Barion Pixel

VGF&HKL szaklap

  1. Lapszám:

Tartalom

Épületvillamossági rendszeren alkalmazható energiatakarékossági beavatkozások

2007/5. lapszám | Sümeghy Péter |  3804 |

Figylem! Ez a cikk 17 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Manapság nem annyira épületgépészetben, mint inkább háztechnikában gondolkodunk, annyira összefonódnak az épületgépészeti, -villamossági és vezérléstechnikai feladatok. Éppen ezért nem haszontalan némi alapismeretekre szert tennünk e téren is.

Üzembiztonság

Kábelezés

Az épületek felújításánál – különösen a paneles épületek esetében – az eredetileg beépített alumínium villamos hálózatok átépítésénél, cseréjénél a réz alapanyag felhasználása kerül előtérbe. Ezzel a minőség javítása, a megbízhatóság, az élet- és vagyonvédelem fokozott betartása megnyugtató módon teljesül.

Az 1990-es évekig épített lakóépületek és lakótelepek villamos hálózata, a lépcsőházi méretlen fővezetékek és a villanyóra utáni mért fővezetékek vagy a lakások belső hálózatai alumínium-erű vezetékekkel épültek ki. Részben az alumínium tulajdonságából adódóan a kötések roskadása, vándorlása miatt, mind a laza áramköri kötések, mind a szerelvények instabil kötései melegedéseket, zárlatokat, esetleg tüzet okozhatnak. Ehhez hozzájárul még az is, hogy a háztartások villamos készülékeinek száma megnőtt, az otthoni munkák könnyítésére korszerű villamos háztartási gépek állnak rendelkezésre. Nem elhanyagolható tény, hogy ezek a gépek a többletfunkcióknak köszönhetően nagyobb teljesítmény felvételére képesek.

Érintésvédelem

A mért fogyasztói oldalon az elosztódobozokban kell elhelyezni a legkorszerűbb életvédelmet nyújtó védelmi készüléket, az egyfázisú (kétpólusú) vagy háromfázisú (négypólusú) áramvédőt. E készülékek, ha a különböző villamos fogyasztókészülékek be- és kifolyó áramának különbsége meghaladja az áramvédő kapcsolóra jellemző névleges hibaáramot, a berendezést igen rövid idő alatt (10-40 ms) kikapcsolják. Működésüket nemcsak a testzárlati áramok váltják ki, hanem az emberi kéz érintése is, ha a testen át a föld felé folyó hibaáram meghaladja a névleges kioldó hibaáram értékét.

Épületvilágítás

A villamosenergia-költségek minél alacsonyabb szinten való tartása ma már alapvető követelmény. Nem mindegy, hogy az adott alkalmazási terület fogyasztóit milyen módszerrel működtetik. Az impulzusrelékből felépített vezérléssel is költség takarítható meg, de minél inkább növekszik a vezérlés intelligenciája (különféle érzékelőkkel és dimmerekkel), a középtávú megtakarítás egyre jelentősebbé válik. Az integrált funkciókat magába foglaló vezérlőkészülékekkel rugalmasan változtathatók az üzemmódok a telepítés költségeinek növekedése nélkül.

A világítástechnikában elterjedtek a törpefeszültségű halogénlámpák, a kompakt fénycsövek stb., és a költségcsökkentéshez hozzájárul a kapcsolókészülékek helyes kiválasztása is, melyek egyéb érzékelőkkel és vezérlőmodulokkal kiegészíthetők, mint a fényerő-szabályozás, a mozgásérzékelő, a jelenlétérzékelő, a programozható multifunkciós kapcsolóóra, az állandó megvilágítási szintet biztosító szabályozó, lágy KI/BE kapcsolást biztosító szabályozó.

Világítástechnikai alapismeretek

A látható fény hullámhossza 380-780 nm-es tartományban mozog. A fény érzékelhetősége függ a mennyiségi jellemzőktől és a biológiai tényezőktől.

