System oświetlenia awaryjnego na centralnej baterii dla powierzchni magazynowej i socjalnej

Problem:

• inwestor stanął przed koniecznością wykonania oświetlenia awaryjnego dla dużej przestrzeni zlokalizowane w hali oraz na zewnątrz
• wymagał przy tym, aby w poszczególnych miejscach instalacja gwarantowała kilkukrotnie wyższe natężenie światła niż wynikało to z norm
• klasyczna instalacja oparta o oprawy z wbudowanymi akumulatorami byłaby problematyczna, a przy tym wymagałaby zwiększonej ilości opraw

Rozwiązanie:

• wykonaliśmy projekt wskazujący m.in. optymalne źródło zasilania awaryjnego, typ, ilość i rozmieszczenie opraw
• instalację oparliśmy o baterię centralną, co rozwiązało problem uciążliwych testów oraz krótkiej żywotności baterii
• dzięki centralnej baterii mogliśmy także zastosować mniej opraw, przy zachowaniu wymaganego natężenia światła

Oświetlenie awaryjne w oprawach dwufunkcyjnych w przestrzeni magazynowej – przykład

Zadanie, jakie postawiono przed inżynierami GRUPY WOLFF, polegało na zaprojektowaniu i wykonaniu instalacji oświetlenia awaryjnego dla dużej przestrzeni magazynowej i socjalnej. Kluczowe dla realizacji inwestycji były wymagania Inwestora, który oczekiwał, że instalacja w wielu poszczególnych miejscach, osiągnie kilkukrotnie wyższe natężenie światła, niż wynika to z normy. Miało to spore konsekwencje dla realizacji projektu, co opisaliśmy poniżej.

Oświetlenie awaryjne musi mieć niezależne źródło zasilania

Zgodnie z przepisami oświetlenie awaryjne musi posiadać niezależne źródło światła. W praktyce przemysłowej stosuje się dwa rozwiązania:

• oprawy z zabudowanymi wewnątrz akumulatorami
• baterie centralne zasilające wszystkie oprawy z jednego miejsca

W obu przypadkach źródłem energii jest akumulator, który musi zapewnić ciągłą, niczym nieprzerwaną dostawę zasilania do oprawy przez minimum 60 minut.

Akumulator w oprawie czy centralna bateria

Decyzja o wyborze sposobu niezależnego zasilania opraw oświetlenia awaryjnego jest niezwykle istotna. Błąd w tym miejscu może wiązać się ze sporymi konsekwencjami. Przykładowo w opisywanym przypadku wybór opraw awaryjnych ze zintegrowanym akumulatorem skutkowałby:

• comiesięczną, manualną inspekcją blisko 300 opraw rozłożonych na dużym obszarze
• skróconą żywotnością akumulatorów wynikającą z wpływu temperatury otoczenia (żywotność akumulatorów podawana jest dla temperatury 20^oC – odchył od tej wartości znacząco ją skraca. Przykładowo – wzrost temperatury o 10^oC zmniejsza żywotność baterii, aż o połowę).

W tym miejscu należy podkreślić, że przy realizacji opisywanego projektu spotkaliśmy się z bardzo świadomym inwestorem, który wielokrotnie rozbudowywał swoje zakłady przemysłowe, a tym samym musiał zainstalować w nowych budynkach systemy oświetlenia podstawowego i awaryjnego. Z tego względu, już na wstępie otrzymaliśmy informację od inwestora, że projekt powinien być zrealizowany z wykorzystaniem systemu centralnej baterii, którą będzie pełnić funkcję źródła zasilania opraw oświetlenia awaryjnego. Niemniej warto, abyśmy poniżej omówili podstawowe wady i zalety poszczególnych źródeł zasilania.

Wymóg testowania opraw oświetlenia awaryjnego, a źródło zasilania opraw oświetlenia awaryjnego

Zgodnie z normą PN-EN 60598-2-22:2015-01 oprawy oświetlenia awaryjnego muszą mieć możliwość testowania bez konieczności wyłączania zasilania. Takie testy wykonuje się regularnie:

• co miesiąc, sprawdzając, czy akumulatory działają prawidłowo,
• raz w roku, sprawdzając, czy oprawa będzie pracować w trybie awaryjnym przez pełen czas, który jest dla niej zadeklarowany.

Oprawy awaryjne z wbudowaną baterią

Raczej nikt w przemyśle nie decyduje się już na ręczne testowanie opraw, chyba że mowa o jednej, bądź co najwyżej kilku oprawach. W przypadku opraw z autonomicznym akumulatorem najczęściej stosowany jest autotest w postaci zamontowanych w oprawie zielonej i czerwonej diod LED. Wówczas można wzrokowo ocenić, czy oprawa działa prawidłowo, a jej akumulator posiada odpowiednią ilość zmagazynowanej energii, aby spełnić minimalne wymagania czasu pracy.

