Τεχνολογία Φωτισμού και Σύνδεση με την Παραγωγή ΤΟΜΟΣ Γ Δρ. Λάμπρος Δούλος Ορθολογική Σχεδίαση Εγκαταστάσεων Φωτισμού και Εξοικονόμηση Ενέργειας
Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του υποέργου 2 με τίτλο «Ανάπτυξη έντυπου εκπαιδευτικού υλικού για τα νέα Προγράμματα Σπουδών» της Πράξης «Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο» η οποία έχει ενταχθεί στο Επιχειρησιακό Πρόγραμμα «Εκπαίδευση και Διά Βίου Μάθηση» (ΕΠΕΔΒΜ) του ΕΣΠΑ (2007-2013), Άξονας Προτεραιότητας 7: «Ενίσχυση της Διά Βίου Εκπαίδευσης Ενηλίκων στις 8 Περιφέρειες Σύγκλισης» με κωδικό MIS 296121 και η οποία συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο - ΕΚΤ) και από εθνικούς πόρους, μέσω του Προγράμματος Δημοσίων Επενδύσεων (ΠΔΕ) του Υ.ΠΑΙ.Θ. Ορθολογική Σχεδίαση Εγκαταστάσεων Φωτισμού και Εξοικονόμηση Ενέργειας Σημείωση Το ΕΑΠ είναι υπεύθυνο για την επιμέλεια έκδοσης και την ανάπτυξη των κειμένων σύμφωνα με τη Μεθοδολογία της εξ Αποστάσεως Εκπαίδευσης. Για την επιστημονική αρτιότητα και πληρότητα των συγγραμμάτων την αποκλειστική ευθύνη φέρουν οι συγγραφείς, κριτικοί αναγνώστες και ακαδημαϊκοί υπεύθυνοι που ανέλαβαν το έργο αυτό.
ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σχολή Εφαρμοσμένων Τεχνών Πρόγραμμα Σπουδών ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΦΩΤΙΣΜΟΥ ΠΟΛΥΜΕΣΑ Θεματική Ενότητα ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΦΩΤΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΣΥΝΔΕΣΗ ΜΕ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ Τόμος Γ Ορθολογική Σχεδίαση Εγκαταστάσεων Φωτισμού και Εξοικονόμηση Ενέργειας Συγγραφή ΛΑΜΠΡΟΣ ΔΟΥΛΟΣ Δρ. Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου Κριτική Ανάγνωση ΧΑΡΗΣ ΚΑΜΠΕΖΙΔΗΣ Διευθυντής Ερευνών Εθνικού Αστεροσκοπείου Αθηνών & Δρ. Πανεπιστημίου Αθηνών Ακαδημαϊκός Υπεύθυνος για την ανάπτυξη του έντυπου διδακτικού υλικού του ΠΣ ΙΑΚΩΒΟΣ ΠΟΤΑΜΙΑΝΟΣ Καθηγητής Αριστοτέλειου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης Συντονιστής για την ανάπτυξη του έντυπου διδακτικού υλικού της ΘΕ ΣΤΕΛΙΟΣ ΖΕΡΕΦΟΣ Aναπληρωτής Καθηγητής Ελληνικού Ανοικτού Πανεπιστημίου Ειδικός στη Μεθοδολογία της Ανοικτής και εξ Αποστάσεως Εκπαίδευσης ΜΟΪΡΑ ΧΙΛΛ Γλωσσική Επιμέλεια ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΒΛΑΣΤΟΣ Τεχνική Επιμέλεια Καλλιτεχνική Επιμέλεια Σελιδοποίηση ΒΙΒΛΙΟΤΕΧΝΙΑ ΠΑΠΠΑΣ ΦΩΤΙΟΣ - ΔΟΥΒΟΥ ΣΕΒΑΣΤΗ Ο.Ε. ISBN: 978-960-538-932-1 Κωδικός Έκδοσης: ΣΦΠ 60/Γ Copyright 2013 για την Ελλάδα και όλο τον κόσμο ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Πάροδος Αριστοτέλους 18, 26335 Περιβόλα Πατρών Τηλ.: 2610 367300, Φαξ: 2610 367650 To παρόν έργο πνευματικής ιδιοκτησίας προστατεύεται κατά τις διατάξεις του Ελληνικού Νόμου (Ν. 2121/1993 όπως έχει τροποποιηθεί και ισχύει σήμερα) και τις διεθνείς συμβάσεις περί πνευματικής ιδιοκτησίας. Απαγορεύεται απολύτως η άνευ γραπτής αδείας του εκδότη, κατά οποιονδήποτε τρόπο ή μέσο, αντιγραφή, φωτοανατύπωση και εν γένει αναπαραγωγή, εκμίσθωση ή δανεισμός, μετάφραση, διασκευή, αναμετάδοση στο κοινό σε οποιαδήποτε μορφή (ηλεκτρονική, μηχανική κ.λπ.) και η εν γένει εκμετάλλευση του συνόλου ή μέρους του έργου.
