Transcript Energia na potrzeby oświetlenia

Energia na potrzeby
oświetlenia
Andrzej Jurkiewicz
[email protected]
Rola wzroku
Podstawy
• Źródła światła dzielimy na naturalne i sztuczne.
• Światło jest rodzajem energii elektromagnetycznej
promienistej, wysyłanej w formie bardzo małych
dawek tzw. fotonów (kwantami) z prędkością (w
próżni) 300.000 km/s (prędkość światła)
• Źródłem światła jest nie tylko Słońce, ale także
Ziemia i inne ciała, w tym także te stworzone przez
człowieka np. żarówka.
Promieniowanie gamma
do 0,001 nm
Promieniowanie rentgena
od 0,001 do 100nm
Optyczne nadfioletowe (7%)
Od 100 do 380 nm
Optyczne widzialne (46%)
Od 380 do 780 nm
Optyczne podczerwone (47%) Od 780 nm do 1mm
Mikrofale
Od 1mm do 1m
Fale radiowe UKF, FM, AM
Od 1m do 3 km
Jak wytworzyć światło?
- mechanizm widzenia
Drgania cząsteczek
Kwant
promieniowania
PRZESZKODY,
FILTRY
NERW
WZROKOWY
Zdolność widzenia zależy od:
•
•
•
•
•
•
•
•
luminacji (miara jaskrawości) przedmiotu i tła
kontrastu
barwy przedmiotu i tła
wielkości przedmiotu
czasu obserwacji
położenia względem osi widzenia
ruchu w polu widzenia
nierównomierności luminacji przedmiotu i tła.
Podstawowe wielkości oświetlenia
strumień świetlny F
wyrażany w lumenach [lm],
światłość I wyrażana w kandelach [cd],
natężenie oświetlenia E
wyrażane w luksach [lx],
luminancja L wyrażana w [cd/m2].
Definicje
Strumień świetlny Φ - to część strumienia
energetycznego wywołująca u obserwatora wrażenia
wzrokowe. Innymi słowy strumień świetlny to całkowite
światło, które zostaje wypromieniowane ze źródła światła.
Przydatny w opisie źródeł światła;jednostka - lumen
Natężenie światła (światłość) – I
światło z jednego źródła światła wysyłane w określonym
kierunku I = F/w
Kandela = świeca woskowa o średnicy 25 mm.
A dokładniej: jest to światłość źródła, które w danym kierunku
wysyła promienie monochromatyczne o częstotliwości
540*10^12 Hz i natężeniu 1/683 W/sr (kąt przestrzenny –
steradian; 4p)
Standardowa żarówka o mocy 100 W i czasie swojego „życia” (1000
godzin) świeci z natężeniem światła ok. 120 cd wzdłuż swojej osi i ok.
110 cd prostopadle do niej.
Lampa z reflektorem o mocy 100 W i kącie promieniowania 35 stopni
daje dzięki odbiciu prawie całego światła w jednym kierunku natężenie
ok. 1000 cd w kierunku osi lampy.
Natężenie oświetlenia (jasność) - E
Określa gęstość powierzchniową strumienia świetlnego
padającego na pewną powierzchnię; jednostką jest Luks (lx),
inaczej: natężenie oświetlenia jest stosunkiem całkowitego
strumienia świetlnego F do powierzchni A, na którą pada
światło.
E=F/A
Drugim wzorem opisującym zmianę natężenia w funkcji
odległości i kąta padania promieni jest:
E = I* cosa/r^2 [cd/m2]
I – światłość źródła punktowego (cd)
a - kąt między kierunkiem promieni a prostopadłą do
powierzchni
Luminacja - L
• Jest to miara wrażenia wzrokowego, które
odbiera oko ze świecącej powierzchni.
Luminację określa się jako natężenie
światła w odniesieniu do pozornej
powierzchni świecącej, prostopadłej do
kierunku widzenia; czyli do natężenia
światła odbieranego przez oko patrzące
na tę „świecącą” powierzchnię.
L=I/(F*cosa)
Jeden nit to luminacja powierzchni 1m2 o światłości
1 cd przy a = 0
1nt = 1cd/m2
Sprawność źródła światła (skuteczność źródła światła)
 [lm/W]
jednostka skuteczności źródła światła = jaka część mocy
elektrycznej pobranej przez źródło światła przetwarzana jest
na strumień świetlny
=F/P
Im większa jest ta wartość, tym bardziej sprawne jest źródło
światła. W związku z tą zależnością musimy jednak wziąć
pod uwagę żywotność źródła światła.