Autotest jest optymalnym ekonomicznie rozwiązaniem dla niedużej liczby opraw. Przy większej ilości (kilkadziesiąt sztuk i więcej), ta forma testowania potrafi być uciążliwa i długotrwała, a tym samym kosztowna. Wymaga ona bowiem, aby co miesiąc wzrokowo ocenić każdą z opraw pojedynczo i zanotować wynik testu.

Oprawy awaryjne z centralnym układem testowania

Pewną alternatywą jest system centralnego testowania opraw z autonomicznym akumulatorem. Wówczas każda oprawa łączy się z centralą testującą, z której wykonuje się wszystkie testy. System centralnego sterowania wymaga, aby wszystkie oprawy oświetlenia awaryjnego połączyć ze sobą dodatkowym kablem, którym będzie biec sygnał testu do centrali. Jeśli więc weźmiemy pod uwagę fakt, że należy pomiędzy oprawami rozprowadzić okablowanie tylko po to, aby móc centralnie sterować testem, to równie dobrze można to okablowanie poprowadzić po to, aby zasilać wszystkie oprawy oświetlenia awaryjnego z centralnej baterii. Jest to rozwiązanie, które w długim okresie staje się zdecydowanie bardziej opłacalne kosztowo.

Oprawy z centralną baterią i układem testowania

Wady powyższych rozwiązań eliminuje zasilanie z baterii centralnej. Stosując ją, pozbywamy się problemu z uciążliwymi i czasochłonnymi testami. Natomiast dzięki odcięciu się od wpływu temperatury na żywotność akumulatorów, czas ich pracy może wynieść 10 lat.

W przypadku opraw z wbudowanymi bateriami sytuacja nie wygląda tak kolorowo. Już na starcie ich żywotność jest znacznie krótsza, bo zaledwie 4 lata. Gdy natomiast temperatura otoczenia odbiega od założonych 20oC, czas ten może się skrócić nawet do pół roku, co pokazaliśmy poniżej.

Oczywiście bateria centralna nie jest rozwiązaniem idealnym dla każdej sytuacji. Przykładowo nie ma sensu jej stosować w obiektach, gdzie znajduje się maksymalnie kilkadziesiąt opraw.

Wpływ temperatury otoczenia na żywotność akumulatorów

Jak tłumaczy Tomasz Kaźmierczak – inżynier sprzedaży oświetlenia awaryjnego w GRUPIE WOLFF – każde zwiększenie temperatury otoczenia o 10°C ponad 20°C powoduje skrócenie żywotności ogniwa akumulatorowego o połowę. Oznacza to, że bateria zachowa swoje znamionowe parametry, aż dwa razy krócej niż deklaruje producent. Tymczasem w warunkach przemysłowych, praca opraw w temperaturze 40 czy 50^oC nie należy do rzadkości.

Dla zobrazowania tego problemu rzućmy okiem na przypadki przedstawione w poniższej tabeli.

Tabela 1. długość pracy baterii ze znamionowymi parametrami w zależności od temperatury otoczenia

Kaźmierczak zwraca także uwagę na wpływ ujemnych temperatur – negatywny wpływ na pracę źródła energii, jakim jest akumulator, ma również temperatura ujemna, która zmniejsza ilość energii, jaką możemy pobrać z akumulatora. Ze względu na zachodzące procesy fizykochemiczne zdarza się, że zmagazynowana w baterii energia nie może być w pełni wykorzystana, co przy złym stanie ogniw sprawi, że na zasilacz nie zostanie podane wystarczające zasilanie, co uniemożliwi start oświetlenia awaryjnego.

Kluczowe pytanie – w jaki sposób dbać o żywotność akumulatorów?

Oprawy awaryjne z wbudowanym akumulatorem

Jak pokazano powyżej, na żywotność baterii zasadniczy wpływ ma temperatura otoczenia. W przypadku opraw z wbudowanym akumulatorem musimy uwzględnić więc lokalne temperatury, które w zależności od miejsca montażu oprawy, mogą się znacznie różnić. Wśród głównych czynników, które powodują w obiekcie lokalne różnice temperatur, możemy wymienić:

• sąsiedztwo źródeł ciepła (urządzenia, silniki itp.)
• ogrzewanie, wentylacja lub klimatyzacja
• wysokość montażu opraw w hali (im wyżej, tym cieplej)
• wpływ słońca (działającego bezpośrednio na oprawy zamontowane na zewnątrz lub wpadającego do obiektu m.in. przez okna i świetliki)
• różne temperatury w różnych pomieszczeniach
  przegrody utrudniające przepływ powietrza
• montaż opraw wewnątrz lub na zewnątrz

Wszystko to sprawia, że żywotność akumulatorów się skraca. Mało tego, każda oprawa może wymagać wymiany baterii w innym czasie. Uniknięcie tych problemów w większości przypadków jest niemożliwe.

