Τίτλος Άσκησης: Σχεδιασμός, υπολογισμός και αξιολόγηση εγκατάστασης τεχνητού φωτισμού αίθουσας διδασκαλίας με χρήση λογισμικού Relux 1. Σενάριο πραγματικής εφαρμογής - Σύνδεση με την πραγματικότητα Ένα σχολείο πρόκειται να ανακαινίσει τον φωτισμό μιας αίθουσας διδασκαλίας. Ο παλιός φωτισμός αποτελείται από φωτιστικά φθορισμού 2×36 W, τα οποία: • έχουν μειωμένη φωτεινότητα λόγω παλαιότητας, • παρουσιάζουν αυξημένη κατανάλωση ενέργειας, • δημιουργούν ανομοιόμορφο φωτισμό, • προκαλούν οπτική κόπωση στους μαθητές. Η διεύθυνση του σχολείου ζητά από έναν ηλεκτρολόγο μελετητή να προτείνει νέο σύστημα φωτισμού LED.  Οι μαθητές αναλαμβάνουν τον ρόλο της ομάδας μελέτης φωτισμού. Στόχος τους είναι να σχεδιάσουν έναν ασφαλή, οικονομικό και ενεργειακά αποδοτικό φωτισμό που να καλύπτει τις απαιτήσεις μιας σύγχρονης αίθουσας διδασκαλίας. 2. Θεωρητικό υπόβαθρο 2.1 Φωτεινή ροή (Φ) Η ποσότητα φωτός που εκπέμπει μια φωτεινή πηγή. Μονάδα μέτρησης: lumen (lm)  Διερευνητική Ερώτηση 1: Γιατί ένα φωτιστικό 6000 lumen δεν είναι απαραίτητα καλύτερο από δύο φωτιστικά των 3000 lumen; Ενδεικτική Απάντηση: Ένα φωτιστικό 6000 lumen δεν είναι απαραίτητα καλύτερο από δύο φωτιστικά των 3000 lumen, παρόλο που η συνολική φωτεινή ροή είναι η ίδια. Η ποιότητα του φωτισμού εξαρτάται όχι μόνο από την ποσότητα φωτός αλλά και από τον τρόπο κατανομής του στον χώρο. Δύο σωστά τοποθετημένα φωτιστικά μπορούν να προσφέρουν: • καλύτερη ομοιομορφία φωτισμού, • μικρότερες σκοτεινές περιοχές, • μικρότερη θάμβωση, • καλύτερες συνθήκες εργασίας. 2.2 Ένταση φωτισμού (E) Η ποσότητα φωτός που φτάνει σε μια επιφάνεια. Μονάδα: lux (lx) Σχέση: E = Φ / A όπου: Ε = ένταση φωτισμού σε lux Φ = φωτεινή ροή σε lumen Α = επιφάνεια σε m² 2.3 Θερμοκρασία χρώματος (CCT) Η θερμοκρασία χρώματος περιγράφει την απόχρωση του λευκού φωτός που εκπέμπει μια φωτεινή πηγή. Μετριέται σε Kelvin (K). Παραδείγματα: 3000 K Θερμό 4000 K Ουδέτερο 6000 K Ψυχρό Σε σχολική αίθουσα συνήθως επιλέγεται: 4000 K (ουδέτερο λευκό) επειδή: • μοιάζει περισσότερο με φυσικό φως, • βοηθά στη συγκέντρωση, • είναι κατάλληλο για διάβασμα και εργασία. 2.4 Δείκτης χρωματικής απόδοσης (CRI ή Ra) Ο δείκτης χρωματικής απόδοσης δείχνει πόσο φυσικά εμφανίζονται τα χρώματα των αντικειμένων κάτω από το φως μιας φωτεινής πηγής. Η τιμή του εκφράζεται ως αριθμός από 0 έως 100. Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή του Ra, τόσο καλύτερη είναι η απόδοση των χρωμάτων. Παραδείγματα: Τιμή Ra Ποιότητα χρωματικής απόδοσης Ra < 70 Χαμηλή Ra 70–80 Ικανοποιητική Ra 80–90 Καλή Ra > 90 Πολύ υψηλή Σε μια αίθουσα διδασκαλίας προτιμώνται φωτιστικά με: Ra ≥ 80 ώστε: • τα χρώματα των βιβλίων και των εικόνων να αποδίδονται σωστά, • να μην κουράζονται τα μάτια των μαθητών, • να υπάρχει καλύτερη ποιότητα οπτικής αντίληψης.  Διερευνητική Ερώτηση 2: Γιατί ένα φωτιστικό με πολύ μεγάλη φωτεινή ροή αλλά χαμηλό δείκτη Ra μπορεί να μην είναι κατάλληλο για μια σχολική αίθουσα; Ενδεικτική Απάντηση: Ένα φωτιστικό με μεγάλη φωτεινή ροή μπορεί να φωτίζει αρκετά έναν χώρο, αλλά αν έχει χαμηλό δείκτη Ra μπορεί να παραμορφώνει τα χρώματα. Αυτό μπορεί να προκαλέσει: • δυσκολία στην ανάγνωση χρωματιστών γραφικών, • μειωμένη άνεση στην εργασία, • μεγαλύτερη οπτική κόπωση. Η ποσότητα φωτός δεν είναι το μοναδικό κριτήριο επιλογής. Σημαντική είναι και η ποιότητα του φωτισμού. 2.5 Συντελεστής ομοιομορφίας φωτισμού (Uο) Ο συντελεστής ομοιομορφίας δείχνει πόσο ομοιόμορφα κατανέμεται ο φωτισμός σε έναν χώρο. Υπολογίζεται από τη σχέση: Uο = Emin / Eavg όπου: Uο = συντελεστής ομοιομορφίας Emin = ελάχιστη ένταση φωτισμού (lux) Eavg = μέση ένταση φωτισμού (lux) Μεγάλη τιμή Uoσημαίνει ότι ο φωτισμός είναι πιο ομοιόμορφος. Σε αίθουσες διδασκαλίας συνήθως επιδιώκεται: Uo ≥ 0,60 ώστε να αποφεύγονται: • έντονες διαφορές φωτεινότητας, • σκοτεινές περιοχές, • καταπόνηση της όρασης.  