Przegląd rozwiązań zmniejszających poziom zużycia energii elektrycznej na oświetlenie w obiektach użyteczności publicznej
Tworzenie scen oświetleniowych jest stosowane obecnie do sterowania oświetleniem w nowoczesnych budynkach, fot. Pixabay
Obiekty użyteczności publicznej obejmują wszystkie obiekty, w których z założenia ich funkcji przebywać będą mniejsze lub większe grupy ludzi, zarówno pracownicy etatowi, jak i osoby niebędące takimi pracownikami. Obiekty te są grupą o bardzo zróżnicowanym charakterze. Należą do nich m.in. budynki biurowe, obiekty handlowe, obiekty usługowe, obiekty sportowe, placówki kulturalne (teatry, kina, sale widowiskowe itd.), szkoły, przedszkola, żłobki, obiekty służby zdrowia (szpitale, przychodnie, gabinety lekarskie itd.), dworce kolejowe i autobusowe, poczty itp.
Zobacz także
dr inż. Karol Kuczyński Wymagania i wybrane rozwiązania oświetlenia awaryjnego
Podstawowe wymagania stawiane instalacjom oświetlenia awaryjnego zostały zawarte w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. dotyczącego warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać...
Podstawowe wymagania stawiane instalacjom oświetlenia awaryjnego zostały zawarte w Rozporządzeniu Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. dotyczącego warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1]. Zastosowanie odpowiedniej technologii oświetlenia awaryjnego, w tym ewakuacyjnego oraz zapasowego, może przyczynić się do znacznych oszczędności i znacząco wpłynąć na redukcję kosztów utrzymania takiego oświetlenia w zakładach przemysłowych, obiektach urzędów publicznych...
prof. dr inż. Zbigniew Porada - Politechnika Krakowska Organiczne struktury elektroluminescencyjne (OLED) w technice oświetleniowej
Zapewnienie odpowiedniego oświetlenia w obiektach o dużych powierzchniach nie jest łatwym zadaniem dla projektantów i instalatorów oświetlenia. Oprawy oświetleniowe muszą bowiem pracować w trudnych warunkach...
Zapewnienie odpowiedniego oświetlenia w obiektach o dużych powierzchniach nie jest łatwym zadaniem dla projektantów i instalatorów oświetlenia. Oprawy oświetleniowe muszą bowiem pracować w trudnych warunkach (temperatura, zapylenie), zachowując jednocześnie wysokie parametry światła. W realnych obiektach projektant oświetlenia musi się dostosować do zastanych ograniczeń geometrycznych (zazwyczaj hala jest niska), a zdarzają się też nieregularne kształty stropu. W technice LED dość łatwe jest uzyskanie...
Aleksander Łozowski Ocena olśnienia świetlnego na stanowiskach pracy
Oświetlenie w obiektach budowlanych stanowisk pracy oceniane jest wielokryteriowo, w tym między innymi z uwzględnieniem ograniczenia olśnienia, które to zjawisko może być przyczyną popełnienia przez człowieka...
Oświetlenie w obiektach budowlanych stanowisk pracy oceniane jest wielokryteriowo, w tym między innymi z uwzględnieniem ograniczenia olśnienia, które to zjawisko może być przyczyną popełnienia przez człowieka błędów skutkujących zmęczeniem, stratami materialnymi, wypadkami itp. Analiza zjawiska olśnienia wymagana jest przy projektowaniu, jak i też w trakcie eksploatacji przy okresowych sprawdzeniach oświetlenia stanowisk pracy. Olśnienie, jako zjawisko fizyczne szczególnie wpływa na wygodę widzenia,...
W takich obiektach stosuje się zróżnicowane oświetlenie elektryczne, które ma znaczący udział w strukturze zużycia energii elektrycznej budynku. Dlatego istotna jest racjonalizacja zużycia energii na cele oświetleniowe, która prowadzi do zmniejszenia zużycia energii elektrycznej i obniżenia kosztów użytkowania budynku, przy jednoczesnym zapewnieniu wymaganej jakości oświetlenia. Jest to jeden z podstawowych celów przedsięwzięć podejmowanych przez użytkownika w tym zakresie. Przedsięwzięcia te powinny prowadzić do uzyskania znacznego usprawnienia oświetlenia.
Usprawnienia oświetlenia w budynkach mogą polegać na zastosowaniu:
- racjonalnych rozwiązań projektowych,
- energooszczędnych systemów oświetlenia elektrycznego,
- oświetlenia dziennego,
- nowoczesnych systemów sterowania oświetleniem.
