Når man skal fastsette de riktige lysfluksvedlikeholdsfaktorene for LED-veibelysning, er det avgjørende å ta høyde for riktig mengde lysfluksreduksjon for å sikre at et belysningsdesign oppfyller kravene ved endt levetid. Men stiller belysningsfagfolk de riktige spørsmålene til leverandørene sine?
Det er velkjent at lysytelsen til en LED reduseres over tid, det som kalles lysfluksreduksjon. For å sikre at et belysningsdesign oppfyller kravene selv ved endt levetid, må vi derfor ta høyde for denne lysfluksreduksjonen over armaturens levetid.
Gjør vi dette, ender vi enten opp med mer lys enn nødvendig ved starten av levetiden, eller så bruker vi en metode med konstant lysfluks (CLO) for å levere jevne nivåer over perioden, ved å starte enheten i en dimmet tilstand og gradvis øke til maksimal effekt over driftslevetiden.
Så langt så bra. Vi har to klare valg for hvordan vi håndterer lysfluksreduksjon, og begge er lett tilgjengelige hos alle de store belysningsprodusentene.
Å velge riktig CLO-profil
Ett forhold som lett kan bli oversett, er imidlertid å tilpasse CLO-algoritmen til prosjektlevetiden det designes for.
Hvis prosjektets designlevetid for eksempel er 100 000 timer, og vi vet at LED-lysfluksen til en enhet etter denne tiden vil være 80% av opprinnelig verdi, bør vi, når armaturene installeres, starte på 80% output og øke effekten slik at den når 100% etter 100 000 timer.
Tilsvarende, hvis en prosjektlevetid er 60 000 timer og det samme produktet har 88% av sin output etter denne perioden, bør CLO-algoritmen starte på 88% output og øke til 100% output over 60 000-timersperioden.
Ser vi på en typisk LED-armatur med en L80 på 100 000 timer, kan CLO altså spare 10% av energikostnadene over levetiden.
Det er vanlig for armaturprodusenter å sette en standard CLO-algoritme som forutsetter at prosjektlevetiden er lik produktlevetiden. Men det er viktig å være klar over dette, slik at CLO-profilen kan tilpasses riktig til installasjonen.
Ikke glem heller at når man bruker CLO-programmer i LED-driveren, vil CLO-algoritmen, med mindre den er programmert enhet for enhet, nullstilles og starte på nytt fra «begynnelsen av levetiden» når et driverbytte blir nødvendig! Dette vil resultere i et underopplyst, og dermed ikke-kompatibelt, prosjekt.
Å forstå LED-levetider & vedlikeholdsfaktorer for LED-veibelysning
Så hvordan vet vi hva LED-lysfluksen vil være ved slutten av prosjektets levetid?
Det finnes flere modeller som kan brukes til å anslå lysfluks, slik at vi kan forutsi hva lysytelsen vil være etter en gitt driftsperiode. Disse metodene tar utgangspunkt i målte data og bruker deretter matematiske modeller til å anslå hvordan LED-ene vil prestere i fremtiden, basert på observert ytelse i løpet av testperioden.
TM-21[1] er en slik beregning og brukes ofte i belysningsbransjen. Beregningen bygger på data samlet inn i henhold til LM-80[2]-resultatene til LED-ene.
LM-80 = Testing
LM-80 er en teststandard som definerer hvordan en LED-pakke, et array eller en modul skal testes, og hvordan resultatene skal samles inn.
Metoden innebærer å montere prøven av LED-er i et testkammer med nøye kontrollerte omgivelsesforhold og elektriske innganger, og deretter sørge for at enhetene måles jevnlig for lysfluks og fargekoordinater.
Testens varighet må være minst 6 000 timer, og videreføres vanligvis over en mye lengre periode for å forbedre nøyaktigheten og gyldigheten til anslagene. Testing utføres ved en LED-kapseltemperatur på 55 grader, 85 grader og en tredje temperatur valgt av produsenten. Data må samles inn minst hver 1 000 time ved 25 grader.
LM-80 er bare én pålitelig informasjonskilde som gjør det mulig for kunder å vurdere og sammenligne lysfluksvedlikeholdsfaktorer for LED-veibelysningsenheter fra ulike produsenter. Det er imidlertid ikke et fullstendig mål på et LED-systems ytelse eller pålitelighet.
Det er verdt å merke seg at hvis levetiden til driveren er kortere enn modulens, kan et driverbytte bli nødvendig før armaturens livssyklus er fullført. Det betyr at man ikke kan oppgi ett enkelt tall for armaturens totale levetid. Verdiene for modulen og driveren bør oppgis hver for seg og ikke slås sammen.
TM-21 = Anslag
TM-21 ble utviklet for å ekstrapolere disse korttidsdataene for LED-komponenter, for å forutsi fremtidige levetider og gi trygghet for teknologien.