Διερευνητική Ερώτηση 3: Μια αίθουσα έχει μέση ένταση φωτισμού 500 lux και ελάχιστη ένταση 250 lux. Να υπολογίσετε την ομοιομορφία φωτισμού. Ενδεικτική Απάντηση: Χρησιμοποιούμε τη σχέση: Uο = Emin / Eavg Άρα: Uο = Emin / Eavg = 250 /500 = 0,5 Η τιμή 0,5 δείχνει ότι ο φωτισμός δεν είναι αρκετά ομοιόμορφος. Χρειάζεται: • αλλαγή θέσης φωτιστικών, • αύξηση του αριθμού φωτιστικών, • επιλογή διαφορετικής φωτομετρικής κατανομής. 2.6 Θάμβωση – Δείκτης UGR Η θάμβωση είναι η δυσάρεστη αίσθηση που προκαλείται όταν πολύ έντονες φωτεινές πηγές βρίσκονται μέσα στο οπτικό πεδίο. Στις αίθουσες διδασκαλίας η θάμβωση μπορεί να προκαλέσει: • δυσκολία στην ανάγνωση του πίνακα, • κόπωση των ματιών, • μείωση της συγκέντρωσης. Ο δείκτης θάμβωσης εκφράζεται με το UGR (Unified Glare Rating). Όσο μικρότερη είναι η τιμή UGR, τόσο μικρότερη είναι η πιθανότητα θάμβωσης. Για αίθουσες διδασκαλίας συνιστάται: UGR ≤ 19 Για τον περιορισμό της θάμβωσης χρησιμοποιούνται: • φωτιστικά με κατάλληλους διαχύτες, • μικροπρισματικά καλύμματα, • σωστή τοποθέτηση φωτιστικών, • αποφυγή άμεσης θέασης των LED.  Διερευνητική Ερώτηση 4: Γιατί ένα πολύ ισχυρό φωτιστικό LED μπορεί να δημιουργήσει χειρότερες συνθήκες εργασίας από ένα λιγότερο ισχυρό φωτιστικό; Ενδεικτική Απάντηση: Ένα πολύ ισχυρό φωτιστικό μπορεί να προκαλέσει: • έντονη θάμβωση, • μεγάλες αντιθέσεις φωτεινότητας, • κόπωση των ματιών. Ο σωστός σχεδιασμός φωτισμού δεν βασίζεται μόνο στην αύξηση των lumen αλλά στη σωστή κατανομή του φωτός. 3. Απαιτήσεις φωτισμού αίθουσας διδασκαλίας Σύμφωνα με τις απαιτήσεις των προτύπων φωτισμού εσωτερικών χώρων (όπως το πρότυπο ΕΛΟΤ EN 12464-1 ), μια αίθουσα διδασκαλίας πρέπει να διαθέτει κατάλληλες συνθήκες φωτισμού για ασφαλή και άνετη εργασία. Βασικές απαιτήσεις: Μέση ένταση φωτισμού περίπου 500 lux Ομοιομορφία Uο ≥ 0,60 Θάμβωση UGR ≤ 19 Δείκτης Ra ≥ 80 Θερμοκρασία χρώματος περίπου 4000 K Οι απαιτήσεις αυτές εξασφαλίζουν: • άνετη ανάγνωση, • καλύτερη συγκέντρωση μαθητών, • μειωμένη κόπωση, • ασφαλές περιβάλλον εργασίας.  Διερευνητική Ερώτηση 5: Γιατί δεν αρκεί ένας ηλεκτρολόγος να τοποθετήσει απλά περισσότερα φωτιστικά ώστε να αυξηθεί η φωτεινότητα μιας αίθουσας; Ενδεικτική Απάντηση: Η αύξηση του αριθμού των φωτιστικών χωρίς μελέτη μπορεί να δημιουργήσει προβλήματα όπως: • υπερβολική φωτεινότητα, • αυξημένη κατανάλωση ενέργειας, • θάμβωση, • ανομοιόμορφο φωτισμό. Ο ηλεκτρολόγος πρέπει να πραγματοποιεί μελέτη φωτισμού ώστε να επιλέγει: • τον σωστό τύπο φωτιστικού, • τη σωστή ισχύ, • την κατάλληλη θέση εγκατάστασης. 4. Εισαγωγή στο λογισμικό Relux 4.1 Γενική περιγραφή του λογισμικού Το Relux είναι ένα λογισμικό μελέτης φωτισμού που χρησιμοποιείται από ηλεκτρολόγους μηχανικούς, μελετητές φωτισμού και τεχνικές εταιρείες για τον σχεδιασμό και την αξιολόγηση συστημάτων φωτισμού. Με τη χρήση του Relux μπορούμε να: • δημιουργήσουμε ένα τρισδιάστατο μοντέλο ενός χώρου, • τοποθετήσουμε φωτιστικά σώματα, • υπολογίσουμε την ένταση φωτισμού σε lux, • ελέγξουμε την ομοιομορφία φωτισμού, • αξιολογήσουμε την ενεργειακή κατανάλωση, • συγκρίνουμε διαφορετικές λύσεις φωτισμού. Στην παρούσα άσκηση οι μαθητές θα χρησιμοποιήσουν το Relux ως εργαλείο μελέτης ενός πραγματικού έργου ηλεκτρολογικής εγκατάστασης. 4.2 Σενάριο εφαρμογής στο Relux Η σχολική αίθουσα που θα μελετηθεί έχει τις παρακάτω διαστάσεις: • Μήκος αίθουσας 8 m • Πλάτος αίθουσας 6 m • Ύψος αίθουσας 3 m • Εμβαδόν 48 m² Η αίθουσα περιλαμβάνει: • θρανία μαθητών, • πίνακα διδασκαλίας, • έδρα εκπαιδευτικού, • φωτιστικά οροφής. Οι μαθητές καλούνται να εξετάσουν αν η υπάρχουσα εγκατάσταση καλύπτει τις απαιτήσεις μιας σύγχρονης αίθουσας. 