Nosakot pareizus spuldzes gaismas plūsmas saglabāšanās koeficientus LED ielu apgaismojumam, precīzi ņemt vērā gaismas plūsmas samazināšanos ir būtiski, lai apgaismojuma projekts atbilstu prasībām arī kalpošanas laika beigās. Bet vai apgaismojuma speciālisti saviem piegādātājiem uzdod pareizos jautājumus?
Ir labi zināms, ka laika gaitā LED gaismas plūsma samazinās; to sauc par gaismas plūsmas samazināšanos. Lai apgaismojuma projekts atbilstu prasībām arī kalpošanas laika beigās, šī samazināšanās jāņem vērā visā gaismekļa kalpošanas laikā.
Tādējādi kalpošanas laika sākumā mums ir vai nu vairāk gaismas, nekā nepieciešams, vai arī mēs izmantojam nemainīgas gaismas plūsmas (CLO) metodi, lai visu laiku nodrošinātu vienmērīgu apgaismojuma līmeni: gaismeklis sāk darbu aptumšotā režīmā, un ekspluatācijas laikā jauda pakāpeniski tiek palielināta līdz maksimālajai.
Līdz šim, protams, viss ir kārtībā. Gaismas plūsmas samazināšanos var risināt divos skaidros veidos, un abus piedāvā visi lielākie apgaismojuma ražotāji.
Pareiza CLO profila izvēle
Tomēr viens aspekts var viegli palikt nepamanīts: CLO algoritms jāpielāgo projektētajam sistēmas kalpošanas laikam.
Ja sistēmas paredzētais kalpošanas laiks ir, piemēram, 100 000 stundu un mēs zinām, ka pēc šī laika gaismekļa LED gaismas plūsma būs 80 % no sākotnējās, tad, uzstādot gaismekļus, jāsāk ar 80 % gaismas plūsmu un jauda jāpalielina tā, lai pēc 100 000 stundām tā sasniegtu 100 %.
Līdzīgi, ja sistēmas kalpošanas laiks ir 60 000 stundu un tam pašam produktam pēc šī laika saglabājas 88 % gaismas plūsmas, CLO algoritmam jāsāk ar 88 % un 60 000 stundu laikā jāpalielina gaismas plūsma līdz 100 %.
Tātad tipiskam LED gaismeklim ar L80 = 100 000 stundu CLO šajā laikā var ietaupīt 10 % no enerģijas izmaksām visā kalpošanas laikā.
Gaismekļu ražotāji bieži iestata noklusējuma CLO algoritmu, kas pieņem, ka sistēmas kalpošanas laiks ir vienāds ar produkta kalpošanas laiku. Tas ir jāzina, lai CLO profilu varētu pareizi pielāgot konkrētajai instalācijai.
Neaizmirstiet arī, ka tad, ja CLO programma darbojas LED draiverī un draiveris ir jānomaina, CLO algoritms tiks atiestatīts un atkal sāks no „kalpošanas laika sākuma”, ja vien jaunais draiveris netiks ieprogrammēts katram gaismeklim atsevišķi! Rezultātā apgaismojums būs nepietiekams un tātad neatbildīs prasībām.
LED kalpošanas laiks un uzturēšanas koeficienti LED ielu apgaismojumā
Kā tad uzzināt, kāda būs LED gaismas plūsma sistēmas kalpošanas laika beigās?
Gaismas plūsmas prognozēšanai ir vairāki modeļi, ar kuriem var paredzēt, kāda būs gaismas plūsma pēc noteikta darbības laika. Šīs metodes balstās uz mērījumu datiem un ar matemātiskiem modeļiem prognozē, kā LED darbosies nākotnē, ņemot vērā testēšanas laikā novēroto veiktspēju.
TM-21[1] ir viena no šādām aprēķina metodēm, un apgaismojuma nozarē to izmanto plaši. Aprēķina pamatā ir LED testēšanas rezultāti, kas iegūti saskaņā ar LM-80[2] metodiku.
LM-80 = testēšana
LM-80 ir testēšanas standarts, kas nosaka, kā jātestē LED korpuss, LED bloks vai modulis un kā jāapkopo rezultāti.
