Enerģijas izmaksām nepārtraukti augot un arvien lielāku uzmanību pievēršot videi draudzīgai darbībai, prasība pēc efektīvas saimniekošanas ir augstāka nekā jebkad. Tas attiecas uz visām nozarēm, taču iespējas samazināt enerģijas patēriņu un līdz ar to arī pieeja, kā šo mērķi sasniegt, bieži vien katrā gadījumā atšķiras.
Tomēr viena tēma parādās atkal un atkal, un tā ir apgaismojums.
Autostāvvietu (vai jebkuras citas telpas) apgaismojums bieži ir viena no lielākajām pastāvīgajām ekspluatācijas izmaksām. Tehnoloģijām regulāri veicot lēcienus uz priekšu, ar jaunākajiem tirgū pieejamajiem produktiem šīs izmaksas var krasi samazināt līdz nelielai daļai, un tas rada acīmredzamu jautājumu: vai labāk modernizēt tagad vai gaidīt, kad būs pieejama nākamā tehnoloģija?
Kāds tad ir labākais veids, kā samazināt instalācijas kopējās izmaksas visā kalpošanas laikā un oglekļa pēdu? Sākotnējās izmaksas, kā arī enerģija, kas ieguldīta materiālos, ražošanā, transportēšanā un iekārtu uzstādīšanā, var veidot būtisku daļu no kopējām kalpošanas laika izmaksām. Tāpēc vajadzīga gudra modernizācijas stratēģija, kas nodrošina, ka tiek nomainītas tikai novecojušās sastāvdaļas; citiem vārdiem, esošo gaismekļu modernizācijas stratēģija.
Apgaismojuma produktu kontekstā modernizācijas produkts ir produkts, kas ir saderīgs ar esošo sistēmu un piedāvā vairāk nekā tas, ko aizstāj. Modernizācija dod iespēju izmantot jaunas tehnoloģijas, nenomainot visu gaismekli, un daudzos gadījumos tā ir vienkārša spuldzes nomaiņa (bez jaunas elektroinstalācijas vai esošās shēmas pārveidošanas). Patiesībā modernizācija nebūt nav jauna ideja: metālhalogenīdu lampu izmantošana nātrija lampu vietā ir labs piemērs tam, kā ar vienkāršu modernizācijas risinājumu tika gūti ieguvumi.
Gaismekļi parasti sastāv no trim galvenajām daļām: korpusa, gaismas avota (spuldzes vai LED) un droseles vai draivera. Kamēr korpuss parasti ir vienkārša detaļa, kas var novecot tikpat cienīgi kā Carol Vorderman, pārējo divu daļu veiktspēja laika gaitā uzlabojas, pateicoties nozares jauninājumiem. Jauninājumi var būt gan pārveidojoši (parasti saistīti ar tehnoloģijas maiņu, piemēram, pāreju no luminiscences spuldzēm uz LED), gan pakāpeniski (tos nosaka nelieli efektivitātes uzlabojumi esošajā tehnoloģijā vai ražošanas procesos).
Tehnoloģiju ieviešana
Pārveidojošas pārmaiņas parasti nes lēcienu veiktspējā. Pakāpeniskas pārmaiņas savukārt parasti nodrošina regulārus uzlabojumus, kas palielina efektivitāti. Jaunai tehnoloģijai vajadzīgs laiks, lai veiktspējas ziņā apsteigtu esošo tehnoloģiju, un tieši šeit vajadzīga pacietība. Atcerieties, kā Apple 1993. gadā mēģināja popularizēt Newton kā personālo digitālo asistentu (PDA)? Lielo izmēru un cenas dēļ netika uzskatīts, ka tas sniedz priekšrocības salīdzinājumā ar papīra dienasgrāmatu, tāpēc tas cieta neveiksmi. Tie, kas to iegādājās šajā posmā, to darīja nevis veiktspējas priekšrocību dēļ, bet tāpēc, ka bija tehnoloģiju entuziasti (šie cilvēki veido daļu no „agrīnā tirgus”, ko Geoffrey Moore aprakstījis savā grāmatā Crossing the Chasm). Tiklīdz tehnoloģija sniedz tūlītējas veiktspējas priekšrocības (nevis tikai solījumu par tām nākotnē), tās iespējas tikt pieņemtai plašajā tirgū strauji pieaug. Pēdējos gados LED ir pārvarējušas šo tirgus barjeru. Atcerieties, kā pirms 10 gadiem jaunākās LED nodrošināja 60 lūmenus uz vatu, salīdzinot ar vairāk nekā 200 lūmeniem uz vatu mūsdienās[i].
