Özge MEMİŞ
Elektrik Elektronik Mühendisi
Aktif Mühendislik

ÖZET

Günümüzde teknolojinin gelişmesi ile birlikte birçok yapı akıllı bina olarak tasarlanmaktadır. Akıllı binalar kullanıcılar için büyük kolaylıklar sağlamakla birlikte enerji verimliliği içinde oldukça önemlidir. Binalarda enerjinin %20 sinin aydınlatma için harcandığı bilinmektedir. Bu durumda aydınlatma otomasyonu uygulamaları enerji verimliliği için önem taşır. DALI protokolü ile aydınlatma otomasyonu uygulamaları, sağlamış olduğu çeşitli avantajlar sayesinde günümüzde sıklıkla tercih edilmektedir. DALI protokolü ile aydınlatma otomasyon uygulamalarında gün ışığı ve hareket sensörleri kullanılarak gün ışığının kapalı mekan içinde uygun bir şekilde dengelenmesi sağlanabilir. Bu sistemin enerji tasarrufu sağlamaya etkisi büyüktür. Bu makalede DALI protokolü ve akıllı bina aydınlatma otomasyonu uygulamalarında kullanımına ilişkin konularından bahsedilmiştir.

I . GİRİŞ

Enerji verimliliği, binalarda yaşam kalitesi ve hizmet standardının, endüstriyel işletmelerde de üretim miktarı ve kalitesinin düşüşüne sebep olmadan, birim ya da ürün miktarı başına enerji tüketiminin azaltılması olarak tanımlanabilir. [1] Dünyadaki toplam enerji tüketiminin yaklaşık olarak yüzde 40 ‘ı binalardaki kullanımlar sonucu tüketilmektedir. Bunun sonucu olarak karbon emisyonları, ulaşım sektörü kaynaklı emisyonlardan daha fazla olabilmektedir. Aydınlatma, havalandırma, ısıtma, soğutma ve iklimlendirme sistemleri ev, ofis ve işletmelerdeki en büyük enerji tüketim noktalarıdır. Bina yönetim sistemleri (BMS), soğutma, ısıtma ve aydınlatma gibi bina hizmetlerini otomatik hale getirir. Akıllı binalarda bilgi ve iletişim teknolojileri enerji tüketimini azaltmak amacıyla tasarım, işletmeye alma ve işletme aşamalarında kullanılır. Kullanıcı konforundan ödün vermeden, binanın enerji harcamalarını en düşük seviyede tutmak akıllı binaların en önemli görevidir. [2-3]

Aydınlatma, binalardaki en önemli enerji tüketim kalemlerinden biridir. Gün ışığından maksimum seviyede yararlanarak aydınlatmada enerji tasarrufu sağlanabilir. Ofis ve evlerdeki elektrik tüketiminin yaklaşık %20’sini aydınlatma sistemleri tüketir. Aydınlatma otomasyonu ve verimli armatürler tercih edilerek %75’e varan oranlarda enerji tasarrufu sağlanabilir. Aydınlatma otomasyonu uygulamalarında, gün ışığının yetersiz olduğu durumlarda, aydınlatmaları devreye alan ve kapalı mekanlarda harekete bağlı açılan günışığı ve varlık sensörleri kullanılmaktadır. Doğru aydınlatma otomasyonu seçilerek enerji verimliliği sağlanabilir ve enerji tüketimleri büyük ölçüde azaltılabilir. Aydınlatma otomasyonlarında DALI protokolü yaygın olarak kullanılır ve aydınlatma sistemlerinde istenen; basitlik, esneklik, geliştirilebilirlik gibi konulara çözüm sağlar. Ayrıca açık bir protokol olup çoğu global aydınlatma kontrol sistemi ve komponent üreticisi tarafından desteklenmektedir. Aydınlatma sisteminin dijital olarak kontrolünü sağlar. DALI standart elektrik kablajına uygunluğu ile basit ve uygun maliyetli montaj imkanı gibi çeşitli avantajlar sağladığı için yaygın olarak tercih edilen bir protokoldür. [2, 4]