4.3 Δημιουργία νέας μελέτης στο Relux Βήματα εργασίας: Άνοιγμα του προγράμματος ReluxDesktop. Επιλογή: Νέο Έργο --> Εσωτερικός Χώρος για δημιουργία μελέτης εσωτερικού χώρου. 4.4 Εισαγωγή διαστάσεων χώρου Στην καρτέλα γεωμετρίας εισάγονται: Μήκος: 8 m Πλάτος: 6 m Ύψος: 3 m Το πρόγραμμα δημιουργεί ένα τρισδιάστατο μοντέλο της αίθουσας. Ο μαθητής πρέπει να ελέγξει: • αν οι διαστάσεις αντιστοιχούν στον πραγματικό χώρο, • αν η κλίμακα είναι σωστή, • αν η θέση των επιφανειών είναι λογική.  Διερευνητική Ερώτηση 6: Γιατί είναι σημαντικό οι διαστάσεις του χώρου να εισάγονται σωστά στο πρόγραμμα; Ενδεικτική Απάντηση: Οι διαστάσεις επηρεάζουν άμεσα τα αποτελέσματα της μελέτης. Λανθασμένες διαστάσεις μπορούν να οδηγήσουν σε: • λάθος υπολογισμό lux, • λανθασμένη επιλογή αριθμού φωτιστικών, • οικονομική επιβάρυνση, • ανεπαρκή φωτισμό. Μια ψηφιακή μελέτη είναι αξιόπιστη μόνο όταν τα δεδομένα εισόδου είναι σωστά. 4.5 Καθορισμός υλικών επιφανειών και συντελεστών ανάκλασης Το Relux λαμβάνει υπόψη την ανάκλαση του φωτός από: • τοίχους, • οροφή, • δάπεδο, • έπιπλα. Οι συντελεστές ανάκλασης επηρεάζουν σημαντικά το τελικό αποτέλεσμα. Ενδεικτικές τιμές: • Λευκή οροφή 70–80 % • Ανοιχτόχρωμοι τοίχοι 50–60 % • Σκούροι τοίχοι 20–30 % • Ανοιχτόχρωμο δάπεδο 30–40 % Για μια τυπική αίθουσα επιλέγονται: • Οροφή: 80 % • Τοίχοι: 50 % • Δάπεδο: 30 %  Διερευνητική Ερώτηση 7: Γιατί μια λευκή οροφή μπορεί να μειώσει την απαιτούμενη ισχύ των φωτιστικών; Ενδεικτική Απάντηση: Η λευκή οροφή ανακλά μεγαλύτερο ποσοστό φωτός. Έτσι: • περισσότερο φως επιστρέφει στον χώρο, • αυξάνεται η φωτεινότητα, • βελτιώνεται η ομοιομορφία, • μπορεί να απαιτηθεί μικρότερη εγκατεστημένη ισχύς. Άρα η επιλογή χρωμάτων και υλικών επηρεάζει την ενεργειακή απόδοση του φωτισμού. 4.6 Δημιουργία επιφάνειας εργασίας (Working Plane) Στις αίθουσες διδασκαλίας η μέτρηση φωτισμού δεν γίνεται στο δάπεδο αλλά στο επίπεδο εργασίας. Το επίπεδο εργασίας ορίζεται περίπου: 0,75 m πάνω από το δάπεδο που αντιστοιχεί περίπου στο ύψος των θρανίων. Στο Relux εισάγεται: Calculation Surface --> Working Plane Ύψος: 0,75 m 4.7 Τοποθέτηση Θρανίων, Παραθύρων, Πόρτας • Τοποθετήστε 12 θρανία Εισαγωγη --> Βασικό αντικείμενο --> Κύβος • Τοποθετήστε 3 παράθυρα Εισαγωγη --> Αντικείμενο --> Παράθυρο • Τοποθετήστε 1 πόρτα Εισαγωγη --> Αντικείμενο --> Παράθυρο  Διερευνητική Ερώτηση 8: Γιατί δεν μετράμε τον φωτισμό στο δάπεδο μιας αίθουσας; Ενδεικτική Απάντηση: Οι μαθητές εργάζονται πάνω σε θρανία και όχι στο δάπεδο. Η μέτρηση στο επίπεδο εργασίας δείχνει: • το πραγματικό φως που δέχονται τα βιβλία, • την οπτική άνεση των μαθητών, • την καταλληλότητα του φωτισμού για διάβασμα. 5. Επιλογή φωτιστικών LED στο Relux 5.1 Κριτήρια επιλογής φωτιστικού Για μια αίθουσα διδασκαλίας επιλέγεται φωτιστικό με: • τεχνολογία LED, • υψηλή ενεργειακή απόδοση, • κατάλληλη φωτομετρική καμπύλη, • χαμηλή θάμβωση, • θερμοκρασία χρώματος περίπου 4000 K, • Ra ≥ 80. Ενδεικτικά χαρακτηριστικά: • Ισχύς --> 30–40 W • Φωτεινή ροή --> 3500–5000 lm • CCT --> 4000 K • Ra ≥ 80 • UGR ≤ 19 5.2 Εισαγωγή φωτιστικού στο Relux Το Relux διαθέτει βιβλιοθήκες φωτιστικών από πολλούς κατασκευαστές. Για τη μελέτη μπορούν να χρησιμοποιηθούν πραγματικά φωτιστικά LED με τα αντίστοιχα φωτομετρικά αρχεία: .IES ή .LDT Τα αρχεία αυτά περιέχουν πληροφορίες όπως: • φωτεινή ροή, • κατανομή φωτός, • ισχύ φωτιστικού, • γωνία εκπομπής, • φωτομετρική καμπύλη. Η χρήση πραγματικών φωτομετρικών δεδομένων αυξάνει την αξιοπιστία της μελέτης. Βήματα εισαγωγής φωτιστικού Επιλογή: Προιόντα --> Φωτιστικά Αναζήτηση φωτιστικού στη βιβλιοθήκη. Επιλογή κατάλληλου τύπου: Panel LED οροφής, Γραμμικό LED, Χωνευτό φωτιστικό ψευδοροφής. Έλεγχος τεχνικών χαρακτηριστικών. Τοποθέτηση στο μοντέλο της αίθουσας: ADD --> OK  Διερευνητική Ερώτηση 9: Γιατί είναι προτιμότερο να χρησιμοποιείται το πραγματικό φωτομετρικό αρχείο ενός φωτιστικού αντί για μια απλή εισαγωγή της ισχύος του; Ενδεικτική Απάντηση: Η ισχύς του φωτιστικού δεν δείχνει πώς κατανέμεται το φως στον χώρο. Ένα αρχείο IES ή LDT περιλαμβάνει: την πραγματική κατανομή φωτός, τις γωνίες εκπομπής, τις φωτομετρικές ιδιότητες. Έτσι η προσομοίωση είναι πιο κοντά στην πραγματική εγκατάσταση. 