Влияние теплопоступлений от искусственного освещения на тепловой режим помещений в торговом центре

М. А. Разаков, ФГБОУ ВО НИУ «Московский государственный строительный университет»

 

Исследованы тепловые поступления от различных источников света от осветительного оборудования в помещении, а в частности: от люминесцентных ламп и от совместно использующихся ламп накаливания и галогенных светильников. Произведен расчет теплового баланса помещения торгового зала в холодный и теплый периоды года. С точки зрения поддержания требуемого теплового режима помещения изучено применение наименее затратного типа светильников. Изложены основные формулы, позволяющие определить тепловые избытки в помещении при одинаковом общем уровне освещенности. Показано, что увеличение тепловых поступлений от освещения положительно влияет на системы поддержания требуемого микроклимата в холодный период года, но при этом имеет отрицательное воздействие на энергопотребление здания в теплый период года. Представленные результаты интересны для управления тепловой напряженностью помещений общественных зданий и реализации задачи регулирования теплового потребления.

Ключевые слова: освещение помещения, тепловые поступления в помещения.

Актуальность

В нашей стране существенное распространение получило малоэтажное строительство, а именно строительство небольших торговых центров. Не секрет, что для привлечения покупателей магазины и торговые центры часто используют разнообразные современные возможности, связанные с красотой и уникальностью товара, которые хорошо реализуются на практике, а в частности, при формировании освещения отдельных зон помещения и конкретных товаров, что концентрирует внимание будущих покупателей на определенных предметах. Но часто не берется в расчет то, что для обеспечения требуемых параметров микроклимата в помещении нужно учитывать аспекты не только световой обстановки, но и в совокупности получить заданный температурный режим помещения.

Проанализированы теплопоступления от двух вариантов организации искусственного освещения в помещении торгового зала, когда оно обеспечивается: 1 — только люминесцентными лампами, 2 — галогенными и лампами накаливания (рис. 1). В данной работе не исследуются светодиодные приборы [1, 2].

Предмет исследования: Работа направлена на сравнение тепловых избытков от источников искусственного освещения при равных нормах освещенности в помещении. Также в данном исследовании прогнозируется влияние теплопоступлений от искусственного освещения на суммарное энергопотребление помещения в различные периоды года.

Цель: Исследование тепловых поступлений от различных видов осветительного оборудования и их влияние на тепловой микроклимат в помещении.

          Материалы и методы: Для выявления влияния различных типов осветительных приборов на тепловую обстановку в помещение составлена математическая модель теплового баланса помещения торгового зала для теплого и холодного периодов года (табл. 2). Расчет различных видов теплопоступлений представлен в работах [3, 4, 5]. По аналогии с локальными тепловыми избытками в горячих цехах [6] осветительное оборудование тоже является локальным источником теплового избытка.

Рис. 1. Схема расположения осветительных приборов в торговом зале

Теплопоступления от освещения в холодный период года рассчитывались с учетом отсутствия посетителей в магазине, в котором работают постоянно пять его работников, а теплопоступления от солнечной радиации практически отсутствуют, что актуально в период с 20:00 вечера до 8:00 утра. Тепловые потери через ограждающие конструкции помещения торгового зала рассматриваемого торгового центра для параметров климата г. Владимира рассчитывались с учетом инфильтрации, их суммарная величина равна 16 340 Вт.

Теплопоступления от источников искусственного освещения определяются по формуле 1:

где E — общая освещенность помещения, лк; Апол — площадь пола помещения, м2;              qосв — удельные тепловые выделения от светильников, Вт/(м2·х·лк);                                        hосв — коэффициент расположения осветительных приборов.

Таблица 1. Теплопоступления от освещения

Тип освещения

Средние удельные тепловыделения от светильников, Вт/(м2·х·лк)

Нормируемое значение уровня общего освещения помещения, лк

Коэффициент расположения источников искусственного освещения

Площадь пола помещения, м2

Теплопоступления от освещения, Вт

Разница, Вт

1

0,056

400

0,45

300

3025

5290

2

0,154

8315

Теплопоступления в теплый период рассчитывались при пребывании в магазине 25 человек покупателей одновременно с учетом постоянно работающего персонала в количестве пяти работников. Основную нагрузку в теплый период года воспринимают системы вентиляции и кондиционирования воздуха.