ΕΛΛΗΝΙΚΟ ΑΝΟΙΚΤΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ Σχολή Εφαρμοσμένων Τεχνών Πρόγραμμα Σπουδών ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΦΩΤΙΣΜΟΥ ΠΟΛΥΜΕΣΑ Θεματική Ενότητα ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΦΩΤΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΣΥΝΔΕΣΗ ΜΕ ΤΗΝ ΠΑΡΑΓΩΓΗ Τόμος Γ Ορθολογική Σχεδίαση Εγκαταστάσεων Φωτισμού και Εξοικονόμηση Ενέργειας ΛΑΜΠΡΟΣ ΔΟΥΛΟΣ Δρ. Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου ΠΑΤΡΑ 2013
Βιογραφικό Ο Λάμπρος Δούλος είναι διδάκτωρ του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (Σχολή ΗΜΜΥ). Κατέχει πτυχίο Φυσικής (Πανεπιστήμιο Αθηνών) και μεταπτυχιακό τίτλο σπουδών Φυσικής Περιβάλλοντος (Πανεπιστήμιο Αθηνών). Είναι Ερευνητής-Φυσικός και εργάζεται ως εξωτερικός συνεργάτης (Ερευνητής Α) σε ερευνητικά προγράμματα, μετρήσεις, μελέτες και έργα φωτισμού στο Εργαστήριο Φωτοτεχνίας του ΕΜΠ. Συνεργάζεται με το ΕΑΠ ως μέλος ΣΕΠ στη Θεματική Ενότητα «Τεχνολογία φωτισμού και σύνδεση με την παραγωγή» του μεταπτυχιακού προγράμματος σπουδών «Σχεδιασμός Φωτισμού Πολυμέσα». Μέχρι σήμερα, έχει συμμετάσχει σε 34 ερευνητικά προγράμματα από όπου έχουν προκύψει 22 δημοσιεύσεις σε επιστημονικά περιοδικά και σε πρακτικά διεθνών και εθνικών συνεδρίων. Έχει συνεργαστεί με εταιρείες φωτισμού και έχει πραγματοποιήσει πολυάριθμα έργα και μελέτες φωτισμού, καθώς και έργα και μελέτες εξοικονόμησης ενέργειας σε συστήματα τεχνητού φωτισμού. Επίσης, έχει συγγράψει εκπαιδευτικό υλικό για την κατάρτιση ενεργειακών επιθεωρητών (κεφάλαια ΔΕ5 και ΔΚ5, ΤΕΕ 2011) και εργαστηριακές ασκήσεις του προπτυχιακού μαθήματος της Φωτοτεχνίας (Σχολή ΗΜ/ΜΥ, ΕΜΠ). Έχει συμμετάσχει ως ομιλητής σε εκπαιδευτικά σεμινάρια που αφορούν τον έλεγχο φωτισμού και την εκπαίδευση ενεργειακών επιθεωρητών.
Αφιερώνεται στους γονείς μου και στον αδερφό μου.