Wpływ wymienionych czynników na poprawę efektywności systemu oświetleniowego i skalę uzyskanych oszczędności zależy od etapu, na jakim zostały one wdrożone (projekt, modernizacja). Przy czym im szybciej je zrealizowano, tym lepiej. Już na etapie projektowania powinno się dążyć do uzyskania racjonalnych rozwiązań systemów oświetleniowych.
Racjonalny system oświetleniowy to taki, dla którego wartość mocy jednostkowej przypadająca na 100 lx natężenia oświetlenia (W/m2/100 lx) jest możliwie najmniejsza przy spełnieniu ilościowych i jakościowych wymagań oświetlenia [5].
Prawidłowo zaprojektowana instalacja oświetleniowa może przynieść wymierne korzyści związane z obniżeniem mocy zainstalowanej urządzeń oświetleniowych potrzebnej do zapewnienia wymaganej jakości oświetlenia.
Stosowanie energooszczędnych systemów oświetleniowych, optymalizacja wykorzystania światła dziennego w oświetleniu i stosowanie nowoczesnych inteligentnych systemów sterowania oświetleniem dają użytkownikom pełny komfort pracy i przynoszą znaczne korzyści natury eksploatacyjnej i ekonomicznej.
Racjonalne rozwiązania projektowe
Wymagania dotyczące elektrycznego oświetlenia wnętrz budynków określa polska norma PN-EN 12464-1:2022-01 Światło i oświetlenie. Oświetlenie miejsc pracy. Część 1: Miejsca pracy we wnętrzach [1], nazywana w dalszej części artykułu oświetleniową. Zawarto w niej dokładny opis wymagań dotyczących oświetlenia miejsc pracy w pomieszczeniach, których spełnienie z jednej strony zapewnia pracownikowi komfort pracy związany z uzyskaniem wygody widzenia gwarantującej dobre samopoczucie, a z drugiej, umożliwia mu właściwą wydolność wzrokową potrzebną do realizacji konkretnej pracy oraz bezpieczeństwo. Wygoda widzenia oznacza, że pracownik posiada pełną zdolność rozróżniania, jego postrzeganie jest sprawne i pozbawione ryzyka oraz nie jest nadmiernie męczące.
W normie oświetleniowej zawarto wymagania dotyczące:
- stref komunikacyjnych i obszarów ogólnego przeznaczenia w budynkach,
- działalności przemysłowej i rolniczej,
- biur,
- domów towarowych, sklepów,
- miejsc użyteczności publicznej,
- pomieszczeń edukacyjnych,
- pomieszczeń opieki zdrowotnej,
- stref transportu.
Norma oświetleniowa podaje m.in. wymagane poziomy eksploatacyjnego natężenia oświetlenia w obiektach użyteczności publicznej, określa równomierność, z jaką to światło powinno się rozchodzić oraz wyznacza współczynniki odbicia dla podstawowych powierzchni wewnętrznych budynku.
Prawidłowo i racjonalnie zaprojektowana instalacja oświetleniowa w obiektach użyteczności publicznej musi spełniać wymagania szczegółowo określone w normie oświetleniowej. Ponadto projektowanie racjonalnego systemu oświetleniowego wymaga przyjęcia m.in. następujących założeń:
- stosowanie oświetlenia zlokalizowanego i złożonego, zamiast oświetlenia ogólnego,
- stosowanie niższych klas oświetlenia, oznaczające wybór opraw kierujących strumień świetlny przede wszystkim w dolne partie pomieszczenia, w kierunku stanowisk pracy,
- uzyskiwanie poziomów natężenia oświetlenia niewiele przekraczających wartości wymagane,
- przyjmowanie możliwie niskich wartości współczynnika zapasu [4].
Realizacja obliczeń przy tych założeniach prowadzi do uzyskania właściwej liczby opraw, zapewniającej spełnienie wymagań oświetleniowych. Zapobiega przewymiarowaniu prowadzącemu do niepotrzebnego zwiększenia zużycia energii na oświetlenie.
Energooszczędne systemy oświetlenia
W celu zmniejszenia zużycia energii elektrycznej na oświetlenie konieczna jest często modernizacja systemu oświetlenia.
Modernizacja oświetlenia może polegać m.in. na:
- wymianie źródeł światła,
- wymianie opraw oświetleniowych,
- łącznej wymianie źródeł światła i opraw oświetleniowych.
Modernizacja oświetlenia nie powinna prowadzić do obniżenia parametrów oświetleniowych poniżej wartości wymaganych. Dlatego musi być związana z dokładną analizą tych parametrów (m.in. równomierności oświetlenia i stopnia olśnienia przykrego).
