Energia na potrzeby

o

ś

wietlenia

Andrzej Jurkiewicz

Rola wzroku

Podstawy

•

Ź

ródła

ś

wiatła dzielimy na naturalne i sztuczne.

•

Ś

wiatło jest rodzajem energii elektromagnetycznej

promienistej, wysyłanej w formie bardzo małych
dawek tzw. fotonów (kwantami) z pr

ę

dko

ś

ci

ą

(w

pró

ż

ni) 300.000 km/s (pr

ę

dko

ść ś

wiatła)

•

Ź

ródłem

ś

wiatła jest nie tylko Sło

ń

ce, ale tak

ż

e

Ziemia i inne ciała, w tym tak

ż

e te stworzone przez

człowieka np.

ż

arówka.

Od 1m do 3 km

Fale radiowe UKF, FM, AM

Od 1mm do 1m

Mikrofale

Od 780 nm do 1mm

Optyczne podczerwone (47%)

Od 380 do 780 nm

Optyczne widzialne (46%)

Od 100 do 380 nm

Optyczne nadfioletowe (7%)

od 0,001 do 100nm

Promieniowanie rentgena

do 0,001 nm

Promieniowanie gamma

Zdolno

ść

widzenia zale

ż

y od:

• luminacji (miara jaskrawo

ś

ci) przedmiotu i tła

• kontrastu
• barwy przedmiotu i tła
• wielko

ś

ci przedmiotu

• czasu obserwacji
• poło

ż

enia wzgl

ę

dem osi widzenia

• ruchu w polu widzenia
• nierównomierno

ś

ci luminacji przedmiotu i tła.

Podstawowe wielko

ś

ci o

ś

wietlenia

strumie

ń ś

wietlny

Φ

wyra

ż

any w lumenach [lm],

ś

wiatło

ść

I

wyra

ż

ana w kandelach [cd],

nat

ęż

enie o

ś

wietlenia

E

wyra

ż

ane w luksach [lx],

luminancja

L

wyra

ż

ana w [cd/m2].

Strumie

ń ś

wietlny

Φ

Φ

Φ

Φ

- całkowite

ś

wiatło, które

zostaje wypromieniowane ze

ź

ródła

ś

wiatła.

Kandela =

ś

wieca woskowa o

ś

rednicy 25 mm.

A dokładniej: jest to

ś

wiatło

ść ź

ródła, które w danym kierunku

wysyła promienie monochromatyczne o cz

ę

stotliwo

ś

ci

540*10^12 Hz i nat

ęż

eniu 1/683 W/sr (k

ą

t przestrzenny –

steradian; 4

π

)

Nat

ęż

enie

ś

wiatła (

ś

wiatło

ść

) – I

ś

wiatło z jednego

ź

ródła

ś

wiatła wysyłane w okre

ś

lonym

kierunku I =

Φ/ω

Φ/ω

Φ/ω

Φ/ω

Standardowa

ż

arówka o mocy 100 W i czasie swojego „

ż

ycia” (1000

godzin)

ś

wieci z nat

ęż

eniem

ś

wiatła ok. 120 cd wzdłu

ż

swojej osi i ok.

110 cd prostopadle do niej.

Lampa z reflektorem o mocy 100 W i k

ą

cie promieniowania 35 stopni

daje dzi

ę

ki odbiciu prawie całego

ś

wiatła w jednym kierunku nat

ęż

enie

ok. 1000 cd w kierunku osi lampy.

Nat

ęż

enie o

ś

wietlenia (jasno

ść

) - E

Okre

ś

la g

ę

sto

ść

powierzchniow

ą

strumienia

ś

wietlnego

padaj

ą

cego na pewn

ą

powierzchni

ę

; jednostk

ą

jest Luks (lx),

inaczej: nat

ęż

enie o

ś

wietlenia jest stosunkiem całkowitego

strumienia

ś

wietlnego

Φ

do powierzchni A, na któr

ą

pada

ś

wiatło.

E=

Φ

/A

Drugim wzorem opisuj

ą

cym zmian

ę

nat

ęż

enia w funkcji

odległo

ś

ci i k

ą

ta padania promieni jest:

E = I* cos

α

/r^2 [cd/m2]

I –

ś

wiatło

ść ź

ródła punktowego (cd)

α

- k

ą

t mi

ę

dzy kierunkiem promieni a prostopadł

ą

do

powierzchni

Luminacja - L

• Jest to miara wra

ż

enia wzrokowego, które

odbiera oko ze

ś

wiec

ą

cej powierzchni.

Luminacj

ę

okre

ś

la si

ę

jako nat

ęż

enie

ś

wiatła w odniesieniu do pozornej

powierzchni

ś

wiec

ą

cej, prostopadłej do

kierunku widzenia; czyli do nat

ęż

enia

ś

wiatła odbieranego przez oko patrz

ą

ce

na t

ę

„

ś

wiec

ą

c

ą

” powierzchni

ę

.

L=I/(F*cos

α

)

Jeden nit to luminacja powierzchni 1m2 o

ś

wiatło

ś

ci

1 cd przy

α

= 0

1nt = 1cd/m2

Sprawno

ść ź

ródła

ś

wiatła -

η

(lm/W)

jednostka skuteczno

ś

ci

ź

ródła

ś

wiatła = jaka cz

ęść

mocy

elektrycznej pobranej przez

ź

ródło

ś

wiatła przetwarzana jest

na strumie

ń ś

wietlny

η

=

Φ

/P

Im wi

ę

ksza jest ta warto

ść

, tym bardziej sprawne jest

ź

ródło

ś

wiatła. W zwi

ą

zku z t

ą

zale

ż

no

ś

ci

ą

musimy jednak wzi

ąć

pod uwag

ę ż

ywotno

ść ź

ródła

ś

wiatła.