Περιεχόμενα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο ρόλος του φυσικού φωτισμού στο σχεδιασμό μιας εγκατάστασης φωτισμού Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Έννοιες-Κλειδιά, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...17 1.1 Φυσικός φωτισμός και ανθρώπινος παράγοντας...20 1.1.1 Η επίδραση των εξωτερικών ανοιγμάτων στην ψυχολογία του ανθρώπου...20 1.1.2 Φυσικός φωτισμός και κλιματικές συνθήκες...22 1.1.3 Φυσικός φωτισμός και θάμβωση...24 1.1.4 Αντίδραση των ανθρώπων στα σκίαστρα...26 1.2 Προέλευση του φυσικού φωτισμού...29 1.2.1 Ήλιος...30 1.2.2 Ουράνιος θόλος...33 1.2.3 Έδαφος...35 1.2.4 Χρήση μοντέλων για τον υπολογισμό της λαμπρότητας της προέλευσης του φυσικού φωτισμού...39 1.3 Μέθοδοι υπολογισμού των περιοχών και της διαθεσιμότητας του φυσικού φωτισμού...42 1.3.1 Υπολογισμός με βάση τη γεωμετρία των εξωτερικών ανοιγμάτων...42 1.3.2 Υπολογισμός με βάση τον Παράγοντα Φυσικού Φωτισμού...45 1.3.3 Υπολογισμός με βάση το μέσο Παράγοντα Φυσικού Φωτισμού...57 Σύνοψη...63 Λίστα Ελέγχου Γνώσεων...65
10 ΟΡΘΟΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΦΩΤΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Βιβλιογραφία...66 Οδηγός για Περαιτέρω Μελέτη...68 Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης...69 Απαντήσεις Δραστηριοτήτων...71 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Διαχείριση και εκμετάλλευση του φυσικού φωτισμού με συστήματα ελέγχου Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Έννοιες-Κλειδιά, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...81 2.1 Συστήματα διαχείρισης και διατάξεις φυσικού φωτισμού με βάση τα αρχιτεκτονικά στοιχεία του κτιρίου...84 2.1.1 Εισαγωγή...84 2.1.2 Συστήματα εκμετάλλευσης του φυσικού φωτισμού σε κάθετα εξωτερικά ανοίγματα...89 2.1.3 Συστήματα εκμετάλλευσης του φυσικού φωτισμού σε οριζόντια εξωτερικά ανοίγματα ή επιφάνειες...91 2.1.4 Τύποι υαλοπινάκων...97 2.1.5 Παθητικά συστήματα σκίασης...101 2.2 Συστήματα εκμετάλλευσης του φυσικού φωτισμού με στρατηγικές ελέγχου...104 2.2.1 Έλεγχος φυσικού φωτισμού...104 2.2.2 Αισθητήρες φωτισμού...111 2.2.3 Αλγόριθμοι ελέγχου των αισθητήρων φωτισμού...128 2.2.4 Διαδικασία για τη θέση σε λειτουργία των αισθητήρων φωτισμού...143 2.3 Αξιοποίηση του φυσικού φωτισμού σε υφιστάμενα κτίρια...152 Σύνοψη...158
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 11 Λίστα Ελέγχου Γνώσεων...160 Βιβλιογραφία...161 Οδηγός για Περαιτέρω Μελέτη...162 Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης...163 Απαντήσεις Δραστηριοτήτων...164 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ενεργειακά αποδοτικός σχεδιασμός συστήματος φωτισμού Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Έννοιες-Κλειδιά, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις... 171 3.1 Τεχνικές εξοικονόμησης ενέργειας...175 3.1.1 Προγραμματισμός...175 3.1.2 Εκμετάλλευση του φυσικού φωτισμού...178 3.1.3 Εξισορρόπηση της λαμπρότητας...181 3.1.4 Διατήρηση των επιπέδων φωτισμού...182 3.1.5 Ρύθμιση των επιπέδων φωτισμού ανά κατηγορία εργασιών...185 3.1.6 Εξομάλυνση του φορτίου και μείωση της ζήτησης...187 3.2 Στρατηγικές ελέγχου φωτισμού για αισθητικούς λόγους...189 3.2.1 Προϋποθέσεις χρήσης στρατηγικών ελέγχου φωτισμού για αισθητικούς λόγους...189 3.2.2 Εξοπλισμός ελέγχου φωτισμού για αισθητικούς λόγους...192 3.3 Επιλογή τεχνικών εξοικονόμησης ενέργειας σε συστήματα φωτισμού...196 3.3.1 Επιλογή τεχνικών εξοικονόμησης ενέργειας ανάλογα με την παλαιότητα του συστήματος φωτισμού...196
