Joni Koivukorpi HYBRIDI VALAISTUS ARKIKÄYTÖSSÄ
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 2 (27) Sisällysluettelo Sisällysluettelo... 2 1. Johdanto... 3 2. Käytettävä tekniikka... 3 3. Käyttökohteet... 6 SOTEPO, toimisto... 6 Tila... 6 Käyttäjät... 6 Pappilanlampi... 10 Tila... 10 Käyttäjät... 10 4. Valaistussovelluksen suunnittelu... 15 SOTEPO... 15 Mitoitus... 15 Ohjaus... 15 Valaistus... 15 Varjostuksen arviointi... 17 Pappilanlampi... 18 Mitoitus... 18 Ohjaus... 19 Valaistus... 19 Varjostuksen arviointi... 22 5. Järjestelmien kustannukset... 25 SOTEPO... 25 Pappilanlampi... 25 6. Jatkotutkimus... 26 SOTEPO... 26 TEKPO... 26 Lähteet... 27
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 3 (27) 1. Johdanto Valo on ihmiselle välttämätön apuvälinen näköhavaintojen muodostamiseen. Valon määrällä ja laadulla on monia eri fysiologisia vaikutuksia ihmiseen, kuten esimerkiksi vuorokausirytmin ja vireystason säätely. Valon avulla ihminen aistii ympäröivän tilan eri muodot ja värit kokonaisuutena, ja päättää sitten, pitääkö näkemästään vai ei. [1] Luonnonvalo on ominaisuuksiltaan vertaansa vailla ja sitä on perinteisesti käytetty valaisuun ikkunoiden avulla, mutta juuri sen vaihtelevien ominaisuuksien, määrän ja vaikean käsiteltävyyden vuoksi tarvitaan myös keinovaloa. Hybridivalaistuksessa luonnonvaloa pyritään hyödyntämään tehokkaammin ja hallitummin keinovalaistuksen rinnalla valokuitujen avulla. Tämän projektin tarkoituksena on esitellä kaksi eri tyyppistä tilaa demoja varten. Tilat on valittu niiden käytön ja käyttäjien vaatimusten perusteella. Projekti toteutetaan osana SAMK:in ja Prizztechin yhteistyössä toteuttamaa Yhdistelmärakennepiloteilla aurinkoenergiasta liiketoimintaa projektia, ja on EAKRrahoitteinen. 2. Käytettävä tekniikka Suunnitelmissa käytetään ruotsalaisen Paransin järjestelmää. Parans on edelläkävijä alallaan ja siksi soveltuvin demojen suunnitteluun. Laitteiston kuvaus lyhyesti: -ulos asennettavat linssikeräimet seuraavat aurinkoa ja ohjaavat valon valokuituihin -valo johdetaan kuituja pitkin valaistavaan tilaan -valo jaetaan huoneeseen erikoisvalaisimien avulla -valaisimissa on lisäksi tavalliset lamput Paransin ilmoittama valomäärä keräintä kohden on 6000 lm auringon paistaessa 100 000 luxin voimakkuudella. Valokuitu välittää valosta 96,5%/m, mikä tarkoittaa, että esimerkiksi 5m kaapeleilla valoa saadaan tilaan 4800 lm ja 10m kaapeleilla 3900m. Tämän vuoksi on tärkeää, että keräimien ja valaisimien välinen matka on mahdollisimman lyhyt. Valaisimissa käytetään keinovalon lähteenä loistelamppuja, joiden ominaisuuksien on myös kiinnitettävä huomiota. Valon värille ja värien toistolle on määritetty tietyt vaatimukset. Myös sähköverkosta aiheutuva välkyntä on suodatettava, koska se saattaa aiheuttaa fysiologisia oireita, kuten päänsärkyä. [2] Kuva 2.1 Järjestelmän toimintaperiaate [3]
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 4 (27) Kuva 2.2 Linssikeräin [3] Kuva 2.3 Detalji keräimestä ja kuiduista [4]
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 5 (27) Kuva 2.4 Valaisimet asennettuna [3]
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 6 (27) 3. Kohteet SOTEPO, toimisto Tila Tila on toimistokäytössä oleva entinen 78m 2 luokkahuone. Huone on 3 kerroksisen rakennuksen 2. kerroksessa. Tilassa on 6 sermein rajattua työpistettä ja keskellä alue, jossa pidetään kokouksia ja taukoja. Tilan ikkunat ovat etelään, mutta n.15 m vastapäätä sijaitsee toinen rakennuksen siivistä, joka varjostaa tilaa. Käyttäjät Tilan käyttäjät ovat toimistotyöntekijöitä, jotka työskentelevät normaalin työajan, klo 8-16 puitteissa. Kuva 3.1.1 Toimiston sisätilat
