Energiakulud kasvavad pidevalt ja keskkonnahoidlikkusele pööratakse üha rohkem tähelepanu, nii et surve tõhusamalt tegutseda on suurem kui kunagi varem. See kehtib kõigis valdkondades, kuid energiakulu vähendamise võimalused ja seega ka lähenemine, mida selle eesmärgi saavutamiseks valida, on juhtumiti sageli erinevad.
Üks teema kerkib aga ikka ja jälle esile: valgustus.
Parklate (või mis tahes muu ruumi) valgustus on sageli üks suurimaid jooksvaid tegevuskulusid. Tehnoloogia teeb regulaarselt suuri edusamme ja turu uusimate toodetega saab neid kulusid järsult vähendada murdosani, mis tekitab ilmse küsimuse: kas on parem uuendada kohe või oodata järgmise tehnoloogia tulekut?
Milline on siis parim viis paigaldise olelusringi kulude ja süsinikujalajälje vähendamiseks? Algkulud ja ka seadmete materjalidesse, tootmisse, transporti ja paigaldusse kätketud energia võivad moodustada olelusringi kuludest märkimisväärse osa. Seepärast on vaja nutikat uuendusstrateegiat, mis tagab, et vahetatakse ainult vananenud komponendid, ehk teisisõnu ümberehituse strateegiat.
Valgustustoodete puhul on ümberehituse toode selline, mis ühildub olemasoleva süsteemiga ja pakub rohkem kui see, mida ta asendab. Ümberehitus võimaldab uusi tehnoloogiaid ära kasutada ilma kogu valgustit vahetamata, paljudel juhtudel lihtsalt lambi otsese asendamisena (ilma ümberjuhtmestamise või olemasoleva vooluringi muutmiseta). Tegelikult ei ole ümberehitus sugugi uus idee: naatriumlampide asendamine metallhalogeniidlampidega on hea näide sellest, kuidas lihtne ümberehitus tõi kasu.
Valgustid koosnevad üldiselt kolmest põhiosast: korpus, valgusallikas (lamp või LED) ning liiteseadis või draiver. Kui korpus on tavaliselt lihtne osa, mis võib vananeda sama kaunilt kui Carol Vorderman, siis kahe viimase jõudlus paraneb valdkonna uuenduste tõttu aja jooksul. Uuendused võivad olla nii murrangulised (tavaliselt tehnoloogiavahetus, näiteks üleminek luminofoorlampidelt LED-ile) kui ka järkjärgulised (väikesed tõhususe edusammud, mis tulenevad olemasoleva tehnoloogia või tootmisprotsesside täiustamisest).
Tehnoloogia omaksvõtt
Murrangulised muutused toovad üldiselt kaasa hüppe jõudluses. Järkjärgulised muutused seevastu annavad tavaliselt regulaarseid parandusi, mis tõstavad tõhusust. Uuel tehnoloogial kulub aega, enne kui see jõudluselt senisest tehnoloogiast mööda läheb, ja siin on vaja kannatlikkust. Mäletate, kuidas Apple püüdis 1993. aastal turule tuua pihuarvutit Newton? Mahukuse ja hinna tõttu ei peetud seda paberist märkmikuga võrreldes kasulikumaks ja see kukkus läbi. Need, kes selles etapis siiski ostsid, ei teinud seda jõudluse pärast, vaid seetõttu, et nad olid tehnoloogiahuvilised (need inimesed kuuluvad „varajasele turule“, mida Geoffrey Moore kirjeldab oma raamatus Crossing the Chasm). Kui tehnoloogia annab kohest kasu (mitte ainult lubadust tulevase kasu kohta), kasvab järsult tõenäosus, et laiem turg selle omaks võtab. Viimastel aastatel on LED-id selle turubarjääri ületanud. Meenutage, kuidas 10 aastat tagasi andsid uusimad LED-id 60 luumenit vati kohta, tänapäeval aga üle 200 luumeni vati kohta[i].
Joonis 1. Tehnoloogia omaksvõtu kõver
Pidevalt kasvav jõudlus annab võimaluse vahetada olemasolevas valgustis valgusallikas ja/või draiver ning saada sellest rahalist kasu, nii et ostja investeering tasub end ära. Kui peaksime iga kord ka valgusti välja vahetama, oleks ajend selleks väiksem.
