Beleuchtung (Planung)

11. August 2018
Beleuchtung
Elektrik
Leaf-unabhängig
Planung
Smart Home

Neben der Versorgung von Steckdosen, Festinstallationen (HVAC), separater Sternerdung, und KNX-Busleitungen, folgt hier die Planung des Systems und der Infrastruktur der Beleuchtung.

1 | Zentrale Steuerung

Wie bereits im Post zur Smarten Gebäudesteuerung (-siehe hier-) genannt, wird im Gebäude mittels KNX ein gemeinsames Bus-Netzwerk aufgebaut über welches diverse Sensoren und Aktoren miteinander interagieren können. Die Beleuchtung ist da keine Ausnahme. Wir werden keine klassischen Lichtschalter verwenden, welche nach dem bekannten Prinzip der Stromunterbrechung arbeiten. Stattdessen verbauen wir KNX-angebundene Tastsensoren, welche beim Schalten dem Busnetzwerk ein elektrisches Telegram schicken. Alle zuvor diesem konkreten Taster zugewiesenen („programmierten“) Leuchten/Leuchtgruppen hören nun auf dieses Telegram auf dem Bus und schalten sich entsprechend an oder aus.

Das eigentliche Schalten von Strom übernimmt in diesem Fall nicht der Taster, sondern ein Schaltaktor, welcher zentral im Verteilerkastenschrank als Hutschienengerät installiert ist. Folglich ist es notwendig, dass jede Leuchte (oder auch in Form einer Gruppe von mehreren zusammengeschalteter Leuchten) ein separate Leitung zum Verteilerkastenschrank hat und dort einen dedizierten Schaltaktor (bzw. Kanal eines Schaltaktors) besitzt, welcher wiederum an das KNX-Netzwerk angeschlossen sein muss.

2 | Beleuchtungsplan

Die folgende Grafik stellt den Beleuchtungs– und Verkabelungsplan graphisch dar. Die Positionierung der Leuchten ist nicht maßstabsgetreu, sondern auf logischer Ebene zu verstehen. Der Übersicht wegen wurden die Wände im Bereich Lobby/HAR/WC ausgeblendet.

Studio Beleuchtungsverkabelung v3.png

In den Akustikräumen sind alle Leuchten in Clouds integriert, welches von der Decke abgehangene große Holzpaneele sind mit unterseitig eingelassenen Deckenspots und rückseitiger akustisch offener und absorbierender Oberfläche. Für einen Eindruck wie Clouds aussehen können -siehe hier-.

Jeweils mit einer normalen Linie verbundene Leuchten agieren zusammen als Gruppe. Im Aufnahmeraum ist jede Cloud eine logische zusammen-schaltbare Einheit, in der Regie sind jeweils Spotpaare einzeln ansteuerbar, um später individuelle Beleuchtungsvarianten zu konfigurieren. Im Bereich Lobby/HAR/WC sind die Leuchten ohne Cloud o.ä. direkt in der Decke verbaut. Pro Raum (den Bereich über HAR/WC als separaten Raum gezählt) sind hier alle Leuchten zusammengeschaltet. Individuelle Schaltung ist hier nicht notwendig.

3 | Technik

3.1 Leuchtmittel

Die verwendeten Leuchtmittel werden dimmbar sein. Erreicht wird dies durch dedizierte KNX-Dimmaktoren – ebenfalls wieder im Verteilerkastenschrank untergebracht. Zusätzlich ist in den Akustikräumen pro Cloud eine separate Leuchte vorgesehen, welche Farbwechsel durch den gesamten Farbraum ermöglicht, sogenannte RGBW-Leuchten (Red, Green, Blue, White). Im Prinzip lässt sich Weiß auch durch gleichstarke Ansteuerung aller drei Farbkanäle erzeugen, im Gegensatz zu RGB-Leuchten können die Leuchtvarianten mit zusätzlichem „W“ aber ein deutlich natürlicheres (und untereinander homogeneres) Weiß erzeugen. Die RGBW-Leuchten sollen in Form von LED-Strips an der Oberseite (zur Decke gerichteten Seite) der Clouds installiert werden und sollen im Gegensatz zu den sehr direkten Deckenspots (an der Unterseite) für ein weiches und indirekte Licht im Raum sorgen.

3.2 Möglichkeiten

Aus Kombination von dimmbaren direkten Deckenspots und dimmbarer indirekter Multicolor-Beleuchtung sind somit eine Menge möglicher Lichtszenen erstellbar: Von hell-weißem Putzlicht bis dezentem dunkelrotem Stimmungslicht bei entspannten Aufnahmesessions. Durch Ankopplung an das interne Gebäude-Bus-Netzwerk bieten sich zusätzlich ungeahnte Möglichkeiten der Lichtsteuerung, z.B. Sound-to-Light, DAW-taktgesteuerte oder songabschnittsgesteuerte Lichtwechsel oder auch eine bestimmte Lichtszene für den aktiven Recordingbetrieb (immer wenn am Rechner ‚Aufnahme‘ gedrückt wird). Zusätzlich können auch immer noch weitere Leuchten (z.B. Steh- oder Wandleuchten) später integriert werden. Unser bauliches inside-out System bietet zudem offene Wände, welche ermöglichen später noch überall nachträglich Kabel zu ziehen und flexibel Leuchten zu integrieren, falls gewünscht.

3.3 Versorgungstechnik

Hinsichtlich der Beleuchtungsart ist für Tonstudios LED zu empfehlen. Im Gegensatz zu anderen Arten wie Halogen, Leuchtstoffröhren, Energiesparlampen, etc. haben sie einen enorm hohen Wirkungsgrad und zudem sehr geringe Störemissionen. Bei den heutigen LED-Preisen ist dies auch keine Frage mehr des Budgets. Alle Leuchten werden also LEDs sein.