5.3 Τοποθέτηση φωτιστικών στην οροφή Η σωστή τοποθέτηση των φωτιστικών είναι κρίσιμη για την επίτευξη: • καλής ομοιομορφίας, • χαμηλής θάμβωσης, • σωστού φωτισμού στα θρανία. Για την αίθουσα 8 × 6 m εξετάζεται αρχικά μια διάταξη: 12 φωτιστικά LED σε: 3 σειρές, 4 φωτιστικά ανά σειρά. Τα φωτιστικά τοποθετούνται: • συμμετρικά, • σε ίσες αποστάσεις, • μακριά από τοίχους ώστε να αποφεύγονται σκοτεινές ζώνες.  Διερευνητική Ερώτηση 10: Γιατί δεν τοποθετούμε όλα τα φωτιστικά κοντά στο κέντρο της αίθουσας; Ενδεικτική Απάντηση: Η συγκέντρωση των φωτιστικών στο κέντρο προκαλεί: • πολύ φωτεινή περιοχή στο κέντρο, • σκοτεινά σημεία κοντά στους τοίχους, • μικρή ομοιομορφία φωτισμού. Η σωστή κατανομή των φωτιστικών εξασφαλίζει καλύτερες συνθήκες σε όλη την αίθουσα. 5.4 Υπολογισμός αρχικής λύσης φωτισμού Μετά την τοποθέτηση των φωτιστικών πραγματοποιείται υπολογισμός: Υπολογισμός --> Υπολογισμός • Το Relux υπολογίζει: • μέση ένταση φωτισμού (Eavg), • ελάχιστη ένταση (Emin), • μέγιστη ένταση (Emax), • ομοιομορφία (Uο), • θάμβωση (UGR), • συνολική ισχύ εγκατάστασης. Δειτε και την 3D έντύπωση: Αποτέλεσμα --> 3D 5.5 Αξιολόγηση αποτελεσμάτων Τα αποτελέσματα συγκρίνονται με τις απαιτήσεις μιας αίθουσας διδασκαλίας.  Διερευνητική Ερώτηση 11: Μια μελέτη παρουσιάζει: • Eavg = 700 lux • Uο = 0,75 • UGR = 24 Είναι κατάλληλη η λύση; Ενδεικτική Απάντηση: Όχι, η λύση δεν είναι πλήρως κατάλληλη. Παρόλο που: • ο φωτισμός είναι αρκετός, • η ομοιομορφία είναι πολύ καλή, ο δείκτης UGR είναι: 24 > 19 άρα υπάρχει αυξημένη πιθανότητα θάμβωσης. Χρειάζεται: • επιλογή φωτιστικών χαμηλότερης θάμβωσης, • αλλαγή οπτικής γωνίας, • χρήση κατάλληλου διαχύτη. 6. Σύγκριση παλιού και νέου συστήματος φωτισμού Το σχολείο διαθέτει παλιά φωτιστικά φθορισμού: 2 × 36 W ανά φωτιστικό. Υποθέτουμε: 12 παλιά φωτιστικά, ισχύς κάθε φωτιστικού: 72 W. Συνολική ισχύς: =12×72 = 864W Νέα εγκατάσταση LED: 12 φωτιστικά × ……… W P LED =12×….. = ……. W Σύγκριση Η εξοικονόμηση ισχύος είναι: (846 - ……… )/ 846 ×100 % = …….  Διερευνητική Ερώτηση 12: Γιατί η αντικατάσταση των φωτιστικών με LED αποτελεί ενεργειακή επένδυση για ένα σχολείο; Ενδεικτική Απάντηση: Τα LED: • καταναλώνουν λιγότερη ηλεκτρική ενέργεια, • έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, • απαιτούν λιγότερη συντήρηση, • βελτιώνουν την ποιότητα φωτισμού. Έτσι μειώνεται: • το κόστος λειτουργίας, • η κατανάλωση ενέργειας, • το περιβαλλοντικό αποτύπωμα του σχολείου. 7. Πρακτική δραστηριότητα μαθητών στο Relux 7.1 Στόχος δραστηριότητας Οι μαθητές καλούνται να πραγματοποιήσουν μια ολοκληρωμένη μελέτη φωτισμού μιας αίθουσας διδασκαλίας χρησιμοποιώντας το λογισμικό Relux. Κατά τη διάρκεια της δραστηριότητας θα λειτουργήσουν ως ομάδα μελέτης φωτισμού ενός πραγματικού έργου. Θα πρέπει να: • δημιουργήσουν το μοντέλο της αίθουσας, • επιλέξουν κατάλληλα φωτιστικά LED, • τοποθετήσουν τα φωτιστικά στον χώρο, • εκτελέσουν φωτοτεχνικούς υπολογισμούς, • αξιολογήσουν τα αποτελέσματα, • προτείνουν βελτιώσεις. 