dr inż. Piotr Pracki Wydział Elektryczny Zakład Techniki Świetlnej Zakres wykładu

Transkrypt

1 Politechnika Warszawska Oświetlenie 2 dr inż. Piotr Pracki Politechnika Warszawska Wydział Elektryczny Zakład Techniki Świetlnej Politechnika Warszawska Zakres wykładu Oświetlenie wydajne energetycznie sposoby realizacji Miary wydajności energetycznej oświetlenia Obliczanie zużycia energii elektrycznej na oświetlenie Ocena wydajności energetycznej oświetlenia Charakterystyka energetyczna a oświetlenie 1

2 Oświetlenie wydajne energetycznie Idea oświetlenia wydajnego energetycznie Sposoby realizacji oświetlenia wydajnego energetycznie Miary wydajności energetycznej oświetlenia Obliczanie zużycia energii elektrycznej na oświetlenie Ocena wydajności energetycznej oświetlenia Idea oświetlenia wydajnego energetycznie Ograniczanie zużycia energii: Idea oświetlenia wydajnego energetycznie Propagowanie wysokiej jakości oświetlenia: Idea oświetlenia o wysokiej jakości Wdrażanie zasad rozwoju zrównoważonego: Idea oświetlenia zrównoważonego Propagowanie oświetlenia oddziałującego na organizm: Idea oświetlenia zdrowotnego 2

3 Idea oświetlenia wydajnego energetycznie Idea oświetlenia wydajnego energetycznie wynika z zasady minimalizowania zużycia energii elektrycznej na oświetlenie, bez uszczerbku dla wymaganych ilościowych i jakościowych cech oświetlenia W praktyce oznacza minimalizowanie mocy instalowanej na potrzeby oświetlenia oraz czasu wykorzystania tej mocy Realizacja oświetlenia wydajnego energetycznie powinna wiązać się z zastosowaniem sprzętu oświetleniowego bezpiecznego dla człowieka i środowiska Sposoby realizacji oświetlenia wydajnego energetycznie Sposoby uzyskiwania oświetlenia wydajnego energetycznie (redukowania zużycia energii elektrycznej na potrzeby oświetlania): Minimalizowanie mocy instalowanej Częściowe wykorzystanie mocy instalowanej Ograniczanie czasu stosowania oświetlenia Wykorzystanie na cele nieoświetleniowe energii cieplnej wytworzonej przez źródła światła 3

4 Sposoby realizacji oświetlenia wydajnego energetycznie Sposoby minimalizowania mocy instalowanej Stosowanie umiarkowanych poziomów natężenia oświetlenia we wnętrzu Małe przewymiarowanie urządzenia oświetleniowego Stosowanie skutecznych źródeł światła i układów stabilizacyjno zapłonowych Stosowanie sprawnych opraw oświetleniowych, o odpowiednio dobranych bryłach fotometrycznych i mało podatnych na zabrudzenia Sposoby realizacji oświetlenia wydajnego energetycznie Sposoby minimalizowania mocy instalowanej Stosowanie w miarę możliwości oświetlenia zlokalizowanego lub złożonego Stosowanie w miarę możliwości opraw o niższych klasach oświetlenia Racjonalne lokowanie opraw oświetleniowych Stosowanie możliwie jasnych płaszczyzn wnętrza (sufitu, ścian i podłogi) i wyposażenia 4

5 Sposoby realizacji oświetlenia wydajnego energetycznie Częściowe wykorzystanie mocy instalowanej i minimalizowanie czas eksploatacji oświetlenia Utrzymywanie jedynie minimalnego wymaganego poziomu natężenia oświetlenia Redukowanie poziomu natężenia oświetlenia w czasie przerw w pracy lub nieobecności pracowników Wykorzystanie światła dziennego w oświetleniu wnętrz integracja oświetlenia Miary wydajności energetycznej oświetlenia Zużycie energii elektrycznej na potrzeby oświetlenia zależy od: Mocy instalowanej urządzenia oświetleniowego Czasu użytkowania oświetlenia Miary wydajności energetycznej powinny uwzględniać oba parametry 5

