РОЛЬ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ В ТЕПЛОВОМ БАЛАНСЕ ПОМЕЩЕНИЯ В ТЕПЛЫЙ ПЕРИОД ГОДА

THE ROLE OF LIGHTING DEVICES IN THE THERMAL BALANCE OF THE ROOM DURING THE WARM PERIOD OF THE YEAR

Roman Buturlakin

Student master, Faculty of Engineering Systems and Structures Voronezh State Technical University

Russia, Voronezh

Sergey Antipov

student master, Faculty of Engineering Systems and Structures Voronezh State Technical University

Russia, Voronezh

Lydia Korovina

student master, Faculty of Engineering Systems and Structures Voronezh State Technical University

Russia, Voronezh

АННОТАЦИЯ

В данной работе мы рассмотрим влияние различных источников света на тепловой баланс офисного помещения в теплый период года. Рассчитали какую часть теплоизбытков выделяют источники искусственного освещения.

ABSTRACT

In this paper, we will consider the influence of various light sources on the thermal balance of an office space during the warm season. We calculated how much of the excess heat is generated by artificial lighting sources.

Ключевые слова: искусственное освещение, тепловой баланс помещения, светодиодные лампы, лампы накаливания, энергосбережение.

Keywords: artificial lighting, thermal balance of the room, led lamps, incandescent lamps, energy saving.

В настоящие время существует тренд на энергоэффективные здания. Из-за роста цен на энергоресурсы необходимо оптимизировать потребление энергии зданиями на протяжении всего их жизненного цикла. При проектировании теплоснабжения и холодоснабжения важным фактором является тепловой баланс здания. Для расчета взяли офис площадью 18 м² рассчитанный на 3 человек. Для выявления нагрузки от освещения на системы кондиционирования найдем теплоизбытки помещения по формуле:

                                                       (1)

Q_л - избытки теплоты от людей, Вт;

Q_быт - теплопоступления от бытовых приборов, Вт;

 - теплопоступления от солнечной радиации, Вт;

 – теплопоступления от освещения, Вт.

Количество тепла, выделяемого человеком, зависит от физической нагрузки и температуры помещения. В нашем случаи это легка работа при температуре 22 °C. Избытки теплоты от людей Q_л, Вт, определяются по формуле:

                                                                                (2)

q_люд.п - количество теплоты, выделяемой человеком, Вт/(ч·чел) по табл. 1. [1] ;

N - число людей, находящихся в помещении.

Количество теплопоступлений, поступающих от солнечной радиации, определяется по формуле:

                                                                (3)

 – поверхность остекления, м² по табл. 2. [1];

 - коэффициент, зависящий от характеристики остекления;

 – солнечная радиация через 1м² поверхности остекления в зависимости от ориентации по сторонам света, Вт по табл. 3. [1].

В офисе 2 окна общей площадью 4,9 м². Теплопоступления через ограждающие конструкции не учитывается ввиду их незначительности.

Теплопоступления от бытовых приборов приняли 200 Вт на один компьютер, в помещении 3 рабочих места.

Согласно [2] тепловыделение от освещения определяется по установочной мощности с учетом рабочих часов в неделю. При расчете используем длительность рабочего дня 8 часов. Для расчета тепловыделения используем формулу:

                                                                         (4)

P – установочная мощность осветительного прибора, Вт;

D – продолжительность рабочего дня, час;

N – количество ламп, шт.

В лабораторных условиях провели сравнения ламп накаливания и светодиодной. При эксперименте было использовано следящие оборудование: люксметр, ваттметр, рулетка. Через переходник лампы были подключены к ваттметру и размещены над столом на расстоянии 50 см. Было измерено потребление энергии и уровень освещенности создаваемый лампами, а характеристики ламп сведены в таблицу 1.

Рисунок 1. Сравнение освещенности (слева светодиодная лампа с мощностью 10 Вт, справа лампа накаливания с мощностью 75 Вт)

Таблица 1

Характеристики ламп

Опытным путём выявили, что лампы создают близкий уровень освещенности. Следовательно, световой поток светильников принимаем равный 750 Лм, который заявлен производителем светодиодной лампы.