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 7 (27) Kuva 3.1.2 Toimiston sisätilat
24.1.2012 Kuva 3.1.3 Toimiston sisätilat Hybridivalaistus arkikäytössä 8 (27)
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 9 (27) Keräimet Keräinten ja valaisimien väliset kuidut seinällä Toimiston ikkunat Kuva 3.1.4 Rakennuksen siipien välinen piha-alue
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 10 (27) Pappilanlampi Tila Tila on 55 m 2 päiväsali Pappilanlammen palvelutalossa. Päiväsali toimii ruokasalina ja yleisenä oleskelu- ja harrastetilana. Käyttäjät Tilan käyttäjät ovat pääsiassa palveluntalon asiakkaita ja työntekijöitä. Kuva 3.2.1 Päiväsali
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 11 (27) Kuva 3.2.2 Päiväsali
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 12 (27) Keräimet voidaan sijoittaa katolle päiväsalin yläpuolelle Kuva 3.2.3 Päiväsali kuvassa keskellä
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 13 (27) Kuva 3.2.4 Päiväsalia vastapäätä oleva puurivistö
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 14 (27) Ulko-ovi Kuva 3.2.5 Sisäänkäynti
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 15 (27) 4. Valaistussovelluksen suunnittelu Valaistuksen vaatimukset on poimittu standardista SFS-EN 12464 VALO JA VALAISTUS. TYÖKOHTEIDEN VALAISTUS. OSA 1: SISÄTILOJEN TYÖKOHTEIDEN VALAISTUS. Standardi sisältää muun muassa vaatimukset valaistuksen voimakkuudelle, valon laadulle, värien toistolle ja jakautumiselle. Suunnittelun lähtökohtana on pidetty sitä, että valaisimien keinovalo riittää tilan normaaliin käyttöön, koska luonnonvalon saatavuudesta ei aina ole takeita. Valaistuksen suunnittelussa ja mitoituksessa keskeisin apuväline on Dialux-niminen ilmaisohjelma, joka on tarkoitettu valaistuksen suunnitteluun ja mallintamiseen. Ohjelma on laajassa käytössä ympäri maailmaa ja suurimpien valaisin- ja lamppuvalmistajien tukema. Esitetyt suunnitelmat ovat suuntaa antavia. Kohteet on mallinnettava tarkemmin ennen mahdollista toteutusta. SOTEPO Mitoitus Toimiston suunnitelmissa käytettiin kohdan 5.26.2 arvoja. Taulukko 4.1.1 Valaistuksen vaatimukset [2] Ohjaus Järjestelmän luonnonvaloa ja keinovaloa ohjataan erikseen. Luonnonvaloa säädellään Paransin omalla kytkimellä, joka käytännössä kääntää keräimen pois päin auringosta, jolloin valaisin sammuu. Keinovaloa ohjataan perinteisellä päälle/pois kytkimellä. Valaisimet kytketään 3-4 ryhmiin riippuen siitä, millaisina kokonaisuuksina niiden toivotaan toimivan. Valaistus Mallinnuksessa käytettiin Paransin L4-hybridivalaisinta 3200 lm valovirralla. Keskimääräiseksi valaistusvoimakkuudeksi käyttötasolla (80cm) saatiin 517 luxia tilanteessa, jossa kaikki keinovalo on käytössä ja auringon valoa on saatavilla 100 000 luxia, jonka mukaan keräimen valovirta-arvot on määritetty. Mallinnuksessa kaikki valaistus pyrittiin toteuttamaan kattovalaisimilla. Vaihtoehtoinen valaistusjärjestely toimistossa olisi asentaa kohdevalot työpisteisiin, jolloin voidaan vähentää yleisvalon määrää. Kohdevalot olisivat tässä tapauksessa keinovaloa, ja yleisvalaistus toteutettaisiin hybridijärjestelmällä.