A mennyiségi jellemzők:

  • Fényáram: a sugárzott teljesítmény emberi szem által érzékelt része, jele: , mértékegysége: lumen (lm).
  • Térszög: a fényforrást pontszerűnek elképzelve a sugárzás térbeli irányultságát a térszöggel lehet jellemezni. A térszög egysége a szteridián (sr), ami az egységnyi sugarú gömb egységnyi felületű része. Általános esetben a térszög úgy számolható, hogy az R sugarú gömb kérdéses irányba eső felületét osztjuk a gömbsugár négyzetével. A térszög jelölése: , egységnyi sugár esetén a teljes térszög , szteridián.
  • Fényerősség: egységnyi térszögbe kisugárzott fényáram, mértékegysége: kandela (cd).
  • Megvilágítás: egységnyi felületre eső fényáram, mértékegysége: lux (lx).
  • Fénysűrűség: az emberi szem egy felületre nézve nem a megvilágítást érzékeli, hanem a látszólagos fényességet. A szemben keltett fényérzetre jellemző mennyiség a fénysűrűség, ami a fényerősség felületi sűrűsége, mértékegysége:
  • Fényhasznosítás: a fényforrás energetikai hatásfoka, vagyis, hogy az adott fényforrás milyen hatásfokkal alakítja át a villamos energiát fényenergiává, mértékegysége:

A biológiai tényezők:

  • Akkomodáció: a figyelt tárgyak távolságától függően a szem a szemlencse domborulatának változtatásával képes éles képet előállítani. Az élesen látott legtávolabbi és legközelebbi tárgy távolsága az akkomodációs terület, ami függ az életkortól és a megvilágítási szinttől.
  • Adaptáció: alkalmazkodás az eltérő megvilágítási szintekhez, világosból sötétbe akár 30-60 perc is lehet, míg sötétből világosba csak pár perc. Az adaptáció gyorsítását és a kellemetlen érzés elkerülését átmenet biztosításával, az előterek megfelelő világításával lehet elérni.
  • Látómező: a térbeli irányoknak azt az összességét, amelyben a nyugalomban lévő, előre tekintő emberi szem valamely tárgyat észlelni képes, nevezzük látótérnek, látómezőnek. A látótér határai két szemmel nézés esetén jobbra-balra nagyobb, mint 80-90°, felfelé 50-60°, míg lefelé 60-70°.
  • Kontraszt: a tárgyak megkülönböztetését a fénysűrűségük különbsége teszi lehetővé, amit a kontraszt jellemez. Általános értelmezésben a kontraszt az adott tárgy és a környezet fénysűrűség-különbségének és a környezet fénysűrűségének aránya. Azt a minimális fénysűrűség-különbséget, amit adott világítási szint mellett a szem még érzékelni képes, küszöb-fénysűrűségnek nevezzük. A megvilágítási szintet növelve nő a fénysűrűség, ez azonban a kontraszt csökkenését vonja maga után, vagyis a túlzott megvilágítás is kerülendő.
  • Káprázás: a látási kényelmetlenségek gyűjtőfogalma. Közvetlen káprázás, amikor a zavaró fénysugarak forrása látható; közvetett, mikor a zavaró fénysugarak visszaverődés során jutnak a szembe; zavaró, ha csak látási kényelmetlenséget okoz, és rontó, amennyiben a látási teljesítmény csökkenését okozza.

Dimmerek (fényerőszabályozók)

A dimmer segítségével a fényerő fokozatmentesen vezérelhető vagy kiegészítőkkel együtt szabályozható energiatakarékos módon. Az alkalmazási kör igen széles a lakossági felhasználástól a szolgáltatói területen át az egészségügyi, mezőgazdasági vagy ipari alkalmazásig.

A fényerőszabályozás követelményei közé tartozik a felhasználó komfortérzetének növelése, jelentős mértékű energia- és üzemeltetési költségmegtakarítás, és a megfelelő fényintenzitás biztosítása a megfelelő helyen és időben.

Jelenlétérzékelők

Az energiatakarékosság érdekében kifejlesztett jelenlétérzékelők előnyei leginkább a szolgáltatási szektorban (irodaépületek, osztálytermek, múzeumok) érvényesülnek.

