Renkantis tinkamus lempų šviesos srauto išlaikymo koeficientus LED gatvių apšvietimui, teisingai įvertinti šviesos srauto mažėjimą būtina, kad apšvietimo projektas atitiktų reikalavimus ir eksploatavimo laikotarpio pabaigoje. Bet ar apšvietimo specialistai savo tiekėjams užduoda tinkamus klausimus?
Visiems žinoma, kad laikui bėgant LED šviesos srautas mažėja: tai vadinama šviesos srauto mažėjimu. Kad apšvietimo projektas atitiktų reikalavimus net eksploatavimo pabaigoje, šį šviesos srauto mažėjimą turime įvertinti per visą šviestuvo eksploatavimo laiką.
Tai darant, eksploatavimo pradžioje arba gauname daugiau šviesos, nei reikia, arba taikome pastovaus šviesos srauto (CLO) metodą, kad apšvietimo lygis visą laikotarpį būtų vienodas: įrenginys pradeda veikti pritemdytas, o per eksploatavimo laiką galia palaipsniui didinama iki didžiausios.
Kol kas viskas gerai. Turime du aiškius būdus, kaip įvertinti šviesos srauto mažėjimą, ir juos siūlo visi didieji apšvietimo gamintojai.
Kaip pasirinkti tinkamą CLO profilį
Tačiau vieną dalyką lengva nepastebėti: CLO algoritmas turi atitikti eksploatavimo laiką, kuriam projektuojamas įrenginys.
Jei, tarkime, projektinis įrenginio eksploatavimo laikas yra 100 000 valandų ir žinome, kad po šio laiko įrenginio LED šviesos srautas sudarys 80 % pradinės vertės, tai sumontavus šviestuvus reikėtų pradėti nuo 80 % srauto ir didinti galią taip, kad po 100 000 valandų ji pasiektų 100 %.
Lygiai taip pat, jei įrenginio eksploatavimo laikas yra 60 000 valandų, o to paties gaminio šviesos srautas po šio laikotarpio sudaro 88 %, CLO algoritmas turėtų pradėti nuo 88 % srauto ir per 60 000 valandų laikotarpį didinti jį iki 100 %.
Taigi įprastam LED žibintui, kurio L80 yra 100 000 valandų, CLO per visą laikotarpį galėtų sutaupyti 10 % energijos išlaidų.
Šviestuvų gamintojai dažnai nustato numatytąjį CLO algoritmą, kuris daro prielaidą, kad įrenginio eksploatavimo laikas lygus gaminio eksploatavimo laikui. Svarbu tai žinoti, kad CLO profilį būtų galima tinkamai pritaikyti konkrečiam įrenginiui.
Taip pat nepamirškite: jei CLO programa veikia LED maitinimo šaltinyje, tai prireikus pakeisti maitinimo šaltinį, CLO algoritmas, jei nebus perprogramuotas kiekvienam įrenginiui atskirai, vėl pradės nuo „eksploatavimo pradžios“! Tada gatvė bus apšviesta nepakankamai, taigi ir neatitiks reikalavimų.
LED eksploatavimo trukmė ir priežiūros koeficientai LED gatvių apšvietime
Taigi kaip sužinoti, koks bus LED šviesos srautas įrenginio eksploatavimo pabaigoje?
Šviesos srautui prognozuoti yra keli modeliai, leidžiantys numatyti, koks bus šviesos srautas po tam tikro veikimo laiko. Šie metodai remiasi išmatuotais duomenimis ir, taikydami matematinius modelius, pagal bandymų laikotarpiu stebėtas charakteristikas prognozuoja, kaip LED veiks ateityje.
TM-21[1] yra vienas iš tokių skaičiavimų, dažnai naudojamas apšvietimo pramonėje. Skaičiavimas grindžiamas duomenimis, surinktais pagal LED LM-80[2] bandymų rezultatus.
LM-80 = bandymai
LM-80 yra bandymų standartas, nustatantis, kaip turi būti bandomas LED korpusas, matrica ar modulis ir kaip turi būti renkami rezultatai.