Joonis 2. Uute tehnoloogiatega saavutatud jõudluse paranemine
Selle põhimõtte järgimiseks tuleb ümberehituse strateegiat rakendada algusest peale: investeerida ümberehitust võimaldavatesse valgustitesse, kavatsusega uuendada nende „sisu“ sagedamini kui valgustit ennast. Laiemalt on see vara kasutamise strateegia, mis tagab suurima väärtuse ja jätab paindlikkust tulevaste tehnoloogiliste arengute või muutuvate nõuete jaoks. See tagab, et alati on võimalik väikeste kuludega uusimale jõudlustasemele üle minna.
Ümberehituse toodete projekteerimine
Kui see on nii lihtne, miks siis kõik ümberehitust ei tee?
Uue tehnoloogia sobitamine ümberehituse vormi muudab asja keerukamaks. Iga elektroonikaseadme puhul on peamine projekteerida süsteem nii, et töötemperatuur oleks sobiv ja toote eluiga pikeneks. Seega peab iga projekti lähtepunkt olema soojusjuhtimine, mis on ümberehituse toodete puhul keerulisem, sest tavaliselt puudub otsene soojusjuhtiv tee väliskeskkonda. Sellest hoolimata saab soojussimulatsioonide ja mitmesugustes suletud valgustites tehtud põhjalike soojuskatsetega veenduda, et LED-kiipide töötemperatuur jääb kindlalt kiibitootjate määratud vahemikku, mis tagab pika eluea.
Teine valdkond, mis nõuab hoolikat kaalumist, on optiliste omaduste sobitamine. Luminofoortoru fotomeetria erineb LED-asendustoru omast. Nagu allpool näha, tuleb see tegur valgusti kasuteguri osas tavaliselt aga LED-asenduslambi kasuks.
LED-asenduslampide kasutamise kohta on ka mitmeid levinud väärarusaamu, alates rahalistest kaalutlustest kuni nõuetele vastavuse ja uuesti sertifitseerimise küsimusteni.
Kui asenduslamp on sertifitseeritud ettenähtud otstarbeks, ei ole valgustit pärast paigaldamist vaja uuesti sertifitseerida. Samamoodi nagu Te ei pea öölambi uuesti sertifitseerima, kui kasutate hõõglambi asemel kompaktluminofoorlampi, on seda harva vaja teha ka luminofoorlampide asendamisel LED-torudega.
Olelusringi kulud
Rahalises mõttes tasuvad LED-asenduslambid end kindlasti ära. Sääst on suurim paigaldistes, kus ligipääs valgustile on keeruline ja pikema elueaga tehnoloogia võimaldab lampe harvem vahetada. Londoni metroo valgustuse ja innovatsiooni juhtivinsener Shae Gilbert selgitas hiljuti, kuidas LED-asenduslambid säästavad hoolduskuludelt miljoneid. Ühe toru vahetamine eskalaatori kohal võib maksta ligi 1 000 £, nii et kui lambivahetus jääb ära, on investeeringu tasuvus fenomenaalne[ii]. Tohutut säästu saab saavutada ka mujal, kus hoolduskulud on suured, näiteks tunnelites ja jalakäijate tunnelites, kus hoolduseks on vaja liiklust korraldada.
Hoolduskuludest olenemata on energiasääst sama heleduse juures tavaliselt 50% luminofoorsüsteemi võimsusest, nii et investeering tasub end ära ka siis, kui lambivahetuse kulud on tühised. Võtame näiteks elektromagnetilise liiteseadisega 58 W luminofoorlambi (vooluringi võimsus 65 W), mis asendatakse 30 W LED-toruga. Konservatiivse energiahinna 0,10 £/kWh juures on sääst töötunni kohta 0,35 penni, nii et juba 20 000 töötunni järel (mis on vaid murdosa kvaliteetsete LED-torude nimieluast) ulatub energiasääst 70 £-ni; see ületab kaugelt LED-lambi hinna.
Parem jõudlus
Mõistetavalt küsite nüüd, kuidas on võimalik vähendada energiatarbimist 50% ja säilitada samal ajal heledus, kui luminofoorlampidel on luumeneid vooluringi vati kohta umbes 75 ja LED-torudel tavaliselt 105. Üks põhjus on seotud valgusti kasuteguriga ehk valgusvoo väljundsuhtega (LOR).