A mozgásérzékelők az épületek belső és külső folyosóinak és átjáróinak megvilágításához alkalmasak, míg a jelenlét-érzékelők beltéri munkaterületek megvilágítására használatosak. Ezek az ember által végzett kisebb mozgásokat érzékelik. A jelenlétérzékelők a mennyezetre szerelhetők, és 4 méteres átmérőjű körzetben igen kis mozgási amplitúdókat érzékelnek, valamint 24 méteres átmérőjű tartományban mozgásérzékelőként funkcionálnak. A világítás ki- és bekapcsolását az emberi jelenlét és a környezeti világosság függvényében vezérlik.

Kapcsolóóra

A kapcsolóórákat korábban az egyes funkciókat tartalmazó modulokból állították össze. Ma már egybe integrálva, kompakt módon kínálják. A legelterjedtebb beépített funkciók: heti ciklusú időkapcsolás, éves időkapcsolás, impulzusprogramozás, késleltetve meghúzás, késleltetve elengedés, időzített működés, impulzusadó-kimenet, üzemóra-számlálás, impulzusszámlálás.

Világítástechnikai fényforrások

A világítástechnikai eszközök több csoportra oszthatók, mint fényforrások, működtető készülékek, lámpatestek és elektromos hálózat. A fényforrások szabványosított kódrendszer (ILCOS) szerint csoportosíthatók. Ezek lehetnek: általános célú izzólámpák (IA), halogén izzólámpák (H), nagynyomású higanylámpák (QE), kevertfényű lámpák (QB), fénycsövek (F), indukciós lámpák (FSG), nagynyomású fémhalogén lámpák (M), nagynyomású nátriumlámpák (S) vagy kisnyomású nátriumlámpák (L).

A működtető eszközök a fényforrások használatához elengedhetetlenek, ezek biztosítják a szükséges működési feltételeket, mivel a hálózati feszültség nem elegendő az ívkisülés megindításához, ezért a kisülő lámpáknál mindig gyújtó alkatrész alkalmazása szükséges, vagy hogy az ívkisülés megindulása után az áram túlzott növekedését korlátozni kell, amire a fojtó alkatrészek szolgálnak. Az induktív előtétek nagy veszteségük miatt korszerűtlenek, ezért az elektromos előtétek alkalmazása hatékonyabb. Ezek 30 kHz körüli frekvencián működnek, melynek kedvező hatása, hogy nincs kellemetlen villogás a fénycső sarkain, biztosabb a gyújtás a zavaró villódzás nélkül, 5-10% fényáram-növekedés, könnyen szabályozható fényáram, kisebb tömeg és jobb teljesítménytényező.

A fényforrások lehetnek még hőmérsékleti vagy lumineszcens sugárzók.

A hőmérsékleti sugárzók gerjesztése a hőmozgásra vezethető vissza. Ez annál intenzívebb, minél magasabb az izzószál hőmérséklete. Hőmérsékleti sugárzás tekintetében lehetnek hagyományos vagy halogén izzólámpák.

Az izzólámpák kialakítás szerint lehetnek tetőtükrösek, reflektorburások vagy PAR lámpák. Ezek előnyei: színvisszaadási indexük Ra=100, a legolcsóbb fényforrások, azonnal világítanak, pontszerű fényforrásnak tekinthetők, fényerősségük egyszerűen szabályozható, fényáramuk a környezeti hőmérséklettől független. Hátrányaik: a rövid élettartam (1000 h), alacsony fényhasznosítás, érzékenység a feszültségváltozásokra, az ütésekre, a nedvességre és a hirtelen hőhatásra, valamint idővel a fényáram a 70-88%-ára csökken.

A halogénlámpák előnyei: élettartamuk 5000-10 000 h, kétszeres fényerősség és fényhasznosítás, fényáramuk alig csökken élettartamuk során, kitűnő a színvisszaadás és fehérebb a fény, pontosabban irányítható a fénynyaláb, bekapcsoláskor teljes fényáramot szolgáltatnak, egyszerűen szabályozhatók. Hátrányaik: törpefeszültséget igényelnek, nagyon magas felületi hőmérséklet, amibe a zsírfoltok könnyen beéghetnek.

