e-villamos online szaklap

Energiahatékonyságot mérő mutatók az útvilágításban

| | |  1 | |

Az energiahatékonyság az egyik legfontosabb kérdése a XXI. század gazdaságának. Az Európai Unió folyamatosan keresi azokat a területeket, ahol energiahatékonysági céljait elérheti. Ezek közül az egyik legkisebb ráfordítást igénylő és legjobb eredménnyel kecsegtető területe a világítás. Ezért fontos, hogy legyenek olyan indikátorok, melyekkel az útvilágítások energiahatékonysága mérhető, összehasonlítható.

Fényforrásokra olyan jól ismert indikátoraink vannak, mint a fényhasznosítás (lm/W), a lámpatestekre pedig a hatásfok, ugyanakkor az útvilágítások megfelelõ tervezésének és karbantartásának nagyobb hatása lehet az energiahatékonyságra, mint a fényforrásoknak vagy a lámpatesteknek önmagukban. Ezért új megvilágításba kell helyeznünk az energia felhasználás hatékonysági a mutatóit, azok egymáshoz való viszonyát, és ha szükséges, létre kell hozzunk újakat is. Ugyanakkor az energiahatékonysági törekvések nem érinthetik hátrányosan a világítás minõségét és vizuális hatásait

 

Összhang

 

Az útvilágítás nem pusztán egy energiafogyasztó. Elsõdleges funkciója szerint biztosítja a közlekedés- és közbiztonságot. Ezt a referencia „felhasználó” látási teljesítményével jellemezzük szokványos közlekedési helyzetetekben. Ugyanakkor a berendezés természeti környezetünk része. A mûszaki és gazdasági lehetõségek figyelembevételével minimalizáljuk a környezetre való hatását. Az épített környezet részeként, a jól tervezett világítás emeli a közterületet használók komfortérzetét, sõt megjelenésével nappal is esztétikai élményt nyújthat.

 

Teljesítmény

 

A teljesítmény a látási teljesítményre utal, melynek követelményeit a látási feladatok szerint csoportosíthatjuk. Az akadályfelismerés mind gépjármûforgalmú, mind gyalogos területeken szükséges. A forgalomban résztvevõk mozgási irányát és szándékát is meg kell ítélni. Gyalogos területeken jelentõs szerepe van az arcfelismerésnek. Az útvilágítás mindemellett az orientációt segíti azáltal, hogy kirajzolja az út vonalvezetését, és láttatja az utak hierarchiáját.

 

Komfort

 

A környezettel való összhang, „komfortjának” megtartása elsõsorban a zavaró fények korlátozásával valósítható meg. Minél nagyobb arányban irányítjuk a fényforrások fényét a megvilágítandó területre, annál kevesebb jut a környezetre. A természetes éjszakai fények többszöröse zavarhatja az állatok mozgását, napi ritmusát, tájékozódását. Zavaró lehet a hálószoba ablakán bejutó túlzott fény is. Zavaró káprázást idézhet elõ a túlzott világítás magán a megvilágított tárgyon is. A színhûség, az útvilágításban közvetlenül nem befolyásolja a látási teljesítményt, de növeli a közlekedésben résztvevõk konfortérzetét..

 

Hatékonyság

 

Noha a jelenlegi tanulmányt az energiahatékonysági mutatók meghatározására szenteltük, ezt nem szabad leszûkíteni pusztán az energiahatékonyság kérdésére. Egy komplex megközelítésre van szükség, mely felméri és számszerûsíti a berendezés elõállítása, telepítése, üzemeltetése, állapotfenntartása és megszüntetése által hagyott ökológiai lábnyomot, ami egy késõbbi tanulmány része lehet.

