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Anwesenheits- und Bewegungserkennung

Neue Paradigmen in der Lichtplanung

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Anwesenheitssensoren sind Steuerungen, die häufig zum automatischen Ein- und/oder Ausschalten von Leuchten in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden.

Sie bieten Energieeinsparungen und erhöhten Nutzungskomfort im Gebäude und können auch zur einfachen Bewegungserkennung in Durchgangsbereichen eingesetzt werden.

Sie können multifunktional zur Steuerung von Heiz-, Kühl- und Lüftungsanlagen sowie der Beleuchtung eingesetzt werden. Die mit einem Lichtsensor ausgestatteten Versionen ermöglichen eine tageslichtabhängige Steuerung der Beleuchtung.

Anwesenheits- und Bewegungserkennung

Die Bewegungs- und Anwesenheitserkennung wird weithin genutzt, um eine Reihe von Automatisierungen nicht nur im Beleuchtungsbereich, sondern auch für Heizung, Klimaanlage, Lüftung, Lufterneuerung und andere Gebäudefunktionen zu schaffen, für die sich eine manuelle oder zeitgesteuerte Steuerung allein aus energetischer Sicht als ineffizient oder für den Endbenutzer als unkomfortabel erweist.

Für die Beleuchtung erweist sie sich als einfache und effektive Steuerungsmethode, die eine Alternative oder Ergänzung zur manuellen Steuerung sein kann, mit positiven Auswirkungen auf den Nutzungskomfort, die Energieeinsparung - und damit auf die Eindämmung von Schadstoffemissionen - auf die Verlängerung der Nutzungsdauer von Lichtquellen und anderen elektronischen Komponenten der Geräte.

Bewegung und Präsenz

Es gibt keine einheitliche Definition, die Anwesenheitssensoren von Bewegungssensoren unterscheidet; zwei recht gängige Kriterien berücksichtigen die zu realisierende Anwendung und die Erfassungsfähigkeit des Geräts.

Bewegungserkennung wird im Allgemeinen in Umgebungen benötigt, in denen wenig oder kein natürliches Licht vorhanden ist und eine Beleuchtung für einen begrenzten Zeitraum erforderlich ist: Dies können typischerweise Durchgänge wie Flure oder Treppenhäuser, unterirdische Gänge, gemeinsame Teile von Kellern, Zugänge zu Lagerhallen oder Garagen sein; aber auch Fußgängerwege außerhalb des Gebäudes während der Abend- und Nachtstunden.

Die Anwesenheitserkennung wird in Umgebungen eingesetzt, in denen reichlich Tageslicht vorhanden ist und Tätigkeiten über längere Zeiträume ausgeführt werden, mit der Möglichkeit der Unterbrechung zu Zeiten, die nicht im Voraus bestimmt werden können und daher für die Verwaltung mit einer Zeitschaltuhr ungeeignet sind: zum Beispiel Arbeits- und Produktionsumgebungen, Klassenzimmer, Besprechungsräume oder Durchgangsbereiche, in denen reichlich Tageslicht vorhanden ist. Im Vergleich zu einfachen Bewegungsmeldern verfügen Präsenzmelder über eine höher auflösende Optik und sind in der Lage, auch kleine Bewegungen in einem begrenzten Bereich des Erfassungsfeldes zu detektieren: zum Beispiel die Betätigung einer Maus oder Tastatur durch eine Person, die an ihrem Arbeitsplatz sitzt.

Passiv-Infrarot-Technologie

Für Anwendungen in der Gebäudeautomation verwenden die meisten Bewegungs- und Anwesenheitssensoren die Passiv-Infrarot-Technologie (PIR oder Passive InfraRed), die die vom menschlichen Körper natürlich abgegebene Wärmestrahlung nutzt. Sensoren, die auf dieser Technologie basieren, senden keine elektromagnetische Strahlung aus, sondern erkennen nur Veränderungen der Wärmestrahlung, die innerhalb ihres Erfassungsbereichs auftreten: daher das Attribut "passiv" für diese Art von Sensoren.

Merkmale der Ekinex Präsenzmelder

Fühlbereich

Die Form des Erfassungsfeldes von Präsenzmeldern ist in der Regel 180° (halbkreisförmig) oder 360° (kreisförmig); ersteres ist charakteristisch für Sensoren zur Wandmontage und letzteres für die Deckenmontage.

Das Erkennungsvermögen und die Genauigkeit eines Präsenzmelders werden von verschiedenen Faktoren beeinflusst: 

  • die Amplitude und Geschwindigkeit der Bewegung;
  • der Temperaturunterschied zwischen der Person und der Umgebung;
  • die Bewegungsrichtung (tangential oder radial zum Erfassungsbereich);
  • die Entfernung des Sensors von der sich bewegenden Person.