Saskaņā ar šo metodi LED paraugus ievieto testa kamerā ar rūpīgi kontrolētiem vides apstākļiem un elektriskajiem parametriem un regulāri mēra to gaismas plūsmu un hromatiskumu.
Testam jāilgst vismaz 6 000 stundu, un parasti to turpina daudz ilgāk, lai uzlabotu prognožu precizitāti un ticamību. Testēšanu veic pie LED korpusa temperatūras 55 grādi, 85 grādi un trešās, ražotāja izvēlētas temperatūras. Dati jāreģistrē vismaz ik pēc 1 000 stundām pie 25 grādiem.
LM-80 ir tikai viens no uzticamiem informācijas avotiem, kas ļauj klientiem novērtēt un salīdzināt dažādu ražotāju LED ielu gaismekļu gaismas plūsmas saglabāšanās koeficientus. Tomēr tas pilnībā neraksturo LED sistēmas veiktspēju vai uzticamību.
Jāņem vērā, ka tad, ja draivera kalpošanas laiks ir īsāks nekā moduļa kalpošanas laiks, draiveris var būt jānomaina, pirms beidzies gaismekļa dzīves cikls. Tas nozīmē, ka gaismekļa kopējo kalpošanas laiku nevar izteikt ar vienu skaitli. Moduļa un draivera vērtības jānorāda atsevišķi, tās neapvienojot.
TM-21 = prognozes
TM-21 izstrādāja, lai šos īstermiņa LED komponentu testu datus ekstrapolētu, prognozētu turpmāko kalpošanas laiku un sniegtu pārliecību par tehnoloģiju.
Lai prognozētu gaismas plūsmas samazināšanos, TM-21 prasa tikai to, lai testa laikā vairākos vienādos intervālos tiktu reģistrēta testēto LED vidējā gaismas plūsma (procentos no sākotnējās gaismas plūsmas).
Pēc tam ar prognozēšanas metodi var paredzēt gaismas plūsmas samazināšanos pēc noteikta laika vai darba stundu skaitu, pēc kura gaismas plūsma samazināsies līdz noteiktam līmenim.
Iepriekš redzamajā tabulā (1. attēls) parādīts piemērs, kā tiek reģistrēti LM-80 rezultāti un kurus no tiem izmanto TM-21 aprēķinā.
Aprēķina rezultāts ir nominālais gaismas plūsmas saglabāšanās laiks Lx, t.i., darbības laiks, kurā LED gaismas avots saglabā x procentus no savas sākotnējās gaismas plūsmas. Piemēram: L70 (stundas) = laiks, līdz saglabājas 70 % gaismas plūsmas.
Tā kā TM-21 aprēķins balstās uz vidējo gaismas plūsmas saglabāšanos katrā mērījuma punktā, rezultāts pēc definīcijas ir paraugu kopas vidējā gaismas plūsmas saglabāšanās pēc nominālā gaismas plūsmas saglabāšanās laika. Citiem vārdiem sakot, pēc norādītā stundu skaita paraugu gaismas plūsmas saglabāšanās aritmētiskais vidējais būs Lx vērtība. Tā kā gaismas plūsmas saglabāšanās aptuveni atbilst normālajam sadalījumam, var arī teikt, ka LED paraugu kopā pusei vienību gaismas plūsmas saglabāšanās būs augstāka par prognozēto, bet pusei zemāka (skatīt 3. attēlu zemāk).
No tā redzams, ka ielu apgaismojuma iepirkumos bieži prasītā metode TM-21 spēj prognozēt tikai vidējos gaismas plūsmas saglabāšanās rādītājus (normālajam sadalījumam vidējais = mediāna = moda), un, izmantojot LxBy apzīmējumu, tie atbilst LxB50.
Kāda ietekme ir B vērtībai?
Apgaismojuma līmenis un enerģijas patēriņš
Dažos ielu apgaismojuma iepirkumos prasa tādu „B” vērtību prognozes, kas neatspoguļo vidējo gaismas plūsmas saglabāšanos. Piemēram, LxB10, citiem vārdiem sakot, darba stundu skaits, līdz kuram ne vairāk kā 10 % LED nodrošina mazāk nekā x % no sākotnējās gaismas plūsmas.