 

Tervezés

 

A tervezõ elsõ feladata egy útvilágítási feladathoz, forgalmi helyzethez illeszkedõ mûszaki paraméterek meghatározása az MSZ EN 13201 szabvány alapján. Ezek az átlagos fénysûrûség (Lav [cd/m2]), vagy megvilágítási szint (Eav [lx]), az egyenletességre vonatkozó elõírások (U0, Ul), valamint a rontó káprázás korlátozás (TI [%]). A látási feladat határozza meg az alkalmazandó fényforrások típusát is. Az arcfelismerés képessége függ a fényforrás színvisszaadási képességétõl, azaz nem másodlagos tényezõ a fényforrás színvisszaadási indexe (Ra) sem. Energiahatékonyság tekintetében, azonban törekedni kell az útvilágítási feladat szempontjából legjobb fényhasznosítású fényforrás alkalmazására ([lm/W]).

 

A megfelelõ lámpatestek kiválasztása a tervezõ egyik legfontosabb feladata. Egy útvilágítás energiahatékonysági megfelelõségét úgy is megközelíthetjük, hogy meghatározzuk, mekkora az a minimális fényáram érték (.min [lm]), ami képes elõállítani az útra vonatkozó osztály átlagos megvilágítás vagy fénysûrûség értékét. A választott lámpatestnek a fényforrás fényáramából minimálisan ennyit kell juttatnia a megvilágítandó felületre. E mennyiséget arányba állítva a világítótest által felvett teljesítménnyel (P [W]), a berendezés fényhasznosítását adja eredményül [lm/W]. A lámpatestnek a fényforrás fényáramából a legtöbbet kell a megvilágítandó felületre juttatnia. A világítási hatásfok (.v) egy olyan mutató, ami figyelembe veszi, hogy a lámpatest fényáramából mennyi jut a megvilágítandó felületen kívülre, illetve magára a felületre (.G= .H/ .L) és a lámpatest hatásfokát is (.L); (.V= .Gx .L)

 

A fentiekbõl jól látszik, hogy a fényforrást és a lámpatestet egy egységként kell kezelnünk. A világítótestek elrendezése a következõ lépés az energiahatékonyságban. A különbözõ elrendezések összehasonlítását egy egyszerû számítás alapján kapott mutató jól reprezentálja, mely a beépítendõ összteljesítmény és a megvilágítandó felület hányadosa. (.Pi/T [W/m2]). Az elrendezés hatékonyságát úgy is vizsgálhatjuk, hogy összegezzük a világítótesteknek a megvilágítandó felületre jutó fényáramát és a világítási rendszer hálózatból felvett teljesítményét, melynek eredménye a világítási rendszer fényhasznosítása (.i= .i/ Pi [lm/W]). Egy-egy elrendezés esetén e mutató kiszámítása idõigényes feladat, melyet a méretezõ szoftverekbe építendõ algoritmus tudna orvosolni.

 

Az útvilágítási energiahatékonysági index (SLEEC= Street Lighting Energy Efficiency Index) több tanulmányban és felmérésben már megjelent, de még nem szerepelt egyetlen nemzetközi szabályozásban sem. Ez az egységnyi területre esõ energiaigényt mutatja a területen elért világítási szinthez (megvilágításhoz vagy fénysûrûséghez) viszonyítva. ( SLEECL= P/T / L [W/m2/cd/m2]; SLEECE= P/T / E [W/m2/lx] Az egyik legfontosabb, hogy a világítási szinten a tényleges (számított vagy mért) értéket kell érteni vagy a szabvány által az adott útosztályra vonatkozó, a fent említett szabvány által megkövetelt, legkisebb átlagértéket. Ez utóbbi

látszik felülkerekedni, mert ezáltal a tervezés hatékonysága is mérhetõ, azaz a mutató annál kisebb lesz, minél inkább sikerült a tervezõnek megközelíteni. A nemzetközi ajánlások SLEECL = 1 W/m2 / cd/m2, illetve SLEECE = 0,07 W/m2 / lx értékben határozzák meg a megengedett maximumot. A SLEECL = 1 azt jelenti, hogy maximum 1W lehet a beépített teljesítmény 1 m2 útfelületre vetítve, 1 cd/m2 fénysûrûség esetén.

