LED-tänavavalgustuse õigete valgusvoo säilivustegurite valimisel on valgusvoo vähenemise õige arvestamine määrava tähtsusega, et valgustuslahendus vastaks nõuetele ka kasutusea lõpus. Kuid kas valgustusspetsialistid esitavad oma tarnijatele õigeid küsimusi?
On üldteada, et aja jooksul LED-i valgusvoog väheneb; seda nimetatakse valgusvoo vähenemiseks. Et valgustuslahendus vastaks nõuetele ka kasutusea lõpus, peame seega arvestama valgusvoo vähenemisega kogu valgusti eluea jooksul.
Selle tulemusel on meil kasutusea alguses kas rohkem valgust kui vaja või kasutame püsiva valgusvoo (CLO) meetodit, mis hoiab valgustatuse kogu perioodi vältel ühtlasena: valgusti alustab hämardatud olekus ja selle võimsust suurendatakse kasutusea jooksul järk-järgult maksimumini.
Seni on kõik loomulikult hästi. Valgusvoo vähenemisega toimetulekuks on kaks selget võimalust ja kõik suuremad valgustitootjad pakuvad mõlemat.
Õige CLO-profiili valimine
Üks asjaolu, mis võib aga kergesti tähelepanuta jääda, on CLO-algoritmi sobitamine projekteeritava valgustuse kasutuseaga.
Kui valgustuse projektne eluiga on näiteks 100 000 tundi ja me teame, et selle aja möödudes on valgusti LED-ide valgusvoog 80% algväärtusest, peaksime valgustite paigaldamisel alustama 80% valgusvooga ja suurendama võimsust nii, et see jõuab 100%-ni 100 000 tunni möödudes.
Samamoodi, kui valgustuse kasutusiga on 60 000 tundi ja samal tootel on selle aja järel alles 88% valgusvoost, peaks CLO-algoritm alustama 88% valgusvooga ja tõusma 60 000 tunni jooksul 100%-ni.
Seega võib tüüpilise LED-valgusti puhul, mille L80 on 100 000 tundi, CLO säästa 10% kogu eluea energiakuludest.
Valgustitootjad seadistavad sageli vaikimisi CLO-algoritmi, mis eeldab, et valgustuse kasutusiga on võrdne toote elueaga. Seda on oluline teada, et CLO-profiili saaks paigaldusega õigesti sobitada.
Ärge unustage ka seda, et kui CLO-programm on LED-draiveris ja draiver tuleb välja vahetada, lähtestub CLO-algoritm ning alustab uuesti „kasutusea algusest“, kui uut draiverit ei programmeerita iga valgusti jaoks eraldi! Tulemuseks on alavalgustatud ja seega nõuetele mittevastav lahendus.
LED-ide eluea ja LED-tänavavalgustuse hooldetegurite mõistmine
Kuidas me siis teame, milline on LED-i valgusvoog valgustuse kasutusea lõpus?
Valgusvoo prognoosimiseks on mitu mudelit, mille abil saab ennustada valgusvoogu pärast teatud tööaega. Need meetodid lähtuvad mõõteandmetest ja prognoosivad matemaatiliste mudelitega katseperioodil täheldatud toimivuse põhjal, kuidas LED-id tulevikus käituvad.
TM-21[1] on üks selline arvutus ja seda kasutatakse valgustustööstuses laialdaselt. Arvutus põhineb LED-ide LM-80[2] tulemuste kohaselt kogutud andmetel.
LM-80 = katsetamine
LM-80 on katsestandard, mis määrab, kuidas LED-komponenti, -maatriksit või -moodulit tuleb katsetada ja kuidas tulemusi koguda.
Meetodi kohaselt paigaldatakse LED-ide valim hoolikalt kontrollitud keskkonnatingimuste ja elektriliste parameetritega katsekambrisse ning seadmete valgusvoogu ja kromaatsust mõõdetakse perioodiliselt.
Katse peab kestma vähemalt 6 000 tundi ja tavaliselt jätkatakse seda palju kauem, et prognooside täpsus ja usaldusväärsus paraneks. Katsetamine toimub LED-i korpuse temperatuuril 55 kraadi, 85 kraadi ja kolmandal, tootja valitud temperatuuril. Andmeid tuleb koguda vähemalt iga 1 000 tunni järel 25 kraadi juures.
LM-80 on üks usaldusväärne teabeallikas, mis võimaldab klientidel hinnata ja võrrelda eri tootjate LED-tänavavalgustite valgusvoo säilivustegureid. Samas ei ole see LED-süsteemi toimivuse ega töökindluse täielik mõõdupuu.
Tasub tähele panna, et kui draiveri eluiga on lühem kui mooduli oma, võib draiver vajada vahetamist enne valgusti elutsükli lõppu. See tähendab, et valgusti kogueluiga ei saa väljendada ühe arvuga. Mooduli ja draiveri näitajad tuleb esitada eraldi, mitte kokku liita.