Рисунок 2. Заявленная характеристика светодиодной лампы

При расчете в первую очередь определили нормативные показатели освещения. В соответствии с [3] в кабинетах и офисах освещение рабочей поверхности должно составлять 300 лк.

Так как помещения бывают с разными стенами, разной формы, с высокими или низкими потолками, поправочный коэффициент (η)  для каждого случая свой: на практике, от 0,1 до 0,9. Точное значение η нужно брать из таблиц коэффициента использования светового потока, разработанных еще в СССР.

Для определения коэффициента использования нужно знать:

1) Индекс помещения i

                                                                             (5)

S - площадь помещения в м²;

A и B - длина и ширина помещения, м;

h - расстояние между светильником и поверхностью, на которой рассчитываем освещенность;

2) Значения коэффициентов отражения потолка, стен и пола - ρ.

Можно оценить значения ρ на глаз: белая поверхность - 80%; светлая - 50%; серая - 30%; темно-серая 20%; темная 10%; черная - 5%.

Возьмём стандартное помещение со световыми приборами, установленными на потолке, тогда значения коэффициентов отражения будет равно:

Светлое помещение: 70%, 50%, 30%.

Таблица 2

Коэффициенты использования светового потока светильников (любого типа)

Нас интересует средняя освещенность рабочей поверхности (стола) в комнате площадью 18 м² со стенами 6 м и 3 м, и высоте подвеса светильника над столами 2м, индекс помещения будет равен i:

Сопоставляем полученный коэффициент с типом выбранного помещения, получим, что коэффициент использования светового потока η = 54%.

Определим освещенность, создаваемую одной лампой в помещении по формуле:

                                                                                 (6)

F – световой поток, создаваемый одной лампой, Лм;

S - площадь помещения в м².

Для определения колличества ламп используем формулу:

                                                                                   (7)

E – нормируемая освещённость, Лк;

E_л – освещенность, создаваемую одной лампой, Лк;

Расчет всех теплоизбытков офиса сведен в таблицу 3.

Таблица 3

Теплоизбытки помещения

Заключение

Из лабораторного эксперимента видно, что при одинаковом световом потоке лампа накаливания потребляет примерно в 10 раз больше энергии чем светодиодная. При использовании ламп накаливания теплоизбытки от освещения составляют 84% от всех теплоизбытков. При использовании светодиодных ламп теплоизбытки от освещения составляют всего 32% от всех теплоизбытков. Как мы видим, выгодно применять светодиодные лампы не только сэкономит энергию, но и позволит установить менее производительные системы охлаждения воздуха.

Список литературы:

1. Егель А.Э., Савченкова Е.Э., Корчагина С.Х. Расчет необходимого воздухообмена в производственных помещениях: Методические указания к выполнению раздела "Безопасность труда" в дипломных проектах. - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. - 12 с.
2. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003*/ Министерства регионального развития Российской Федерации: НИИСФ РААСН, 2016.
3. СП 52.13330.2011 «Естественное и искусственное освещение. Актуализированная редакция СНиП 23-05-95*». М: Минрегион России, 2011. – 80 с.
4. Жерлыкина, М.Н. Кондиционирование воздуха и холодоснабжение общественных зданий: учеб.-метод. пособие / М. Н. Жерлыкина; Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т. – Воронеж, 2011. – 124 с.
5. Пособие к МГСН 2.06-99 «Расчет и проектирование искусственного освещения помещений общественных зданий.» / И.А. Шмаров, Н.И. Котлярова, В.А. Козлов, Г.Р. Исхакова, Ю.Б. Айзенберг, Г.В. Федюкина, А.В. Орлов.
6. Курсовое и дипломное проектирование по вентиляции гражданских и промышленных зданий: Учебное пособие для вузов/ В.П. Титов, Э.В. Сазонов, Ю. С. Краснов, В.И. Новожилов. – М.: Стройиздат, 1985. – 208с.