Oszczędności energii elektrycznej w oświetleniu, związane ze źródłami światła i oprawami oświetleniowymi, uzyskuje się w wyniku stosowania:
- nowoczesnych energooszczędnych źródeł światła,
- efektywniejszych i trwalszych elementów układów pracy źródeł światła (stateczniki),
- opraw oświetleniowych o większej sprawności i odporności na czynniki środowiskowe,
- układów do regulacji i sterowania strumienia świetlnego,
- systemów konserwacji urządzeń oświetleniowych,
- zintegrowanych systemów oświetlenia [4].
Głównym elementem systemu oświetlenia elektrycznego wpływającym na zmniejszenie zużycia energii elektrycznej jest rodzaj źródła światła. Podjęcie działań zmierzających do wymiany tradycyjnych źródeł światła (żarówki, świetlówki) na energooszczędne (świetlówki kompaktowe, diody LED – ang. Light-Emitting Diode) i dobór właściwych do zastosowania źródeł światła może prowadzić do dużych oszczędności w zużyciu energii elektrycznej.
Parametrem charakteryzującym efektywność przetwarzania energii elektrycznej źródła światła na świetlną jest tzw. skuteczność świetlna. Określona jest stosunkiem wysyłanego przez źródło strumienia światła Φ do mocy elektrycznej P pobieranej przez to źródło [6]. Parametr ten powinien stanowić jedną z podstawowych przesłanek wyboru danego źródła światła. Należy jednak przy tym pamiętać o pozostałych parametrach, takich jak:
- czas od włączenia do osiągnięcia pełnej skuteczności świetlnej,
- wpływ częstości załączeń na trwałość,
- własności barwowe (temperatura barwowa oraz wskaźnik oddawania barw),
- możliwość pulsacji strumienia świetlnego,
- przystosowanie źródeł do wybranych typów opraw oświetleniowych,
- konieczność zastosowania właściwego obwodu zasilania,
- cena [4].
Świetlówki standardowe charakteryzują się znacznie większą skutecznością świetlną niż żarówki. Dla porównywalnego strumienia świetlnego zużywają znacznie mniej energii elektrycznej. Świetlówki kompaktowe natomiast wykorzystywane zamiast żarówek pozwalają średnio na 75% redukcję zużycia energii i umożliwiają średnio 8–10-krotne wydłużenie czasu życia lampy [4]. Dlatego duże oszczędności uzyskuje się właśnie wymieniając żarowe źródła światła (żarówki tradycyjne i halogenowe) na świetlówki.
Znaczne oszczędności i dodatkową poprawę jakości oświetlenia uzyskuje się, wymieniając często stosowane w budynkach użyteczności publicznej, tzw. świetlówki standardowe, na energooszczędne świetlówki wielopasmowe lub lampy LED.
We wnętrzach modernizowanych i nowo powstających budynków użyteczności publicznej, w których ludzie pracują lub przebywają przez dłuższy czas, nie powinny już być stosowane świetlówki standardowe ze względu na niską wartość wskaźnika oddawania barw.
Możliwości uzyskania oszczędności energetycznych w przypadku budynków użyteczności publicznej są znaczne, gdyż przez zastosowanie energooszczędnych źródeł światła można zaoszczędzić do 80% energii zużywanej na oświetlenie [4]. Jest to istotne, oświetlenie ma bowiem w tych obiektach znaczący udział w bilansie energii elektrycznej.
Niezbędnym elementem do poprawnej pracy systemów z lampami fluorescencyjnymi (świetlówkami) oraz z lampami wyładowczymi, jest układ stabilizacyjno-zapłonowy. Wymiana często stosowanych w budynkach użyteczności publicznej dławików konwencjonalnych na niskostratne lub elektroniczne prowadzi do znacznych oszczędności energetycznych i poprawy jakości oświetlenia [4]. Uzyskuje się dzięki temu: zwiększenie skuteczności świetlnej i trwałości lampy oraz układu, niemigotliwy zapłon lampy i zniwelowanie efektu tętnienia światła, cichą, bezszumową pracę oraz możliwość regulacji strumienia świetlnego.
Świetlówki ze statecznikami elektronicznymi zużywają średnio o 25% mniej energii elektrycznej niż świetlówki z tradycyjnymi elektromagnetycznymi statecznikami [4]. Ponadto stateczniki elektroniczne pozwalają na regulację strumienia świetlnego źródła, co nie jest możliwe przy elektromagnetycznym stateczniku.
Bardzo ważnym elementem systemu oświetlenia jest oprawa oświetleniowa. Podstawowymi oświetleniowymi zadaniami opraw jest kształtowanie rozsyłu strumienia świetlnego zgodnie z przewidywanym zastosowaniem oraz ograniczeniem olśnienia.
Montaż właściwych opraw oświetleniowych i przestrzeganie warunków czystości opraw pozwalają na uzyskanie oszczędności w zużyciu energii elektrycznej.