Moc
Strumień
świetlny w
lm
Spr. Źródła
światła
lm/W
Żywotność
w
godzinach
Żarówka
60
730
12,1
1000
Żarówka
100
1380
13,8
1000
Halogenowa
niskonapięciowa
20
W
350
17,5
2000
Świetlówka
kompaktowa
11
W
600
54,5
8000
Świetlówka
36
W
3450
95,8
12000
Lampa rtęciowa
80
W
4000
50
15000
Typ
Pomiary wielkości świetlnych - jak sprawdzić stan
obecny oświetlenia w ocenianym budynku?:
1. Natężenie oświetlenia - mierzy się bezpośrednio
LUKSOMIERZEM, jest to przyrząd składający się
z głowicy fotometrycznej, przetwornika
oraz wskaźnika ze skalą (np. odpowiednio
wyskalowanego miliamperomierza)
LUKSOMIERZ:
Przetwornik
Głowica
fotometryczna
+wyświetlacz
Właściwości optyczne materiału określają wspólczynniki:
- pochłaniania światła: a = fa/f0
-odbicia światła: r = fr/f0
- przepuszczania światła: t = ft/f0
f0 = fa+ fr+ft
lub
a+r+t=1
zależność ta opisuje tzw. prawo zachowania energii, które
obowiązuje dla każdego promieniowania świetlnego
(zarówno hetero- jak i monochromatycznego).
Parametry wybranych źródeł światła
Rodzaj źródła
światła
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Żarówki
Moc
[W]
15
do 500
Żarówki
5
halogenowe
do 1000
Świetlówki
15
standardowe
do 58
Świetlówki
5
kompaktowe
do 55
Rtęciówki
50
wysokopreżne do 400
Mix (lampy
100
rtec.-żarowe)
do 500
Lampy metalo- 35
halogenkowe
do 400
WLS
50
(sodówki)
do400
SOX (sod.
18
niskoprężne)
do 180
Strumień
świetlny
[lm]
Skuteczność
świetlna wraz
z układem
stab.-zapł.
[lm/W]
Wskaźnik
oddawania
barw Ra
Trwałość
[h]
Układ
stabilizacyjno
- zapłonowy
120
do 8400
60
do 24200
650
do 5200
200
do 4800
1600
do 24000
1100
do 13000
2400
do 95000
44
do 55000
1800
do 33000
8
do 17
12
do 24
50
do 104
40
do 90
36
do58
11
do 26
54
do 120
57
do 132
98
do 200
100
1000
niepotrzebny
100
2000
niepotrzebny
98
do 58
96
do 85
52
do 15
70
do 50
89
do 60
65
do 20
-
8000
do 12000
8000
statecznik ind.
lub układ HF
jak wyżej
15000
Statecznik
ind.
Żarnik
6000
6000
12000
6000
Statecznik ind
+El. Uk.Zapł
Statecznik ind
+El. Uk.Zapł
Statecznik ind
+El. Uk.Zapł
Oprawy oświetleniowe i ich
elementy
Oprawa oświetleniowa jest to urzadzenie
służące do rozsyłania, filtrowania lub
przekształcania strumienia świetlnego
jednego lub więcej źródeł światła.Oprawa
zawiera elementy niezbędne do mocowania,
ochrony i przyłączania źródła światła, oraz
układ stabilizacyjno-zapłonowy, jeśli taki jest
potrzebny
Sterowanie światłem
naturalnym
• W zasadzie możliwe jest tylko ograniczenie ilości
światła naturalnego w pomieszczeniu poprzez
stosowanie rolet, żaluzji i zasłon
• W okresie jesień - wiosna, poprawę bilansu
energetycznego budynku może dać zastosowanie
tzw. oświetlenia PSALI - mieszania oświetlenia
naturalnego i sztucznego dobranego tak, aby suma
natężeń oświetlenia naturalnego i sztucznego była
na stałym poziomie
Obliczanie rocznego zapotrzebowania energii na
oświetlenie wg projektu Rozporządzenia
EL=wel*ELj*Ac
wel – wsp. Korekcyjny dla nośnika energii
jakim jest energia elektryczna zgodnie z
Tab1 zał.1 (wel=2,7)
ELj – roczne jednostkowe zapotrzebowanie
energii na oświetlenie (kWh/m2*a)
Ac – powierzchnia użytkowa (m2)
Jednostkowe zapotrzebowanie energii na
oświetlenie
ELj = {Fc*PN/1000 *[tD*FO*FD)+(tN*FO)]} + m + n*{5/ty *[ty-(tD+tN)]}
[kWh/m2a]
PN – moc jednostkowa opraw oświetlenia podst. w pomieszczeniu lub
budynku
tD – czas użytkowania oświetlenia w ciągu dnia (Tabela 1), h/a
tN – j.w. lecz w nocy (Tabela 1), h/a
tO – suma tN+TD
ty – jeden rok w godzinach = 8760 h
FD – wykorzystanie światła dziennego wg Tabeli 2
FO – nieobecność użytkowników w miejscu pracy
FC – regulowanie oświetlenia do poziomu wymaganego
FC = (1+MF)/2 MF – współczynnik utrzymania w danym
wnętrzu (???)
