Megújulók

Örökzöld téma: energiatakarékosság II.

2011/6. lapszám | Chiovini György |  8199 |

Figylem! Ez a cikk 13 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).

Ha odafigyeléssel vagy alkalmas automatizálással elérjük, hogy nem lép működésbe a mesterséges világítás, amennyiben senki nem tartózkodik azon a helyen, akkor megtettük az első lépést az energiatakarékos világítás felé. Az energiatakarékosság jegyéb...

Ha odafigyeléssel vagy alkalmas automatizálással elérjük, hogy nem lép működésbe a mesterséges világítás, amennyiben senki nem tartózkodik azon a helyen, akkor megtettük az első lépést az energiatakarékos világítás felé. Az energiatakarékosság jegyében ezen túlmenően arra törekszünk, hogy a megvilágítási szint ne legyen nagyobb a valóban szükségesnél.

A jó látást befolyásoló tényezők egyike a luxban mért megvilágítás (jele: lx), azaz egy felületelemre beeső fényáramnak és a felületelemnek a hányadosa. A szakirodalomban bőségesen találunk adatokat arra, hogy a különböző világítási feladatoknál milyen megvilágítási érték a megfelelő. Létezik két irányadó szabvány is: az MSZ EN 12464-1: 2003 Fény és világítás. Munkahelyi világítás. 1. rész: Belső téri munkahelyek illetve az MSZ EN 12464-2:2007 Fény és világítás. Munkahelyi világítás. 2. rész: Szabadtéri munkahelyek.

Tekintsünk át néhány példát!
5 lx kórterem éjszakai világítás
12 lx szabadtéri parkoló
50 lx állattartó épület, pince, kórházi folyosó éjjel
75 lx parkolóház 100 lx folyosó, mellékhelyiség, raktár
150 lx lépcső, mozgólépcső
200 lx étterem, sportcsarnok (edzés)
300 lx gyártócsarnok (kisebb fény- igény), sportcsarnok (verseny), kereskedelem (eladótér)
500 lx iroda, tanterem, gyártócsarnok (nagyobb fényigény), kereskedelem (pénztár)
750 lx gyártócsarnok (finomszerelés, minőség-ellenőrzés)
1000 lx műtő, színpad

Az nem értelmes megfontoláson nyugvó energiatakarékossági megoldás, ha a költségcsökkentés végett egyszerűen lecsökkentjük a megvilágítási szintet. Az azonban jó törekvés, hogy a megvilágítás soha ne legyen nagyobb, mint amennyi az adott helyzetben, ott és akkor valóban szükséges.

■ Igény szerinti megvilágítás
Megtakarítási lehetőség adódhat tehát abból, hogy ha valahol a tényleges érték nagyobb az indokoltnál, és ezért minden különösebb hátrány nélkül csökkenthető. Ennek azonban az a feltétele, hogy az egyéb minőségi jellemzők (pl. egyenletesség) ne romoljanak le nem engedhető mértékben. Ilyen intézkedés előkészítéséhez fénymérést kell végezni. A legjobb az, ha a természetes fény a mérés ideje alatt teljesen kizárható. Munkahelyen munkasík-magasságban, máshol a padozaton kell mérni. Irodai környezetben végzett megvilágítás-mérés eredményei láthatók a mellékelt diagramban (1. ábra).

A megfelelőnek tartott 500 lx-hoz képest mind kisebb, mind nagyobb értékek előfordulhatnak. Nagy a valószínűsége annak, hogy az 500 lx-nál kisebb értékek esetében sem volt kedvező az energiafogyasztás, inkább a fényforrások elhasználtsága és a lámpatestek szennyezettsége okozta a csökkent értékű megvilágítást. Más szóval, a javuláshoz nem a beépített teljesítmény növelése szükséges, hanem a meglévő eszközök karbantartása.

A szükségesnél nagyobb megvilágítás felderítése és megszüntetése egy egyszerű és hatékony módszere a takarékosságnak.Számos esetben ugyanazon a helyszínen más és más megvilágítás az optimális, mindig az ott folyó tevékenységre tekintettel. Példa erre a kereskedelemi szektor, ahol az egyes napszakokban csökkenteni, illetve növelni célszerű a megvilágítást az energiafelhasználás minimalizálása végett. Éjszaka, árufeltöltéskor, takarítás idején a nyitva tartási időben megfelelő megvilágításhoz képest kisebb érték is elegendő (2. ábra). Ez jól automatizálható, hiszen az egyes időszakok kezdete és vége ismert, a világítás vezérlése tehát előre programozható.

