7 N Energia na potrzeby oœwietlenia

Energia na potrzeby
oświetlenia
Andrzej Jurkiewicz
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
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 Φ
wyrażany w lumenach [lm],
światłość I wyrażana w kandelach [cd],
natężenie oświetlenia E
wyrażane w luksach [lx],
luminancja L wyrażana w [cd/m2].
Strumień świetlny Φ - całkowite światło, które
zostaje wypromieniowane ze źródła światła.
Natężenie światła (światłość) – I
światło z jednego źródła światła wysyłane w określonym
kierunku I = Φ/ω
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; 4π)
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 Φ do powierzchni A, na którą pada
światło.
E=Φ/A
Drugim wzorem opisującym zmianę natężenia w funkcji
odległości i kąta padania promieni jest:
E = I* cosα/r^2 [cd/m2]
I – światłość źródła punktowego (cd)
α - 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*cosα)
Jeden nit to luminacja powierzchni 1m2 o światłości
1 cd przy α = 0
1nt = 1cd/m2
Sprawność źródła światła - η (lm/W)
jednostka skuteczności źródła światła = jaka część mocy
elektrycznej pobranej przez źródło światła przetwarzana jest
na strumień świetlny
η=Φ/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
Właściwości optyczne materiału określają wspólczynniki:
- pochłaniania światła: α = φα/φ0
-odbicia światła: ρ = φρ/φ0
- przepuszczania światła: τ = φτ/φ0
φ0 = φα+ φρ+φτ
lub
α+ρ+τ=1
zależność ta opisuje tzw. prawo zachowania energii, które
obowiązuje dla każdego promieniowania świetlnego
(zarówno hetero- jak i monochromatycznego).
Obliczanie rocznego zapotrzebowania energii na
oświetlenie
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 = [Σ(Pj*Ac)]/ΣAc
Pj – moc jedn. Opraw oświetlenia w pomieszczeniu lub
budynku w W/m2
Ac – powierzchnia użytkowa
E =[Σ{Epom*Ac)]/ΣAc
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 = ΣEL/ELr
EL – roczne zapotrzebowanie energii na oświetlenie w
ocenianym budynku, kWh/a
ELr – j.w. lecz referencyjnym