6 Miary wydajności energetycznej oświetlenia Miary oparte na mocy instalowanej Moc jednostkowa: P j [W/m 2 ] P j = Pi E = A η η oś u Moc jednostkowa skorygowana: P s [W/m 2 100lx] P s = P j 100 E 100 = η η oś u Miary wydajności energetycznej oświetlenia Miary oparte na zużywanej energii Energia jednostkowa: E j [kwh/(m 2 r)] E j = E A = P j t 1000 u = E śr t u 1000 η η oś u Energia jednostkowa skorygowana: E s [kwh/(m 2 r) 100lx] E s = E j 100 E = Ps t 1000 u = 10 t u η η oś u 6

7 Miary wydajności energetycznej oświetlenia Poziomy mocy i energii elektrycznej oświetlenia Skuteczności świetlne źródeł światła (układów: źródło układ stabilizacyjno zapłonowy) Żarówki tradycyjne: do kilkunastu lm/w Żarówki halogenowe: do 25 lm/w Świetlówki: lm/w Lampy metalohalogenkowe: lm/w Poziomy skuteczności świetlnych (lm/w) Miary wydajności energetycznej oświetlenia Poziomy mocy i energii elektrycznej oświetlenia Sprawności oświetlenia Sprawności opraw (50-90%) Wykorzystanie strumienia świetlnego (bryła fotometryczna oprawy, rozmieszczenie opraw, współczynniki odbicia powierzchni wnętrza, wielkości/proporcje pomieszczeń) Poziomy sprawności oświetlenia (%)

8 Miary wydajności energetycznej oświetlenia Poziomy mocy i energii elektrycznej oświetlenia Współczynniki utrzymania Właściwości źródeł światła i opraw oświetleniowych, zanieczyszczenie w pomieszczeniu i otoczeniu Zabiegi i okresy konserwacyjne Poziomy współczynników utrzymania 0,6 0,7 0,8 Miary wydajności energetycznej oświetlenia Moce skorygowane [W/m 2 100lx] Oświetlenie żarówkowe, tradycyjne: Oświetlenie żarówkowe, halogenowe: 5 15 Oświetlenie świetlówkowe, metalohalogenkowe: Niska efektywność 3 8 Umiarkowana efektywność 2 6 Wysoka efektywność 1,5 4» Średnio 2 8 8

9 Miary wydajności energetycznej oświetlenia Moce jednostkowe [W/m 2 ] Oświetlenie żarówkowe, tradycyjne: Oświetlenie żarówkowe, halogenowe: Oświetlenie świetlówkowe, metalohalogenkowe:» Średnio 5 25 Miary wydajności energetycznej oświetlenia Moce instalowane [kw] Oświetlenie żarówkowe, tradycyjne: Pomieszczenie 100 m 2 : 4 10 Kondygnacja 1000 m 2 : Budynek m 2 : Oświetlenie żarówkowe, halogenowe: Pomieszczenie 100 m 2 : 2 4 Kondygnacja 1000 m 2 : Budynek m 2 : Oświetlenie świetlówkowe, metalohalogenkowe: Pomieszczenie 100 m 2 : 0,5 2,5 Kondygnacja 1000 m 2 : 5 25 Budynek m 2 :

10 Miary wydajności energetycznej oświetlenia Zużycie energii elektrycznej [kwh/r] (2500h) Oświetlenie żarówkowe, tradycyjne: Pomieszczenie 100 m 2 : Kondygnacja 1000 m 2 : Budynek m 2 : Oświetlenie żarówkowe, halogenowe: Pomieszczenie 100 m 2 : Kondygnacja 1000 m 2 : Budynek m 2 : Oświetlenie świetlówkowe, metalohalogenkowe: Pomieszczenie 100 m 2 : Kondygnacja 1000 m 2 : Budynek m 2 : Miary wydajności energetycznej oświetlenia Jednostkowe zużycie energii elektrycznej [kwh/(m 2 r)] Oświetlenie żarówkowe, tradycyjne: Oświetlenie żarówkowe, halogenowe: Oświetlenie świetlówkowe, metalohalogenkowe: 12,5 62,5 10

11 Miary wydajności energetycznej oświetlenia Jednostkowe skorygowane zużycie energii elektrycznej [kwh/(m 2 r)] Oświetlenie żarówkowe, tradycyjne: Oświetlenie żarówkowe, halogenowe: Oświetlenie świetlówkowe, metalohalogenkowe: 4 20 Obliczanie zużycia energii elektrycznej Metody obliczania zużycia energii elektrycznej na potrzeby oświetlenia PN-EN 15193:2010 Charakterystyka energetyczna budynków - Wymagania energetyczne dotyczące oświetlenia 11