Hinsichtlich ihrer Netzteile werden alle Leuchten geoutsourced, d.h. dass die Transformation auf ihre Betriebsspannung nicht innerhalb einzelner Netzteile pro Leuchte oder Leuchtgruppe (welche idR. relativ nahe an der Leuchte, z.B. in der Raumzwischendecke untergebracht werden) vorgenommen wird, sondern zentral von einem großen gemeinsamen Netzteil im Verteilerkastenschrank. Diese besondere Infrastruktur verhindert das Ausbilden von elektrischen Feldern oder Störemissionen (auch akustischer Natur in Form von Surren oder Fiepen), welche von Netzteilen ausgehen können und insb. Konsequenzen auf empfindliche Technik haben können.

Auf der anderen Seite erfordert dies auch eine spezielle Verkabelung. LEDs benötigen Gleichspannung (DC). In der Regel 12V oder 24V (oder sogar 48V), also Niederspannung. Diese wird von einem (oder zwei, damit man bei Ausfall nicht gleich im Dunkeln sitzen möchte) zentralen Netzteil/Transformator im Verteilerkastenschrank erzeugt und über Niederspannungsleitungen an die Leuchten gebracht. Gleichstrom hat aber vergleichsweise hohe Verluste beim Transport. Das ist im übrigen auch der Grund, weshalb man in der Geschichte der Elektrik überhaupt Wechselstrom erfunden hat. Daher müssen Leitungslängen unbedingt kurz gehalten werden. Außerdem ist es durch die Verluste notwendig das Netzteil etwas mehr als die erwartete Betriebsspannung abgeben zu lassen (z.B. 26V statt 24V). Sie haben meist eine Regelung von 100% bis ca. 125%. Der genaue Wert lässt sich erst zum Ende der Installation durch Messen ermitteln.

Mögliches Hutschienennetzteil. Man beachte oben rechts die Einstellung der Betriebsspannung von 12 bis 15V.

Alle Leitungen sind daher prinzipiell Niederspannungsleitungen, in unserem Fall auf Empfehlung unseres Elektrikers Steuerleitung mit 3×1,5mm Adern und mit Schirmung. Geschirmte Kabel gibt es leider nur in drei- und fünfadriger Ausführung, die dritte Ader ist wegen fehlendem Schutzleiter bei Niederspannung unbelegt. Für die RGBW-Leuchten benutzen wir Steuerleitung mit 5×1,5mm Adern und Schirmung. Je Farbkanal eine Ader. Auch hier ist eine Ader unbelegt (bzw. Reserve). Wir werden die Leitungen über die outer leaf Decke verlegen, um die Leitungslängen möglichst kurz zu halten. Die Verkabelung und Installation von Lobby/WC/HAR erfolgt erst später, wenn diese ihre Wände erhalten.

Bildergebnis für GU5.3 LEDs
Beispiel: MR16/GU5.3 Deckenspot von Osram mit 2,9W

Als Deckenspots wollen wir GU5.3 LEDs von Osram oder Philips benutzen. Diese sind ähnlich zu den vielleicht bekannten GU10 Fassungen (kennt man von Halogenspots), arbeiten jedoch im Gegensatz zu denen nicht mit normalen 230V, sondern mit Nieder- bzw. Gleichspannung. Betrachtet man diese Leuchten im Detail wird man feststellen, dass diese verschiedene Lichtstärken haben und entsprechend verschiedene Leistungen haben von etwa 2 bis 10 Watt. Diese interne Betriebsspannung muss natürlich aus der Gleichspannungsversorgung von 12V oder 24V erhalten werden, d.h. sie transformieren prinzipbedingt intern doch noch einmal in ihre interne Betriebsspannung um. Man könnte jetzt behaupten, dass man damit ja dann trotzdem mögliche ungewollte Störemissionen hat, sogar jetzt direkt im Raum, allerdings sind die Verluste und einhergehende Emissionen bei dieser Leistungsgröße im Vergleich zu 230V-Netzteilen sehr gering.

3.4 Nachteile

Prinzipiell ist LED aber nicht das Wundermittel. Auch LEDs können surren, fiepen oder brummen. Dies kann man leider nicht vorhersagen und liegt meist daran, dass bei ganz bestimmten Rahmenbedingungen diverse interne Bauteile ungewollt resonieren. Dies lässt sich meist nicht verhindern und ist nur durch Tauschen mit einer anderen baugleichen Leuchte oder gar einer eines anderen Herstellers zu lösen. Stellt aber einen Sonderfall da. Außerdem klagen einige Menschen über unnatürlich empfundenes Licht bei LEDs, welches aber meist auf eine fehlerhafte oder ungeeignete Spannungsversorgung zurückzuführen ist.

Ein weiterer Nachteil, wenn man so möchte, ist, dass LEDs nur durch Pulsweitenmodulation (PWM) dimmbar sind und nicht klassischerweise durch Reduktion der Spannung. Beim Reduzieren der Spannung gehen LEDs irgendwann wegen Unterversorgung einfach aus oder fangen an zu flackern. Zum Dimmen benötigt man somit spezielle PWM-Dimmer. Auch diese werden als Hutschienengeräte im Verteilerkastenschrank untergebracht und entsprechend verkabelt (auch wieder zusätzlich mit KNX).

Veranschaulichung der Helligkeitssteuerung durch Pulsweitenmodulation bei LEDs

veröffentlicht am 11. August 2018