1. attēls. Tehnoloģiju ieviešanas līkne
Līdz ar šīm arvien pieaugošajām veiktspējas iespējām rodas iespēja nomainīt gaismas avotu un/vai draiveri esošajā gaismeklī, lai gūtu finansiālu labumu un nodrošinātu pircējam ieguldījumu atdevi. Ja katru reizi, kad to vēlamies darīt, būtu jānomaina arī gaismeklis, motivācija būtu mazāka.
2. attēls. Veiktspējas uzlabojumi ar jaunām tehnoloģijām
Šo filozofiju var īstenot, jau no paša sākuma izvēloties modernizācijas stratēģiju: ieguldot modernizācijai piemērotos gaismekļos ar nodomu to „iekšējo daļu” atjaunot biežāk nekā pašu gaismekli. Kopumā tā ir aktīvu izmantošanas stratēģija, kas nodrošina maksimālu vērtību un elastību attiecībā uz turpmāku tehnoloģiju attīstību vai mainīgām prasībām. Tā nodrošina, ka vienmēr ir iespēja par zemām izmaksām pāriet uz jaunāko veiktspējas līmeni.
Modernizācijas produktu konstrukcija
Ja tas ir tik vienkārši, kāpēc gan ne visi modernizē?
Jaunas tehnoloģijas iestrādāšana modernizācijas formā padara konstrukciju sarežģītāku. Jebkurai elektronikai galvenais ir konstruēt sistēmu tā, lai nodrošinātu piemērotu darba temperatūru un pagarinātu produkta kalpošanas laiku. Tāpēc jebkuras konstrukcijas izejas punkts ir siltuma novadīšana, kas modernizācijas produktos var būt sarežģītāka, jo parasti nav tieša siltumvadoša ceļa uz ārējo vidi. Tomēr, izmantojot termisko modelēšanu un veicot rūpīgus termiskos testus dažādos slēgtos gaismekļos, var pārliecināties, ka LED mikroshēmu darba temperatūra ir krietni robežās, ko mikroshēmu ražotāji noteikuši ilgstošai darbībai.
Vēl viena joma, kurai jāpievērš rūpīga uzmanība, ir optiskās veiktspējas saskaņošana. Luminiscences spuldzes fotometriskās īpašības atšķiras no LED modernizācijas spuldzes īpašībām. Tomēr, kā aplūkosim tālāk, gaismekļa efektivitātes ziņā šis faktors parasti ir LED modernizācijas spuldzes priekšrocība.
Pastāv arī vairāki izplatīti maldīgi priekšstati par LED modernizācijas spuldžu izmantošanu, sākot no finansiālām bažām līdz atbilstības un atkārtotas sertifikācijas jautājumiem.
Ja modernizācijas spuldze ir sertificēta paredzētajam lietojumam, gaismeklis pēc tās uzstādīšanas nav atkārtoti jāsertificē. Tāpat kā nav atkārtoti jāsertificē naktslampiņa, ja kvēlspuldzes vietā izmanto kompakto luminiscences spuldzi (CFL), arī luminiscences spuldžu aizstāšana ar LED spuldzēm reti to prasa.