A lumineszcens sugárzók fényképzése kétféle úton valósul meg: a sugárzó atomi részek gerjesztése sugárzás elnyelésével vagy nagysebességű töltéshordozókkal történő ütközéssel. Ezek a sugárzók lehetnek kisnyomású ívlámpák (fénycsövek, kisnyomású nátriumlámpák, indukciós lámpák) vagy nagynyomású ívlámpák (higanylámpák, nátriumlámpák, fémhalogén lámpák, xenonlámpák).

A fénycsövek lehetnek hagyományos, lineáris fénycsövek vagy kompakt fénycsövek. A lineáris fénycsövek méretmegadásánál az átmérők szokásos megadása a T és utána a számérték (T2, T5, T8, T12), amit ⅛"-lal szorozva kapható meg a valós méret. A fénycsövek által sugárzott fény színe, a fényáram csökkentése az élettartam alatt a fénypor összetételétől függ. A standard fénycsövek színvisszaadási indexe Ra=50-60, a fényáram állandósága 70%, míg a többsávos fénycsövek esetében az Ra=85, a fényáram állandósága 95%. A korszerű fénycsövek megjelenésével bevezették az energiatakarékossági indexet (EEI) a fénycsövek minősítésére.

A fénycsövek előnyei: izzókhoz képest 3-7-szeres fényhasznosítás, 5-20-szoros névleges élettartam, hideg, meleg és semleges fényű kivitel, elektronikus előtéttel jól szabályozhatók, szabályozástól független fényszín, fényárammal arányos fogyasztás, kis fénysűrűség, kellemes szórt fényhatás, a névleges élettartam folyamatos üzem mellett akár 70%-kal is nő. A hátrányaik: előtét és gyújtó szükséges, a segédberendezéseik is áramfogyasztók, érzékenység a feszültségingadozásra, zavaró lehet a fénycsővillogás, zajos előtétek lehetnek, fényáramhoz képest nagy méret, rádiófrekvenciás zavart kelthetnek, stroboszkóp-hatás jöhet létre.

A kompakt fénycsövek működési elve azonos a fénycsövekével. Kifejlesztésük célja az izzólámpák kiváltására alkalmas, a fénycsövek előnyös tulajdonságaival rendelkező kisméretű fényforrás létrehozása volt. A méretet a kisülőtér összehajtogatásával csökkentették. Az egyszeres hajtogatású kétcsöves modellek mellett mára már kifejlesztették a négy-, hat-, és nyolccsöves változatokat is. Előnyeik: izzólámpákénál akár 12-szer hoszszabb élettartam, elektronikus előtéttel jól szabályozhatók, „E” foglalattal is kaphatók, kiváló színvisszaadásúak, viszonylag kis méretűek. Hátrányaik: viszonylag kevés lámpatestet gyártanak hozzá, a gyakori ki- és bekapcsolás gyors tönkremenetelhez vezet, gyártásuk lassabb, mint a fénycsöveké.

Az indukciós lámpa egyfajta kisnyomású kisülőlámpa, és mivel a mérete is izzólámpa nagyságú, a kompakt fénycsövek közé sorolható. Működési elve azon alapul, hogy a nagyteljesítményű rádióadók közelében a fénycsövek kikapcsolt állapotban is világítanak, ami az erős mágneses tér gerjesztő hatásának köszönhető. Előnyeik: kb. 15 000 órás élettartam, 50 lm/W fényhasznosítás, izzólámpa formájú és foglalatú, villogásmentes fény, színvisszaadás Ra=82, azonnal újragyújtható, bírja a gyakori kapcsolgatást, 70%-os fényáram-állandóság. Hátrányai: viszonylag drága, nagyobb méret és tömeg, minimum gyújtási hőmérséklet 0 °C, elektronikus szabályozáshoz nem alkalmazható, fényárama 40 °C felett csökken.