II. AKILLI BİNA NEDİR?

Bir merkezden kontrol edilebilen, haberleşme alt yapısına sahip, bununla birlikte kullanıcılara daha konforlu, güvenli ve en önemlisi enerji tasarrufu sağlayan sistemlerin kullanıldığı yapılar akıllı bina olarak adlandırılır. Enerjiyi verimli kullanmak için binaların enerji tüketimleri otomatik olarak bina içinde bulunan sistemler aracılığıyla takip edilir. Akıllı bina sistemlerindeki en önemli amaç; binalardaki enerji verimliliğini artırmak, tüketilen enerjiyi minimum düzeye indirmek ve bunları yaparken kullanıcı konforunu en üst düzeyde tutmaktır. Dünyada ve ülkemizde tüketilen toplam enerjinin büyük bir kısmı binalarda kullanıcı konforunu sağlamak için kullanılan ısıtma, havalandırma ve aydınlatma gibi sistemler ile tüketilmektedir. Bu sistemlerin otomatik olarak kontrol altına alınması ile enerji harcamalarının en alt düzeye çekilmesi sağlanabilir. Pek çok özelliğin bir arada bulunduğu akıllı bina sistemleri, içerisinde barındırdığı bina otomasyon sistemi, enerji yönetim sistemi, enerji kontrolü sistemi, merkezi kontrol ve izleme sistemi gibi pek çok sistemi organize bir şekilde kullanır. Genel olarak akıllı bina sistemlerinde; havalandırma, iklimlendirme, yangın algılama, akıllı aydınlatma ve asansör sistemleri, alarm, güvenlik, kartlı giriş sistemleri bulunur. Bu sistemler birbiriyle sorunsuz olarak çalışır, tek merkezden kontrol edilir ve yönetilir. [2,5-8] Ortalama bir ailenin enerji tüketimini arttıran ve gereksiz enerji sarfiyatına sebep olan en büyük etkenler, yüksek seviyelerde çalışan soğutma ve ısıtma sistemleri, gereksiz açık bırakılan lambalar, evde gereksiz ısıtılan bölgeler, gün ışığından yeterince faydalanmama sonucu aydınlatma enerji kayıpları ve bunun gibi durumlardır. Akıllı evlerde kullanılan çeşitli yazılım ve donanım sistemleri ile bu sistemlere uzaktan erişim mümkündür. [6]

III. AKILLI BİNALARDA AYDINLATMA OTOMASYON SİSTEMLERİ

Akıllı binalarda aydınlatma otomasyonu ile maksimum konfor ve rahatlık sağlanırken, aydınlatma için harcanan enerjinin azaltılması sağlanır. Dünyada ve ülkemizde tüketilen elektrik enerjisinin %20’sinin aydınlatma amacıyla kullanıldığı bilinmektedir. Bu sebeple aydınlatma sistemleri enerji verimliliğinin sağlanması gereken önemli bir alandır. Aydınlatma otomasyonu; ofis binaları, hastaneler, istasyonlar, hava alanları, AVM ve fuar alanları, üretim ve depolama alanları gibi işletme binalarında uygulanabilir.[9] Aydınlatmanın enerji tüketimindeki payı düşünüldüğünde doğru bir aydınlatma otomasyonu ile enerji verimliliği büyük ölçüde sağlanabilir. DALI bu noktada büyük öneme sahiptir. [10] DALI protokolü, kullanımı ve uygulanması kolay, pratik ve enerji verimliliği bakımından uygundur. Bina otomasyon sistemlerine entegrasyonu mümkündür. Bunun sağlanması için bilgisayar yazılımları ve uygun arabirimler gerekir. DALI protokolü, aydınlatma sektöründe ortak standart olarak tasarlanmıştır. Basitliği ve sade yapısı sayesinde analog sistemlerin yerini zamanla alacaktır. [6]