■ Energiatakarékos világítási mód
A helyiségekben a fényforrások fénye a megvilágítandó felületre részben közvetlenül jut el, részben pedig úgy, hogy a helyiséget határoló felületekről visszaverődik. Mivel a felületek a beeső fényt nem csak visszaverik, hanem el is nyelik, a térhatároló felületekre irányuló fény, az ezt létrehozó villamos energia bizonyos hányada veszteséggé válik. A veszteség csökkenthető a felületek fényvisszaverő képességének fokozásával. Közismert, hogy kedvezőbbek a világos falak, a fényt kevésbé elnyelő padozat stb. A másik lehetőség a fényt kibocsátó lámpatest tudatos kiválasztása, olyan lámpatest használata, amelyik a fényt elsősorban vagy kizárólag a megvilágítandó felület (munkasík) irányába tereli. Nagyon lényeges, hogy egy adott világítási feladatnál minden szempontot figyelembe kell venni.

Az energiafogyasztás csökkentése mellett egyéb minőségi követelmények is vannak. Ezért van létjogosultsága a nem csak közvetlen világítási módnak. Mérlegelni kell az összes elvárást, és így lehet a legkedvezőbbet kiválasztani. Ha például a munkasíkon 500 lx megvilágítást akarunk, ehhez alkalmazhatunk a munkasík felett különböző magasságban elhelyezett, felfelé vagy lefelé sugárzó lámpatesteket külön, illetve egymással kombinálva. Az egyes változatok eltérhetnek nem csak a szükséges villamos teljesítmény (W/m2), hanem a világítástechnikai jellemzők (árnyékhatás, egyenletesség, káprázás) tekintetében is. Energetikai szempontból a legjobb a közvetlen sugárzó, általános és helyi világítás együttes alkalmazása (3-4-5. ábra). A helyiség térhatároló részeinek adatait nem részletezve, egy egyszerű számítás szerint ehhez 10 W/m2, a közvetett világítási módhoz 18 W/m2, és a közvetlenhez 14 W/m2 fajlagos mutatószám tartozik.Tudjuk, hogy egy adott felület megfelelő megvilágításához szükséges fényforrás fényáramát csökkenteni lehet, ha a fényforrás közelebb van a felülethez.

A fotometrikus távolság törvénye kimondja, hogy a fényforrás által létrehozott megvilágítás egyenesen arányos a fénspan style= Tekintettel a nyári szabadságolásokra, ez alkalommal egy egyiptomi nyaralás során megörökített szerelési kuriózumot mutatunk be elsőként.yforrás fényerősségével, viszont fordítottan arányos a felület és a fényforrás közötti távolság négyzetével, és függ a fény beesési szögétől. Ha a lámpatestet nem a nagy belmagasságú helyiség mennyezetére rögzítem, hanem a munkafelülethez képest közelebb hozom, akkor kisebb fényáramú, tehát kisebb villamos teljesítményű fényforrások alkalmazhatók (8. ábra). Ugyancsak előnyösek a munkahelyi állólámpák. Jól kiegészítik az általános világítást, a változó helyzetnek megfelelően áthelyezhetők, könnyen kezelhetők.

■ A természetes fény kihasználása az épület környezetében
Minden felesleges magyarázat nélkül érthető, hogy elégséges megvilágítást adó természetes fény mellett nincs szükség mesterséges világításra. Szabadtéren napnyugtakor be-, napkelte után pedig kikapcsoljuk a világítást. Ennek automatizálása már régen megoldott rutinfeladat. A vezérlés történhet fényméréssel vagy valamilyen időzítéssel, valamint ezek kombinálásával is. Ismert eszköz erre a célra az alkonykapcsoló (szürkületkapcsoló) (9. ábra). Felhasználható egyébként más célra is, például kirakatvilágítás kapcsolására. Az elhelyezésnél ügyelni kell arra, hogy a kapcsolt világítás ne hasson vissza a készülékre. Kerüljük az érzékelő szennyeződésének kockázatát is. Az alkonykapcsolók adatlapján rendszerint a következő adatok találhatók:
■ beépített vagy külső érzékelő,
■ állítható vagy gyárilag meghatározott fényérzékenység (-tartomány),
■ egy- vagy kétpólusú kapcsolás,
■ kapcsolható terhelés jellege, teljesítménye,
■ késleltetési idő,
■ visszajelzés (opció),
■ megengedett környezeti hőmérséklet,
■ védettség.