Pagal šį metodą LED bandiniai įmontuojami į bandymų kamerą su griežtai kontroliuojamomis aplinkos sąlygomis ir elektros parametrais, o jų šviesos srautas ir chromatiškumas periodiškai matuojami.
Bandymas turi trukti ne trumpiau kaip 6 000 valandų, o paprastai jis tęsiamas daug ilgiau, kad prognozės būtų tikslesnės ir patikimesnės. Bandoma esant 55 laipsnių, 85 laipsnių LED korpuso temperatūrai ir trečiai gamintojo pasirinktai temperatūrai. Duomenys turi būti renkami ne rečiau kaip kas 1 000 valandų esant 25 laipsniams.
LM-80 yra tik vienas patikimas informacijos šaltinis, leidžiantis užsakovams įvertinti ir palyginti skirtingų gamintojų LED gatvių šviestuvų šviesos srauto išlaikymo koeficientus. Tačiau tai nėra išsamus LED sistemos charakteristikų ar patikimumo matas.
Verta atkreipti dėmesį, kad jei maitinimo šaltinio eksploatavimo laikas trumpesnis nei modulio, maitinimo šaltinį gali tekti pakeisti dar nepasibaigus šviestuvo eksploatavimo ciklui. Tai reiškia, kad negalima nurodyti vieno skaičiaus, apibūdinančio viso šviestuvo eksploatavimo laiką. Modulio ir maitinimo šaltinio vertės turėtų būti nurodomos atskirai ir nesujungiamos.
TM-21 = prognozės
TM-21 buvo sukurtas šiems trumpalaikiams LED komponentų bandymų duomenims ekstrapoliuoti, kad būtų galima prognozuoti būsimą eksploatavimo trukmę ir įsitikinti technologijos patikimumu.
Šviesos srauto mažėjimui prognozuoti TM-21 reikalauja tik užfiksuoti bandytų LED vidutinį šviesos srautą (procentais nuo pradinio šviesos srauto) keliuose vienodais intervalais išdėstytuose bandymo taškuose.
Tada prognozavimo metodu galima numatyti šviesos srauto mažėjimą po tam tikro laikotarpio arba veikimo valandų skaičių, per kurį šviesos srautas sumažės iki nustatyto lygio.
Aukščiau pateiktoje lentelėje (1 pav.) parodyta, kaip fiksuojami LM-80 rezultatai ir kurie rezultatai naudojami TM-21 skaičiavime.
Rezultatas yra nominalusis šviesos srauto išlaikymo laikas Lx, t. y. veikimo laikas, per kurį LED šviesos šaltinis išlaiko procentinę dalį xsavo pradinio šviesos srauto. Pavyzdžiui: L70 (valandomis) = laikas, per kurį šviesos srautas sumažėja iki 70 %.
Kadangi TM-21 apibrėžia skaičiavimą, grindžiamą vidutiniu šviesos srauto išlaikymu kiekviename matavimo taške, rezultatas pagal apibrėžimą yra vidutinis bandinių šviesos srauto išlaikymas pasibaigus nominaliajam šviesos srauto išlaikymo laikui. Kitaip tariant, po nurodyto valandų skaičiaus bandinių šviesos srauto išlaikymo aritmetinis vidurkis bus lygus Lx vertei. Kadangi šviesos srauto išlaikymas apytiksliai pasiskirsto pagal normalųjį skirstinį, galime teigti, kad iš LED bandinių rinkinio pusė įrenginių turėtų išlaikyti daugiau šviesos srauto, nei prognozuota, o pusė mažiau (žr. 3 pav. toliau).
Iš to matyti, kad gatvių apšvietimo pirkimuose dažnai nurodomas metodas TM-21 gali prognozuoti tik vidutines šviesos srauto išlaikymo vertes (normaliajam skirstiniui vidurkis = mediana = moda), o naudojant žymėjimą LxBy tai atitiktų LxB50.
Kokią įtaką turi B vertė?