Переходный период года в данном исследовании не учитывался ввиду того, что тепловая нагрузка на жизнеобеспечивающие системы, формирующие параметры микроклимата в помещениях исследуемого торгового центра, меньше, чем в теплый и холодный периоды года.

Расчетное выражение теплопоступления от людей имеет следующий вид:

где k — расчетное количество людей в помещении, чел.;

q1 — удельные тепловые выделения от людей, Вт/чел.;

h — понижающий коэффициент.

Теплопоступления от солнечной радиации через светопрозрачные ограждения определяются по выражению (3):

где qпр/qнт — теплопоступления от солнечной радиации / за счет теплопередачи, Вт/м2;

Fн — площадь поверхности, м2.

Таблица 2. Сводная таблица теплового баланса для торгового зала ТЦ в холодный и теплый периоды года

Период

года

Температура воздуха, оС

Тип

освещения

Тепловые

потери, Вт

 

Х.П.

 

16

1

16 340

2

16 340

Т.П.

23

1

2

Продолжение таблицы 2

Тепловые поступления

Избыточная теплота, Вт

дополнительные

от системы отопления

от людей, Вт

от освещения, Вт

от солнечной

радиации, Вт

сумма, Вт

595

3025

3620

12 720

595

8315

8910

7430

640

3025

15 910

19 575

19 575

640

8315

15 910

24 865

24 865

Результаты расчетов приведены на диаграмме на рис. 2, где видно, как отличаются тепловые поступления от разных типов осветительных приборов в холодный и теплый периоды года. На рис. 3 показаны тепловые поступления от освещения от различных типов светильников и тепловые потери в помещении в холодный период года. Из графиков видно, что в холодный период года тепловые потери сопоставимы с тепловыми поступлениями, что позволяет экономить тепловую энергию, идущую на отопление помещения.

Рис. 2. Теплопоступления в холодный и теплый периоды года

Рис. 3. Теплопоступления от освещения и тепловые потери помещения в холодный период года

Результаты: В данной работе представлены результаты сравнения тепловых избытков от двух типов осветительного оборудования: 1 — люминесцентных ламп; 2 — ламп накаливания.

Выводы

  1. Изменение освещенности в помещении с данными осветительными приборами оказывает влияние на температуру внутреннего воздуха, что определено для помещения торгового зала площадью более 200 м2 и требует учета при проектировании систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.
  2. Из результатов видно, что с точки зрения энергетических затрат использовать круглый год люминесцентные лампы в данном городе (тип 1) выгоднее, т. к. на производство холода затрачивается больше энергии, чем на теплоту.

 

ЛИТЕРАТУРА

  1. Чеботнягин Л. М., Юхимович Д. Л., Кичкильдеев К. Е. Исследование электрических и светотехнических параметров светодиодных светильников // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21 № 1 (120). С. 165–177.
  2. Мурзак Н. А., Брыль С. В., Мурзак И. А., Копырина В. В., Зайцева Т. А. Оценка эффективности светодиодного освещения с позиции экологии и энергосбережения // Экология и строительство. 2016. № 4. С. 36–42.
  3. Самарин О. Д. Основы обеспечения микроклимата зданий // Учебник для вузов. — М.: Издательство АСВ, 2014. 208 с.
  4. Полосин И. И., Новосельцев Б. П., Шершнев В. Н. Теоретические основы создания микроклимата в помещении // Учебник. Воронеж, 2005. 143 с.
  5. Справочник проектировщика под ред. Н. Н. Павлова и Ю. И. Шиллера. Часть 3 Вентиляция и кондиционирование воздуха // Стройиздат, 1992.
  6. Лаптев В. Ю., Харьков Н. С. Локализация избытков теплоты и опасных факторов в горячих цехах // Аллея науки, 2017. Т. 1. № 12. С. 208–219.

 

Скачать PDF-версию журнала «Влияние теплопоступлений от искусственного освещения на тепловой режим помещений в торговом центре»