Energia na potrzeby oświetlenia

Andrzej Jurkiewicz

andrzej.jurkiewicz@egie.pl

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

PRZESZKODY,FILTRY

Drgania cząsteczek

Kwant promieniowania

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 wyrażany w lumenach [lm],

światłość I wyrażana w kandelach [cd],

natężenie oświetlenia E wyrażane w luksach [lx],

luminancja L wyrażana w [cd/m2].

DefinicjeStrumień 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

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; 4)

Natężenie światła (światłość) – I światło z jednego źródła światła wysyłane w określonym kierunku I =

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) - EOkreśla gęstość powierzchniową strumienia świetlnego padającego na pewną powierzchnię; jednostką jest Luks (lx), inaczej: natężenie oświetlenia jest stosunkiem całkowitego strumienia świetlnego do powierzchni A, na którą pada światło.

E=/A

Drugim wzorem opisującym zmianę natężenia w funkcji odległości i kąta padania promieni jest:

E = I* cos/r^2 [cd/m2]I – światłość źródła punktowego (cd) - 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*cos)Jeden nit to luminacja powierzchni 1m2 o światłości 1 cd przy = 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

=/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.

TypMoc 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

20W 350 17,5 2000

Świetlówka kompaktowa

11W 600 54,5 8000

Świetlówka 36W 3450 95,8 12000

Lampa rtęciowa 80W 4000 50 15000

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:

Głowica

fotometryczna

Przetwornik

+wyświetlacz

Właściwości optyczne materiału określają wspólczynniki:

- pochłaniania światła:

-odbicia światła:

- przepuszczania światła:

lub

zależność ta opisuje tzw. prawo zachowania energii, które obowiązuje dla każdego promieniowania świetlnego (zarówno hetero- jak i monochromatycznego).

Parametry wybranych źródeł światłaRodzaj źródłaświatła

Moc[W]

Strumieńświetlny[lm]

Skutecznośćświetlna wrazz układemstab.-zapł.[lm/W]

Wskaźnikoddawaniabarw Ra

Trwałość[h]

Układstabilizacyjno- zapłonowy

1. Żarówki

2. Żarówkihalogenowe

3. Świetlówkistandardowe

4. Świetlówkikompaktowe

5. Rtęciówkiwysokopreżne

6. Mix (lampyrtec.-żarowe)

7. Lampy metalo-halogenkowe

8. WLS(sodówki)

9. SOX (sod.niskoprężne)

15do 5005do 100015do 585do 5550do 400100do 50035do 40050do40018do 180

120do 840060do 24200650do 5200200do 48001600do 240001100do 130002400do 9500044do 550001800do 33000

8do 1712do 2450do 10440do 9036do5811do 2654do 12057do 13298do 200

100

100

98do 5896do 8552do 1570do 5089do 6065do 20-

1000

2000

8000do 120008000

15000

6000

6000

12000

6000

niepotrzebny

niepotrzebny

statecznik ind.lub układ HFjak wyżej

Statecznikind.Żarnik

Statecznik ind+El. Uk.ZapłStatecznik ind+El. Uk.ZapłStatecznik ind+El. Uk.Zapł

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

Oprawy oświetleniowe i ich elementy

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/atN – j.w. lecz w nocy (Tabela 1), h/atO – suma tN+TD ty – jeden rok w godzinach = 8760 hFD – wykorzystanie światła dziennego wg Tabeli 2FO – nieobecność użytkowników w miejscu pracyFC – regulowanie oświetlenia do poziomu wymaganego

FC = (1+MF)/2 MF – współczynnik utrzymania w danym wnętrzu (???)

m = 1, gdy stosowane jest oświetlenie awaryjne, inaczej m=0n = 1, gdy stosowane jest sterownie opraw i oświetlenie zapasowe,

inaczej n=0

Średnia ważona moc i natężenie oświetlenia budynki

PN = [(Pj*Ac)]/Ac

Pj – moc jedn. Opraw oświetlenia w pomieszczeniu lub budynku w W/m2

Ac – powierzchnia użytkowa

E =[{Epom*Ac)]/Ac

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 = EL/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

kk

Ekp

op

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