Apšvietimo lygis ir energijos sąnaudos
Kai kuriuose gatvių apšvietimo pirkimuose reikalaujama pateikti „B“ verčių prognozes, kurios neatspindi vidutinio šviesos srauto išlaikymo. Pavyzdžiui, LxB10, kitaip tariant, veikimo valandų skaičius, per kurį ne daugiau kaip 10 % LED skleidžia mažiau nei x % pradinio šviesos srauto.
2 pav. matyti, kad LED, kurių degradacija pasiskirsto pagal normalųjį skirstinį, B10 būtų tokia šviesos srauto išlaikymo vertė, kuriai esant 10 % LED nesiekia Lx tikslo, o 90 % jį viršija.
Bet kurio LED valandų skaičius iki mažesnės By vertės visada bus mažesnis nei valandų skaičius iki B50. Skirtumas priklauso nuo to, kiek skiriasi bandinių išmatuotas šviesos srauto išlaikymas. Todėl B10 vertė yra konservatyvesnė nei B50. Praktiškai tai reiškia, kad LED modulių rinkinys B10 pasiekia anksčiau nei B50.
Pavyzdžiui, LED, kurio L80B50 yra 100 000 valandų, L80B10 vertė galėtų būti apie 70 000 valandų. Tuo metu galime teigti, kad 10 % LED skleis mažiau nei 80 % šviesos srauto. Tačiau, kaip matyti 3 pav., šio pavyzdžio vidutinis šviesos srautas po 70 000 valandų iš tikrųjų yra 87,5 %.
Taigi, jei LED gatvių apšvietimo įrenginys projektuojamas 70 000 valandų eksploatavimo laikui, projektuotojui kyla klausimas: naudoti L80B10 = 70 000 valandų ir priežiūros koeficientą 0,8 ar L87,5B50 = 70 000 valandų ir priežiūros koeficientą 0,875. Akivaizdu, kad antruoju atveju bus sunaudojama mažiau energijos .
Galima teigti, kad renkantis priežiūros koeficientą tinkamesnė yra vidutinė šviesos srauto išlaikymo vertė, nes norime užtikrinti, kad gatvė nebūtų apšviesta nei per silpnai, nei per stipriai. Remiantis pavyzdžiu, jei naudojama L80B10, įrenginys vidutiniškai šviečia 7,5 % stipriau nei reikia, palyginti su L87,5B50, kai to nėra (abiem atvejais 70 000 valandų).
Nepamirškite, kad LED šviestuve paprastai yra daug LED. LED lustų degradacija vyksta skirtingu greičiu, todėl šviestuvo šviesos srauto mažėjimas jau yra atskirų įrenginio LED lustų šviesos srauto mažėjimo vidurkis.
Šviestuvų palyginimo tikslumas
Be perteklinio apšvietimo rizikos, dar viena „B“ verčių problema yra jų skaičiavimo būdas. TM-21 yra apibrėžtas vidutinio šviesos srauto išlaikymo skaičiavimo metodas, pagal kurį LED turi būti bandomi pagal LM-80. Tačiau TM-21 nepateikia nurodymų, kaip skaičiuoti „B“ vertes.
Todėl bet kokios pateiktos vertės apskaičiuojamos gamintojo pasirinktu metodu. Tai problema, nes nesant standartinio metodo rezultatų negalima palyginti vienodomis sąlygomis, o tai geriausiu atveju apsunkina šviestuvų pasirinkimą.
Britų standartų aiškinimas
BS 5489-1 C priede aprašyta, kaip apskaičiuoti apšvietimo projektuose naudojamus LED gatvių apšvietimo priežiūros koeficientus.
Šiame dokumente šviesos srauto išlaikymas nurodomas tik kaip Lx vertė, be jokio metodo By vertėms įtraukti į lygtį. Taigi bet kokios kitos nei B50 vertės naudojimas gali būti laikomas klaidinančiu.
Kaip suprasti BY vertes: šviesos srauto mažėjimo sklaida
Vienas svarbus dalykas, kurį „B“ vertė iš tiesų bando atskleisti, yra LED bandinių šviesos srauto išlaikymo sklaida bandymų metu.