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 16 (27) Kuva 4.1.2 Valaisimien sijoittelu toimistossa, pohjapiirustus 1:100 Kuva 4.1.3 Valaisimien sijoittelu toimistossa, perspektiivi
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 17 (27) Kuva 4.1.4 L4-hybridivalaisin [4] Kuva 4.1.4 ISOLUX-käyrät käyttötasolla (80cm) 1:100 Varjostuksen arviointi Tilasta länteen on korkea kerrostalo, joka estää valon kohtisuoran pääsyn keräimiin auringon laskun aikaan. Muita varjostavia tekijöitä ei havaittu.
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 18 (27) Pappilanlampi Mitoitus Päiväsalin suunnitelmissa käytettiin pidettiin lähtökohtana kohdan 5.37.6 arvoja. Suunnitelmat on kuitenkin laadittu suuremmille käyttötason valaistusvoimakkuuksille (E m ), jotta tilassa olisi paremmat edellytykset tutkia valon määrän vaikutusta tilan käyttäjiin. Tästä on syystä on päädytty keskimääräiseen 535 lx valaistusvoimakkuuteen vaatimusten mukaisen 200 lx sijaan. Taulukko 4.2.1 Valaistuksen vaatimukset [2]
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 19 (27) Ohjaus Järjestelmän luonnonvaloa ja keinovaloa ohjataan erikseen. Luonnonvaloa säädellään Paransin omalla kytkimellä, joka käytännössä kääntää keräimen pois päin auringosta, jolloin valaisin sammuu. Keinovaloa ohjataan perinteisellä päälle/pois kytkimellä. Valaisimien lamput kytketään ryhmiin riippuen siitä, millaisina kokonaisuuksina niiden toivotaan toimivan. Valaistus Mallinnuksessa käytettiin Paransin L2-hybridivalaisinta 8000 lm valovirralla. Keskimääräiseksi valaistusvoimakkuudeksi käyttötasolla (80cm) saatiin 535 luxia tilanteessa, jossa kaikki keinovalo on käytössä ja auringon valoa on saatavilla 100 000 luxia, jonka mukaan keräimen valovirta-arvot on määritetty. Kuva 4.2.2 Valaisimien sijoittelu päiväsalissa, pohjapiirustus 1:75
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 20 (27) Valokuva 3.2.1 otettu tästä Kuva 4.2.3 Valaisimien sijoittelu päiväsalissa, perspektiivi Kuva 4.2.4 L2-hybridivalaisin [4]
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 21 (27) Kuva 4.2.5 ISOLUX-käyrät käyttötasolla (80cm) 1:75
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 22 (27) Varjostuksen arviointi Palvelutalon ympärillä on lehtipuita, joiden varjostusta keräimiin nähden arvioitiin laskennallisesti. Kulma keräimistä puiden latvaan on enimmillään 18 astetta. Vertaillessa varjostuskulmaa auringon korkeuskulmaan keskipäivisin vuoden eri kuukausina voidaan todeta, että puut eivät muodosta merkittävää haittaa keräimien valon saannille kesäkuukausina. Talvella auringon ollessa matalalla puut rajoittavat jonkin verran valon suoraa pääsyä keräimiin. n. 60 m n. 31m Keräimet Ulko-ovi Pohjoisnuoli Puurivistö, n. 15m korkeita koivuja Puurivistö, n. 15m korkeita koivuja Kuva 4.2.6 Palvelutalon ympäristö. Ilmansuunta katsottaessa päiväsalin ikkunasta ulos: 230(/360)
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 23 (27) Kuva 4.2.7 Keräimet suhteessa ympäristöön Kuva 4.2.8 Keräimet ja puurivistö suunnassa 230
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 24 (27) 4.2.9 Keräimet ja puurivistö suunnassa 180 4.2.10 Auringon korkeuskulma leveyspiirillä 61.4 ja varjostavien puiden kulmat. [10]
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 25 (27) 5. Järjestelmien kustannukset SOTEPO Hinnasto alv 0% asennus h kpl asennus h asennus yht Keräin 3000 1 kpl 4 12000 4 180 12180 Kaapeli 10m 285 1 setti Kaapeli 15m 570 1 setti 4 2280 4 180 2460 Kiinnikkeet 100 0,5 per keräin 4 400 2 90 490 Valaisin L2 500 0,5 kpl Valaisin L4 270 0,5 kpl 24 6480 12 540 7020 21160 22 990 22150 Asennus 45 /h Huom! Hinnat perustuvat osittain omiin arviointeihin. Pappilanlampi Hinnasto alv 0% asennus h kpl asennus h asennus yht Keräin 3000 1 kpl 3 9000 3 135 9135 Kaapeli 10m 285 1 setti 3 855 3 135 990 Kaapeli 15m 570 1 setti Kiinnikkeet 100 0,5 per keräin 3 300 1,5 67,5 367,5 Valaisin L2 500 0,5 kpl 9 4500 4,5 202,5 4702,5 Valaisin L4 270 0,5 kpl 14655 12 540 15195 Asennus 45 /h Huom! Hinnat perustuvat osittain omiin arviointeihin.