TM-21 = prognoosid
TM-21 töötati välja selleks, et neid lühiajalisi LED-komponentide katseandmeid ekstrapoleerida, prognoosida tulevast eluiga ja anda tehnoloogia kohta kindlustunne.
Valgusvoo vähenemise prognoosimiseks nõuab TM-21 lihtsalt, et katsetatud LED-ide keskmine valgusvoog (protsendina algsest valgusvoost) registreeritaks katse ajal mitmes võrdsete vahedega punktis.
Seejärel saab prognoosimeetodiga ennustada valgusvoo vähenemist teatud aja möödudes või tööaega tundides, mis kulub, kuni valgusvoog langeb kindlaksmääratud tasemeni.
Ülaltoodud tabel (joonis 1) näitab näitena, kuidas LM-80 tulemused registreeritakse ja milliseid tulemusi kasutatakse TM-21 arvutuses.
Selle tulemus on valgusvoo säilivuse nimieluiga Lx, st tööaeg, mille jooksul LED-valgusallikas säilitab protsendi x oma algsest valgusvoost. Näiteks: L70 (tundides) = aeg, kuni valgusvoo säilivus on 70%.
Kuna TM-21 arvutus põhineb igas mõõtepunktis mõõdetud keskmisel valgusvoo säilivusel, on tulemus definitsiooni järgi valimi keskmine valgusvoo säilivus pärast nimieluea möödumist. Teisisõnu on esitatud tundide möödudes valimi valgusvoo säilivuste aritmeetiline keskmine võrdne väärtusega Lx. Kuna valgusvoo säilivus järgib ligikaudu normaaljaotust, võime ka öelda, et LED-ide valimis on eeldatavasti pooltel valgusvoo säilivus prognoositust suurem ja pooltel väiksem (vt allpool joonis 3).
Sellest näeme, et tänavavalgustuse hangetes tavaliselt nõutav meetod TM-21 suudab prognoosida ainult keskmisi valgusvoo säilivuse näitajaid (normaaljaotuse puhul keskmine = mediaan = mood) ja tähistuses LxBy vastaks see väärtusele LxB50.
Millist mõju avaldab B-näitaja?
Valgustatuse tase ja energiakasutus
Mõnes tänavavalgustuse hankes nõutakse „B“-väärtuste prognoose, mis ei esinda keskmist valgusvoo säilivust. Näiteks LxB10 ehk töötundide arv, mille jooksul mitte üle 10% LED-idest annab vähem kui x% algsest valgusvoost.
Joonis 2 näitab, et LED-ide puhul, mille valgusvoo vähenemine järgib normaaljaotust, on B10 selline valgusvoo säilivuse väärtus, mille puhul 10% jääb alla Lx sihttaseme ja 90% ületab selle piiri.
Iga LED-i puhul on väiksema By väärtuseni kuluv tundide arv alati väiksem kui B50-ni kuluv. Erinevus sõltub katsenäidiste vahel mõõdetud valgusvoo säilivuse hajuvusest. Seega on B10 väärtus konservatiivsem kui B50. Praktikas tähendab see, et LED-moodulite komplekt jõuab B10-ni oma eluea varasemas etapis kui B50-ni.
Näiteks LED-i puhul, mille L80B50 on 100 000 tundi, võiks L80B10 väärtus olla umbes 70 000 tundi. Sel hetkel saame öelda, et 10% LED-idest annab vähem kui 80% valgusvoost. Kuid nagu jooniselt 3 näha, on selle näite keskmine valgusvoog 70 000 tunni järel tegelikult 87,5%.
Kui LED-tänavavalgustust projekteeritakse 70 000-tunnise kasutuseaga, on projekteerija küsimus seega, kas kasutada L80B10 = 70 000 tundi ja võtta hooldeteguriks 0,8 või kasutada L87.5B50 = 70 000 tundi ja võtta hooldeteguriks 0,875. Ilmselgelt kulub viimasel juhul vähem energiat.
Võib väita, et hooldeteguri valimisel on keskmine valgusvoo säilivus sobivam näitaja, sest soovime, et valgustus ei oleks ala- ega ülevalgustatud. Ülaltoodud näite puhul on L80B10 kasutamisel valgustatus keskmiselt 7,5% võrra liiga suur, L87.5B50 puhul aga mitte (mõlemad 70 000 tundi).
Ärge unustage, et LED-valgustis on tavaliselt mitu LED-i. LED-kiipide valgusvoog väheneb eri kiirusega, seega on valgusti valgusvoo vähenemine juba iseenesest valgusti üksikute LED-kiipide valgusvoo vähenemise keskmine.
Valgustite võrdlemise täpsus
Lisaks ülevalgustamise riskile on „B“-näitajate kasutamisel teine probleem nende arvutusviis. TM-21 on kindlaks määratud arvutusmeetod keskmise valgusvoo säilivuse jaoks ja nõuab, et LED-e katsetataks standardi LM-80 kohaselt. TM-21 ei anna aga juhiseid „B“-näitajate arvutamiseks.