m = 1, gdy stosowane jest oświetlenie awaryjne, inaczej m=0
n = 1, gdy stosowane jest sterownie opraw i oświetlenie zapasowe,
inaczej n=0
Średnia ważona moc i natężenie
oświetlenia budynki
PN = [S(Pj*Ac)]/SAc
Pj – moc jedn. Opraw oświetlenia w pomieszczeniu lub
budynku w W/m2
Ac – powierzchnia użytkowa
E =[S{Epom*Ac)]/SAc
Epom – eksploatacyjne natężenie oświetlenia w
pomieszczeniu lub budynku w lx (dla nowych budynków
przyjąć wg PN-EN 12464-1:2004 a dla istniejących
przyjąć wartości rzeczywiste!!!)
Budynek referncyjny
Zapotrzebowanie energii na oświetlenie w
budynku referencyjnym obliczyć wg wzoru
4.1, przyjmując z & 180a (???) przepisów
techniczno-budowlanych wartości mocy
jedn. Urz. Ośw.
Pozostałe wielkości (tD, tN, tO, FO itd… przy
czym m=0 n=0 FC=0
Wymagane wartości energii [kWh/(m2*a)] w zależności
od średnioważonego natężenia oświetlenia
lx
śr.waż
biuro
szkoła
szpital
usługi
handel Dworce +
2kol puste
100
10
8
18
10
20
?
150
15
12
27
15
30
?
200
20
16
36
20
40
?
300
30
24
54
30
60
?
500
50
40
90
50
100
?
750
75
60
135
75
150
?
1000
100
80
180
100
200
?
Wskaźnik oceny zapotrzebowania
energii na oświetlenie
RL = SEL/ELr
EL – roczne zapotrzebowanie energii na oświetlenie w
ocenianym budynku, kWh/a
ELr – j.w. lecz referencyjnym
Do oceny oświetlenia elektrycznego w budynku niezbędne
jest:
– Zinwentaryzowanie odbiorników oświetleniowych w
budynku i sprawdzenie ich skuteczności świetlnej;
– Sprawdzenie aktualnych aktów normatywnych dotyczących
parametrów oświetleniowych w danym budynku;
– Zmierzenie podstawowych wielkości świetlnych w budynku
(natężenie oświetlenia, równomierność);
– Sprawdzenie w jakim stopniu oświetlenie dzienne jest
wykorzystywane (znane są przypadki używania oświetlenia
sztucznego pomimo,że oświetlenie dzienne wystarczałoby
do zapewnienia wygody widzenia)
– Sprawdzenie sposobu sterowania oświetleniem.
Zmniejszenie energochłonności oświetlenia budynku
można osiągnąć poprzez:
– Sukcesywną wymianę źródeł światła na źródła wysokowydajne (o
ile to jest możliwe), np. żarówek na świetlówki;
– Wprowadzenie systemów sterowania oświetleniem, przynajmniej
umożliwienie regulacji strumienia świetlnego;
– Wykorzystanie w maksymalnym stopniu oświetlenia dziennego;
– Optymalizacje zapotrzebowania na energię instalacji
oświetleniowej juz w fazie projektowania
Ek
p=
 op
F
F
k + k
F
F
p= jednostkowe zapotrzebowanie na moc, W/m2, E= natężenie oświetlenia
wymagane, k= współczynnik zapasu, η= skuteczność świetlna źródeł światła,
ηop= sprawnosć oprawy, Φ= strumień świetlny całkowity oprawy,
Φv= strumień świetlny oprawy w dół; Φ^-strumień oprawy w górę,
kv, k^=współczynniki uwzgledniajace kształt pomieszczenia i odbicia