Energijos kainos nuolat kyla, o tvarumui skiriama vis daugiau dėmesio, todėl efektyvaus veikimo siekis dabar stipresnis nei bet kada. Tai galioja visoms pramonės šakoms, tačiau energijos taupymo galimybės, taigi ir būdas šio tikslo pasiekti, kiekvienu atveju dažnai skiriasi.
Vis dėlto viena tema kartojasi nuolat: apšvietimas.
Automobilių stovėjimo aikštelių (ir bet kurių kitų erdvių) apšvietimas dažnai yra viena didžiausių nuolatinių eksploatavimo išlaidų. Technologijos reguliariai žengia didelius žingsnius į priekį, todėl naujausiais rinkos gaminiais šias išlaidas galima sumažinti iki mažos dalies. Tad kyla akivaizdus klausimas: ar geriau modernizuoti dabar, ar palaukti, kol pasirodys kita technologija?
Tad koks yra geriausias būdas sumažinti instaliacijos viso eksploatavimo laikotarpio išlaidas ir anglies pėdsaką? Pradinės išlaidos, o kartu ir energija, sunaudota medžiagoms, gamybai, transportavimui ir šviestuvų montavimui, gali sudaryti didelę viso eksploatavimo laikotarpio išlaidų dalį. Todėl reikia apgalvotos modernizavimo strategijos, pagal kurią keičiami tik pasenę komponentai, kitaip tariant, modernizavimo strategijos.
Kalbant apie apšvietimo gaminius, modernizavimo gaminys yra suderinamas su esama sistema ir suteikia daugiau, nei tai, ką jis pakeičia. Modernizuojant galima pasinaudoti naujomis technologijomis nekeičiant viso šviestuvo, o daugeliu atvejų tiesiog pakeičiant lempą (be jokio perlaidavimo ar esamos grandinės keitimo). Tiesą sakant, modernizavimas nėra nauja idėja: metalo halogenidų lempos, kuriomis buvo keičiamos natrio lempos, yra geras pavyzdys, kaip paprastas modernizavimas duoda naudos.
Šviestuvą paprastai sudaro trys pagrindinės dalys: korpusas, šviesos šaltinis (lempa arba LED) ir balastas arba maitinimo šaltinis. Korpusas paprastai yra nesudėtinga dalis, kuri gali senti taip pat grakščiai kaip Carol Vorderman, o kitų dviejų dalių charakteristikos laikui bėgant gerėja dėl pramonės naujovių. Naujovės gali būti ir transformacinės (paprastai susijusios su technologijos pasikeitimu, pavyzdžiui, perėjimu nuo liuminescencinių lempų prie LED), ir laipsniškos (jas lemia nedideli efektyvumo prieaugiai, gerėjant esamai technologijai ar gamybos procesams).
Technologijų įsisavinimas
Transformaciniai pokyčiai paprastai atneša šuolius charakteristikose. Laipsniški pokyčiai, priešingai, duoda reguliarių patobulinimų, kurie didina efektyvumą. Naujai technologijai reikia laiko, kad savo charakteristikomis pralenktų įsitvirtinusią technologiją, ir čia reikia kantrybės. Prisimenate, kaip 1993 m. Apple bandė išpopuliarinti Newton kaip asmeninį skaitmeninį asistentą (PDA)? Dėl gremėzdiškumo ir kainos buvo manoma, kad jis nepranoksta popierinio dienoraščio, todėl jam nepasisekė. Tuo metu jį pirkę žmonės tai darė ne dėl naudos, o todėl, kad buvo technologijų entuziastai (jie sudaro dalį „ankstyvosios rinkos“, kurią Geoffrey Moore aprašė knygoje Crossing the Chasm). Kai technologija duoda naudos iš karto (o ne tik žada ją ateityje), jos galimybės būti priimtai pagrindinės rinkos smarkiai išauga. Pastaraisiais metais LED šį rinkos barjerą įveikė. Prisiminkite, kas buvo prieš 10 metų: naujausi LED tada pasiekdavo 60 liumenų vienam vatui, o šiandien daugiau nei 200 liumenų vienam vatui[i].
1 pav. Technologijų įsisavinimo kreivė
Charakteristikoms nuolat gerėjant, atsiranda galimybė esamame šviestuve pakeisti šviesos šaltinį ir (arba) maitinimo šaltinį, gauti finansinės naudos ir užtikrinti pirkėjui investicijų grąžą. Jei kiekvieną kartą tektų keisti ir visą šviestuvą, paskatų būtų mažiau.