 

A fenti, energiahatékonyságot mérõ mutatók részben, vagy egészben magukba foglalták mindazokat a paramétereket, melyekre az útvilágítás tervezése során oda kell figyelni, hogy energiafelhasználás szempontjából, a legkedvezõbb installáció kerüljön megvalósításra. Az idõ és az idõjárás függvényében, azaz az éjszakai órákban, illetve derült égbolt vagy köd, esõ esetén, az adott útszakaszon változnak, változhatnak a látási feladatok. Ehhez adaptív vagy szabályozott világítással lehet legjobban alkalmazkodni. A mai berendezéseink az idõjárási tényezõt nem képesek adaptálni, de lámpatest gyártóinknak újabb kihívást jelenthet e feladat technikai megoldása. A világítási rendszer, különbözõ idõszakokra súlyozottan átlagolt fényhasznosítása (.av [lm/W]), az egyes idõszakok alatt szolgáltatott fényáram és az idõszakokra jellemzõ teljesítményfelvétel. Az adaptív világítás hatékonyságát úgy is mérhetjük, hogy szabályzás alkalmazásával (kWh1), és a szabályzás nélkül elfogyasztott villamos energiát (kWh0) arányosítjuk (LD; ED [kWh1 / kWh0]). Ez az adaptív világítási hatékonyság index mutatja meg, hogy milyen energia megtakarítás érhetõ el a szabályozás segítségével. Itt kell megemlítenünk a berendezés avulását is. A tervezés során az avulási tényezõ (MF) ezt már figyelembe veszi, de jelentõs elõrelépés lenne a gazdaságosság és a világítás minõségének terén, ha a kezdeti nagyobb fényáramot lecsökkentve a szabvány által megadott fénysûrûségi/megvilágítási értékhez igazítva, az avulás, illetve a fényforrás fényáramának csökkenésének függvényében pedig növelve, alkalmazkodik a világítási rendszer a megváltozott paraméterekhez.

Gyakori hiba a tervezés során, hogy a mának szól, és nem veszi figyelembe az üzemeltetés során a berendezéseknek milyen és mennyi karbantartási igénye van, melyet egy karbantartási mutató írhat le.

 

Vegyünk referencia értékként például egy 16 éves idõintervallum karbantartási feladatait. A mai fényforrásoktól elvárható a négyéves élettartam a kiégési görbe 70%-os értékéhez kapcsolódóan, tehát a megadott idõintervallumban háromszor kell a fényforrást az üzemeltetõnek kicserélnie (KCS=3). A lámpatest tisztítási igényét is ehhez kell kötnünk, mert a karbantartási költségek tekintetében jellemzõen nem az anyagár a meghatározó (KT=3). A villamos egységek (gyújtó, elõtét, elektronikus elõtét, tápegység és idetartoznak a belsõ vezetékek is) cseréjére, vagy javítására is szükség lehet egyszer (KV=1), azonban a fedelek, burák, tükrök, prizmák cseréje már a felújítás kategóriájába tartozik, így e paraméter számszerûsítését nulla értékben határozzuk meg (Kf=0). A karbantartási mutató ezek ismeretében már könnyen számítható. (M16 = (KCS + KT + KV + Kf )/7). A referencia értékhez igazodva 1-et kapunk eredményül, de bármelyik összetevõ módosulása esetén rávilágít arra, hogy gazdaságosabban, vagy gazdaságtalanabbul üzemeltethetõ berendezést választottunk.

 

Értékelés

 

Az útvilágítási energiahatékonysági index (SLEEC) jól kapcsolja össze a világítási minõségi követelmények közül az átlagos világítási szintre vonatkozó mutatószámokat (Lav és Eav), a világítandó terület nagyságát és a szükséges villamos teljesítményt. Összehasonlíthatóvá teszi különbözõ területû és világítási szintû berendezések energiahatékonyságát. Ugyanakkor nem kapcsolja össze más minõségi mutatókat (egyenletesség, rontó káprázás) az energiahatékonysággal.