Kalpošanas laika izmaksas
Finansiāli LED modernizācijas spuldžu izmantošana atmaksājas. Ietaupījums ir vislielākais instalācijās, kur piekļuve gaismeklim ir sarežģīta un tehnoloģija ar ilgāku kalpošanas laiku ļauj retāk mainīt spuldzes. Shae Gilbert, London Underground apgaismojuma un jauninājumu vadošais inženieris, nesen paskaidroja, kā LED modernizācijas spuldžu izmantošana ietaupa miljoniem apkopes izmaksās. Vienas spuldzes nomaiņa virs eskalatora var izmaksāt gandrīz £1 000, tāpēc ieguldījumu atdeve, ja izdodas izvairīties no spuldzes nomaiņas, ir fenomenāla[ii]. Milzīgu ietaupījumu var panākt arī citur, kur apkopes izmaksas ir augstas, piemēram, ja tuneļos, apakšceļos un gājēju tuneļos ir vajadzīga satiksmes organizēšana.
Neņemot vērā apkopes izmaksas, enerģijas ietaupījums, lai sasniegtu tādu pašu spilgtumu, parasti ir 50 % no luminiscences sistēmas jaudas, tāpēc ieguldījumu atdevi var panākt pat tad, ja spuldžu nomaiņas izmaksas ir nenozīmīgas. Aplūkosim 58 W luminiscences spuldzi ar elektromagnētisko droseli (shēmas jauda 65 W), ko aizstāj ar 30 W LED spuldzi. Pie piesardzīgi aprēķinātām enerģijas izmaksām £0,10/kWh ietaupījums uz katru darba stundu ir 0,35 pensi, tātad pat pēc tikai 20 000 darba stundām (tā ir tikai daļa no augstas kvalitātes LED spuldžu nominālā kalpošanas laika) enerģijas ietaupījums sasniedz £70, un tas krietni pārsniedz LED spuldzes cenu.
Uzlabota veiktspēja
Protams, šajā brīdī Jūs jautāsiet, kā iespējams par 50 % samazināt enerģijas patēriņu, saglabājot tādu pašu spilgtumu, ja luminiscences spuldžu gaismas atdeve uz shēmas vatu ir aptuveni 75 lūmeni, bet LED spuldzēm parasti 105. Viens no iemesliem ir gaismekļa efektivitāte jeb gaismekļa lietderības koeficients (LOR).
3. attēls. Shēma, kas parāda LOR principu
Luminiscences spuldzes izstaro gaismu no visa spuldzes apkārtmēra, tāpēc jāizmanto atstarotāji, lai gaismu, kas izstarota no „aizmugures”, novirzītu uz vajadzīgo laukumu. Šāda optiskā kontrole neizbēgami rada zudumus. Turklāt laika gaitā uz virsmas nosēžas daļiņas, tāpēc tiek atstarots vēl mazāk gaismekļa iekšpusē novirzītās gaismas. Āra gaismekļa (piemēram, tādu, ko izmanto gājēju tuneļos) atstarotājs parasti ir izgatavots no vienkārša metāla loksnes ar zemu atstarošanas spēju, tāpēc zudumi ir būtiski. Savukārt LED izstaro gaismu tikai no vienas spuldzes virsmas, tāpēc gaismekļa iekšpusē atstarošana nav vajadzīga.
Cik lielā mērā mainās gaismekļa efektivitāte, var novērtēt, izmērītos vidējos apgaismojuma līmeņus luksos pārrēķinot pēc spuldzes gaismas plūsmas vispirms ar luminiscences spuldzēm un pēc tam tajā pašā instalācijā ar LED spuldzēm. Reālā gājēju tuneļa instalācijā aprēķins parādīja, ka pēc pārejas uz LED modernizācijas spuldzēm LOR uzlabojās par 59,4 % (skatīt 6. attēlu).