2 pav. Naujų technologijų teikiamas charakteristikų pagerėjimas
Šią filosofiją galima įgyvendinti nuo pat pradžių laikantis modernizavimo strategijos: investuoti į modernizuoti tinkamus šviestuvus ir jų „vidų“ atnaujinti dažniau nei patį šviestuvą. Apskritai tai turto naudojimo strategija, kuri užtikrina didžiausią vertę ir suteikia lankstumo, kai keičiasi technologijos ar reikalavimai. Ji užtikrina, kad visada bus galima nebrangiai pereiti prie naujausių charakteristikų.
Modernizavimo gaminių projektavimas
Jei viskas taip paprasta, kodėl ne visi modernizuoja?
Pritaikyti naują technologiją modernizavimo gaminiui yra sudėtingiau. Bet kurios elektronikos atveju svarbiausia suprojektuoti sistemą taip, kad darbinė temperatūra būtų tinkama ir gaminys tarnautų ilgiau. Todėl bet koks projektavimas turi prasidėti nuo šilumos valdymo, o kuriant modernizavimo gaminius tai gali būti sunkiau, nes paprastai nėra tiesioginio šilumos laidumo kelio į aplinką. Vis dėlto, atliekant šiluminius modeliavimus ir kruopščius šiluminius bandymus įvairiuose uždaruose šviestuvuose, galima būti tikriems, kad LED lustų darbinė temperatūra gerokai neviršija lustų gamintojų nustatytų ribų ir užtikrina ilgą tarnavimo laiką.
Kita sritis, kuriai reikia atidumo, yra optinių charakteristikų suderinimas. Liuminescencinės vamzdinės lempos fotometrija skiriasi nuo LED modernizavimo vamzdinės lempos fotometrijos. Tačiau, kaip aptarsime toliau, kalbant apie šviestuvo naudingumą šis veiksnys paprastai būna LED modernizavimo lempos naudai.
Taip pat yra nemažai paplitusių klaidingų įsitikinimų apie LED modernizavimo lempų naudojimą: nuo finansinių abejonių iki atitikties ir pakartotinio sertifikavimo klausimų.
Jei modernizavimo lempa yra sertifikuota numatytai paskirčiai, sumontuoto šviestuvo pakartotinai sertifikuoti nereikia. Kaip nereikia iš naujo sertifikuoti naktinės lempos, kai kaitinamąją lemputę pakeičiate kompaktine liuminescencine lempa, taip retai to prireikia ir keičiant liuminescencines lempas LED vamzdinėmis lempomis.
Viso eksploatavimo laikotarpio išlaidos
Finansiškai LED modernizavimo lempos tikrai atsiperka. Daugiausia sutaupoma ten, kur prie šviestuvo sunku prieiti, o ilgiau tarnaujanti technologija leidžia rečiau keisti lempas. Shae Gilbert, London Underground apšvietimo ir inovacijų vyriausiasis inžinierius, neseniai paaiškino, kaip LED modernizavimo lempos leidžia sutaupyti milijonus priežiūros išlaidų. Vienos vamzdinės lempos virš eskalatoriaus pakeitimas gali kainuoti beveik 1 000 £, todėl investicijų grąža, išvengus bent vieno lempos keitimo, yra milžiniška[ii]. Didelių sutaupymų galima pasiekti ir kitur, kur priežiūros išlaidos didelės, pavyzdžiui, kai tuneliuose, pravažiavimuose po keliu ir požeminėse perėjose reikia organizuoti eismą.
Net neskaičiuojant priežiūros išlaidų, sutaupoma paprastai apie 50 % liuminescencinės sistemos galios, išlaikant tą patį ryškumą, todėl investicijų grąžą galima pasiekti net ir tada, kai lempų keitimo išlaidos nedidelės. Tarkime, 58 W liuminescencinė lempa su elektromagnetine valdymo įranga (grandinės galia 65 W) pakeičiama 30 W LED vamzdine lempa. Esant atsargiai energijos kainai 0,10 £/kWh, per kiekvieną veikimo valandą sutaupoma 0,35 penso, todėl net po 20 000 veikimo valandų (tai tik dalis kokybiškų LED vamzdinių lempų nominalaus tarnavimo laiko) sutaupyta energija siekia 70 £, ir tai gerokai viršija LED lempos kainą.
Geresnės charakteristikos
Suprantama, dabar klausiate, kaip įmanoma sumažinti energijos sąnaudas 50 % ir išlaikyti tą patį ryškumą, kai liuminescencinių lempų liumenų vienam grandinės vatui yra apie 75, o LED vamzdinių lempų paprastai 105. Viena iš priežasčių yra šviestuvo naudingumas, arba šviesos srauto santykis (LOR).