IV. DALI – DİJİTAL ADRESLENEBİLİR AYDINLATMA ARAYÜZÜ

Digital Addressable Lighting Interface kelimelerinin baş harflerinden oluşan, dijital adreslenebilir aydınlatma arayüzü anlamına gelen DALI, IEC 62386 standardına uygun bir protokoldür. IEC 62386 standardı, aydınlatma elemanlarını kolay ve akıllı bir şekilde kontrol etmek ve yönetebilmek için tanımlanmış uluslararası bir standarttır. DALI, 1991 yılında Avusturya’da TRIDONIC firması tarafından geliştirilen DSI’ın (Dijital Seri Arayüzü) geliştirilmiş versiyonudur. Balast üreticisi birçok firma DALI sistemini destekleyen cihazlar geliştirerek DALI AG çatısı altında toplanmışlardır. Çeşitli aydınlatma şirketlerinin bir araya gelerek, ortak bir protokol çerçevesinde hazırladığı DALI protokolü geniş bir ürün yelpazesine sahiptir. Ortak bir protokole dayandığı için kullanılan sistem elemanlarının hepsinin aynı firmanın ürünü olmasına gerek yoktur. Sistemde kullanılan cihazların montajı ve elektrik tesisatı olabildiğince basitleştirilmiştir. DALI protokolü, acil aydınlatma kitleri, balastlar ve LEC kitleri gibi birçok ekipmanın izlenmesini ve kontrolünü sağlar. DALI protokolü, sağlam yapıda oluşu, esnek çözümler oluşturması ve kullanım kolaylığı gibi çeşitli avantajları sayesinde çoğu kullanıcı tarafından tercih edilir ve piyasada yaygın olarak kullanılmaktadır. DALI arayüzü ile daha az bileşenle daha çok fonksiyonellik sağlanır. [6,9,11]

V. DALI PROTOKOL SİSTEMİ NASIL ÇALIŞIR?

Basit bir DALI hat sistemi; ana modül (master), uyumlu aydınlatma modülleri (slave) ve güç kaynağından oluşur. DALI ağında bulunan tüm aydınlatma araçları tek tek veya gruplar halinde kontrol edilebilir. DALI kontrol cihazı (master) en fazla 64 farklı adreslenebilir elektronik kontrol modülüne (slave) bağlanabilir ve kontrol edebilir. DALI ağında bulunan her aydınlatma modülünün 0 ile 63 arasında bir adresi (short address) vardır. 32 gruba kadar (16 asıl ve 16 sanal) gruplama yapılabilir ve bir slave modül çeşitli gruplara dahil edilebilir. Her grupta 16 farklı senaryo oluşturulabilir. 64 adetten fazla cihazın kontrol edilmesi gereken durumlarda birden fazla master cihaz kullanılmalıdır. Aydınlatma aracını açma, kapatma ve dimmerleme dışında ağa gönderdiği komutlarla aydınlatma modüllerinin güç seviyesi değerlerini, lambalarda arıza olup olmadığı bilgisi gibi çeşitli bilgiler de alınabilir. Ağa bağlı cihazların konfigürasyonları DALI hattı üzerinden yapılır, aydınlatma komutlarının yanı sıra konfigürasyon komutları ile adresleme, ağa dahil etme, cihaz tarama gibi işlemler yapılır. Şekil 3’te DALI ağ bağlantı şeması gösterilmiştir. Ana modül(master) ve aydınlatma modülü(slave) arasında DALI haberleşmesi yapılır. Ana modül ile otomasyon sistemi arasında otomasyon sisteminde kullanılan protokol ile (TCP/IP protokolü gibi) haberleşme yapılır. DALI ağında iletişim, fark sinyali sağlayan iki hat ile gerçekleştirilir. Hatta polarizasyon kısıtlaması yoktur. Hattaki beslemeyi cihazlar değil, ayrı bir güç kaynağı sağlar. Düşük ve yüksek seviye olmak üzere hatlar arasındaki gerilim farkı okunur. 6,5V ve altı (alt sınır-6,5V ) düşük seviye, 9,5V ve üzeri (üst sınır 22,5V ) yüksek seviye olarak tanımlanır. DALI hattındaki slave cihazlar hattı kısa devre yoluyla anahtarlama yaptığında kendi donanımlarına zarar vermemeleri için güç kaynağı en fazla 250 mA akım sağlamalıdır. Bağlantıda kullanılacak kablo 300m’yi geçmemelidir. Birden fazla DALI hattını birleştirmek yani kombine ağ kurmak mümkündür. [12,13]

VI. DALI İLE VERİ İLETİMİ

DALI haberleşmede kendi protokolünü kullanır. DALI protokolüne göre gönderilecek komut, 1 başla biti, 16 veri biti ve 2 dur bitinden oluşmaktadır. Gönderilen 16 veri bitinin 8 biti komut biti ve 8 biti de adres bilgisi içerir. Gelen cevap komutu ise 1 başla biti ve 8 veri biti (gelen cevap) ve 2 dur bitinden oluşur. [14] Veri kodlamasında Manchester kodlama kullanılmıştır. Düşe kenarda 0 yükselen kenarda 1 mantığı vardır. Şekil 5 de gösterilmiştir. [7]