Sok esetben célszerűbb a tényleges természetes fény mérésére alapozott kapcsolás helyett egy időkapcsoló használata. A választék széles, a legtöbbet tudó digitális készülékek valóban minden igényt kielégítenek. Napi, heti és éves program állítható be. Egy héten belül az azonos napok blokkba foglalhatók. Léteznek előre elkészített programok az adott földrajzi helyre érvényes napkelte, napnyugta időpontokkal (10. ábra). A programozás (programmódosítás) a helyszínen, a beépített időkapcsolón is elvégezhető, de lehetőség van a máshol elkészített program helyi feltöltésére is.

A hozzáférés jelszóval védhető, ezáltal elkerülhető a jogosulatlan beavatkozás. A memória tartalmának megőrzéséről 10 éves élettartamú lítiumelem gondoskodik. A kimenet bővíthető, nyolc különbözően programozott csatorna alakítható ki. Lehetőség van a vezérlő jel továbbítására a vezérelt berendezést tápláló hálózat felhasználásával, GPL Powerline technológiával, kb. 50 m távolságig. A készülék üzemóra-összegzést is végez, és számlálja a ki-, bekapcsolásokat. Ez lehetőséget ad a vezérelt berendezés energiafogyasztásának egyszerű nyomon követésére. A beépített DCF77 antenna biztosítja a legpontosabb időszinkronizációt. (A DCF77 egy egész Európában vehető időszinkronozó jel, amit Németországból rádiófrekvencián sugároznak. Közvetlenül a közép-európai időt adja a téli, illetve nyári időszámításnak megfelelően.)

■ Az időkapcsolók jellemző adatai a következő:
■ tápfeszültség, kapcsolható terhelés jellege, teljesítménye,
■ memóriahelyek száma,
■ beállítható legkisebb időintervallum,
■ csatornák száma,
■ megengedett környezeti hőmérséklet,
■ védettség.

Szabadtéren is meghatározható az optimális megvilágítási szint. Ez nem feltétlenül azonos az éjszaka teljes időszakában. Takarékosabb a világítás, ha az általunk megválasztott időszakban egy kisebb megvilágítási szintet tartunk. Ennek egyszerű megoldása a működő fényforrások számának csökkentése, például felezése. Minden második világítótest kikapcsolása viszont rontja a világítás egyenletességét. Ennél jobb, ha a lámpatestben két, egymástól függetlenül kapcsolható fényforrás van. Az egyik kikapcsolása nem okozza a világítás minőségének számottevő romlását. Ugyanakkor a két fényforrásos lámpatest drágább, továbbá a kisebb egységteljesítményű fényforrások fényhasznosítása rosszabb, mint a nagyobb változatoké.

Célszerű azt is biztosítani, hogy a fényforrások működtetési ideje azonos legyen.Harmadik lehetőség a fényforrások fényáram-csökkentése. Ezt a technikát a közvilágításban is alkalmazzák. Felhasználható az épületek környezetét megvilágító lámpatesteknél is. Ehhez alkalmas vezérlési technika és fényáram-csökkentéssel is működtethető fényforrás szükséges. Mivel éjszaka természetes fénnyel nem kell számolni, a fénycsökkentés vezérlésének legegyszerűbb módja az időkapcsoló használata. Ugyanaz az eszköz használható, amit az esti be- és a hajnali kikapcsolásnál is alkalmazunk.

Ezen lehet beállítani a csökkentett világítás időszakát is. Létezik olyan elektronikus előtét, amely csillagászati adatbázis alapján, a földrajzi hely beállítását követően végzi a fényáram-változtatást. Ilyen előtéteknél a vezérlő jel továbbításáról nem kell gondoskodni, a lámpatest önállóan végzi a kapcsolásokat. A külső vezérlőjelet nem igénylő megoldások előnye az, hogy megvalósításuk egyszerűbb. Ilyen lehetőséget nyújt az az elektronikus előtét, amelyik napnyugtakor teljes fényárammal indítja a fényforrást, majd egy – a megrendelő által – meghatározott idő után lecsökkenti azt (6. ábra). Kültéren használt nagynyomású kisülő fényforrások táplálására szolgál. Két változatban készül: 75/55 W, illetve 55/39 W teljesítményre. Mintegy 25 százalékos energia- megtakarítás érhető el így.