Papildus tam jāņem vērā arī gaismas kvalitāte. Izmantojot LED baltu gaismu parasto silti vai auksti baltās gaismas luminiscences spuldžu vietā, palielinās uztvertais spilgtums uz vienu vatu, un tieši tas ir svarīgi drošībai un komfortam. Tā ir plaši atzīta pieeja, kā norādīts BS 5489-1:2013 A pielikumā un ILP PLG03 [34]. Auksti baltas luminiscences spuldzes S/P attiecība ir aptuveni 1,48, bet baltai LED spuldzei tā var pārsniegt 2 (precīza vērtība atkarīga no ražotāja un šķirošanas)[iii].
Apvienojot šīs trīs uzlabojumu jomas (vairāk lūmenu uz vatu, labāku gaismekļa efektivitāti un lielāku S/P attiecību), ir viegli saprast, kā var panākt ievērojamu enerģijas ietaupījumu.
Ietekme uz veselību
Aktuāls jautājums, kas nozarē izraisījis daudz diskusiju un publikāciju, ir gaismas avotu ietekme uz veselību un drošību.
Apvienotajā Karalistē elektrotīkla frekvence ir 50 Hz. Tā kā viļņa forma ir aptuveni sinusoidāla, ciklā ir divi punkti, kuros spriegums ir 0, un tas rada mirgošanu un gaismas plūsmas modulāciju.
Luminiscences spuldzes ar elektromagnētisko droseli modulē ar 100 Hz frekvenci (saistībā ar diviem tīkla cikla punktiem, kuros spriegums ir 0), un kalpošanas laika beigās var rasties spēcīga 50 Hz un zemākas frekvences modulācija.
Pētījumi par mirgošanas ietekmi uz pacientiem ar fotosensitīvo epilepsiju (tā skar aptuveni 1 no 4 000 iedzīvotāju) liecina, ka mirgošana diapazonā no ~3 līdz ~70 Hz rada lēkmes risku[iv]. Pētījuma laikā veiktie pacientu elektroencefalogrāfiskie pieraksti parādīja, ka aptuveni 50 % pacientu reaģēja uz 50 Hz mirgošanas frekvenci[v].
Būtiski, ka LED kalpošanas laika beigās nerodas 50 Hz mirgošana. Tīklam pieslēgtās LED shēmās parasti ir 100 Hz modulācija, taču atkarībā no barošanas shēmas to var samazināt vai pilnībā novērst (LED, ko baro ar nepārtrauktu līdzstrāvu).
Papildu priekšrocība ir tā, ka LED modernizācijas spuldzē nav stikla vai dzīvsudraba tvaiku, kas rada bažas, ja spuldze saplīst, piemēram, tīrīšanas vai nomaiņas laikā.
LED modernizācijas spuldzes darbībā
Jaunas tehnoloģijas ienākšana tirgū parasti tiek uztverta ar skepsi un šķietamu risku. Kad veiktspēja un cena sasniedz līmeni, kurā ir skaidra ietaupījuma iespēja, un lielas instalācijas ir īstenotas un sevi pierādījušas, šis šķietamais risks neizbēgami mazinās.
Ir pienācis laiks LED modernizācijai spīdēt. Pēdējos gados LED veiktspēja ir strauji uzlabojusies, un tagad LED spēj sniegt ievērojamas priekšrocības salīdzinājumā ar vecākām tehnoloģijām. Uzticēšanās šai tehnoloģijai ir ievērojami pieaugusi, un lieli uzņēmumi un organizācijas regulāri paziņo, ka pāriet uz LED gaismas avotiem.
Viena no šādām instalācijām ir Captain Cook Square autostāvvieta Middlesbrough pilsētā. INDO piegādāja vairāk nekā tūkstoti T8 LED modernizācijas spuldžu uzstādīšanai daudzstāvu ēkā, nodrošinot autostāvvietas īpašniekam pievilcīgu atdevi. Papildus šiem finansiālajiem ieguvumiem uzlabojās gaismas kvalitāte, ļaujot labāk atšķirt krāsas un palielinot spilgtumu. 4. attēlā redzams vizuālais uzlabojums, ko var izskaidrot ar iepriekš aplūkoto gaismas atdeves, S/P attiecības un LOR pieaugumu.
