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 Drgania cząsteczek Kwant promieniowania NERW WZROKOWY PRZESZKODY,FILTRY

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.

Typ Moc Strumień świetlny w lm Spr. Źródła światła lm/W Żywotność w godzinach Żarówka 60 730 12,1 1000 100 1380 13,8 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: Przetwornik +wyświetlacz Głowica fotometryczna

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

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

Ac – powierzchnia użytkowa (m2) 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 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 20 ? 150 15 12 27 30 200 16 36 40 300 24 54 60 500 50 90 750 75 135 1000 80 180

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 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