Ötletes megoldás az éjszakai fénycsökkentés vezérlésére az öntanuló automatika. A lámpatestbe szerelve ez sem igényel külső vezérlést. Működési elve egyszerű, és mégis jól megoldja a feladatot. Lényeges, hogy a csökkentést a felhasználó által megszabott időtartamban végzi, mindig az alkonyathoz és a napfelkeltéhez igazodva. Más szóval a csökkentett üzemmód ideje állandó, és az éjszaka kezdetén és végén a teljes fénnyel végzett világítás időtartama változó (7. ábra). Az automatika alkonyatkor figyeli a világítás bekapcsolását, amit egyébként egy külön rendszer vezérel. Az időpontot memóriájában megőrzi, s ugyanígy rögzíti a hajnali kikapcsolás időpontját is. Három napon keresztül történik az adatgyűjtés: ezekből kiszámítja a világítási idő hosszát, és ennek felét tekinti az éjszaka közepének.

Ez az időpont később változhat, aszerint, hogy az adott földrajzi helyen mikor nyugszik és mikor kel a Nap. A felhasználónak lehetősége van, hogy ehhez az időponthoz képest meghatározza, és a készülék memóriájába beírja a fénycsökkentés éjfél előtti, illetve utáni időtartamát. Az automatika az így meghatározott időtartamok figyelembe vételével tér át először a csökkentett üzemmódra, majd tér vissza a teljes világításra.

■ A természetes fény kihasználása az épületen belül
Nagy lehetőség rejlik a természetes fény jó kihasználásában. Pazarlásként két jellegzetes esetet tartunk számon: ha ott is világít a lámpa, ahol nincs senki, valamint, ha napközben, ragyogó világosságban még mindig bekapcsolva marad a világítás (11. ábra). Épületeinkben, a nappali órákban, az átlagosnál kedvezőbb körülmények mellett a természetes fényt kiegészítő vagy pótló mesterséges világításra csak 15-30 százaléknyi időtartamban van szükség. Átlagosan ennél rosz-szabb a helyzet, inkább 30-50 százalékos időarányban kell mesterséges világítást is felkapcsolni. Alapesetben, amikor a felhőzet ezt nem befolyásolja, napkeltétől növekvő, majd déltől csökkenő természetes megvilá-gítással számolhatunk. Mivel lényegében állandó megvilágításra törekszünk, a mesterséges fény részaránya egy kezdeti értékről csökkenthető, akár nullára is.

Egy ipari üzemben 21 mérési helyen végeztek megvilágítás-mérést. Az eredmények egyértelműen mutatják, hogy milyen lehetőségek rejlenek a világítás állapotfelmérésére alapozott ésszerűsítésben (12. ábra). Az első mérési sorozatot kora délelőtt végezték, még működő mesterséges világítás mellett.

A 17 mérési pont közül ötnél kisebb értéket mértek 500 lx-nál, mely az adott helyen a megfelelő megvilágítás. Egy helyen éppen 500 lx volt a megvilágítás, és három helyen ennél valamivel nagyobb. Ugyanakkor négy ponton több mint 1000 lx, sőt három ponton több mint 1500 lx volt mérhető. 10 helyen megismételték a méréseket kikapcsolt világítás mellett. Ebből hat helyszínen a megvilágítás a szükséges 500 lx alá csökkent.

A másik négy ponton a természetes fény is ennél nagyobb, részben sokkal nagyobb megvilágítást biztosított. (A mérések alatt napos időjárás uralkodott.) Végül a méréssorozatot éjszaka is elvégezték. Ekkor viszont egyetlen helyen sem érte el a megvilágítás a szükséges 500 lx-ot, az átlag 200 lx alatt volt.

Egyértelműen látszik, hogy ebben az üzemben a természetes világítás számos helyen bőségesen elég a jó munkavégzéshez elengedhetetlen fényviszonyok biztosításához. Ez azt jelenti, hogy a természetes és mesterséges világítás összehangolásával nem elhanyagolható mennyiségű villamos energiát lehet megtakarítani.

■ Takarékosság kézi kapcsolással
Épületeink túlnyomó többségében a mesterséges világítást kézi működtetéssel használjuk. Nem biztos, hogy a legtakarékosabban, de a kézi működtetést nem szabad eleve rossznak és gazdaságtalannak tekinteni. Vannak azonban szempontok, melyek betartása jelentősen növelheti az energia-megtakarítás mértékét.A legtöbb helyiségben a bevilágítók száma és elhelyezkedése miatt a fényeloszlás nem egyenletes. Ha egyetlen egységként kezelnénk a helyiséget, akkor a bevilágítótól legtávolabb lévő rész határozná meg a mesterséges világítás működtetését, csökkentését és kikapcsolását. Több villamos energiát tudunk megtakarítani, ha a helyiséget célszerű módon zónákra osztjuk. A több napfényt kapó zónában hosszabb ideig lehet mesterséges megvilágítás nélkül tartózkodni.