Die Größe des Erkennungsbereichs kann anhand von zwei Werten in der technischen Dokumentation der Geräte bestimmt werden: Der kleinere Wert bezieht sich auf den zentralen Bereich, in dem auch kleine Bewegungen zur Erkennung ausreichen, der größere Wert auf den größeren Bereich, in dem größere Bewegungen notwendig sind.

Der Erfassungsbereich eines Präsenzsensors kann jedoch erweitert werden, indem ein Präsenzsensor als "Master"-Gerät und ein oder mehrere Sensoren desselben Typs als "Slave"-Geräte konfiguriert werden.

Automatischer oder halbautomatischer Betrieb

Die Präsenzmelder können für den automatischen oder halbautomatischen Betrieb konfiguriert werden:

  • im Automatikbetrieb wird die Beleuchtung in Abhängigkeit von der An- oder Abwesenheit von Bewegung im Erfassungsfeld und/oder in Abhängigkeit vom im Raum gemessenen Tageslicht ein- und ausgeschaltet;
  • im halbautomatischen Betrieb wird die Beleuchtung bei fehlender Bewegung und/oder bei ausreichendem Tageslicht automatisch ausgeschaltet, stattdessen wird sie immer manuell über eine Bustaste, eine App auf einem Smartphone oder einen Sprachbefehl eingeschaltet. Mit dieser Betriebsart können größere Energieeinsparungen erzielt werden als mit dem Automatikbetrieb.

In einigen Anwendungen ist die Stand-by-Funktion sinnvoll; wenn für eine vordefinierte Zeitspanne (entspricht der Stand-by-Zeit) keine Bewegung erkannt wird, kann die Beleuchtung auf eine niedrigere Intensitätsstufe eingestellt werden; wird keine weitere Bewegung erkannt, wird die Beleuchtung nach Ablauf der Stand-by-Zeit automatisch ausgeschaltet.

Ausschaltverzögerung

Die Ausschaltverzögerung wird während der Sensor-Konfigurationsphase eingestellt und ist das Zeitintervall zwischen der letzten erfassten Bewegung (oder dem Erreichen einer voreingestellten Tageslichtschwelle) und dem tatsächlichen Ausschalten der Beleuchtung.

Werte zwischen 10 Sekunden und 20 Minuten sind recht häufig; allerdings hängt dieser Parameter nicht nur von der zu realisierenden Anwendung und der vorgesehenen Nutzung der Umgebung ab, sondern auch von den verfügbaren Lichtquellen. Denken Sie nur an den Fall jener Flure von Bürogebäuden, die so häufig durchquert werden, dass Präsenzmelder, die mit einer Verzögerung von 15 Minuten konfiguriert sind, die Beleuchtung den ganzen Tag über nie ausschalten; bei Leuchtstoffquellen wird eine Verzögerungszeit von weniger als 15 Minuten im Allgemeinen nicht verwendet, sowohl wegen der langen Anlaufzeit als auch wegen der Verkürzung der Nutzungsdauer, während bei LED-Quellen eine Verzögerung von ein paar Minuten problemlos erreicht werden kann.

Rein beispielhaft:

  • Passagen mit geringer Überquerungshäufigkeit, wie z. B. Flure in Kellern oder Garderoben: 5 bis 15 Minuten;
  • Passagen mit hoher Überquerungsfrequenz, wie z. B. Hauptflure, Treppenhäuser oder Aufzugspodeste: 1 bis 2 Minuten. Hier ist das Leuchtmittel entscheidend: Verzögerungszeiten von 1 Minute sind nur in Verbindung mit LED-Technik sinnvoll;
  • Haupträume, wie z. B. Büros oder Klassenzimmer: 5 Minuten (mit LED-Lampen) bis 15 Minuten (mit fleuchtstofflampen)

Automatische Kontrolle der Normen

Anhang K der UNI CEN/TR 15193-2 definiert automatische Beleuchtungssteuerungen, die durch Sensoren aktiviert werden, die auf Belegung (Anwesenheit und Bewegung) und Lichtniveau reagieren. Bei der Belegung wird zwischen Abwesenheitserkennung und Anwesenheitserkennung unterschieden, die unterschiedlichen Konfigurationsmodi von Anwesenheitssensoren entsprechen, wie in der folgenden Tabelle dargestellt.

 

Automatische Steuerung nach Belegung
Ekinex Präsenzmelder

Technik von Erkennung

Einschalten Ausschalten

Einsparungsabschätzung (im Vergleich zur manuellen Steuerung)

Konfigurationsmodus
Erkennung von Abwesenheit manuell automatisch ca. 35% Semi- automatisch
Anwesenheitserkennung automatisch automatisch ca. 30% automatisch

Daylight harvesting und konstante Beleuchtungsstärkeregelung

Bei der Helligkeitseinstellung wird zwischen zwei Anforderungen unterschieden: daylight harvesting und konstanter Beleuchtungsstärke.