12 Obliczanie zużycia energii elektrycznej Całkowita energia na potrzeby oświetlenia E = E + E t L,t E t zużycie energii elektrycznej na potrzeby oświetlenia [kwh] E L,t zużycie energii elektrycznej na potrzeby oświetlenia podstawowego [kwh] E P,t zużycie energii elektrycznej w okresie, gdy oświetlenie podstawowe nie jest użytkowane (tzw. pasożytnicze zużycie energii elektrycznej) [kwh] (obwody ładujące oprawy awaryjne i sterownicze opraw oraz zasilające oprawy oświetlenia zapasowego) P,t Obliczanie zużycia energii elektrycznej E L,t podstawowe zużycie energii elektrycznej [kwh] EL,t = {(Pn FC ) [(t D FO FD ) + (t N F O )]}/1000 E P,t pasożytnicze zużycie energii elektrycznej [kwh] E P,t = {{P [t (t + t )]} + (P t )}/ 1000 pc y D N em em 12

13 Obliczanie zużycia energii elektrycznej P n całkowita moc instalowana opraw oświetlenia podstawowego w danym wnętrzu lub strefie budynku [W]; P n = P i P pc całkowita moc wszystkich systemów sterujących oprawami oświetleniowymi w danym wnętrzu lub strefie budynku [W]; P pc = P ci P em całkowita moc ładująca oprawy oświetlenia awaryjnego w danym wnętrzu lub strefie budynku [W]; P = P em i i i ei Obliczanie zużycia energii elektrycznej t D czas użytkowania oświetlenia w ciągu dnia [h]; t N czas użytkowania oświetlenia w ciągu nocy [h]; t em czas ładowania opraw oświetlenia awaryjnego [h]; t y czas równy jednemu rokowi odniesieniowemu, przyjęty jako 8760 [h]; F D współczynnik uwzględniający wykorzystanie światła dziennego w oświetleniu; F O współczynnik uwzględniający nieobecność użytkowników w miejscu pracy; F C współczynnik uwzględniający obniżenie natężenia oświetlenia do poziomu wymaganego. 13

14 Obliczanie zużycia energii elektrycznej W praktyce, czasy użytkowania oświetlenia odnosi się do jednego roku i oblicza całkowite roczne zapotrzebowanie na energię E = E L + E P E roczne zużycie energii na potrzeby oświetlenia [kwh/r] E L roczne podstawowe zużycie energii [kwh/r] E P roczne pasożytnicze zużycie energii [kwh/r] Obliczanie zużycia energii elektrycznej W praktyce, całkowite roczne zapotrzebowanie na energię oblicza się E = LENI A LENI roczne jednostkowe zużycie energii [kwh/(m 2 r)] A powierzchnia oświetlana [m 2 ] 14

15 Obliczanie zużycia energii elektrycznej Roczne jednostkowe zapotrzebowanie na energię LENI = {(F C + m + n {5/ t P y N [t /1000) [(t y (t D + t D N F )]} O F D ) + (t N F O )]} + t D roczny czas użytkowania oświetlenia w ciągu dnia [h/r]; t N roczny czas użytkowania oświetlenia w ciągu nocy [h/r]; t y czas równy jednemu rokowi odniesieniowemu (8760 [h]); F D współczynnik uwzględniający wykorzystanie światła dziennego w oświetleniu; F O współczynnik uwzględniający nieobecność użytkowników w miejscu pracy; F C współczynnik uwzględniający obniżenie natężenia oświetlenia do poziomu wymaganego. Obliczanie zużycia energii elektrycznej Czasy użytkowania oświetlenia Typ budynku Czas użytkowania oświetlenia w ciągu roku [h/r] t D t N t O Biura Szkoły Szpitale Hotele Restauracje Sportoworekreacyjne Handlowe Przemysłowe