For å forutsi lysfluksreduksjon krever TM-21 rett og slett at gjennomsnittlig (middel-) lysfluks (som en prosentandel av startlysfluksen) til de testede LED-ene registreres på flere like fordelte tidspunkter i løpet av testen.
Anslagsmetoden kan deretter brukes til å forutsi lysfluksreduksjon etter en gitt periode, eller til å forutsi hvor mange driftstimer som vil gå før lysfluksen når et definert reduksjonsnivå.
Tabellen ovenfor (Figur 1) viser et eksempel på hvordan LM-80-resultatene registreres, og hvilke resultater som brukes i TM-21-beregningen.
Resultatet av det ovennevnte er den oppgitte lysfluksvedlikeholdslevetiden Lx, som er den forløpte driftstiden LED-lyskilden vil opprettholde prosentandelen, x, av sin opprinnelige lysfluks over. For eksempel: L70 (timer) = tiden til 70% lysfluksvedlikehold.
Siden TM-21 definerer en beregning basert på gjennomsnittlig lysfluksvedlikehold ved hvert målepunkt, er resultatet per definisjon det gjennomsnittlige lysfluksvedlikeholdet til et utvalg enheter etter den oppgitte lysfluksvedlikeholdslevetiden. Med andre ord, etter det oppgitte antall timer vil det aritmetiske gjennomsnittet av utvalgets lysfluksvedlikehold være Lx-verdien. Siden lysfluksvedlikehold omtrent følger en normalfordeling, kan vi også si at vi for et utvalg LED-er forventer at halvparten av enhetene vil vise et høyere lysfluksvedlikehold enn anslått, og halvparten et lavere lysfluksvedlikehold enn anslått (se Figur 3 nedenfor).
Vi ser av dette at den vanlige metoden som angis i anbud for veibelysning, TM-21, bare er i stand til å anslå gjennomsnittlige lysfluksvedlikeholdstall (for en normalfordeling: gjennomsnitt = median = typetall) og, med LxBy-notasjonen, ville tilsvare LxB50.
Hvilken betydning har B-tallet?
Lysnivåer og energibruk
Noen anbud for veibelysning etterspør anslag for «B»-verdier som ikke representerer den gjennomsnittlige lysfluksvedlikeholdsytelsen. For eksempel LxB10, eller med andre ord, antall driftstimer inntil ikke mer enn 10% av LED-ene leverer mindre enn x% av den opprinnelige lysfluksen.
Figur 2 viser at for LED-er hvis nedbrytning følger en normalfordeling, vil B10 være lysfluksvedlikeholdsverdien der 10% faller under Lx-målet og 90% faller over grensen.
For enhver gitt LED vil antall timer for en lavere By-verdi alltid være lavere enn antall timer til B50. Forskjellen vil avhenge av variasjonen i lysfluksvedlikehold målt mellom testutvalgene. En B10-verdi er derfor mer konservativ enn B50. I praktiske termer betyr dette at B10 nås på et tidligere tidspunkt i levetiden til et sett LED-moduler, sammenlignet med B50.
Som et eksempel, for en LED med L80B50 på 100 000 timer, kan vi forvente at L80B10-verdien ligger rundt 70 000 timer. På dette tidspunktet kan vi si at 10% av LED-ene vil ha mindre enn 80% av lysfluksen. Som det fremgår av Figur 3, er imidlertid den gjennomsnittlige lysfluksen for dette eksempelet etter 70 000 timer faktisk 87,5%.
Så hvis en LED-veibelysningsinstallasjon designes med en prosjektlevetid på 70 000 timer, blir spørsmålet for designeren om man skal bruke L80B10 = 70 000 timer og sette vedlikeholdsfaktoren til 0,8, eller bruke L87.5B50 = 70 000 timer og sette vedlikeholdsfaktoren til 0,875. Det er tydelig at sistnevnte vil resultere i at mindre energi brukes.
Man kan hevde at det gjennomsnittlige lysfluksvedlikeholdstallet er mer hensiktsmessig når man skal velge vedlikeholdsfaktor, fordi vi ønsker å sikre at prosjektet verken er underopplyst eller overopplyst. Bruker vi eksempelet ovenfor, vil prosjektet i gjennomsnitt være 7,5% overopplyst hvis L80B10 brukes, sammenlignet med L87.5B50 der det ikke er tilfellet (begge er på 70 000 timer).
Ikke glem at en LED-armatur vanligvis inneholder en rekke LED-er. LED-brikker vil brytes ned i ulikt tempo, så lysfluksreduksjonen til armaturen vil allerede være et gjennomsnitt av lysfluksreduksjonen til de enkelte LED-brikkene i enheten.
