journal-opt - abstr9-21

https://doi.org/10.15407/iopt.2025.60.009

Optoelektron. napìvprovìd. teh. 60, 9-21 (2025)

V. M. Sorokin, D. V. Pekur, V. I. Nazarenko, S. V. Shpak, Yu. O. Basova, H. M. Kozhushko, D. V. Kyslytsia

INTEGRATED ROOM LIGHTING: A PATH TO REDUCING ENERGY CONSUMPTION IN LED LIGHTING SYSTEMS

In addition to ensuring visual functions, light exerts a biological effect on humans, known as non-image-forming (NIF) response to light. Such NIF responses to light stimuli support the normal physiological state of humans during daytime. The new international standard ISO/CIE 8995-1:2025 "Light and lighting - Lighting of workplaces" specifies requirements for workplace lighting in rooms, including recommendations for circadian stimulation at appropriate times of day. It notes that achieving the recommended values for circadian effectiveness requires higher illumination levels than those established by existing standards for visual functions, negatively impacting lighting energy efficiency. This study aims to analyze ways of reducing energy consumption of lighting systems and experimentally investigate methods for ensuring the required level of integrated lighting without exceeding energy consumption limits specified in DBN V.2.5-28:2018 "Natural and Artificial Lighting". The work provides a description of the test room used for experiments, outlines research methods, and analyzes various approaches for reducing energy consumption, including optimization of LED luminaires characteristics, effective use of daylight, and enhancing reflectivity of interior surfaces. It is demonstrated that using daylight, employing LED luminaires with luminous efficacy no lower than 100 lm/W and correlated color temperature (CCT) of 6000-6500 K, along with ceiling and wall surfaces having a reflectance coefficient of 0.8, can ensure melanopic illumination levels compliant with ISO/CIE 8995-1:2025 requirements, without exceeding specific installed power norms (W/m²) as stipulated by the DBN V.2.5-28:2018 guidelines. Conclusions and recommendations are formulated based on the obtained results.

Keywords: LED light sources, integrated lighting, installed lighting power density (W/m²), melanopic equivalent daylight illuminance (mel EDI), vertical illuminance (Eᵥ), daylight, surface reflectance coefficient.

PDF

References

1. ISO СІЕ TR 21783:2022. Light and lighting - Integrative lighting - Non-visual effects. https://www.iso.org/ru/standard/71623.html.

2. CIE S 017/E:2020 ILV: International Lighting Vocabulary, 2nd Edition. DOI 10.25039/S017.2020.

3. Charles Jarboe, J Snyder, Mariana Figueiro. The effectiveness of light-emitting diode lighting for providing circadian stimulus in office spaces while minimizing energy use. Lighting Research and Technology. April 2019.52, №2:147715351983460. DOI:10.1177/1477153519834604.

https://doi.org/10.1177/1477153519834604

4. DSTU EN 12464-1:2016. Svitlo ta osvitlennia. Osvitlennia robochykh mists. Chastyna 1. Vnutrishni robochi mistsia (EN 12464-1:2011, IDT).

5. ISO СІЕ 8995-1:2025. Light and lighting - Lighting of work places. Part 1: Indoor. https://www.iso.org/ru/standard/76342.html.

6. CIE S 026/E: 2018 CIE System for Metrology of Optical Radiation for ipRGC-Influenced Responses to Lighthttps://cie.co.at/publications/cie-system-metrology-optical-radiation-iprgc-influenced-responses-light-0.

7. Kevin W. Houser, Tony Esposito. Human-Centric Lighting: Foundational Considerations and a Five-Step Design Process. Front Neurol. Jan. 2021. 27:12:630553. doi: 10.3389/fneur.2021.630553.

https://doi.org/10.3389/fneur.2021.630553

8. Baraa J. Alkhatatbeh, Somayeh Asadi. Role of Architectural Design in Creating Circadian-Effective Interior Settings. Energies. 2021. 14, №20. 6731. https://doi.org/10.3390/en14206731

https://doi.org/10.3390/en14206731

9. DSTU EN 15193-1:2017. Enerhoefektyvnist budivel. Enerhetychni vymohy do osvitlennia. Chastyna 1. Tekhnichni kharakterystyky, Modul M9 (EN 15193-1:2017, IDT).