7.2 Φύλλο καταγραφής δεδομένων μελέτης Οι μαθητές συμπληρώνουν τα παρακάτω στοιχεία πριν ξεκινήσουν τη μελέτη. Στοιχεία χώρου • Αίθουσας διδασκαλίας Μήκος .......... m Πλάτος .......... m Ύψος .......... m Εμβαδόν .......... m² Υλικά επιφανειών • Συντελεστής ανάκλασης Οροφή .......... % Τοίχοι .......... % Δάπεδο .......... % • Φωτιστικά Κατασκευαστής .......... Τύπος φωτιστικού .......... Τεχνολογία LED Ισχύς .......... W Φωτεινή ροή .......... lm CCT .......... K Ra .......... UGR .......... 7.3 Βήματα υλοποίησης μελέτης  Βήμα 1: Δημιουργία χώρου Ο μαθητής: • δημιουργεί νέο έργο, • εισάγει τις διαστάσεις της αίθουσας, • ελέγχει την τρισδιάστατη απεικόνιση. Έλεγχος:  Οι διαστάσεις είναι σωστές  Το ύψος της αίθουσας είναι σωστό  Η γεωμετρία του χώρου ανταποκρίνεται στην πραγματικότητα  Βήμα 2: Καθορισμός υλικών Ο μαθητής εισάγει: • χρώμα οροφής, • χρώμα τοίχων, • τύπο δαπέδου. Στόχος: Η προσομοίωση να πλησιάζει όσο γίνεται την πραγματική αίθουσα.  Βήμα 3: Δημιουργία επιπέδου εργασίας Ορίζεται: Ύψος επιπέδου εργασίας: 0,75 m Οι υπολογισμοί φωτισμού θα γίνουν στο επίπεδο όπου βρίσκονται τα βιβλία και τα θρανία.  Βήμα 4: Επιλογή φωτιστικού Οι μαθητές επιλέγουν φωτιστικό LED με βάση: • φωτεινή απόδοση, • κατανάλωση, • UGR, • CCT, • Ra.  Προσοχή: Δεν επιλέγουν απλά το ισχυρότερο φωτιστικό.  Διερευνητική Ερώτηση 13: Ένας μαθητής επιλέγει το φωτιστικό με τα περισσότερα lumen θεωρώντας ότι θα έχει τον καλύτερο φωτισμό. Είναι σωστή η επιλογή του; Ενδεικτική Απάντηση: Όχι απαραίτητα. Η σωστή επιλογή εξαρτάται από: • τη γεωμετρία του χώρου, • τη φωτομετρική κατανομή, • την ομοιομορφία, • τη θάμβωση, • την ενεργειακή απόδοση. Ένα πολύ ισχυρό φωτιστικό μπορεί να δημιουργήσει προβλήματα αντί να βελτιώσει τον φωτισμό. 7.4 Πειραματισμός με διαφορετικές λύσεις Οι μαθητές δημιουργούν τουλάχιστον τρία διαφορετικά σενάρια.  Σενάριο Α: Μικρός αριθμός ισχυρών φωτιστικών Παράδειγμα: 6 φωτιστικά × 60 W Οι μαθητές εξετάζουν: • φωτεινότητα, • ομοιομορφία, • θάμβωση.  Σενάριο Β: Περισσότερα μικρότερα φωτιστικά Παράδειγμα: 12 φωτιστικά × 36 W Οι μαθητές εξετάζουν: • καλύτερη κατανομή φωτός, • μικρότερες αντιθέσεις, • μεγαλύτερη άνεση.  Σενάριο Γ: Ενεργειακά βελτιστοποιημένη λύση Παράδειγμα: 10 φωτιστικά LED υψηλής απόδοσης. Στόχος: • 500 lux, • U₀ ≥ 0,60, • UGR ≤ 19, • μικρότερη κατανάλωση. 7.5 Πίνακας σύγκρισης αποτελεσμάτων Οι μαθητές συμπληρώνουν:  Διερευνητική Ερώτηση 14: Ποιο από τα τρία σενάρια θα επιλέγατε για μια πραγματική σχολική αίθουσα; Να αιτιολογήσετε την επιλογή σας. Ενδεικτική Απάντηση: Η καλύτερη λύση δεν είναι απαραίτητα αυτή με: • τα περισσότερα lumen, • τη μεγαλύτερη ισχύ, • τα περισσότερα φωτιστικά. Επιλέγεται η λύση που επιτυγχάνει: • περίπου 500 lux, • καλή ομοιομορφία, • χαμηλή θάμβωση, • μικρή κατανάλωση ενέργειας. 8. Σύνδεση με ηλεκτρολογική εγκατάσταση Η μελέτη φωτισμού δεν αφορά μόνο τη φωτοτεχνία αλλά και την ηλεκτρολογική εγκατάσταση. Ο ηλεκτρολόγος πρέπει να εξετάσει: • την ισχύ των φωτιστικών, • τα κυκλώματα τροφοδοσίας, • τις ασφάλειες, • τους διακόπτες, • την προστασία από ηλεκτροπληξία. Σύμφωνα με τις απαιτήσεις του ΕΛΟΤ HD 384 , η εγκατάσταση πρέπει να εξασφαλίζει: • προστασία ανθρώπων, • ασφαλή λειτουργία, • σωστή επιλογή αγωγών, • κατάλληλες διατάξεις προστασίας.  Διερευνητική Ερώτηση 15: Γιατί μια σωστή μελέτη φωτισμού πρέπει να συνεργάζεται με την ηλεκτρολογική μελέτη εγκατάστασης; Ενδεικτική Απάντηση: Ο φωτισμός απαιτεί ηλεκτρική τροφοδότηση. Πρέπει να υπολογιστούν: • η συνολική ισχύς, • τα ρεύματα των κυκλωμάτων, • οι αγωγοί, • οι προστασίες. Μια καλή φωτοτεχνική λύση πρέπει να είναι ταυτόχρονα: • φωτιστικά σωστή, • ηλεκτρολογικά ασφαλής, • οικονομικά αποδοτική. 