Voraussetzung für beides ist, dass die Leuchten verstellbar sind. Im ersten Fall wird die benötigte Beleuchtung ganz oder teilweise durch Tageslicht während des größten Teils der Belegungszeit bereitgestellt und die künstliche Beleuchtung hat eine einfache tageslichtunterstützende Funktion.

Die geschätzte Energieeinsparung im Vergleich zur rein manuellen Steuerung liegt bei ca. 60%. Im zweiten Fall passt die künstliche Beleuchtung den Lichtstrom an, um die geforderte Beleuchtungsstärke beizubehalten, um den Leistungsabfall im Laufe der Zeit zu kompensieren. Diese Art der Steuerung bietet eine Energieeinsparung von etwa 15% im Vergleich zur rein manuellen Steuerung.

Ekinex-Kombisensoren, die sowohl die Anwesenheit als auch die Lichtstärke erfassen können, können die verschiedenen von der Norm geforderten Regelungsbedingungen kombinieren und ermöglichen Einsparungen von bis zu 75% im Vergleich zur rein manuellen Regelung.

Multifunktionaler Einsatz von Sensoren

Die Verfügbarkeit mehrerer unabhängiger Lichtsteuerungskanäle ist besonders nützlich für Räume mit mehreren Leuchten mit unterschiedlichen Funktionen: z. B. Grund-/Orientierungsbeleuchtung und Haupt-/Akzentbeleuchtung.

In der Gebäudeautomation ist es jedoch oft notwendig, mehrere technische Systeme - neben der reinen Beleuchtung - in denselben Räumen oder Zonen zu steuern. Ein typisches Beispiel hierfür sind Heizungs-, Kühlungs- und Lüftungsfunktionen: Um den besonderen Steuerungsanforderungen dieser Systeme, die sich von denen der Beleuchtung unterscheiden, Rechnung zu tragen, bieten Präsenzmelder in der Regel einen oder mehrere Kanäle speziell für die automatische Steuerung von HVAC-Funktionen.

Darüber hinaus kann ein Alarmkanal einen Verbraucher oder eine Gruppe von Verbrauchern basierend auf der Anzahl relevanter Bewegungen (Triggerereignisse) in einem bestimmten Zeitintervall aktivieren oder deaktivieren.

Fühlbereich

Die Form des Erfassungsfeldes von Präsenzmeldern ist in der Regel 180° (halbkreisförmig) oder 360° (kreisförmig); ersteres ist charakteristisch für Sensoren zur Wandmontage und letzteres für die Deckenmontage.
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Automatischer oder halbautomatischer Betrieb

Die Präsenzmelder können für den automatischen oder halbautomatischen Betrieb konfiguriert werden
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Ausschaltverzögerung

Die Ausschaltverzögerung wird während der Sensor-Konfigurationsphase eingestellt und ist das Zeitintervall zwischen der letzten erfassten Bewegung (oder dem Erreichen einer voreingestellten Tageslichtschwelle) und dem tatsächlichen Ausschalten der Beleuchtung.
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Automatische Kontrolle der Normen

Anhang K der UNI CEN/TR 15193-2 definiert automatische Beleuchtungssteuerungen, die durch Sensoren aktiviert werden, die auf Belegung (Anwesenheit und Bewegung) und Lichtniveau reagieren.
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Daylight harvesting und konstante Beleuchtungsstärkeregelung

Ein in die Leuchten integrierter Helligkeitssensor ermöglicht eine konstante Helligkeitsregelung in Kombination mit Leuchten, die mit dimmbaren Leuchtmitteln ausgestattet sind.
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Multifunktionaler Einsatz von Sensoren

Die Verfügbarkeit mehrerer unabhängiger Lichtsteuerungskanäle ist besonders nützlich für Räume mit mehreren Leuchten mit unterschiedlichen Funktionen: z. B. Grund-/Orientierungsbeleuchtung und Haupt-/Akzentbeleuchtung.
Mehr Info dazu
  • KNX-Bewegungsmelder für Wandmontage
  • KNX Secure Multifunktions-Bewegungsmelder
  • KNX Secure multifunktionaler Anwesenheitssensor
  • KNX-Präsenzsensor für die Wand/Deckenmontage
Regulatorische Hinweise

UNI EN 15193-1 Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden - Energieanforderungen für Beleuchtung - Teil 1: Spezifikationen, Modul M9

UNI CEN/TR 15193-2 Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden - Energetische Anforderungen an die Beleuchtung - Teil 2: Erläuterung und Begründung zu EN 15193-1, Modul M9

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