energy-efficient lighting control solutions for indoor lighting

Download Energy-efficient lighting control solutions for indoor lighting

Post on 18-Nov-2014

463 views

Category:

Documents

2 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

People live, work, study, do something as a hobby, enjoy entertainments and do shoppingin the interiors of buildings. It is therefore quite clear that the objectives of lightinginstallation vary according to the use. It is a challenging task to combine human needs,economy and environment and architecture to a well-balanced lighting system.The objective of this seminar work is to examine the properties of indoor lighting controlsystems and their contribution to energy efficiency. Some examples of control systemsare introduced and a short description is given about their capabilities and limitationsto indoor lighting systems.Firstly control and energy efficiency are defined. Secondly indoor lighting is studied ingeneral, the goals of lighting are reviewed and the characteristics of good lighting arediscussed.Most important lighting control strategies that increase energy efficiency are introducedand their effect on energy efficiency is studied. Effects on efficiency were obtained fromresearch review, LENI-figures and life cycle cost analysis.One cellular office room with one luminaire was assessed with life cycle cost analysis.Three different control solutions were compared. The analysis period was chosen to be20 years. A solution with combined occupancy and constant illumination control wasfound to be most cost-effective.By systematic cost comparisons and energy efficiency assessments more cost and energyefficient solutions could be designed. However, energy consumption should never becut down at the expense of quality and functionality of lighting system. Alongside withLENI-figures it would be beneficial to analyze the measured and immaterial objectivesof lighting system.

TRANSCRIPT

Teknillinen korkeakouluElektroniikan laitos Valaistusyksikk Matti Sinisalo

Sisvalaistuksen energiatehokkaat valaistusohjausratkaisut

Kurssin S-118.4250 Valaistustekniikan lisensiaattiseminaari -seminaarity Espoo 26.11.2009

Valvoja professori Liisa Halonen

TEKNILLINEN KORKEAKOULU Seminaarityn tiivistelm Tekij: Matti Sinisalo Tyn nimi: Sisvalaistuksen energiatehok- Sivumr: 36 sivua + 1 liitesivu kaat valaistusohjausratkaisut

Pivmr: 26.11.2009 Osasto: Elektroniikan laitos Professuuri: S-118 Tyn valvoja: Liisa Halonen Tiivistelmteksti: Rakennusten sistiloissa muun muassa asutaan, tyskennelln, opiskellaan, liikutaan, viihdytn ja tehdn ostoksia. On siten selv, ett valaistukselle asetettavat tavoitteet eroavat toisistaan merkittvsti tilan kytttarkoituksen mukaan. Ihmisten tarpeiden, taloudellisuuden ja ympristystvllisyyden ja arkkitehtuurin yhdistminen tasapainoiseksi kokonaisuudeksi ei ole helppo tehtv. Seminaarityn tavoitteena on selvitt sisvalaistusjrjestelmien ohjausjrjestelmien ominaisuuksia ja niiden vaikutusta energiatehokkuuteen. Valaistusohjausjrjestelmist esitelln muutamia esimerkkej ja tuodaan esiin kunkin vahvuuksia ja rajoituksia sek soveltuvuutta sisvalaistuksen sovelluksiin. Aluksi mritelln ohjauksen ja energiatehokkuuden ksitteet. Seuraavaksi tarkastellaan sisvalaistusjrjestelmi yleisell tasolla, sisvalaistukselle asetettuja tavoitteita ja pohditaan, mist tekijist muodostuu hyv valaistus. Trkeimmt energiatehokkuutta parantavat ohjausstrategiat esitelln ja tutkitaan erilaisten valaistusohjausstrategioiden vaikutusta valaistuksen energiatehokkuuteen. Ohjauksen vaikutusta selvitetn kirjallisuuskatsauksen, LENI-lukujen ja elinkaarikustannusten avulla. Elinkaarikustannustarkasteluun otettiin mukaan yksi toimistohuone, jossa on yksi valaisin. Huoneeseen tehtiin kolme erilaista ohjausratkaisua. Kullekin vaihtoehdolle laskettiin 20 vuoden aikajakson elinkaarikustannukset. Havaittiin, ett edullisimmaksi vaihtoehdoksi tuli vakiovalo- ja lsnolo-ohjaus himmennyksell. Jrjestelmllisten kustannusvertailujen ja energiatehokkuuslaskelmien perusteella voidaan saada aikaan ratkaisuja, jotka sek sstvt energiaa ett tulevat sijoittajalle pitkll aikavlill edulliseksi. Energiaa ei tulisi kuitenkaan yritt sst siten, ett valaistun ympristn toiminnallisuutta ja laatua heikennetn. LENI-luvun yhteydess olisi hyv arvioida valaistukselle asetettavia aineellisia ja aineettomia tavoitteita. Avainsanat: sisvalaistus, valaistusohjaus, energiatehokkuus