9. Τελική αξιολόγηση μαθητών Μετά την ολοκλήρωση της μελέτης στο Relux, οι μαθητές αξιολογούν τη λύση που πρότειναν και τεκμηριώνουν τις επιλογές τους. Η αξιολόγηση δεν βασίζεται μόνο στο τελικό αποτέλεσμα των υπολογισμών, αλλά και στη διαδικασία μελέτης. Ο μαθητής πρέπει να μπορεί να εξηγήσει: • γιατί επέλεξε συγκεκριμένα φωτιστικά, • γιατί τοποθέτησε τα φωτιστικά σε συγκεκριμένες θέσεις, • αν η λύση ικανοποιεί τις απαιτήσεις μιας αίθουσας διδασκαλίας, • ποια είναι τα ενεργειακά και λειτουργικά οφέλη. 9.1 Φύλλο τελικών αποτελεσμάτων Στοιχεία τελικής μελέτης • Αριθμός φωτιστικών .......... • Τύπος φωτιστικού .......... • Ισχύς κάθε φωτιστικού .......... W • Συνολική εγκατεστημένη ισχύς .......... W • Συνολική φωτεινή ροή .......... lm • Θερμοκρασία χρώματος .......... K • Δείκτης Ra .......... • Μέση ένταση φωτισμού .......... lux • Ελάχιστη ένταση φωτισμού .......... lux • Ομοιομορφία U₀ .......... • UGR .......... 9.2 Έλεγχος συμμόρφωσης με τις απαιτήσεις Ο μαθητής συμπληρώνει: Απαίτηση Τιμή μελέτης Ικανοποιείται; Eavg ≈ 500 lux  /  Uο ≥ 0,60  /  UGR ≤ 19  /  Ra ≥ 80  /  CCT ≈ 4000 K  /  10. Διερευνητικές ερωτήσεις τελικής αξιολόγησης  Ερώτηση 1: Γιατί μια μελέτη φωτισμού δεν μπορεί να βασιστεί μόνο στην ισχύ των λαμπτήρων;  ΕΕρώτηση 2: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ lumen και lux;  ΕΕρώτηση 3: Γιατί δύο αίθουσες με τα ίδια φωτιστικά μπορεί να έχουν διαφορετικά αποτελέσματα φωτισμού;  ΕΕρώτηση 4: Πώς επηρεάζει το χρώμα των τοίχων τον φωτισμό ενός χώρου;  ΕΕρώτηση 5: Γιατί το Relux χρειάζεται τα χαρακτηριστικά του χώρου πριν πραγματοποιήσει υπολογισμούς;  ΕΕρώτηση 6: Τι σημαίνει όταν ένα φωτιστικό έχει απόδοση100 lm/W;  ΕΕρώτηση 7: Γιατί ένα φωτιστικό LED με μεγαλύτερη φωτεινή ροή μπορεί να είναι χειρότερη επιλογή;  ΕΕρώτηση 8: Ποια προβλήματα μπορεί να δημιουργήσει η υπερβολική φωτεινότητα σε μια αίθουσα;  ΕΕρώτηση 9: Γιατί η ομοιομορφία φωτισμού είναι σημαντική στους χώρους εκπαίδευσης;  ΕΕρώτηση 10: Ποιος είναι ο ρόλος του δείκτη UGR;  ΕΕρώτηση 11: Γιατί οι αίθουσες διδασκαλίας προτιμούν συνήθως φωτισμό 4000 K;  ΕΕρώτηση 12: Ποια πλεονεκτήματα έχουν τα LED έναντι των λαμπτήρων φθορισμού;  ΕΕρώτηση 13: Πώς μπορεί να μειωθεί η κατανάλωση ενέργειας μιας εγκατάστασης φωτισμού;  ΕΕρώτηση 14: Γιατί πρέπει να λαμβάνεται υπόψη η θέση των θρανίων κατά τη μελέτη φωτισμού;  ΕΕρώτηση 15: Ποια χαρακτηριστικά πρέπει να εξετάσει ένας ηλεκτρολόγος πριν επιλέξει ένα φωτιστικό;  ΕΕρώτηση 16: Γιατί η χρήση πραγματικών φωτομετρικών αρχείων βελτιώνει την ακρίβεια της μελέτης;  ΕΕρώτηση 17: Ποιο πρόβλημα μπορεί να εμφανιστεί αν τα φωτιστικά τοποθετηθούν πολύ κοντά στους τοίχους;  ΕΕρώτηση 18: Γιατί η εξοικονόμηση ενέργειας δεν πρέπει να μειώνει την ποιότητα φωτισμού;  ΕΕρώτηση 19: Ποια σχέση υπάρχει μεταξύ φωτοτεχνικής και ηλεκτρολογικής μελέτης;  ΕΕρώτηση 20: Ποια χαρακτηριστικά θα έπρεπε να έχει ένας σύγχρονος «έξυπνος» φωτισμός σχολείου; 11. Συμπεράσματα άσκησης Με την ολοκλήρωση της εργαστηριακής άσκησης οι μαθητές κατανόησαν ότι ο σχεδιασμός ενός συστήματος φωτισμού δεν αποτελεί απλή επιλογή λαμπτήρων. Μια σύγχρονη μελέτη φωτισμού απαιτεί: • γνώση ηλεκτρολογικών εγκαταστάσεων, • κατανόηση φωτομετρικών μεγεθών, • χρήση εξειδικευμένου λογισμικού, • αξιολόγηση ενεργειακής απόδοσης, • τήρηση τεχνικών προτύπων. Το Relux αποτελεί ένα εργαλείο που επιτρέπει στον ηλεκτρολόγο να προβλέψει τη συμπεριφορά μιας εγκατάστασης πριν αυτή κατασκευαστεί. Έτσι μειώνονται: • τα λάθη εγκατάστασης, • το κόστος αλλαγών, • η ενεργειακή κατανάλωση. Παράλληλα εξασφαλίζεται ένας χώρος: • ασφαλής, • λειτουργικός, • άνετος για τους χρήστες. 12. Σύνδεση με την επαγγελματική πραγματικότητα Ο ηλεκτρολόγος εγκαταστάτης στη σύγχρονη αγορά εργασίας δεν περιορίζεται πλέον μόνο στην καλωδίωση και την τοποθέτηση υλικών. Αναλαμβάνει συχνά: • ενεργειακές αναβαθμίσεις κτιρίων, • αντικατάσταση παλαιών συστημάτων φωτισμού, • επιλογή ενεργειακά αποδοτικών λύσεων, • συνεργασία με μηχανικούς μελετητές. Η ικανότητα χρήσης εργαλείων όπως το Relux αποτελεί σημαντικό επαγγελματικό προσόν, καθώς επιτρέπει στον τεχνικό να: • τεκμηριώνει τις επιλογές του, • προτείνει οικονομικές λύσεις, • ανταποκρίνεται στις απαιτήσεις σύγχρονων έργων. 