Oprawy awaryjne zasilane z centralnej baterii

Dużo większą możliwość zarządzania żywotnością akumulatorów daje system zasilany z centralnej baterii. Wszystkie akumulatory wraz z centralą sterującą są wówczas zamknięte w jednej szafie. Z tego względu wahania temperatury wokół poszczególnych opraw nie mają znaczenia dla żywotności akumulatorów.

Co więcej, jeśli zapewnimy, że we wnętrzu szafy temperatura będzie oscylować w okolicy 20^oC, to z dużym prawdopodobieństwem jesteśmy w stanie utrzymać żywotność akumulatorów stacjonarnych, przewidzianą według EUROBAT na 10 lat.

Oświetlenie awaryjne w oprawach dwufunkcyjnych w centrum sterowania – przykład

Szczególne wymagania inwestora

Wróćmy w tym momencie do początkowych wymagań inwestora: zostaliśmy poproszeni o zaproponowanie systemu opraw oświetlenia awaryjnego dla dużej powierzchni magazynowej oraz części socjalnej. Choć większość opraw miała znajdować się wewnątrz pomieszczeń, część z nich musiała zostać zamontowana na zewnątrz.

Rozległa powierzchnia wewnątrz i na zewnątrz pomieszczeń nie pozwala na kontrolowanie warunków pracy i temperatury, która wpływa na żywotność akumulatorów wbudowanych w oprawę. Co więcej, ewentualna realizacja autotestów dla blisko 300 opraw byłaby bardzo uciążliwa i czasochłonna.

Gdyby więc Inwestor sam nie zadeklarował konieczności zastosowania przez nas systemu centralnej baterii, to taka informacja na pewno wyszłaby z naszej strony.

Konieczność zastosowania opraw dwufunkcyjnych

Dodatkowym, szczególnym wymaganiem, które musieliśmy spełnić, był odpowiedni dobór opraw oświetlenia awaryjnego, który musiał zapewniać w wielu miejscach natężenie znacznie przekraczające minimalne parametry wymagane przez prawo:

• inwestor zaliczył całą powierzchnię inwestycji jako “strefę wysokiego ryzyka”, a więc oświetlenie awaryjne musiało zapewniać minimum 10% natężenia oświetlenia podstawowego, ale nie mniej niż 15 lux
  inwestor wyznaczył także wiele stref, dla których podniósł powyższe wymagania. Były to m.in.:
  pomieszczenia, w których znajdują się rozdzielnice elektryczne – wymaganie minimum 30% natężenia oświetlenia podstawowego
• sterownie i inne pomieszczenia zarządzania – wymaganie minimum 50% natężenia oświetlenia podstawowego. W tym przypadku oświetlenie awaryjne musiało więc zapewnić 250 lux. Gdyby inwestor chciał spełnić jedynie minimalne wymagania normy, to wartość ta wyniosłaby „jedynie” 50 lux.

Nawet gdyby inwestor rozważał zastosowanie opraw oświetlenia awaryjnego z zasilaniem z wbudowanych akumulatorów, to powyższe wymagania, już w zakresie spełnienia minimalnego natężenia zgodnego z normą, są trudne do osiągnięcia za pomocą opraw autonomicznych.

Oprawy dedykowane wyłącznie oświetleniu awaryjnemu są mniejsze i zapewniają mniejsze natężenie, niż oprawy oświetlenia podstawowego. Dlatego już przy wymaganiu natężenia 20 lux, często z obliczeń wychodzi, że zwykłe oprawy oświetlenia awaryjnego musiałyby zająć większość powierzchni sufitu, co jest nie tylko nieopłacalne kosztowo, ale również nie wykazuje walorów estetycznych.

W takich sytuacjach rozwiązaniem stają się oprawy dwufunkcyjne. Są to oprawy, pod które można doprowadzić dwa niezależne źródła zasilania – podstawowe i awaryjne. Wówczas oprawy te mogą działać zarówno jako oprawy oświetlenia podstawowego, jak i w przypadku zaniku tego zasilania, przełączają się na drugie źródło – zasilanie awaryjne.

W przypadku omawianego projektu duża część opraw dwufunkcyjnych, które zastosowaliśmy pełni właśnie taką podwójną funkcję. Zamontowaliśmy też oprawy dwufunkcyjne w miejscach, w których było już oświetlenie podstawowe, ale oprawa dwufunkcyjna, choć realizowała wówczas tylko zadanie oprawy oświetlenia awaryjnego, była jedyną opłacalną dla inwestora formą zapewnienia odpowiedniego natężenia światła.

Po realizacji opisanego zadania inwestor zlecił wdrożenie instalacji oświetleniowych dla kolejnych obszarów zakładu.