2. attēlā redzams, ka tādām LED, kuru gaismas plūsmas samazināšanās atbilst normālajam sadalījumam, B10 ir tā gaismas plūsmas saglabāšanās vērtība, pie kuras 10 % LED ir zem Lx mērķa, bet 90 % virs šīs robežas.
Jebkurai LED stundu skaits zemākai By vērtībai vienmēr būs mazāks nekā stundu skaits līdz B50. Atšķirība ir atkarīga no gaismas plūsmas saglabāšanās izkliedes starp testa paraugiem. Tāpēc B10 vērtība ir piesardzīgāka nekā B50. Praksē tas nozīmē, ka LED moduļu kopa B10 sasniedz agrākā kalpošanas laika posmā nekā B50.
Piemēram, LED ar L80B50 = 100 000 stundu L80B10 vērtība varētu būt ap 70 000 stundu. Šajā brīdī var teikt, ka 10 % LED gaismas plūsma būs mazāka par 80 %. Tomēr, kā redzams 3. attēlā, šajā piemērā vidējā gaismas plūsma pēc 70 000 stundām patiesībā ir 87,5 %.
Tātad, ja LED ielu apgaismojuma sistēmu projektē ar kalpošanas laiku 70 000 stundu, projektētājam jāizlemj, vai izmantot L80B10 = 70 000 stundu un uzturēšanas koeficientu 0,8, vai L87,5B50 = 70 000 stundu un uzturēšanas koeficientu 0,875. Skaidrs, ka otrajā gadījumā tiks patērēts mazāk enerģijas.
Var apgalvot, ka, izvēloties uzturēšanas koeficientu, piemērotāks ir vidējais gaismas plūsmas saglabāšanās rādītājs, jo mēs vēlamies, lai apgaismojums nebūtu ne nepietiekams, ne pārmērīgs. Iepriekšējā piemērā, izmantojot L80B10, apgaismojums vidēji būs par 7,5 % pārmērīgs, bet ar L87,5B50 tā nebūs (abos gadījumos 70 000 stundu).
Neaizmirstiet, ka LED gaismeklī parasti ir vairākas LED. LED mikroshēmu gaismas plūsma samazinās dažādā ātrumā, tāpēc gaismekļa gaismas plūsmas samazināšanās jau pati par sevi ir tajā esošo atsevišķo LED mikroshēmu vidējā vērtība.
Gaismekļu salīdzinājuma precizitāte
Papildus pārmērīga apgaismojuma riskam „B” vērtību izmantošanai ir vēl viena problēma: veids, kā tās aprēķina. TM-21 ir noteikta aprēķina metode vidējai gaismas plūsmas saglabāšanās vērtībai, un tā prasa, lai LED būtu testētas saskaņā ar LM-80. Tomēr TM-21 nesniedz norādījumus, kā aprēķināt „B” vērtības.
Tāpēc jebkuras norādītās vērtības ir aprēķinātas ar ražotāja izvēlētu metodi. Tā ir problēma, jo bez vienotas pieejas rezultātus nevar salīdzināt pēc vienādiem kritērijiem, un tas labākajā gadījumā apgrūtina izvēli starp gaismekļiem.
Britu standartu interpretācija
Standarta BS 5489-1 C pielikumā aprakstīts, kā aprēķināt LED ielu apgaismojuma uzturēšanas koeficientus, kas izmantojami apgaismojuma projektos.
Šajā dokumentā gaismas plūsmas saglabāšanās minēta tikai kā Lx vērtība, bez metodes, kā vienādojumā iekļaut By vērtības. Tas nozīmē, ka jebkuras citas vērtības, izņemot B50, izmantošanu var uzskatīt par maldinošu.
Izpratne par BY vērtībām: gaismas plūsmas samazināšanās izkliede
Viens būtisks aspekts, ko „B” vērtība tomēr cenšas izgaismot, ir gaismas plūsmas saglabāšanās izkliede starp LED paraugiem testēšanas laikā.