12 ΟΡΘΟΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΦΩΤΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 3.3.2 Επιλογή πρωτοκόλλου επικοινωνίας των συστημάτων ελέγχου φωτισμού...198 3.3.3 Επιλογή τεχνικής εξοικονόμησης ενέργειας και εξοπλισμού...206 3.3.4 Διαδικασία θέσης σε λειτουργία του συστήματος ελέγχου φωτισμού...216 3.3.5 Εξοικονόμηση ενέργειας από τα συστήματα ελέγχου φωτισμού...222 3.3.6 Επίδραση των στρατηγικών ελέγχου στον άνθρωπο...225 3.4 Ενεργειακά αποδοτικά υλικά...228 3.4.1 Λαμπτήρες και εξοικονόμηση ενέργειας...228 3.4.2 Φωτιστικά σώματα και εξοικονόμηση ενέργειας...239 3.4.3 Ballast και εξοικονόμηση ενέργειας...252 3.5 Εξοπλισμός για έλεγχο φωτισμού με σκοπό την εξοικονόμηση ενέργειας...259 3.5.1 Χειροκίνητη λειτουργία και έλεγχος...259 3.5.2 Χρονοδιακόπτες...261 3.5.3 Αισθητήρες φωτισμού...263 3.5.4 Αισθητήρες παρουσίας/κίνησης...263 3.5.5 Τα ballast ως συστήματα ελέγχου...265 Σύνοψη...269 Λίστα Ελέγχου Γνώσεων...271 Βιβλιογραφία...272 Οδηγός για Περαιτέρω Μελέτη...274 Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης...276 Απαντήσεις Δραστηριοτήτων...278
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 13 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Συντήρηση εγκαταστάσεων φωτισμού Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Έννοιες-Κλειδιά, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...285 4.1 Παράγοντες συντήρησης φωτισμού που μειώνουν την έντασή του...288 4.1.1 Συσσώρευση σκόνης και ρύπανση φωτιστικών σωμάτων και λαμπτήρων...288 4.1.2 Γήρανση των υλικών των φωτιστικών σωμάτων...289 4.1.3 Γήρανση των λαμπτήρων...290 4.1.4 Αστοχία και τέλος ζωής των λαμπτήρων και των ballast...291 4.1.5 Ρύπανση των επιφανειών του φωτιζόμενου χώρου...293 4.2 Συντελεστής συντήρησης MF...295 4.3 Σχεδιασμός συντήρησης...306 4.4 Η συμβολή της συντήρησης της εγκατάστασης φωτισμού στην εξοικονόμηση ενέργειας...319 4.5 Τεχνικές συντήρησης μιας εγκατάστασης φωτισμού...323 4.5.1 Ομαδική αλλαγή λαμπτήρων...323 4.5.2 Προγραμματισμένος περιοδικός καθαρισμός...325 4.5.3 Πραγματοποίηση συντήρησης...327 4.5.4 Καθαρισμός εξαρτημάτων φωτιστικού σώματος...329 4.5.5 Απομάκρυνση εξοπλισμού...331 4.6 Συντήρηση συστημάτων ελέγχου φωτισμού...334 Σύνοψη...337 Λίστα Ελέγχου Γνώσεων...339 Βιβλιογραφία...340
14 ΟΡΘΟΛΟΓΙΚΗ ΣΧΕΔΙΑΣΗ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ ΦΩΤΙΣΜΟΥ ΚΑΙ ΕΞΟΙΚΟΝΟΜΗΣΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Οδηγός για Περαιτέρω Μελέτη...341 Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης...342 Απαντήσεις Δραστηριοτήτων...344 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ανάλυση κόστους έργων φωτισμού Σκοπός, Προσδοκώμενα Αποτελέσματα, Έννοιες-Κλειδιά, Εισαγωγικές Παρατηρήσεις...351 5.1 Μέθοδοι υπολογισμού του κόστους φωτισμού...355 5.1.1 Μέθοδος υπολογισμού του κόστους φωτισμού ανά lumen hour (μέθοδος Α)...355 5.1.2 Μέθοδος υπολογισμού του κόστους φωτισμού ανά lumen hour και ισχύ λαμπτήρα (μέθοδος Β)...358 5.2 Εκτίμηση κόστους με τη μέθοδο της αξιολόγησης του κύκλου ζωής...361 5.2.1 Αρχικό κόστος...361 5.2.2 Ενεργειακό κόστος...363 5.2.3 Κόστος συντήρησης...371 5.3 Ανάλυση κόστους με βάση τον κύκλο ζωής του εξοπλισμού...377 5.3.1 Συνολικό κόστος συστήματος...377 5.3.2 Απλή μέθοδος αποπληρωμής...379 5.3.3 Μέθοδος επιστροφής επένδυσης...381 5.4 Επιπρόσθετες αναλύσεις κόστους...385 5.4.1 Συνοπτική σύγκριση συστημάτων φωτισμού με χρήση οικονομικών μεγεθών...385 5.4.2 Αναλυτική σύγκριση συστημάτων φωτισμού...389 Σύνοψη...393 Λίστα Ελέγχου Γνώσεων...394
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 15 Βιβλιογραφία...395 Οδηγός για Περαιτέρω Μελέτη...396 Απαντήσεις σε Ασκήσεις Αυτοαξιολόγησης...397 Απαντήσεις Δραστηριοτήτων...400 Γλωσσάρι...406 Κατάλογος συμβόλων...412 Κατάλογος εικόνων...415 Κατάλογος πινάκων...429