15000

50

4000

80
W

Lampa rtęciowa

12000

95,8

3450

36
W

Świetlówka

8000

54,5

600

11
W

Świetlówka
kompaktowa

2000

17,5

350

20
W

Halogenowa
niskonapięciowa

1000

13,8

1380

100

Żarówka

1000

12,1

730

60

Żarówka

Żywotność
w
godzinach

Spr. Źródła
świat

ła

lm/W

Strumień
świetlny w
lm

Moc

Typ

Wła

ś

ciwo

ś

ci optyczne materiału okre

ś

laj

ą

wspólczynniki:

- pochłaniania

ś

wiatła:

α =

φ

α

/

φ

0

-odbicia

ś

wiatła:

ρ =

φ

ρ

/

φ

0

- przepuszczania

ś

wiatła:

τ =

φ

τ

/

φ

0

φ

0

=

φ

α

+

φ

ρ

+

φ

τ

lub

α + ρ + τ = 1

zale

ż

no

ść

ta opisuje tzw. prawo zachowania energii, które

obowi

ą

zuje dla ka

ż

dego promieniowania

ś

wietlnego

(zarówno hetero- jak i monochromatycznego).

Obliczanie rocznego zapotrzebowania energii na

o

ś

wietlenie

E

L

=w

el

*E

Lj

*A

c

w

el

– wsp. Korekcyjny dla no

ś

nika energii

jakim jest energia elektryczna zgodnie z
Tab1 zał.1 (w

el

=2,7)

E

Lj

– roczne jednostkowe zapotrzebowanie

energii na o

ś

wietlenie (kWh/m2*a)

A

c

– powierzchnia u

ż

ytkowa (m2)

Jednostkowe zapotrzebowanie energii na

o

ś

wietlenie

E

Lj

= {F

c

*P

N

/1000 *[t

D

*F

O

*F

D

)+(t

N

*F

O

)]} + m + n*{5/t

y

*[

ty

-(t

D

+t

N

)]}

[kWh/m2a]

P

N

– moc jednostkowa opraw o

ś

wietlenia podst. W pomieszczeniu lub

budynku

t

D

– czas u

ż

ytkowania o

ś

wietlenia w ci

ą

gu dnia (Tabela 1), h/a

t

N

– j.w. lecz w nocy (Tabela 1), h/a

t

O

– suma t

N

+T

D

t

y

– jeden rok w godzinach = 8760 h

F

D

– wykorzystanie

ś

wiatła dziennego wg Tabeli 2

F

O

– nieobecno

ść

u

ż

ytkowników w miejscu pracy

F

C

– regulowanie o

ś

wietlenia do poziomu wymaganego

F

C

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

wn

ę

trzu (???)

m = 1, gdy stosowane jest o

ś

wietlenie awaryjne, inaczej m=0

n = 1, gdy stosowane jest sterownie opraw i o

ś

wietlenie zapasowe,

inaczej n=0

Ś

rednia wa

ż

ona moc i nat

ęż

enie

o

ś

wietlenia budynki

P

N

= [

Σ

(P

j

*A

c

)]/

Σ

A

c

Pj – moc jedn. Opraw o

ś

wietlenia w pomieszczeniu lub

budynku w W/m2

Ac – powierzchnia u

ż

ytkowa

E =[

Σ

{E

pom

*Ac)]/

Σ

Ac

Epom – eksploatacyjne nat

ęż

enie o

ś

wietlenia w

pomieszczeniu lub budynku w lx (dla nowych budynków
przyj

ąć

wg PN-EN 12464-1:2004 a dla istniej

ą

cych

przyj

ąć

warto

ś

ci rzeczywiste!!!)

Budynek referncyjny

Zapotrzebowanie energii na o

ś

wietlenie w

budynku referencyjnym obliczy

ć

wg wzoru

4.1, przyjmuj

ą

c z & 180a (???) przepisów

techniczno-budowlanych warto

ś

ci mocy

jedn. Urz. O

ś

w.

Pozostałe wielko

ś

ci (t

D

, t

N

, t

O

, F

O

itd… przy

czym m=0 n=0 F

C

=0

Wymagane warto

ś

ci energii [kWh/(m2+a)] w zale

ż

no

ś

ci

od

ś

redniowa

ż

onego nat

ęż

enia o

ś

wietlenia

?

200

100

180

80

100

1000

?

150

75

135

60

75

750

?

100

50

90

40

50

500

?

60

30

54

24

30

300

?

40

20

36

16

20

200

?

30

15

27

12

15

150

?

20

10

18

8

10

100

Dworce +
2kol puste

handel

usługi

szpital

szkoła

biuro

lx

ś

r.wa

ż

Wska

ź

nik oceny zapotrzebowania

energii na o

ś

wietlenie

R

L

=

Σ

E

L

/E

Lr

E

L

– roczne zapotrzebowanie energii na o

ś

wietlenie w

ocenianym budynku, kWh/a

E

Lr

– j.w. lecz referencyjnym