Wymiana systemu oświetlenia elektrycznego powinna odbywać się na podstawie opracowanego projektu oświetlenia, prowadzącego do uzyskania rozwiązania umożliwiającego zapewnienie wymaganej jakości oświetlenia w warunkach obniżenia kosztów eksploatacyjnych.
Podstawowe rozwiązania projektowe to:
- oprawy odbłyśnikowe – z reguły z rastrem – powinny być stosowane we wnętrzach, w których wymagana jest wysoka jakość oświetlenia (m.in. pomieszczenia z komputerami),
- oprawy kloszowe – mleczne lub pryzmatyczne – powinny być stosowane w pomieszczeniach pomocniczych i technicznych (m.in. strefy komunikacyjne, pomieszczenia sanitarne, magazyny).
Dbanie o czystość opraw jest bardzo istotne, z czasem ulegają one bowiem zabrudzeniu, co prowadzi do ograniczenia strumienia świetlnego. Brak zabiegów konserwacyjnych ze strony użytkownika obniża wydajność instalacji oświetleniowej. Przykładowo, jeśli typowa instalacja oświetleniowa składająca się ze świetlówek nie zostanie oczyszczona w ciągu trzech lat, to natężenie oświetlenia może zmniejszyć się nawet o 50% w stosunku do pierwotnego poziomu [4].
Najbardziej popularne działania energooszczędne polegające na wymianie źródeł to: wymiana żarówek na świetlówki kompaktowe, wymiana świetlówek rurowych oraz zastosowanie układów wysokiej częstotliwości do zasilania świetlówek rurowych.
Pojawienie się na rynku energooszczędnych świetlówek kompaktowych i lamp LED, które mogą być montowane w tradycyjnych oprawach do żarówek, znacznie obniżyło koszty modernizacji instalacji oświetleniowej, eliminując konieczność wymiany opraw oraz stosowania specjalnych układów zasilania świetlówek.
W sytuacji, gdy rekomendowana jest wymiana żarówek na świetlówki kompaktowe, należy pamiętać o przeciwwskazaniach do stosowania świetlówek – nie mogą one pracować w układach o dużej liczbie załączeń i wyłączeń, gdyż znacznie obniża to ich trwałość oraz powoduje niepełne wykorzystanie ich skuteczności świetlnej przy krótkich czasach pracy (pełna skuteczność świetlna jest uzyskiwana po pewnym czasie od załączenia) [4].
Literatura
- PN-EN 12464-1:2022-01 Światło i oświetlenie. Oświetlenie miejsc pracy. Część 1: Miejsca pracy we wnętrzach.
- M. Bielówka, W. Dołęga, Analiza rozwiązań instalacji inteligentnych w kontekście oszczędności energii elektrycznej, „elektro.info” nr 9/2019, s. 120–126.
- M. Bielówka, W. Dołęga, Przegląd łączników stosowanych w instalacjach inteligentnych. „elektro.info”, nr 6/2021, s. 76–80.
- W. Dołęga, Racjonalizacja zużycia energii elektrycznej na cele oświetleniowe w obiektach użyteczności publicznej. Energetyka w kierunku nowej polityki energetycznej. Cykl rynki surowców i energii. Tom 1. Praca zbiorowa pod redakcją Piotra Kwiatkiewicza. Fundacja na rzecz Czystej Energii, Pracownia Polityki Energetycznej i Bezpieczeństwa Instytut Politologii – Uniwersytetu Zielonogórskiego Poznań – Zielona Góra 2020, s. 401–410.
- W. Dołęga, M. Kobusiński, Projektowanie instalacji elektrycznych w obiektach przemysłowych. Zagadnienia wybrane, Wyd. 2, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław, 2012.
- S. Niestępski, M. Parol, J. Pasternakiewicz, T. Wiśniewski, Instalacje elektryczne – budowa, projektowanie i eksploatacja, Wyd. 4, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2019.
W artykule:
|
StreszczenieW artykule przedstawiono problematykę racjonalizacji zużycia energii elektrycznej na cele oświetleniowe w obiektach użyteczności publicznej. Przedstawiono analizę różnych przedsięwzięć umożliwiających zmniejszenie zużycia energii elektrycznej na oświetlenie w obiektach użyteczności publicznej. Przedsięwzięcia wiążą się z zastosowaniem: racjonalnych rozwiązań projektowych, energooszczędnych systemów oświetlenia elektrycznego, oświetlenia dziennego lub nowoczesnych systemów sterowania oświetleniem. Dla każdego analizowanego obszaru dokonano oceny potencjalnych oszczędności w zużyciu energii elektrycznej przeznaczonej na oświetlenie. AbstractReview of solutions decreasing level of electricity consumption for lighting in buildings of public services |