10. DBN V.2.5-28:2018. Pryrodne i shtuchne osvitlennia: Derzhavni budivelni normy Ukrainy. Kyiv: Minrehion Ukrainy. 2018. 90 s.

11. Maurizio Rossi. Circadian Lighting Design in the LED Era. January 2019. 277. ISBN: 978-3-030-11086-4. DOI:10.1007/978-3-030-11087-1.

https://doi.org/10.1007/978-3-030-11087-1

12. ISO 15469:2004 (Е)/СІЕ S 011/Е2023. Spatial distribution of daylight - CIE standard general sky. https://www.iso.org/ru/standard/38608.html.

13. Tobias Kristiansen, Thomas K. Thiis, Ingunn Burud, Arnkell Jonas Petersen. Spectral Dynamics and Spatial Variations in Indoor Daylight Quality: A Case Study. Lecture Notes in Civil Engineering. 2024. Р.298-303. DOI:10.1007/978-981-97-8317-5_44.

https://doi.org/10.1007/978-981-97-8317-5_44

14. Tobias Kristiansen, Thomas Thiis, Ingunn Burud, Arnkell Jonas Petersen. Measurements of spectral daylight variation in spaces: A case study. E3S Web of Conferences.August 2024. 562. DOI:10.1051/e3sconf/202456201002.

https://doi.org/10.1051/e3sconf/202456201002

15. A. Sepúlveda, S.S.S. Salehi, F. De Luca, M. Thalfeldt. Solar radiation-based method for early design stages to balance daylight and thermal comfort in office buildings. Front. Architect. Research. 2023.№12. Р.1030-1046.

https://doi.org/10.1016/j.foar.2023.07.001

16. D. D'Agostino, F. Minelli, F. Minichiello. New genetic algorithm-based workflow for multi-objective optimization of Net Zero Energy Buildings integrating robustness assessment. Energy Build. 2023.284. Article 112841.

https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2023.112841

17. Y. Zeng, H. Sun, B. Lin. Optimized lighting energy consumption for non-visual effects: a case study in office spaces based on field test and simulation. Build. Environ. 2021. 205. Article 108238.

https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2021.108238

18. Q. Yao, W. Cai, M. Li, Z. Hu, P. Xue, Q. Dai. Efficient circadian daylighting: a proposed equation, experimental validation, and the consequent importance of room surface reflectance. Energy Build. 2020. 210.

https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2020.109784

19. Laura Bellia, Urszula Błaszczak, Francesca Diglio, Francesca Fragliasso. Light-environment interactions and integrative lighting design: Connecting visual, non-visual and energy requirements in a case study experimen. Building and Environment. April 2024. 253, №1. 111323/ https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2024.111323.

https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2024.111323

20. Q. Dai, Y. Huang, L. Hao, Y. Lin, K. Chen. Spatial and spectral illumination design for energy-efficient circadian lighting. Build. Environment. 2018.146.Р. 216-225.

https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2018.10.004

21. P. Hartman, L. Maňková, P. Hanuliak, M. Krajčík. The influence of internal coloured surfaces on the circadian efficiency of indoor daylight. Applied Mechanics and Materials, Trans Tech Publ. 2017.Р.493-500.

https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.861.493

22. J. Hraška, P. Hartman. Daylighting: prediction of circadian effects of different spectral filters. Advanced Materials Research, Trans Tech Publ. 2014. Р.386-389.

https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.1041.386

23. Yeh, L., et al. Autonomous light control by wireless sensor and actuator networks. IEEE Sensors Journal. 2010.10, №6. Р.1029-1041. https://doi.org/10.1109/jsen.2010.2042442.