Veri iletimi yokken DALI hattı lojik 1’de sabittir. Bu durum hattın güç kaynağı tarafından sabit olarak beslenmesi ile oluşur. Her bit süresi 833 μs dir. Bu 833 μs’lik bit süresinde ± maksimum %10 ‘luk bir süre sapması toleransı vardır. 833 μs’lik bit süresi elde etmek için 416 μs’lik bir saat döngüsü kullanılmalıdır. En büyük dereceli bit (MSB) önce iletilir. DALI ‘de bilgi iletimi saniyede 1200 bittir. Gönderilen ve alınan veri çerçevesi olmak üzere DALI protokolünde iki tip veri çerçevesi bulunur. Şekil 6’da gösterilen örnekte kontrolcü (master) cihaz 2 numaralı adreste bulunan lambanın (slave) seviyesini sormak için hatta gönderilen veri çerçevesini kullanarak mesaj gönderilir. Bu mesaj hatta bulunan tüm slave cihazlara gönderiliyor. Geri dönen mesaj ise sadece 2 numaralı adreste bulunan slave cihazdan master cihaza gelir. Şekil 7’de gönderilen ve alınan mesajlar için veri çerçeveleri gösterilmiştir. [12]

 

 

VII. AYDINLATMA KONTROLÜNDE DALI PROTOKOLÜNÜN AVANTAJLARI

Sistemin faydalarını sıralarsak;

• Dimmerleme ve anahtarlama basit devrelerle yapılır.
• Dimmerleme değeri dijital olarak istenilen seviyelere getirilebilir.
• Dimmerleme işlemi logaritmiktir bu sebeple insan gözü hassasiyetine uygundur.
• Anahtarlama için ayrıca anahtara ihtiyacı yoktur, ışık kaynağı DALI komut ile açılabilir/kapatılabilir.
• Aydınlatma senaryoları yapılabilir ve istenildiği anda senaryolar çalıştırılabilir.
• DALI protokolü ile armatürler ve bağlı ışık kaynaklarının durumu izlenebilir (açık, kapalı, %x DIM, lamba arızalı vb.).
• DALI protokolü, optimum bileşen maliyetleri ve yüksek fonksiyonlarıyla akıllı oda temelli aydınlatma yönetimi için olanak sağlar.
• Gelişmeye uygundur, istenildiğinde sisteme yeni modüller eklenebilir.
• Basit veri yapısı ile veri yolunda herhangi bir karışıklık olmaz ve kayıplar oluşmaz.
• Besleme hattından bağımsız kontrol edilir, bu sayede eski ve yeni tüm aydınlatma tesisatına uygulanabilir.
• Sade yapısı ile kulanım kolaylığı sağlar.
• Kontrol hattının polaritesi yoktur ve tesisatı kolaydır.
• Armatürleri gruplar halinde veya tek halde yönetmek mümkündür ve gruplamalar kablolamadan bağımsız değiştirilebilir.
• Besleme gerilimini kapatıp açmaya gerek yoktur.
• Acil durum aydınlatma sistemleri ile uyumludur.
• 1-10V sistemlerine göre düşük maliyet daha yüksek özellikler sağlar.
• Bireysel adresleme, grup atama, senaryo çağırma ve zamana bağlı görevleri yerine getirebilir.
• Uzaktan (IR) kumanda, PIR (Passive IR) kontrol, gün ışığı sensörü ile kontrol edilebilir.
• Bina yönetim sistemleriyle birlikte çalışabilir. [14,15]