Kisnyomású nátriumlámpák működése során az ívkisülés a gáztérben lévő nátriumatomokat gerjesztve közvetlenül látható sárga fényt hoz létre, ezért nincs szükség fénypor alkalmazására. Ebben a fényszín-tartományban az emberi szem érzékenysége a maximálishoz közeli, ebből következően fényhasznosítása nagyon jó, hiszen egy ugyanolyan sugárzási teljesítményű, de folytonos spektrális eloszlású fényű fényforrással összevetve a sárga fény jóval nagyobb fényérzetet kelt. Előnyei: fényhasznosítás h=100-180 lm/W, élettartamuk a normál izzó 20-szorosa, azonnali újragyújtás. Hátrányai: a színviszszaadás gyakorlatilag nulla, speciális gyújtóáramkör szükséges, robbanás- és tűzveszélyes helyen nem alkalmazhatók. Higanygőzlámpáknál a kisülés a belső kisülőcsőben jön létre, a bekapcsolás, illetve az újragyújtás után 5-8 perccel. Nem szükséges gyújtó, elegendő csak az előtét. Elektronikus eszközökkel jól szabályozható. A higanykisülés fénye vörös komponensben szegény, így a külső bura belső felületén vöröses sugárzó fénypor van. Fényvisszaadásuk ennek segítségével is csak gyenge vagy közepes (Ra=50).

A fémhalogén lámpák a higanylámpák továbbfejlesztésének eredményei. A legfőbb különbség, hogy a kisülőcsőbe az argon és a higany mellé nátrium-, indium- és tallium-jodidokat keverve jön létre a fehér (természetes) fényű fémhalogén lámpa. Fényhasznosításuk max. 100 lm/W körüli, színvisszaadásuk mindössze Ra=65, azaz közepes. A kisülőcsőbe további halogénvegyületeket adva jönnek létre a nappali fényű fémhalogén lámpák. Ezek színvisszaadása kiváló, Ra>90, de a fényhasznosítás 80 lm/W körülire csökken. Ezeket a lámpákat alkalmazzák nagy színvisszaadási követelményeket támasztó ipari célokra, valamint sportlétesítmények, stadionok és stúdiók megvilágítására. Készülnek átlátszó és diffúz bevonattal, továbbá azonnal újragyújtható változatban is. A fémhalogén lámpák előnyei közé tartozik, hogy a higanylámpákhoz képest is sokkal jobb fényvisszaadás érhető el, a fényáramuk 15-40%-kal nagyobb, léteznek azonnal visszakapcsolható típusai, fényvetőhöz alkalmazható típusai és diffúz, valamint PAR változatai. Hátrányuk a viszonylag rövid élettartam (max. 10 000 óra), hogy égetési helyzetük nem tetszőleges, és a 4 perc körüli felfutási idejük.

A nagynyomású nátriumlámpák kialakítása olyan, hogy a cső egyik végén lévő tartályban található az ívkeltéshez szükséges nátrium-higany keverék. A nátrium agresszív viselkedése miatt a kisülő-cső anyaga alumínium-oxid, fényáteresztő képessége 90% feletti, és nátriumot, higanyt valamint töltőgázként xenont tartalmaz. A nagynyomású higanylámpa színvisszaadása Ra=25, ami a xenon töltőgáz nyomásának emelésével javítható. Ezeknek a lámpáknak az előnyei a 130 lm/W értékű, nagyon jó fényhasznosítás, hogy élettartamuk során a fényáram jelentősen nem csökken, hogy újragyújtási idejük 1 perc alatti, és hogy nagyon jó színvisszaadású típusai léteznek. Hátrányuk a már említett gyenge színvisszaadás, hogy gyújtóval és előtéttel az áruk magas, a nagy gyújtási idő (2-8 perc), és hogy a színvisszaadás javulásával a fényhasznosításuk romlik.