HELSINKI UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Seminar work Author: Matti Sinisalo Name of the work: Energy-efficient light- Number of pages: 36 pages + 1 appendix ing control solutions for indoor lighting Date: 11.26.2009 Department: Department of Electronics Professorship: S-118 Supervisor: Liisa Halonen Abstract text: People live, work, study, do something as a hobby, enjoy entertainments and do shopping in the interiors of buildings. It is therefore quite clear that the objectives of lighting installation vary according to the use. It is a challenging task to combine human needs, economy and environment and architecture to a well-balanced lighting system. The objective of this seminar work is to examine the properties of indoor lighting control systems and their contribution to energy efficiency. Some examples of control systems are introduced and a short description is given about their capabilities and limitations to indoor lighting systems. Firstly control and energy efficiency are defined. Secondly indoor lighting is studied in general, the goals of lighting are reviewed and the characteristics of good lighting are discussed. Most important lighting control strategies that increase energy efficiency are introduced and their effect on energy efficiency is studied. Effects on efficiency were obtained from research review, LENI-figures and life cycle cost analysis. One cellular office room with one luminaire was assessed with life cycle cost analysis. Three different control solutions were compared. The analysis period was chosen to be 20 years. A solution with combined occupancy and constant illumination control was found to be most cost-effective. By systematic cost comparisons and energy efficiency assessments more cost and energy efficient solutions could be designed. However, energy consumption should never be cut down at the expense of quality and functionality of lighting system. Alongside with LENI-figures it would be beneficial to analyze the measured and immaterial objectives of lighting system. Keywords: indoor lighting, lighting control, energy efficiency

Alkulause3.4.9.2009 Teknillisen korkeakoulun valaistusyksikk jrjesti kurssin energiatehokkaista valaistusratkaisuista S-118.4250 Energy Efficient Indoor and Outdoor Lighting. Kurssin luennoitsijat olivat posin valaistusyksikn tutkijoita, mutta mukana oli mys luennoitsijoita Itvallasta ja Ranskasta. Luennoitsijat edustivat yliopistoja, tutkimuslaitoksia tai yrityksi. Kurssilla ksiteltiin valaistuksen energiatehokkuutta monesta eri nkkulmasta. Esill olivat sek nykypivn ett tulevaisuuden valaistusratkaisut, valonlhteet ja ohjaukset. Lisksi ksiteltiin valaistusalaa ohjaavaa lainsdnt. Tll seminaarityll pyrin jakamaan tietoa kurssille osallistujille lyhyesti sisvalaistuksen energiatehokkaista ohjausjrjestelmist. Haluan esitt kiitokset kaikille kurssin luennoitsijoille, jrjestjille ja osallistujille hyvin onnistuneesta seminaarista.

Espoossa 26.11.2009 Matti Sinisalo

SisllysluetteloAlkulause ...........................................................................................................................4 1 Johdanto .....................................................................................................................6 1.1 1.2 2 2.1 2.2 3 4 Tausta ..................................................................................................................6 Tavoitteet ja rakenne ...........................................................................................6 Ohjaus ja st ....................................................................................................7 Energiatehokkuus ................................................................................................8

Ohjaus, st ja energiatehokkuus ksittein ............................................................7

Sisvalaistusjrjestelmt ............................................................................................9 Sisvalaistuksen ohjausjrjestelmt.........................................................................11 4.1 Jrjestelmtyypit................................................................................................11 Standardin IEC 60929 mukaiset ohjaustavat ...........................................11 DSI ...........................................................................................................17 DMX ........................................................................................................18 Suorapainikeohjaus ..................................................................................19 Corridor function .....................................................................................20 Reititinjrjestelmt ...................................................................................21 Ohjaus plle ja pois ................................................................................23 Vakiovalo-ohjaus .....................................................................................23 Lsnolo-ohjaus .......................................................................................25 Pivnvalo-ohjaus ....................................................................................25 Yhdistetty ohjaus .....................................................................................27 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.1.5 4.1.6 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5 4.3

Valaistuksen ohjausstrategiat ............................................................................23

Ohjauksen vaikutus energiatehokkuuteen .........................................................27

5

Valaistusjrjestelmn kustannukset .........................................................................31

Yhteenveto ja johtoptkset ..........................................................................................33 Lhteet .............................................................................................................................34 Liitteet..............................................................................................................................36

1 Johdanto1.1 TaustaRakennusten sistiloja kytetn hyvin moniin eri tarkoituksiin. Sistiloissa muun muassa asutaan, tyskennelln, opiskellaan, liikutaan, viihdytn ja tehdn ostoksia. On siten selv, ett valaistukselle asetettavat tavoitteet eroavat toisistaan merkittvsti tilan kytttarkoituksen mukaan. Ihmisten tarpeiden, taloudellisuuden ja ympristystvllisyyden ja arkkitehtuurin yhdistminen tasapainoiseksi kokonaisuudeksi ei ole helppo tehtv, mutta valaistusohjausjrjestelmill voidaan edesauttaa valaistukselle asetettujen vaatimusten toteutumista. Rakennusten energiatehokkuuteen on alettu kiinnitt entist enemmn huomiota. Syyn thn ovat etenkin energiakustannusten kasvu, lainsdnnss ja standardeissa tapahtuneet muutokset ja halukkuus pienent kasvihuonekaasujen pstj. Valaistus on merkittv energiankuluttaja rakennuksissa. Rakennuksissa on edelleen kytss paljon vanhaa tekniikkaa kyttvi valaistusjrjestelmi ja uusissakaan rakennuksissa ei ole hydynnetty valaistusohjausjrjestelmill saatavaa energiansstpotentiaalia tysimrisesti. Liian usein valaistushankintojen kohdalla tarkastellaan vain alkuinvestoinnista aiheutuvia kustannuksia ja energia- ja kyttkustannukset jtetn huomioimatta. Kustannukset ovat merkittvss roolissa energiatehokkuuden parantamisessa, sill rahalla on