SONUÇ

Son yıllarda enerji kaynaklarının azalması ve enerjiye olan talebin artmasıyla birlikte enerji verimliliği alanında yapılan çalışmalar ciddi önem teşkil eder. Enerji tüketiminin oldukça fazla olduğu yaşam alanı, ofis binaları ile endüstriyel işletme binalarında doğru tasarımlar ve çözümler ile enerjinin verimli kullanılması sağlanabilir. Bu noktada günümüzde yaygınlaşan akıllı bina sistemleri büyük önem taşır. Akıllı bina sistemlerinde merkezi otomasyon sistemleri ile kullanıcıların kolayca yönetebildikleri bina kontrol sistemleri kurulabilir ve bu sistemlerin sağladığı konfor ve enerji tasarrufu kurulan sistemin kısa sürede kendini amorti etmesini sağlayabilir. Enerji verimliliği sürdürülebilir iş başarısı sağlamakla birlikte ve aynı zamanda iklim değişikliğine de olumlu katkı sağlar. Aydınlatma için harcanan enerji binalardaki elektrik tüketiminin yaklaşık %20’sini oluşturmaktadır. Gün ışığından maksimum seviyede yararlanarak ve aydınlatma otomasyonu sistemleri ile aydınlatma için harcanan enerji verimli kullanılmış olur. Dijital aydınlatma kontrolü için oluşturulmuş uluslararası bir protokol olan DALI, kullanıcı ve tasarımcılara sağlamış olduğu çeşitli avantajlar sayesinde piyasada aydınlatma otomasyonu uygulamalarında yaygın olarak kullanılan bir standart olmuştur. Bu protokolün geliştirilmesi mümkündür. İlerleyen yıllarda teknolojik gelişmeler ile akıllı bina sistemlerinin yaygınlaşması ve geliştirilmesi beklenilmektedir. Akıllı bina aydınlatma otomasyonu sistemlerinin de geliştirilmesi öngörülmektedir.

KAYNAKÇA

1. http://www.enerji.gov.tr/tr-TR/Sayfalar/Enerji-Verimliligi, Erişim Tarihi:25.03.2018
2. https://www.voltimum.com.tr/haberler/akilli-binalarda-enerji-verimliligi, Erişim Tarihi: 10.03.2018 / 18:21
3. http://www.pusulabilisim.com/p/akilli-ev-sistemleri.aspx, Erişim Tarihi:11.03.2018 / 12:52
4. http://www.bestdergisi.com.tr/arsiv/yazi/71-dali-akilli-binalar-icin-dijital-aydinlatma, Erişim Tarihi:12.03.2018 / 20:39
5. P. Tayyebghasemi , “Akıllı Bina Uygulamaları”, İstanbul Aydın Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü, Seminer Tezi, Syf. 2-15, İstanbul, 2014
6. M.Yumurtacı, A.Keçebaş, “Akıllı Ev Teknolojileri ve Otomasyon Sistemleri” , 5. Uluslararası İleri Teknolojiler Sempozyumu, Makale Çalışması, Syf. 1-5, Karabük, 2009
7. https://www.gninsaat.com.tr/akilli-binalar-akilli-yapilar-nedir-nasil-calisir, Erişim Tarihi: 10.03.2018 / 18:00
8. H.Şahin, Ö.Şahin, “Akıllı Ev ve Otomasyonu Sistemlerinin Güvenlik ve Koruma Amaçlı olarak Kullanılması, Dokuz Eylül Üniversitesi, Elektrik Elektronik Mühendisliği Bölümü, EMO Dergisi, Syf. 1-5
9. http://blog.wago.com.tr/aydinlatma-otomasyonu/, Erişim Tarihi:11.03.2018 / 14:00
10. http://www.elektrikport.com/teknik-kutuphane/dali-adreslenebilir-aydinlatma-nedir/8647#ad-image-0, Erişim Tarihi:11.03.2018 / 13:24
11. https://www.kontrolkalemi.com/dali-aydinlatma-sistemi Erişim Tarihi:11.03.2018 / 12:59
12. https://burakalakus.com/2016/11/03/dali-digital-addressable-lighting-interface/, Erişim Tarihi:11.03.2018 / 15:37
13. B.Güngör, T.Akgün, “Acil Aydınlatma ve Yönlendirme Sistemlerinin DALI Arabirimi ile Yönetimi, Emo Yayınları, Syf. 1-5
14. T.Yapar, “Aydınlatma Otomasyonu İle Enerji Tasarrufu”, Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Elektrik Mühendisliği, Yüksek Lisans Tezi, Syf.28-126, İstanbul,2007
15. http://www.ledportali.com/modern-aydinlatma-kontrol-arabirimi-dali/, Erişim Tarihi:11.03.2018 / 13:28