы, вероятно задаетесь вопросом, где презентации, посвященные сетевому интеллектуальному наружному освещению и движению "Интернета вещей." В течение нескольких лет эти темы преобладали в наших материалах по конференциям SALC. В этом году было много презентаций на эту тему, но они содержали не так много нового
Была презентация Адама Майлса (рис. 5), младшего транспортного инженера из города Спокан, которая включала интересные данные по пилотному проекту сетевого освещения, отражающие проблемы логистики, с которыми сталкивается город при переходе на светодиодное освещение, а также предостережение по возврату инвестиций применительно к системам управления.
По словам Майлса, необходимо рассматривать освещение по всему городу как единую систему освещения с точки зрения восприятия жителей. Но реальность такова, что зачастую в процесс вовлечено несколько субъектов и множество различных технологий. В случае с городом Спокан на рисунке 6 показано, что город владеет и управляет некоторыми системами освещения в центре города, в то время как местная энергетическая компания владеет и управляет всеми остальными.
Рис. 5 Адам Майлс из города Спокан демонстрирует, что пилотный проект управления привел к сценарию возврата инвестиций, для обеспечения окупаемости которого требуется 12 лет. (Фото: LDA.)
По словам Майлса, все источники света должны совпадать с точки зрения CCT, а при использовании затемнения уровни затемнения также должны совпадать. Однако в рамках данного проекта город мог изначально использовать только собственное освещение и попытаться включить систему освещения, принадлежащую энергетической компании, на более позднем этапе. В системах используются различные электрические схемы, схемы связи и биллинга.
Но Майлс и его команда хотят проверить преимущества затемнения. В системе используется программное управление для снижения уровня освещения до средних показателей в полночь. При отсутствии уличного движения возможно автономное дальнейшее снижение уровня освещения. Однако он отмечает, что низкий уровень освещения достигается редко. Схема затемнения обеспечивает экономию энергии до 35% помимо базового уровня экономии при использовании светодиодного освещения. Но, учитывая наличие дешевой электроэнергии с ГЭС в этом регионе, экономия составляет 1 доллар в день на каждый светильник. По словам Майлса, сама система затемнения окупится только через 12 лет.
Рис. 6 Города должны стремиться к единообразию в наружном освещении, несмотря на тот факт, что не все освещение принадлежит одной компании. В Спокане город владеет и управляет некоторыми системами освещения, а местная энергетическая компания - всеми остальными.
Тем не менее, в будущем в Спокане будут системы управления и возможности сетевого взаимодействия. Майлс также занимался проверкой использования камер для сбора данных об уличном движении. Однако пока что город планирует дождаться падения цен на "умное" освещение.
Препятствия на пути к сетевому будущему
Очевидно, что, несмотря на потенциальные преимущества, сохраняются препятствия для сетевого освещения и "умных" городов. Джей Сачетти, руководитель отдела продукции и маркетинга в Eaton, и Мартин Мерсье, менеджер по профессиональным системным продуктам в Signify, провели совместную презентацию об открытых стандартах, которые в качестве катализаторов будут стимулировать процесс внедрения.
Существует известный график, разработанный в Gartner, который описывает цикл ажиотажа вокруг новых технологий. Новые вещи проходят период бума с точки зрения ожиданий, достигая наивысшей точки на "пике завышенных ожиданий". За этим пиком следует "нижняя точка разочарования", где сектор систем управления твердотельным освещением находится в настоящий момент, по мнению Сачетти. Однако он напомнил присутствующим, что "склон просвещения" в скором времени вернет положительные перспективы.
К сожалению, стандарты, о которых говорили Сачетти и Марсье, применяются главным образом на внутреннем уровне при проектировании светильников. В качестве примеров можно назвать интерфейсы для модульного контроллера затемнения, схемы внутренних связей и интерфейс для модуля датчика. Тем не менее, дуэт представил десять альтернатив, в которых используются связи "вне светильников" или сеть, соединяющая светильники с центральной системой управления. И, конечно, ни одна схема подключения не охватывает программные протоколы, которые смогли бы обеспечить совместимость между продуктами от различных поставщиков, хотя, как мы уже отмечали, TALQ Consortium работает над этой проблемой.
Качество наружного освещения
Пожалуй, лучшая новость на конференции SALC заключается в повышении качества освещения. В последнее время эта тема поднималась на многих конференциях по светодиодному и твердотельному освещению. Светодиоды становятся лучше, оптика совершенствуется, а инженеры и спецификаторы учатся на прошлых ошибках. Действительно, светодиодные и твердотельные системы прошли "нижнюю точку разочарования" довольно давно. Можно утверждать, что светодиодное и твердотельное освещение в целом достигло "плато производительности".