Joonis 3. LOR-i põhimõtet selgitav skeem
Luminofoortorud kiirgavad valgust kogu lambi ümbermõõdu ulatuses, nii et „tagant“ kiiratud valguse suunamiseks soovitud alale tuleb kasutada reflektoreid. Paratamatult tekitab selline optiline juhtimine kadusid. Lisaks koguneb pinnale aja jooksul tolmu, nii et valgustisse suunatud valgusest peegeldub veelgi vähem. Välisvalgusti reflektor (näiteks jalakäijate tunnelites kasutatavatel valgustitel) on tavaliselt valmistatud madala peegeldusteguriga lihtsast lehtmetallist, nii et kaod on märkimisväärsed. LED-id aga kiirgavad valgust ainult toru ühelt pinnalt, nii et valgusti sees peegeldumist ei toimu.
Valgusti kasuteguri muutust saab hinnata, kui jagada mõõdetud keskmine valgustatus lambi valgusvooga, esmalt luminofoorlampidega ja seejärel sama paigaldise puhul LED-lampidega. Tegeliku jalakäijate tunneli paigaldise põhjal arvutati, et pärast üleminekut LED-asenduslampidele paranes LOR 59,4% (vt joonis 6).
Lisaks tuleb arvestada valguse kvaliteeti. Kui tavalised soojad või külmad luminofoorlambid asendada LED-ide valge valgusega, suureneb tajutav heledus vati kohta ja just see on ohutuse ja mugavuse seisukohast oluline. Seda lähenemist peetakse laialdaselt põhjendatuks, nagu on tunnistatud ka standardi BS 5489-1:2013 lisas A ja juhendis ILP PLG03 [34]. Külmvalge luminofoorlambi SP-suhe on umbes 1,48, valge LED-lambi oma aga võib olla üle 2 (täpne väärtus sõltub tootjast ja LED-ide sorteerimisest)[iii].
Kui need kolm paranemist kokku võtta (rohkem luumeneid vati kohta, parem valgusti kasutegur ja suurem SP-suhe), on lihtne mõista, kuidas saavutatakse märkimisväärne energiasääst.
Terviseküsimused
Päevakajaline teema, mis on valdkonnas palju arutelu ja tähelepanu pälvinud, on valgusallikatega seotud tervis ja ohutus.
Ühendkuningriigi elektrivõrgu sagedus on 50 Hz. Kuna lainekuju on ligikaudu sinusoidaalne, on igas perioodis kaks punkti, kus pinge on 0, mis põhjustab virvendust ja valgusvoo modulatsiooni.
Elektromagnetilise liiteseadisega luminofoortorude valgus moduleerub sagedusel 100 Hz (vastavalt kahele punktile võrgupinge perioodis, kus pinge on 0) ja eluea lõpu poole võib tekkida tugev modulatsioon sagedusel 50 Hz ja alla selle.
Uuringud virvenduse mõjust valgustundliku epilepsiaga patsientidele (neid on ligikaudu 1 inimene 4 000-st) näitavad, et virvendus vahemikus umbes 3 kuni 70 Hz tekitab hoogude ohu[iv]. Uuringu käigus patsientidelt tehtud elektroentsefalograafilised salvestised näitavad, et umbes 50% patsientidest reageeris välgatussagedusele 50 Hz[v].
Oluline on, et LED-idel ei teki eluea lõpu poole 50 Hz virvendust. Võrku ühendatud LED-vooluringides esineb tavaliselt 100 Hz modulatsioon, kuid olenevalt toiteskeemist saab seda vähendada või täielikult kõrvaldada (pideva alalisvooluga toidetud LED-ide puhul).
Lisaeelis on see, et LED-asenduslambis ei ole klaasi ega elavhõbedaauru, mis tekitavad muret, kui lamp puhastamise või vahetamise ajal puruneb.
LED-asenduslambid kasutuses
Uue tehnoloogia turuletulekut saadavad tavaliselt skeptitsism ja tajutav risk. Kui jõudlus ja hind jõuavad punkti, kus säästuvõimalus on selge, ning suured paigaldised on teostatud ja end tõestanud, väheneb see tajutav risk alati.