13. Εργασία επέκτασης (Project) «Αναβάθμιση φωτισμού του σχολικού εργαστηρίου» Οι μαθητές καλούνται να πραγματοποιήσουν νέα μελέτη φωτισμού για το εργαστήριο ηλεκτρολογικών εγκαταστάσεων του σχολείου. Να εξετάσουν: • Πόσα φωτιστικά απαιτούνται; • Ποια ισχύ LED είναι κατάλληλη; • Ποια είναι η κατανάλωση πριν και μετά την αναβάθμιση; • Ποια εξοικονόμηση ενέργειας επιτυγχάνεται; • Πώς μπορεί να εφαρμοστεί αυτοματισμός φωτισμού με: αισθητήρες παρουσίας, αισθητήρες φωτεινότητας, σύστημα DALI; DALI έλεγχος φωτισμού Τι σημαίνει DALI έλεγχος φωτισμού Το DALI (Digital Addressable Lighting Interface) είναι ένα ψηφιακό σύστημα ελέγχου φωτισμού που επιτρέπει την επικοινωνία και τον έξυπνο έλεγχο φωτιστικών μέσω ενός ειδικού δικτύου καλωδίωσης. Με απλά λόγια: Με το DALI ο ηλεκτρολόγος δεν ανάβει ή σβήνει απλώς τα φωτιστικά, αλλά μπορεί να τα ρυθμίζει, να τα προγραμματίζει και να τα ελέγχει ξεχωριστά. Πώς λειτουργεί ένα σύστημα DALI Σε ένα συμβατικό κύκλωμα φωτισμού: Διακόπτης --> Φωτιστικά --> ON/OFF Όλα τα φωτιστικά λειτουργούν μαζί. Σε ένα σύστημα DALI: Κάθε φωτιστικό έχει μια διεύθυνση (address) και μπορεί να ελεγχθεί ανεξάρτητα. Τι μπορεί να κάνει το DALI • Ρύθμιση έντασης φωτισμού (dimming) Παράδειγμα: Το πρωί υπάρχει αρκετό φυσικό φως: τα φωτιστικά λειτουργούν στο 40%. Το απόγευμα: ανεβαίνουν στο 90%. • Δημιουργία ζωνών φωτισμού Σε μια σχολική αίθουσα μπορούμε να έχουμε: Ζώνη κοντά στα παράθυρα Ζώνη στο κέντρο Ζώνη κοντά στον πίνακα Κάθε ζώνη λειτουργεί διαφορετικά. • Αισθητήρες κίνησης Όταν δεν υπάρχει κανείς στην αίθουσα, μειώνεται ή σβήνει ο φωτισμός. Όταν μπαίνουν μαθητές, ενεργοποιείται ο φωτισμός. • Έλεγχο με αισθητήρες φωτεινότητας Ο αισθητήρας μετρά το φυσικό φως. Παράδειγμα: Ηλιακό φως: 400 lux Απαιτούμενος φωτισμός: 500 lux Το σύστημα δίνει μόνο: 100 lux από τα LED Άρα εξοικονομεί ενέργεια. Παράδειγμα σε σχολική αίθουσα Χωρίς DALI: 12 φωτιστικά LED × 36 W Όλα ON για 8 ώρες. Κατανάλωση: 12 × 36 W = 432 W Με DALI: Πρωί: 30% ισχύς Μεσημέρι: 50% Απόγευμα: 90% Η εξοικονόμηση μπορεί να είναι σημαντική, επειδή ο φωτισμός προσαρμόζεται στις πραγματικές ανάγκες. Σχέση DALI με ηλεκτρική ασφάλεια Το DALI δεν αφορά την προστασία από ηλεκτροπληξία (αυτό καλύπτεται από τον ΕΛΟΤ HD 384), αλλά αφορά: ενεργειακή αποδοτικότητα, • αυτοματισμούς κτιρίων, • ποιότητα φωτισμού, • εξοικονόμηση ενέργειας. • Χρησιμοποιείται πολύ σε: • σχολεία, • γραφεία, • νοσοκομεία, • βιομηχανίες, • μεγάλα κτίρια. Σύνδεση με την άσκηση Relux Στο Relux οι μαθητές μπορούν να συγκρίνουν: Λύση Α: Συμβατικός φωτισμός 12 φωτιστικά --> ON/OFF Λύση Β: DALI φωτισμός 12 φωτιστικά --> αισθητήρας φωτός + ρύθμιση έντασης και να απαντήσουν: «Γιατί ένας ηλεκτρολόγος μελετητής σήμερα δεν πρέπει να εξετάζει μόνο αν μια αίθουσα έχει 500 lux, αλλά και πόση ενέργεια καταναλώνει για να τα πετύχει;» Αυτό συνδέει τη μελέτη Relux με τις σύγχρονες απαιτήσεις ενεργειακής απόδοσης κτιρίων και έξυπνων εγκαταστάσεων.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ

Σκοποί της άσκησης Με την ολοκλήρωση της εργαστηριακής άσκησης οι μαθητές αναμένεται να έχουν αναπτύξει γνώσεις, δεξιότητες και στάσεις που σχετίζονται με τη μελέτη, τον σχεδιασμό και την αξιολόγηση σύγχρονων ηλεκτρολογικών εγκαταστάσεων φωτισμού. Α. Στόχοι σε επίπεδο γνώσεων Οι μαθητές θα μπορούν να:  περιγράφουν τις βασικές έννοιες της φωτοτεχνίας, όπως: φωτεινή ροή (lumen), ένταση φωτισμού (lux), φωτεινή ένταση (candela), θερμοκρασία χρώματος (Kelvin), δείκτη χρωματικής απόδοσης (CRI), ομοιομορφία φωτισμού (Uo).  εξηγούν τη σημασία του σωστού φωτισμού σε χώρους εκπαίδευσης.  αναγνωρίζουν τις βασικές παραμέτρους που επηρεάζουν τη μελέτη φωτισμού ενός χώρου: διαστάσεις αίθουσας, ύψος τοποθέτησης φωτιστικών, συντελεστές ανάκλασης επιφανειών, τύπος και χαρακτηριστικά φωτιστικών σωμάτων.  γνωρίζουν τα χαρακτηριστικά των σύγχρονων φωτιστικών LED και τα πλεονεκτήματά τους έναντι παλαιότερων τεχνολογιών φωτισμού.  κατανοούν τη διαδικασία εκπόνησης μιας μελέτης φωτισμού με τη χρήση εξειδικευμένου λογισμικού. εξηγούν τη λειτουργία και τα πλεονεκτήματα των συστημάτων έξυπνου φωτισμού, όπως το DALI.  κατανοούν τη σχέση μεταξύ: ποιότητας φωτισμού, οπτικής άνεσης, ενεργειακής κατανάλωσης, προστασίας του περιβάλλοντος.  γνωρίζουν ότι οι ηλεκτρολογικές εγκαταστάσεις φωτισμού σχεδιάζονται σύμφωνα με τεχνικές απαιτήσεις, κανονισμούς και πρότυπα, όπως ο ΕΛΟΤ HD 384. Β. Στόχοι σε επίπεδο δεξιοτήτων Οι μαθητές θα μπορούν να:  δημιουργούν ένα νέο έργο φωτισμού στο λογισμικό Relux.  εισάγουν τα πραγματικά γεωμετρικά χαρακτηριστικά ενός χώρου: μήκος, πλάτος, ύψος, θέσεις εργασίας, επιφάνειες χώρου.  επιλέγουν κατάλληλα φωτιστικά σώματα από βιβλιοθήκες κατασκευαστών.  τοποθετούν φωτιστικά σε κατάλληλες θέσεις σύμφωνα με τις ανάγκες του χώρου.  πραγματοποιούν υπολογισμό φωτισμού και να αξιολογούν τα αποτελέσματα της προσομοίωσης. ελέγχουν αν η μελέτη ικανοποιεί τις απαιτήσεις φωτισμού μιας αίθουσας διδασκαλίας.  συγκρίνουν διαφορετικές λύσεις φωτισμού ως προς: επίπεδα φωτισμού, κατανάλωση ενέργειας, αριθμό φωτιστικών, ποιότητα φωτισμού.  υπολογίζουν την εγκατεστημένη ισχύ ενός συστήματος φωτισμού.  προτείνουν βελτιώσεις σε μια εγκατάσταση φωτισμού με στόχο: καλύτερη ποιότητα φωτισμού, μικρότερη ενεργειακή κατανάλωση, μεγαλύτερη λειτουργικότητα.  δημιουργούν και αξιολογούν διαφορετικά σενάρια λειτουργίας: συμβατικός φωτισμός ON/OFF, φωτισμός με αισθητήρες, φωτισμός με σύστημα DALI.  παρουσιάζουν τα αποτελέσματα μιας τεχνικής μελέτης με τρόπο κατανοητό και επαγγελματικό. Γ. Στόχοι σε επίπεδο στάσεων Οι μαθητές θα αναπτύξουν:  θετική στάση απέναντι στη χρήση σύγχρονων ψηφιακών εργαλείων και λογισμικών στον επαγγελματικό χώρο του ηλεκτρολόγου.  επαγγελματική νοοτροπία, αντιμετωπίζοντας μια μελέτη φωτισμού όπως ένας πραγματικός ηλεκτρολόγος μελετητής.  υπευθυνότητα απέναντι στην ασφάλεια, την ποιότητα και τη σωστή λειτουργία των ηλεκτρολογικών εγκαταστάσεων.  οικολογική συνείδηση και ευαισθησία σε θέματα εξοικονόμησης ενέργειας και βιώσιμων κτιρίων.  κριτική σκέψη ώστε να μην επιλέγουν μια λύση μόνο με βάση το κόστος, αλλά να αξιολογούν συνολικά: απόδοση, κατανάλωση, άνεση χρηστών, διάρκεια ζωής εξοπλισμού.  συνεργατική στάση μέσα από την ανταλλαγή απόψεων και την επίλυση τεχνικών προβλημάτων.  διάθεση συνεχούς μάθησης και προσαρμογής στις νέες τεχνολογίες φωτισμού και αυτοματισμών κτιρίων.

ΕΛΟΤ HD 384 Ο ΕΛΟΤ HD 384 είναι το ελληνικό πρότυπο που καθορίζει τις απαιτήσεις για τον σχεδιασμό, την κατασκευή, την επαλήθευση και την ασφαλή λειτουργία των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων χαμηλής τάσης. Εφαρμόζεται σε ηλεκτρικές εγκαταστάσεις κτιρίων, όπως: κατοικίες, σχολεία, επαγγελματικοί χώροι, βιομηχανικές εγκαταστάσεις, δημόσια κτίρια.

ΕΛΟΤ EN 12464-1 Το ΕΛΟΤ EN 12464-1 είναι το πρότυπο που καθορίζει τις απαιτήσεις φωτισμού για εσωτερικούς χώρους εργασίας, με στόχο την εξασφάλιση κατάλληλων συνθηκών οπτικής άνεσης και αποτελεσματικής εκτέλεσης των εργασιών. Αποτελεί βασικό σημείο αναφοράς για τη μελέτη τεχνητού φωτισμού σε χώρους όπως: σχολεία, γραφεία, αίθουσες διδασκαλίας, εργαστήρια, νοσοκομεία, βιομηχανικούς χώρους, δημόσια κτίρια.