4. attēls. Captain Cook Square autostāvvieta pirms (pa kreisi, luminiscences spuldzes) un pēc (pa labi, INDO LED)
Pēc LED uzstādīšanas (veikta 2014. gada 1. ceturksnī) elektroenerģijas uzskaite parādīja, ka visas ēkas enerģijas patēriņš (ieskaitot liftus, barjeras, drošības sistēmas u. c.) samazinājās par 45 %. Tas ir aptuveni 13 000 kWh mēnesī. Sīkāka informācija redzama 5. attēlā.
5. attēls. Visas ēkas mēneša enerģijas patēriņš salīdzinājumā ar iepriekšējo gadu.
Lielas INDO LED modernizācijas spuldžu instalācijas ir īstenotas vairākos Londonas rajonos ar ārkārtīgi pozitīviem rezultātiem. Neatkarīgā pārskatā par gājēju tuneļa instalāciju Westminster tika atzīmēts, ka LED modernizācijas spuldzes ir ievērojami uzlabojušas visas telpas izskatu. Galvenie pārskata rādītāji un rezultātu analīze redzami 7. attēlā.
6. attēls. Westminster: INDO LED spuldzes (30 W shēma, pa kreisi) blakus luminiscences spuldzēm (84 W shēma, pa labi)
7. attēls. Testa instalācijas veiktspējas rezultātu kopsavilkums
Apgaismojums uz shēmas vatu un apgaismojums uz spuldzes lūmenu attiecas uz vidējo apgaismojuma līmeni un aprēķināts testa gājēju tunelī, kur neatkarīga apgaismojuma apsekošana tika veikta gan ar T8 luminiscences spuldzēm, gan ar INDO LED T8 spuldzēm. Apsekošanā izmantotie mērījumu tīkli atbilda ILP Technical Report 28 „Measurement of road lighting performance on site”.
LED vispārējā veiktspēja nepārtraukti pieaug, un jauna tehnoloģija vienmēr ir tepat aiz stūra. Modernizācija ar jaunāko tehnoloģiju par zemām izmaksām nodrošina elastību, jo Jūs nekad neesat piesaistīti pašreizējam tehnoloģiju līmenim. Ja dažus gadus pēc uzstādīšanas tirgū parādās uzlabots produkts, nebūs jānoraksta dārgi gaismekļi, lai to ieviestu.
Apvienojot mūsdienu LED tehnoloģiju ar šo praktisko modernizācijas filozofiju, neapšaubāmi var gudri izmantot pašreizējās tehnoloģiju iespējas, lai uzlabotu apgaismojuma kvalitāti un krasi samazinātu instalācijas izmaksas visā tās kalpošanas laikā.
Atsauces:
[i] Miller, H. (2010) Creative Destruction, With a Nudge from the Top, [Tiešsaistē], pieejams: http://www.pcb007.com/pages/zone.cgi?a=56143 [2013. gada 27. nov.]
[ii] Bain, R. (2013) ‘The light at the end of the tunnel’, Lux Magazine, Nr. 31, 2013. gada novembris, 54.-59. lpp.
[iii] Lighting Research Center (2009), Outdoor Lighting: Visual Efficacy, 6. sēj., 2. nr., 6. lpp.
[iv] Wilkins, A., Veitch, J. and Lehman, B. (2010) LED Lighting Flicker and Potential Health Concerns: IEEE Standard PAR1789 Update [Tiešsaistē], pieejams: http://www.essex.ac.uk/psychology/overlays/2010-195.pdf [2013. gada 27. nov.]
[v] Wilkins, A., Veitch, J. and Lehman, B. (2010) LED Lighting Flicker and Potential Health Concerns: IEEE Standard PAR1789 Update [Tiešsaistē], pieejams: http://www.essex.ac.uk/psychology/overlays/2010-195.pdf [2013. gada 27. nov.]