A világítás egy másik szemléletû minõségi mutatója, hogy mennyire jut a fény a megvilágítandó területen kívül, mennyire zavarja a környezetet. Az egyik leglényegesebb zavaró hatást a felsõ féltérbe kisugárzott fényáram mennyisége adja. Ennek jellemzésére használják az ULOR mutatót, mely lámpatest szinten könnyen számítható. Hátránya, hogy nem veszi figyelembe azt, ha beépített fényáram nagy, mert rossz a világítás hatásfoka. Ebben az esetben a felsõ féltérbe jutó fényáram abszolút értéke is nagy lehet, annak ellenére, hogy az ULOR értéke kicsi. Nem mutatja meg az útról visszavert fény mennyiségét sem, bár ennek kisebb a jelentõsége abból a szempontból, hogy iránya miatt kevésbé növeli az égbolt háttérfény sûrûségét, de a káprázás mértékét figyelmen kívül hagyja. Az indirekt fénymennyiség mellette a direkt fény mennyiségére is kell térnünk, mivel a 90°< . < 100° közötti szögekben kisugárzott fény jelentõsen növeli az égbolt háttér-fénysûrûségét. Ennek pontosítására javasolják az ULOR további felosztását ULOR(90°-100°) és ULOR(>100°) mutatókra.

 

Az adaptív világítási hatékonyság index megmutatja az adaptív rendszer megtakarítási lehetõségét a statikus rendszerhez képest, de nem mond semmit, hogy mennyire volt hatékony az eredeti, illetve a (le)szabályozott rendszer. Ezt azért is kell hangsúlyozni, mert - olcsóságuk okán - elterjedtek az úgynevezett feszültség-szabályozott rendszerek, melyek a világítótest bemeneti, hálózati feszültséget csökkentik. Ha ezeket az adaptív világítási hatékonysági index-szel jellemezzük, jó eredményt kaphatunk, ami azonban elfedi azt a tényt, hogy szabályozatlan rendszer hatásfoka az eredeti marad, a szabályozotté viszont csökken, ahhoz az állapothoz képest, amikor ugyanazt a fényszolgáltatást névleges feszültségen üzemeltetett rendszerrel állítanánk elõ.

 

Összegzés

 

El kell gondolkodnunk azon, hogy a felsorolt hatékonysági mutatókból kiválasztva egyet, vagy újabb mutató mellett, esetleg azokkal együtt kell-e alkalmaznunk. Javaslatként a SLEECL, illetve SLEECE, az LD vagy ED és az M16 alkalmazását ajánljuk, akár külön-külön alkalmazva, vagy szorzatukat képezve árfogó képet ad világítási rendszerünk energiahatékonyságáról. Ugyanakkor nem szabad elfelejtkeznünk arról a tényrõl, hogy egyik fenti mutató sem tartalmazza teljes egészében a világítás minõségét, így semmilyen energia megtakarítás nem mentheti fel a tervezõt az MSZ EN 13201 szabvány hatálya alól.

 

Irodalom

 

[1] ILV: International Lighting Vocabulary, CIE DS 017.2/E:2009

[2] P. Iacomussi, G. Rossi, P. Soardo: ENVIRONMENTAL COMPATIBILITY OF LED

LUMINAIRES IN ROAD LIGHTING

[3] Axel Stockmar: ENERGY EFFICIENCY MEASURES FOR OUTDOOR LIGHTING @ p.

185, Proceedings of CIE 2010 "Lighting Quality and Energy Efficiency"

Hozzászólás

A hozzászóláshoz be kell jelentkeznie.


| 2011. márc. 2.

Gratulálok a cikkhez, mely a nyilvánvaló terjedelmi korlátok ellenére is igazán színvonalasra sikerült. Benedek János világítástechnikai szakmérnök www.benedekvill.hu

Facebook-hozzászólásmodul