3 pav. LOR principo schema
Liuminescencinės vamzdinės lempos skleidžia šviesą visu lempos perimetru, todėl reikia atšvaitų, kurie nukreiptų iš „nugaros“ sklindančią šviesą į reikiamą vietą. Neišvengiamai toks optinis valdymas sukelia nuostolių. Be to, laikui bėgant ant paviršiaus nusėda dalelės, todėl į šviestuvą nukreiptos šviesos atspindima dar mažiau. Lauko šviestuvų (pavyzdžiui, naudojamų požeminėse perėjose) atšvaitai paprastai gaminami iš paprasto, mažai atspindinčio lakštinio metalo, todėl nuostoliai dideli. O LED šviesą skleidžia tik iš vieno vamzdinės lempos paviršiaus, todėl šviestuvo viduje atspindžių nėra.
Šviestuvo naudingumo pokytį galima įvertinti išmatuotą vidutinę apšvietą padalijus iš lempos šviesos srauto, pirmiausia su liuminescencinėmis lempomis, o paskui toje pačioje instaliacijoje su LED lempomis. Realioje požeminės perėjos instaliacijoje apskaičiuota, kad pakeitus lempas LED modernizavimo lempomis LOR pagerėjo 59,4 % (žr. 6 pav.).
Be to, reikia atsižvelgti į šviesos kokybę. Standartines šiltos arba šaltos šviesos liuminescencines lempas pakeitus baltą šviesą skleidžiančiais LED, suvokiamas ryškumas vienam vatui padidėja, o būtent tai svarbu saugumui ir komfortui. Plačiai pripažįstama, kad toks požiūris pagrįstas, tai nurodo ir BS 5489-1:2013 A priedas bei ILP PLG03 [34]. Šaltai baltos liuminescencinės lempos S/P santykis yra apie 1,48, o baltos LED lempos gali viršyti 2 (tiksli vertė priklauso nuo gamintojo ir rūšiavimo)[iii].
Sujungus šias tris tobulinimo sritis (daugiau liumenų vienam vatui, didesnį šviestuvo naudingumą ir didesnį S/P santykį), lengva suprasti, kaip galima gerokai sutaupyti energijos.
Poveikis sveikatai
Aktuali tema, apie kurią pramonėje daug diskutuota ir rašyta, yra šviesos šaltinių poveikis sveikatai ir saugai.
Jungtinėje Karalystėje elektros tinklo dažnis yra 50 Hz. Kadangi įtampos bangos forma yra artima sinusinei, kiekviename periode yra du taškai, kuriuose tiekiama įtampa lygi 0, todėl atsiranda mirgėjimas ir šviesos srauto moduliacija.
Liuminescencinės vamzdinės lempos su elektromagnetine valdymo įranga moduliuoja 100 Hz dažniu (tai susiję su dviem tinklo periodo taškais, kuriuose tiekiama įtampa lygi 0), o tarnavimo laiko pabaigoje gali atsirasti stipri 50 Hz ir žemesnio dažnio moduliacija.
Tyrimai, kuriuose nagrinėtas mirgėjimo poveikis fotosensityvia epilepsija sergantiems pacientams (tai maždaug 1 iš 4 000 gyventojų), rodo, kad mirgėjimas nuo ~3 iki ~70 Hz kelia priepuolio riziką[iv]. Tyrimo metu atlikti pacientų elektroencefalogramų įrašai rodo, kad maždaug 50 % pacientų sureagavo į 50 Hz blyksnių dažnį[v].
Svarbu tai, kad LED tarnavimo laiko pabaigoje nepradeda mirgėti 50 Hz dažniu. Į tinklą jungiamose LED grandinėse paprastai būna 100 Hz moduliacija, tačiau, priklausomai nuo maitinimo grandinės, ją galima sumažinti arba visai pašalinti (kai LED maitinami nuolatine srove).
Papildomas privalumas yra tai, kad LED modernizavimo lempoje nėra stiklo ir gyvsidabrio garų, kurie kelia susirūpinimą, jei lempa sudūžta, pavyzdžiui, valant ar keičiant lempą.
LED modernizavimo lempos praktikoje
Naujos technologijos rinkoje paprastai sutinkamos skeptiškai ir laikomos rizikingomis. Kai charakteristikos ir kaina pasiekia lygį, kai sutaupymo galimybė akivaizdi, o didelės instaliacijos įgyvendintos ir pasiteisino, ši tariama rizika neišvengiamai mažėja.