Az utóbbi idők leggyorsabb ütemben fejlesztett fényforrásai a világító diódák, azaz a LED-ek. Ezek nagy előnye a kis felvett villamos teljesítmény mellett sugárzott viszonylag nagy fényáram (jó fényhasznosítás), és a rendkívül nagy, 100 000 órás élettartam.

Fontos foglalkozni a lámpatestekkel is, melyek a fényforrások fényének elosztására, szűrésére vagy átalakítására szolgálnak, tartalmazzák a fényforrások rögzítésére és védelmére, valamint hálózati csatlakoztatásra szolgáló alkatrészeket és az egyéb működtető áramköri elemeket. A lámpatestek fénytestét a fényeloszlási görbék jellemzik, amik tulajdonképpen a meghatározott síkokban felvett fényerősség-értékek. A tipikus fényeloszlási görbe lehet közvetlen, főleg közvetlen, szórt, főleg közvetett, közvetett, szélesen sugárzó vagy fényvető. A lámpatestet jellemzi még a hatásfoka, ami a lámpatestből kisugárzott fényáramnak és a benne levő fényforrás névleges fényáramának a hányadosa. A lámpatest a belső téren a helyiséghatásfokkal együtt határozza meg a világítási fokot. A lámpatest kialakításával lehet megakadályozni a szilárd test- és víz-behatolás elleni, valamint az ütés elleni védelmet. A lámpatest védettségi fokozatát az ún. IP (Internation Protection) számsor jelöli. Az IP-besorolás első számjegye a szilárd testekkel (por), a másik számjegye a vízzel szembeni védettséget jelenti. A maximális védettség IP 68.

Világítástervezés

Egy helyiség szabványban előírt mértékű megvilágításának kielégítésének tervezésére több módszer is létezik, mint a pontmódszer, a hatásfokmódszer és az egyszerűsített eljárás.

A világítástervezés során az alábbi lépéseket kell követni:

  • a látási feladat meghatározása, a világítás rendeltetése, rendszere a kiszolgált alaplétesítmény funkciójának megfelelően,
  • a világítástechnikai eszközök és jellemzők összegyűjtése, a világítás módja a funkcióra érvényes szabványelőírások szerint,
  • a világítási berendezések eszközeinek kiválasztása, mint a fényforrás, a lámpatest és a kapcsolók,
  • világítástechnikai méretezés a megvilágítás, az egyenletesség stb. tekintetében,
  • műszaki és gazdaságossági hatékonyságelemzés a műszaki mutatók és gazdasági számítások alapján.

Az egyszerűsített tervezési eljárás tapasztalatokra épített közelítő módszer, melynek irányadó értékeit az 1. táblázat tartalmazza.

Energiagazdálkodási megfontolások

Egy tervezés alatt álló vagy az energiatudatosság szellemében átalakításra váró világítási rendszer esetén a fő követendő célkitűzések a beépített villamos teljesítmény és a bekapcsolási óraszám csökkentése.

A beépített teljesítmény csökkentésének szempontjai a nagy fényhasznosítás kis fényáram mellett; jó hatásfokú és megfelelő kivitelű lámpatestek alkalmazása; kis veszteségű előtétek alkalmazása; rendszeres és tervszerű karbantartás; belső terek felületi kialakításának lehetősége; a természetes fény kedvező hasznosítása.

Az üzemidő csökkentésére felhasználhatók a rugalmas kialakítások. Ilyenek lehetnek az általános és a kiemelő helyi szintű világítás alkalmazása; a lámpatestek kapcsolása kézzel, fénykapcsolóval vagy mozgásérzékelővel, illetve programozottan; a szükséges megvilágítási szint lépcsőzetes, illetve folyamatos üzemű, egyéni igényeknek megfelelő kézi szabályozása; a mesterséges világítás automatikus szabályozása az előre meghatározott, de tetszőlegesen változtatható szintre a helyiséget érő természetes fényváltozás függvényében; a lámpatest sínre szerelése és az elrendezés igény szerinti változtatása. Az egyes működési módok alkalmazásával elérhető megtakarítások közelítő értékét a 2. táblázat tartalmazza az elektromos előtét alkalmazásához viszonyítva.