Seega arvutatakse kõik esitatud näitajad tootja valitud meetodiga. See on probleem, sest ühtse lähenemisviisi puudumise tõttu ei saa tulemusi võrrelda samadel alustel, mis parimal juhul hägustab valgustite vahel valiku tegemist.
Briti standardite tõlgendamine
Standardi BS 5489-1 lisa C kirjeldab, kuidas arvutada valgustusprojektides kasutatavaid LED-tänavavalgustuse hooldetegureid.
See dokument käsitleb valgusvoo säilivust ainult Lx väärtusena ega paku meetodit By väärtuste arvutusse lisamiseks. Seega võib B50-st erineva väärtuse kasutamist pidada eksitavaks.
BY näitajate mõistmine: valgusvoo vähenemise hajuvus
Üks oluline tegur, millele „B“-väärtus püüab siiski valgust heita, on valgusvoo säilivuse hajuvus LED-näidiste vahel katsetamise ajal.
Näiteks kui meil on 10 LED-i valim ja käitame neid 100 000 tundi, oleks soovitavam, et mõõdetud valgusvoo säilivuse tulemused sarnaneksid allpool joonisel 3 toodud „Näitega 1“, mitte „Näitega 2“.
Joonis 3. Valgusvoo säilivuse hajuvus näidiste vahel
Põhjus on selles, et kuigi keskmine valgusvoo vähenemine on sama (ja seega on ka L80B50 näitajad identsed), on näite 1 valgusvoo säilivus ühtlasem. See tähendab, et kõigi LED-ide valgusvoog väheneb palju ühtlasemalt ja valgusvoog püsib aja jooksul stabiilsemana.
Kui saaksime olla kindlad, et mõlema näitevalimi B10 näitajad on arvutatud samal meetodil, tooks L80B10 nõue näitevalimi 1 kvaliteedi esile. Tegelikkuses aga, nagu teame, ei ole selle näitaja arvutamine standarditud, nii et võrdlemisest ei ole alati kasu.
Teine võimalus hajuvuse kohta teavet saada on kontrollida toote LM-80 katsearuande tulemuste dispersiooni või standardhälvet. Kuna LM-80 on valdkonna standardne katsemenetlus, tagab see samaväärsete valgustite õiglase ja usaldusväärse võrdluse.
Selle võib lisada ka hankedokumentidesse, määrates lihtsalt suurima lubatud standardhälbe (tulemuste keskmisest hajuvuse mõõdu) igas LM-80 katse valgusvoo säilivuse mõõtepunktis.
Kokkuvõte
Alternatiivsete „B“-näitajate kasutamine standardsete TM-21 prognooside asemel võib:
- põhjustada ülevalgustatust ja seega suuremaid olelusringi kulusid
- hägustada eri valgustite vahel valiku tegemist, sest puudub standard, mis tagaks, et tootjad kasutavad sama arvutust. TM-21 on seevastu kõigil tootjatel sama
B50 kasutamine on kõige täpsem ja sobivam viis olla kooskõlas LED-tänavavalgustuse hooldetegurite põhimõtetega ning samal ajal maksimeerida valgustuse eluiga ja tõhusust.
Kuid loomulikult pole asi kunagi päris nii lihtne!
Kuigi TM-21 kasutamisel ja „B“-väidete eiramisel on selged eelised, on TM-21 probleem selles, et LED-i, mille valgusvoo säilivus LED-näidiste vahel suuresti erineb, käsitletakse samamoodi kui LED-i, mille valgusvoo säilivus on LED-näidiste vahel väga ühtlane.
Seetõttu on soovitav nõuda LED-valgusallikat, mille valgusvoo säilivuse hajuvus on võimalikult väike. Seda saab teha ühtsel ja võrreldaval viisil, määrates LM-80 katsetulemustes vähima täheldatud hajuvuse (vt joonisel 2 beežiga esile tõstetud standardhälbe rida).
Lõppkokkuvõttes ei ole standardite täitmiseks vajalikust suurem energiakulu kindlasti soovitav. Sihtnäitaja, näiteks L80B10, seadmine mitte ainult põhjustab seda ja jätab ruumi manipuleerimiseks, vaid mõjutab ka võimalust valgusteid täpselt võrrelda.
Lawrence Baynham MEng on INDO tehnikadirektor. Tema järeldused avaldati ajakirja ILP Lighting Journal 2017. aasta novembri-detsembri numbris pealkirja „Diminishing Returns“ all ning ta tutvustas neid oma veebiseminaril „To B50 or not to B50“.
[1] TM-21-11 Projecting Long-Term Lumen Maintenance of LED Light Sources – Illuminating Engineering Society of North America (IESNA)
[2] LM-80-08 Approved Method: Measuring Lumen Maintenance of LED Light Sources – IESNA