Piemēram, ja mums ir 10 LED paraugi un tie darbojušies 100 000 stundu, būtu vēlams, lai izmērītie gaismas plūsmas saglabāšanās rezultāti līdzinātos zemāk redzamā 3. attēla „1. piemēram”, nevis „2. piemēram”.
3. attēls. Gaismas plūsmas saglabāšanās izkliede starp paraugiem
Iemesls ir tāds, ka, lai gan vidējā gaismas plūsmas samazināšanās ir vienāda (un tātad arī L80B50 vērtības ir identiskas), 1. piemērā gaismas plūsmas saglabāšanās ir vienmērīgāka. Tas nozīmē, ka visu LED gaismas plūsma samazinās daudz vienmērīgāk un laika gaitā nodrošina stabilāku apgaismojumu.
Ja mēs varētu būt droši, ka B10 vērtības abām piemēra kopām aprēķinātas ar vienādām metodēm, tad L80B10 prasība izceltu 1. piemēra kopas kvalitāti. Taču, kā zināms, šī rādītāja aprēķins nav standartizēts, tāpēc salīdzinājumi ne vienmēr ir noderīgi.
Cits veids, kā klienti var iegūt informāciju par izkliedi, ir pārbaudīt rezultātu dispersiju vai standartnovirzi produkta LM-80 testa pārskatā. Tā kā LM-80 ir nozarē standartizēta testēšanas procedūra, tas nodrošina godīgu un pamatotu salīdzinājumu starp līdzvērtīgiem gaismekļiem.
To var iekļaut pat iepirkuma dokumentācijā, vienkārši norādot maksimālo pieļaujamo standartnovirzi (rādītāju, kas raksturo rezultātu novirzi no vidējā) jebkurā gaismas plūsmas saglabāšanās mērījuma punktā LM-80 testa laikā.
Kopsavilkums
Alternatīvu „B” vērtību izmantošana standarta TM-21 prognožu vietā var:
- radīt pārmērīgu apgaismojumu un tātad lielākas izmaksas visā kalpošanas laikā
- apgrūtināt dažādu gaismekļu salīdzināšanu, jo nav standarta, kas nodrošinātu, ka visi ražotāji izmanto vienādu aprēķinu. Turpretī TM-21 visiem ražotājiem ir vienāds
B50 izmantošana ir precīzākais un piemērotākais veids, kā nodrošināt atbilstību LED ielu apgaismojuma uzturēšanas koeficientu principiem, vienlaikus maksimāli palielinot instalācijas kalpošanas laiku un efektivitāti.
Taču, protams, viss nekad nav tik vienkārši!
Lai gan TM-21 izmantošanai un „B” apgalvojumu ignorēšanai ir acīmredzamas priekšrocības, TM-21 problēma ir tā, ka LED ar lielu gaismas plūsmas saglabāšanās izkliedi starp paraugiem tiek vērtēta tāpat kā LED ar ļoti vienmērīgu gaismas plūsmas saglabāšanos.
Tāpēc tehniskajā specifikācijā vēlams prasīt LED gaismas avotu ar pēc iespējas mazāku gaismas plūsmas saglabāšanās izkliedi. To var izdarīt vienoti un salīdzināmi, nosakot minimālo novēroto izkliedi LM-80 testa rezultātos (skatīt bēšā krāsā iezīmēto standartnovirzes (Std Dev.) rindu 2. attēlā.)
Galu galā patērēt vairāk enerģijas, nekā nepieciešams standartu izpildei, nepārprotami nav vēlams. Ja par mērķa rādītāju nosaka, piemēram, L80B10, tas ne tikai rada šādu pārtēriņu un paver iespējas manipulācijām, bet arī apgrūtina precīzu gaismekļu salīdzināšanu.
Lawrence Baynham, MEng, ir INDO tehniskais direktors. Viņa secinājumi tika publicēti žurnāla ILP Lighting Journal 2017. gada novembra/decembra numurā ar nosaukumu „Diminishing Returns” un prezentēti viņa vebinārā „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