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 26 (27) 6. Jatkotutkimus SOTEPO SOTEPOn kannalta mahdollisia tutkimuksen kohteita ovat erinäiset työtehoon ja viihtyvyyteen vaikuttavat tekijät, kuten vireystaso ja työympäristön vaikutus mielialaan. Etenkin palvelutalossa on edellytykset tutkia, miten valo vaikuttaa iäkkäiden ihmisten näköhavaintoihin, koska valon tarve kasvaa ihmisen ikääntyessä [8]. TEKPO TEKPOn mahdollisia tutkimuskohteita ovat esimerkiksi valaistuksen sähköenergian kulutuksen seuranta ja järjestelmän yleinen toiminta. Hybridivalaistuksella on myös epäsuoria vaikutuksia käyttökohteessaan. Sisäilmaston kannalta keinovalo ja auringonpaiste ikkunoista ovat keskeisiä jäähdytyskuorman aiheuttajia [9]. Hybridivalaistuksella luodaan edellytykset vähentää molempia. Teknisiä tutkimuksen kohteita voisivat olla esimerkiksi sisäilmaston lämpöolosuhteet, jäähdytyksen tarve ja kokonaisenergiankulutus valaistuksessa. Yksi valaistuksen suunnittelua ohjaavista ominaisuuksista on päivänvalokerroin, joka kuvaa keinovalon ja luonnonvalon suhdetta. Kertoimen toteutumista voidaan arvioida joko mittauksin tai mallintamalla.
24.1.2012 Hybridivalaistus arkikäytössä 27 (27) Lähteet [1] Rihlama, S. 1999. Valaistus ja värit sisustussuunnittelussa. Hämeenlinna: Karisto Oy, s. 13. [2] SFS-EN 12464-1. VALO JA VALAISTUS. TYÖKOHTEIDEN VALAISTUS. OSA 1: SISÄTILOJEN TYÖKOHTEIDEN VALAISTUS. 2011. Viitattu 7.12.2011. Finnish Standards Association SFS. Helsinki: SFS. www.sfs.fi [3] Paransin www-sivut. Viitattu 19.1.2012. www.parans.com [4] Paransin jälleenmyyjän www-sivut. Viitattu 19.1.2012. www.huvco.com [5] Paransin www-sivut. Viitattu 19.1.2012. parans.production.llr.se [6] Työterveyslaitoksen www-sivut. Viitattu 19.1.2012. www.ttl.fi [7] Rihlama, S. 1999. Valaistus ja värit sisustussuunnittelussa. Hämeenlinna: Karisto Oy, s. 8. [8] Rihlama, S. 1999. Valaistus ja värit sisustussuunnittelussa. Hämeenlinna: Karisto Oy, s. 15. [9] Seppänen O. 2004. Ilmastoinnin suunnittelu. Forssa: Forssan Kirjapaino Oy. s.165. [10] Garg HP & Prakash J. 2000, 1997. Solar Energy: Fundamentals and Applications. Delhi: Tata Mc Graw- Hill Publishing Company Limited. s.9.