https://doi.org/10.1109/JSEN.2010.2042442

24. Kyslytsia D.V., Basova YU.O., Kyslytsia S.H., Kozhushko H.M., Zakharchenko R.V. Systemy avtomatychnoho keruvannia osvitlenniam - efektyvnyi shliakh ekonomii elektroenerhii ta pidvyshchennia yakosti osvitlennia. Systemy upravlinnia, navihatsii ta zv'iazku. Zbirnyk naukovykh prats. 2024. 4, №78.

https://doi.org/10.26906/SUNZ.2024.4.031

25. Lucas RJ, et al. Measuring and using light in the melanopsin age.Trends in Neurosciences. January 2014. 37, Issue 1. Р.1-9. https://doi.org/10.1016/j.tins.2013.10.004.

https://doi.org/10.1016/j.tins.2013.10.004

26. Kozhushko H.M., Sakhno T.V., Nazarenko V.I. Non-visual effects of light and their significance in led lighting systems designing: a critical review of the integrated lighting problem. Ukrainian Journal of Occupational Health. 2024.20, №3. Р.214-227. DOI:10.33573/ujoh2024.03.214.

https://doi.org/10.33573/ujoh2024.03.214

В. М. Сорокін, Д. В. Пекур, В. І. Назаренко, С. В. Шпак, Ю. О. Басова , Г. М. Кожушко, Д. В. Кислиця

ІНТЕГРОВАНЕ ОСВІТЛЕННЯ ПРИМІЩЕНЬ: ШЛЯХ ЗНИЖЕННЯ СПОЖИВАННЯ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ СВІТЛОДІОДНИМИ ОСВІТЛЮВАЛЬНИМИ СИСТЕМАМИ

Світло, крім забезпечення зорової функції, здійснює на людину біологічний вплив, який називають реакцією на світло, що не формує зображення зорового образу. Реакції на світлові стимули, що не формують зображення, забезпечують нормальний денний фізіологічний стан людини. В новому міжнародному стандарті ISO/CIE 8995-1:2025 «Light and lighting - Lighting of workplaces» встановлено вимоги до освітлення робочих місць у приміщеннях з рекомендаціями стосовно циркадної стимуляції організму людини в потрібний час доби. Відзначається, що для досягнення рекомендованих значень циркадної ефективності потрібні вищі рівні освітленості, ніж встановлені для зорових функцій стандартами на освітлення робочих місць, що негативно впливає на енергоефективність освітлення.

Метою даної роботи є аналіз шляхів зниження споживання електроенергії систем освітлення та експериментальні дослідження можливостей забезпечення необхідного рівня інтегрованого освітлення при енерговитратах, що не перевищують встановлені в ДБН В.2.5-28:2018 «Природне і штучне освітлення».

В роботі дана характеристика тестової кімнати, в якій проводились дослідження, методів дослідження, проведено аналіз шляхів зниження енергоспоживання систем освітлення за рахунок характеристик світлодіодних світильників, ефективного використання денного світла, підвищення відбиття світла внутрішніми поверхнями приміщень та ін.

Показано, що за рахунок використання денного світла, використання світлодіодних світильників зі світловою віддачею не нижче 100 лм/Вт і ССТ = 6000-6500 К та відбивання світла стелею та стінами з коефіцієнтом відбивання 0,8 можна забезпечувати рівень меланопічної освітленості відповідно до вимог стандарту ISO/CIE 8995-1:2025, не перевищуючи норми питомої потужності (Вт/м2) згідно з чинними рекомендаціями ДБН В.2.5-28:2018.

На основі отриманих результатів зроблено висновки та рекомендації.

Ключові слова: світлодіодні джерела світла, інтегроване освітлення, встановлена питома потужність на освітлення (Вт/м2), меланопічний еквівалент денного світла mel EDI, вертикальна освітленість EV, денне світло, коефіцієнт відбиття світла поверхнею.

Back / Повернутися