Pavyzdžiui, jei turime 10 LED bandinių ir juos eksploatuojame 100 000 valandų, būtų geriau, kad išmatuoti šviesos srauto išlaikymo rezultatai būtų panašesni į „1 pavyzdį“ 3 pav. toliau, o ne į „2 pavyzdį“.
3 pav. Bandinių šviesos srauto išlaikymo sklaida
Priežastis ta, kad nors vidutinis šviesos srauto mažėjimas vienodas (taigi ir L80B50 vertės vienodos), 1 pavyzdyje šviesos srauto išlaikymas yra pastovesnis. Tai reiškia, kad visų LED degradacija vyktų daug tolygiau, todėl laikui bėgant šviesos srautas būtų pastovesnis.
Jei galėtume būti tikri, kad abiejų pavyzdinių rinkinių B10 vertės apskaičiuotos tuo pačiu metodu, reikalavimas L80B10 išryškintų 1 rinkinio kokybę. Tačiau, kaip žinome, iš tikrųjų šio rodiklio skaičiavimas nėra standartizuotas, todėl palyginimai ne visada naudingi.
Kitas būdas užsakovams gauti informacijos apie sklaidą yra patikrinti įrenginio LM-80 bandymų ataskaitos rezultatų dispersiją arba standartinį nuokrypį. Kadangi LM-80 yra pramonės standartinė bandymų procedūra, tai užtikrintų sąžiningą ir patikimą lygiaverčių šviestuvų palyginimą.
Tai galima net įrašyti į pirkimo dokumentus, tiesiog nurodant didžiausią leistiną standartinį nuokrypį (rezultatų nuokrypio nuo vidurkio matą) bet kuriame LM-80 bandymo šviesos srauto išlaikymo matavimo taške.
Apibendrinimas
Alternatyvių „B“ verčių naudojimas vietoj standartinių TM-21 prognozių gali:
- lemti perteklinį apšvietimą, taigi ir didesnes išlaidas per visą eksploatavimo laiką;
- apsunkinti skirtingų žibintų palyginimą, nes nėra standarto, užtikrinančio, kad gamintojai skaičiuotų vienodai. Palyginimui, TM-21 visiems gamintojams yra vienodas.
B50 naudojimas yra tiksliausias ir tinkamiausias matas, atitinkantis LED gatvių apšvietimo priežiūros koeficientų principus ir kartu leidžiantis maksimaliai pailginti įrenginio eksploatavimo laiką ir padidinti jo efektyvumą.
Tačiau, žinoma, viskas niekada nėra taip paprasta!
Nors TM-21 naudojimas ir bet kokių „B“ teiginių nepaisymas turi aiškių pranašumų, TM-21 problema ta, kad LED, kurio LED bandinių šviesos srauto išlaikymas labai skiriasi, vertinamas taip pat kaip LED, kurio LED bandinių šviesos srauto išlaikymas labai pastovus.
Todėl verta rinktis LED šaltinį, kurio šviesos srauto išlaikymo sklaida yra kuo mažesnė. Tai galima padaryti nuosekliai ir palyginamai, nurodant didžiausią leistiną LM-80 bandymo rezultatų sklaidą (žr. smėlio spalva paryškintą standartinio nuokrypio eilutę 2 pav.).
Galiausiai, akivaizdu, kad naudoti daugiau energijos, nei reikia standartams atitikti, nėra pageidautina. Tikslinio rodiklio, pavyzdžiui, L80B10, nustatymas ne tik to sukelia ir palieka erdvės manipuliacijoms, bet ir trukdo tiksliai palyginti šviestuvus.
Lawrence Baynham, MEng, yra bendrovės INDO techninis direktorius. Jo išvados paskelbtos 2017 m. lapkričio ir gruodžio mėn. ILP žurnalo Lighting Journal numeryje straipsnyje „Diminishing Returns“ ir pristatytos jo internetiniame seminare „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