16 Obliczanie zużycia energii elektrycznej Współczynnik F D Typ budynku Rodzaj regulacji F D Biura, sportoworekreacyjne, przemysłowe Hotele, restauracje, handlowe Ręczna 1.0 Regulacja światła z uwzględnieniem światła dziennego 0.9 Ręczna 1.0 Szkoły, szpitale Ręczna 1.0 Regulacja światła z uwzględnieniem światła dziennego 0.8 Obliczanie zużycia energii elektrycznej Współczynnik F O Typ budynku Rodzaj regulacji F O Biura, szkoły Ręczna 1.0 Handlowe, przemysłowe, sportoworekreacyjne, restauracje Automatyczna 0.9 Ręczna 1.0 Hotele Ręczna 0.7 Szpitale Ręczna (częściowo automatyczna)

17 Obliczanie zużycia energii elektrycznej Współczynnik F C Według wzoru: F C = (1 + MF)/2 MF współczynnik utrzymania w danym wnętrzu W przypadku braku regulacji F C wynosi 1. Ocena wydajności energetycznej oświetlenia Ocena może polegać na: - zestawieniu mocy oświetlenia obiektu (projektowanego lub eksploatowanego) z mocą referencyjną - zestawieniu energii zużywanej na oświetlenie obiektu (projektowanego lub eksploatowanego) z energią referencyjną 17

18 Ocena wydajności energetycznej oświetlenia Klasy kryteriów projektowania oświetlenia Kryterium oświetleniowe *** ** * Natężenie oświetlenia Olśnienie przykre Migotanie światła i efekty stroboskopowe Olśnienie odbiciowe i odbicia dekontrastujące Oddawanie barw Modelowanie Rozkład luminancji Komunikacja wzrokowa Aspekty zdrowotne Ocena wydajności energetycznej oświetlenia Maksymalne wartości mocy jednostkowej oświetlenia w budynku [W/m 2 ] Typ budynku *** ** * Biura Szkoły Szpitale Hotele Restauracje Sportowo-rekreacyjne Handlowe Przemysłowe

19 Ocena wydajności energetycznej oświetlenia W zależności od sposobu użytkowania oświetlenia: - Integracja oświetlenia - Wyłączanie związane z nieobecnością użytkowników - Utrzymywanie wymaganego natężenia oświetlenia można podać maksymalne wartości zużywanej energii elektrycznej na potrzeby oświetlenia, dla poszczególnych typów budynków Ocena wydajności energetycznej oświetlenia Maksymalne wartości zużycia energii elektrycznej na potrzeby oświetlenia w budynkach [kwh/(m 2 r)] Typ budynku *** ** * Biura Szkoły Szpitale Hotele Restauracje Sportowo-rekreacyjne Handlowe Przemysłowe

20 Charakterystyka energetyczna a oświetlenie Wskaźnik rocznego zapotrzebowania na energię pierwotną (EP) dla budynku [kwh/(m 2 rok)] E P = QP / A f Roczne zapotrzebowanie na energię pierwotną dla budynku [kwh/rok] Q = Q + Q + Q + Q P P,H P,W P,C P,L Charakterystyka energetyczna a oświetlenie Roczne zapotrzebowanie na energię pierwotną na potrzeby oświetlenia w budynku [kwh/rok] Q P,L = w el E K,L + w el,pom,l gdzie: E K,L roczne zapotrzebowanie na energię końcową na potrzeby oświetlenia w budynku E el,pom,l roczne zapotrzebowanie na energię elektryczną do napędu urządzeń pomocniczych systemu oświetlenia w budynku w el współczynnik nakładu nieodnawialnej energii pierwotnej na wytworzenie i dostarczenie energii końcowej do budynku el E 20

21 Charakterystyka energetyczna a oświetlenie Roczne jednostkowe zapotrzebowanie na energię LENI = {(F C + m + n {5/ t P y N [t E /1000) [(t y K,L (t D + t N F )]} F ) + (t F )]} + t D roczny czas użytkowania oświetlenia w ciągu dnia [h/a]; t N roczny czas użytkowania oświetlenia w ciągu nocy [h/a]; t y czas równy jednemu rokowi odniesieniowemu (8760 [h]); F D współczynnik uwzględniający wykorzystanie światła dziennego w oświetleniu; F O współczynnik uwzględniający nieobecność użytkowników w miejscu pracy; F C współczynnik uwzględniający obniżenie natężenia oświetlenia do poziomu wymaganego. D = LENI A O f D N O 21