LED-ümberehituse aeg särada on nüüd käes. LED-ide jõudlus on viimastel aastatel kiiresti paranenud ja LED-id pakuvad nüüd vanemate tehnoloogiatega võrreldes märkimisväärseid eeliseid. Usaldus tehnoloogia vastu on tunduvalt kasvanud ning suured ettevõtted ja organisatsioonid teatavad regulaarselt, et lähevad üle LED-valgusallikatele.
Üks selline paigaldis on Middlesbrough’s asuv Captain Cook Square’i parkla. INDO tarnis sellesse mitmekorruselisse hoonesse üle tuhande T8 LED-asendustoru, mis tõid parkla omanikule hea tulu. Lisaks rahalisele kasule paranes valguse kvaliteet: värve on parem eristada ja heledus on suurem. Joonis 4 näitab visuaalset paranemist, mida saab selgitada eespool käsitletud valgusviljakuse, SP-suhte ja LOR-i paranemisega.
Joonis 4. Fotod Captain Cook Square’i parklast enne (vasakul, luminofoorlambid) ja pärast (paremal, INDO LED)
Pärast LED-valgustuse paigaldamist (2014. aasta 1. kvartalis) näitasid elektriarvesti andmed, et kogu hoone energiatarbimine (sealhulgas liftid, tõkkepuud, turvasüsteemid jne) vähenes 45%. See on umbes 13 000 kWh kuus. Üksikasjad on joonisel 5.
Joonis 5. Kogu hoone kuine energiatarbimine võrreldes eelmise aastaga.
INDO LED-asenduslampide suuri paigaldisi on tehtud mitmes Londoni linnaosas ja tulemused on olnud väga positiivsed. Westminsteri jalakäijate tunnelis tehtud sõltumatu aruande kohaselt parandasid LED-asenduslambid märgatavalt kogu ruumi ilmet. Aruande põhinäitajad koos tulemuste analüüsiga on esitatud joonisel 7.
Joonis 6. Westminster: INDO LED-lambid (vooluring 30 W, vasakul) luminofoorlampide kõrval (vooluring 84 W, paremal)
Joonis 7. Katsepaigaldise tulemuste kokkuvõte
Valgustatus vooluringi vati kohta ja valgustatus lambi luumeni kohta põhinevad keskmisel valgustatusel ning on arvutatud katsepaigaldise põhjal jalakäijate tunnelis, kus tehti sõltumatu valgustusmõõtmine nii T8 luminofoorlampide kui ka INDO LED T8-lampidega. Mõõtmisel kasutatud mõõtevõrgud vastasid ILP tehnilisele aruandele 28 „Measurement of road lighting performance on site“.
LED-ide jõudlus paraneb pidevalt ja uus tehnoloogia on alati kohe tulemas. Väikeste kuludega uusimale tehnoloogiale üleminek annab paindlikkust, sest Te ei jää kunagi praeguse tehnoloogiataseme lõksu. Kui mõni aasta pärast paigaldamist tuleb turule parem toode, ei ole uuendamiseks vaja kalleid valgusteid maha kanda.
Murrangulise LED-tehnoloogia ühendamine pragmaatilise ümberehituse põhimõttega on kahtlemata nutikas viis kasutada tänast tehnoloogiat, et parandada valgustuse kvaliteeti ja vähendada järsult paigaldise olelusringi kulusid.
Viited:
[i] Miller, H. (2010) Creative Destruction, With a Nudge from the Top, [Võrgus], kättesaadav: http://www.pcb007.com/pages/zone.cgi?a=56143 [27. nov 2013]
[ii] Bain, R. (2013) ‘The light at the end of the tunnel’, Lux Magazine, nr 31, november 2013, lk 54-59.
[iii] Lighting Research Center (2009), Outdoor Lighting: Visual Efficacy, kd 6, nr 2, lk 6
[iv] Wilkins, A., Veitch, J. and Lehman, B. (2010) LED Lighting Flicker and Potential Health Concerns: IEEE Standard PAR1789 Update [Võrgus], kättesaadav: http://www.essex.ac.uk/psychology/overlays/2010-195.pdf [27. nov 2013]
[v] Wilkins, A., Veitch, J. and Lehman, B. (2010) LED Lighting Flicker and Potential Health Concerns: IEEE Standard PAR1789 Update [Võrgus], kättesaadav: http://www.essex.ac.uk/psychology/overlays/2010-195.pdf [27. nov 2013]
