Energia na potrzeby oświetlenia

1. Energia na potrzeby oświetlenia Andrzej Jurkiewicz andrzej.jurkiewicz@egie.pl

2. Rola wzroku

3. 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.

6. Drgania cząsteczek Kwant promieniowania Jak wytworzyć światło?- mechanizm widzenia NERW WZROKOWY PRZESZKODY,FILTRY

7. 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.

8. 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].

10. 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

11. Natężenie światła (światłość) – Iświatło 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)

12. 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.

13. Natężenie oświetlenia (jasność) - EOkreśla 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

14. 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

15. 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.

16. L=I/(F*cosa) Jeden nit to luminacja powierzchni 1m2 o światłości 1 cd przy a = 0 1nt = 1cd/m2

17. 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.

19. Pomiary wielkości świetlnych - jak sprawdzić stan obecny oświetlenia w ocenianym budynku?: 1. Natężenie oświetlenia - mierzy się bezpośrednioLUKSOMIERZEM, jest to przyrząd składający się z głowicy fotometrycznej, przetwornika oraz wskaźnika ze skalą (np. odpowiednio wyskalowanego miliamperomierza) LUKSOMIERZ: Przetwornik +wyświetlacz Głowica fotometryczna

20. 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).

22. Parametry wybranych źródeł światła

23. 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

24. 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

25. 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)

26. 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

27. 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!!!)

28. 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

29. Wymagane wartości energii [kWh/(m2*a)] w zależności od średnioważonego natężenia oświetlenia

30. 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

31. 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.

32. 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 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