Atėjo laikas LED modernizavimui sužibėti. Pastaraisiais metais LED charakteristikos sparčiai gerėjo, ir dabar LED gali pasiūlyti didelių privalumų, palyginti su senesnėmis technologijomis. Pasitikėjimas technologija gerokai išaugo, todėl didelės bendrovės ir organizacijos vis dažniau skelbia pereinančios prie LED šviesos šaltinių.
Viena tokių instaliacijų yra Captain Cook Square automobilių stovėjimo aikštelė Middlesbrough mieste. INDO tiekė daugiau nei tūkstantį T8 LED modernizavimo vamzdinių lempų, sumontuotų daugiaaukštėje aikštelėje, ir aikštelės savininkas gavo patrauklią grąžą. Be finansinės naudos, pagerėjo ir šviesos kokybė: spalvos atpažįstamos geriau, ryškumas didesnis. 4 pav. matyti vizualus pagerėjimas, kurį galima paaiškinti anksčiau aptartu šviesinio efektyvumo, S/P santykio ir LOR padidėjimu.
4 pav. Captain Cook Square automobilių stovėjimo aikštelė prieš (kairėje, liuminescencinės lempos) ir po (dešinėje, INDO LED) modernizavimo
Po LED instaliacijos (atliktos 2014 m. 1 ketvirtį) elektros apskaita parodė, kad viso pastato energijos sąnaudos (įskaitant liftus, užtvarus, apsaugos sistemas ir kt.) sumažėjo 45 %. Tai apie 13 000 kWh per mėnesį. Daugiau informacijos pateikta 5 pav.
5 pav. Viso pastato mėnesinės energijos sąnaudos, palyginti su ankstesniais metais.
Didelės INDO LED modernizavimo instaliacijos įgyvendintos įvairiuose Londono rajonuose, rezultatai labai teigiami. Nepriklausomoje ataskaitoje apie instaliaciją Westminster požeminėje perėjoje pažymėta, kad LED modernizavimo lempos pastebimai pagerino visos erdvės išvaizdą. Pagrindiniai ataskaitos rodikliai ir rezultatų analizė pateikti 7 pav.
6 pav. Westminster: INDO LED lempos (30 W grandinė, kairėje) šalia liuminescencinių lempų (84 W grandinė, dešinėje)
7 pav. Bandomosios instaliacijos charakteristikų rezultatų suvestinė
Apšvieta vienam grandinės vatui ir apšvieta vienam lempos liumenui susijusios su vidutine apšvieta ir apskaičiuotos bandomojoje požeminės perėjos instaliacijoje, kurioje nepriklausomas apšvietimo tyrimas atliktas su liuminescencinėmis T8 lempomis ir su INDO LED T8 lempomis. Tyrimui naudoti matavimo tinkleliai atitiko ILP Technical Report 28 „Measurement of road lighting performance on site“.
Bendros LED charakteristikos nuolat gerėja, o nauja technologija visada čia pat. Modernizavimas naujausia technologija nedidelėmis sąnaudomis suteikia lankstumo, nes niekada neužsirakinate esamame technologijų lygyje. Jei praėjus keleriems metams po instaliacijos pasirodys geresnis gaminys, nereikės nurašyti brangių šviestuvų, kad galėtumėte atsinaujinti.
Revoliucingos LED technologijos ir praktiško modernizavimo filosofijos derinys neabejotinai yra protingas būdas išnaudoti dabartines technologijas, pagerinti apšvietimo kokybę ir gerokai sumažinti instaliacijos viso eksploatavimo laikotarpio išlaidas.
Šaltiniai:
[i] Miller, H. (2010) Creative Destruction, With a Nudge from the Top, [internete], prieiga: http://www.pcb007.com/pages/zone.cgi?a=56143 [žiūrėta 2013 m. lapkričio 27 d.]
[ii] Bain, R. (2013) „The light at the end of the tunnel“, Lux Magazine, Nr. 31, 2013 m. lapkritis, p. 54-59.
[iii] Lighting Research Center (2009), Outdoor Lighting: Visual Efficacy, t. 6, Nr. 2, p. 6
[iv] Wilkins, A., Veitch, J. ir Lehman, B. (2010) LED Lighting Flicker and Potential Health Concerns: IEEE Standard PAR1789 Update [internete], prieiga: http://www.essex.ac.uk/psychology/overlays/2010-195.pdf [žiūrėta 2013 m. lapkričio 27 d.]
[v] Wilkins, A., Veitch, J. ir Lehman, B. (2010) LED Lighting Flicker and Potential Health Concerns: IEEE Standard PAR1789 Update [internete], prieiga: http://www.essex.ac.uk/psychology/overlays/2010-195.pdf [žiūrėta 2013 m. lapkričio 27 d.]