Nøyaktighet ved sammenligning av armaturer
I tillegg til risikoen for overbelysning, er et annet problem ved bruk av «B»-tall måten de beregnes på. TM-21 er en definert beregningsmetode for gjennomsnittlig lysfluksvedlikehold, og krever at LED-ene testes i henhold til LM-80. TM-21 gir imidlertid ingen veiledning i hvordan «B»-tall skal beregnes.
Derfor beregnes eventuelle oppgitte tall ved hjelp av en metode valgt av produsenten. Dette er problematisk, siden mangelen på en standardisert tilnærming betyr at resultater ikke kan sammenlignes på like vilkår, noe som i beste fall gjør det vanskeligere å velge mellom armaturer.
Tolkning av britiske standarder
Annex C i BS 5489-1 beskriver fremgangsmåten for å beregne vedlikeholdsfaktorer for LED-veibelysning til bruk i belysningsdesign.
Dette dokumentet omtaler lysfluksvedlikehold utelukkende som en Lx-verdi uten noen metode for å innarbeide By-verdier i ligningen. Noe som betyr at bruk av noe annet enn B50 kan anses som misvisende.
Å forstå BY -tall: variasjon i lysfluksreduksjon
En sentral faktor som «B»-verdien nettopp forsøker å belyse, er variasjonen i lysfluksvedlikehold mellom LED-prøver under testing.
Hvis vi for eksempel har et utvalg på 10 LED-er og lot dem gå i 100 000 timer, ville det være mer ønskelig at de målte lysfluksvedlikeholdsresultatene lignet dem i «Eksempel 1» i Figur 3 nedenfor, fremfor «Eksempel 2».
Figur 3. Variasjon i lysfluksvedlikehold mellom prøver
Årsaken til dette er at, til tross for å ha samme gjennomsnittlige lysfluksreduksjon (og dermed identiske L80B50-tall), gir Eksempel 1 mer jevnhet i lysfluksvedlikeholdet. Dette vil bety at alle LED-ene brytes ned mye jevnere, og dermed leverer en mer stabil lysfluks over tid.
Hvis vi kunne være sikre på at de samme metodene ble brukt til å beregne B10-tall på tvers av begge eksempelsettene, ville kvaliteten til eksempelsett 1 blitt fremhevet ved kravet om L80B10. Men i virkeligheten er det, som vi vet, ingen standardisering for beregningen av dette målet, så sammenligninger er ikke alltid nyttige.
En alternativ måte kunder kan innhente informasjon om variasjon på, er å sjekke variansen eller standardavviket i resultatene fra en enhets LM-80-testrapport. Siden LM-80 er en bransjestandard testprosedyre, vil dette sikre en rettferdig og robust sammenligning mellom sammenlignbare armaturer.
Dette kan til og med tas inn i anskaffelsesdokumenter ved rett og slett å angi et maksimalt tillatt standardavvik (et mål på variasjonen i resultater fra gjennomsnittet) fra et hvilket som helst målepunkt for lysfluksvedlikehold under LM-80-testprosessen.
Oppsummering
Å bruke alternative «B»-tall sammenlignet med standard TM-21-anslag kan:
- Resultere i et overopplyst prosjekt, og dermed høyere kostnader over levetiden
- Gjøre det vanskeligere å vurdere ulike lykter, siden det ikke finnes noen standard som sikrer at produsentene bruker samme beregning. Til sammenligning er TM-21 det samme hos alle produsenter
Å bruke B50 er det mest nøyaktige og hensiktsmessige målet for å sikre samsvar med prinsippene for vedlikeholdsfaktorer for LED-veibelysning, samtidig som levetiden og effektiviteten til installasjonen maksimeres.
Men, selvfølgelig, er det aldri helt så enkelt!
Selv om det er klare fordeler ved å bruke TM-21 og se bort fra eventuelle «B»-påstander, er problemet med TM-21 at en LED med stor variasjon i lysfluksvedlikehold mellom LED-prøver behandles på samme måte som en LED med svært jevnt lysfluksvedlikehold mellom LED-prøver.
Det er derfor ønskelig å spesifisere en LED-kilde med så lite variasjon i lysfluksvedlikeholdsytelsen som mulig. Dette kan gjøres på en konsistent og sammenlignbar måte ved å spesifisere minimale observerte variasjoner i LM-80-testresultatene (se den beige uthevede Std.avvik.-raden i Figur 2.)
Til syvende og sist er det klart uønsket å bruke mer energi enn nødvendig for å oppfylle standardene. Å sette et mål for ytelse som L80B10 fører ikke bare til dette og er åpent for manipulasjon, men påvirker også muligheten til å sammenligne armaturer nøyaktig.
Lawrence Baynham MEng er teknisk direktør i INDO Lighting. Funnene hans ble publisert i ILP Lighting Journal for nov./des. 2017 under tittelen “Diminishing Returns”, og presentert i hans webinar “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