A legkedvezőtlenebb helyzetű zónában esetleg megszakítás nélkül, folyamatosan használni kell a mesterséges világítást. A zónák számát, a lámpatestek elhelyezkedését úgy választjuk meg, hogy a ráfordítás és az energiaköltség-megtakarítás kedvező arányban álljon egymással. A tapasztalat szerint legtöbbször három zónát (lámpasort) célszerű kialakítani (13. ábra).

■ Takarékosság automatizálással
Szinte mindenkinek van személyes tapasztalata, véleménye a világítás pazarló vagy takarékos használatáról. Még jó hozzáállást feltételezve sem könnyű a mesterséges világítás kézi működtetése. A legtöbb helyiségben a bevilágítókon bejövő, napfényből származó megvilágítás az év legnagyobb részében lényegesen nagyobb, mint a mesterséges világítással létrehozott. Ezért nem tűnik fel, hogy a fényforrások bekapcsolva maradtak, nincs is szükség rájuk.

Ezt támasztja alá egy méréssorozat is. A helyszín egy iroda volt, ahol a lámpatestek két csoportban voltak kapcsolhatók. Mérték a bekapcsolás idejét. Azt találták, hogy gyakorlatilag nem volt különbség az ablakhoz közelebb lévő, és a helyiség belsejében lévő csoport működési ideje között (14. ábra). Tehát a világítást lényegében egyidőben kapcsolták ki és be, jóllehet az ablak közelében lévő lámpatesteket így időszakosan feleslegesen használták. Hasonló az a tapasztalat, amit egy automatizált tanterem-világítással kapcsolatban szereztek.

Az egyik város ellenőriztette a jelentős költséggel automatizált iskolai világítás hatékonyságát. Azt találták, hogy a tantermekben sok esetben kézi kapcsolással felülbírálták az automatikát. Az ablak melletti lámpasort is bekapcsolták, amíg a belső lámpasor is működött. A világítás megfelelőségéről alkotott szubjektív vélemény eltért az érzékelők működésére alapozott állapottól.Az emberi tényező kettős szerepét lehet felismerni ezekben a példákban.

Egyrészt azt, hogy automatizálással energiát lehet megtakarítani. Másrészt azt, hogy ez csak akkor eredményes, ha megvalósítása figyelembe veszi az emberi látás sajátosságait. Gondosan megtervezett, kivitelezett és főleg a helyi viszonyoknak megfelelően beállított automatika takarékosabbá teheti a világítást. Egy elnagyolt, beállítás nélkül üzembe helyezett rendszer nagy valószínűséggel kidobott pénz.Ha a feleslegesen bekapcsolt világítást akarjuk kiküszöbölni, és a kézi kapcsolást automatikával váltjuk fel, két üzemmód között választhatunk:
■ félautomatika,
■ teljes automatika.

A félautomatika azt jelenti, hogy a világítás bekapcsolása mindig kézi kapcsolással történik. Ekkor aktivizálódik az automatika, és kikapcsol, ha a szükséges megvilágítást a természetes fény is biztosítja. Emellett mindig lehetőség van az automatika felülbírálatára. Különösen olyan munkahelyeken szeretik ezt az ott dolgozók, ahol nagy jelentősége van a megfelelő világításnak (pl. számítógépes munkahelyek). A teljes automatika viszont kiküszöböli a kézi kapcsolást. Bekapcsolódik a világítás, ha a természetes fény önmagában nem elégséges.

A kikapcsolás tekintetében nincs különbség. A tapasztalat azt mutatja, hogy azokban a helyiségekben, ahol az emberek hosszabb ideig tartózkodnak, amit úgymond magukénak éreznek, inkább a félautomata rendszert kedvelik jobban. Fontosnak tartják, hogy ilyen kérdésben is maradjon döntési lehetőségük. Azokban a közös használatú helyiségekben, melyekért senki nem érzi magát felelősnek, indokolt a teljes automatika alkalmazása.Logikus gondolat, hogy a jelenlétfüggő világításvezérlést egészítsük ki megvilágításfüggő automatikával. Például egy lépcsőházban a mesterséges világítást a mozgásérzékelő csak akkor kapcsolja be, ha ott egyébként a természetes világítás még vagy már nem elegendő. Ezért a mozgásérzékelők (jelenlétérzékelők) gyakran kettős funkciót látnak el, azaz be van építve egy fényérzékelő is.

Az épület környezetének világítását alkonykapcsolóval vagy időkapcsolóval vezéreljük. Épületen belül elvileg világításvezérlést és világításszabályozást is lehet alkalmazni. A cél a megvilágítás megfelelő szintje. Ezt kívánjuk tartani, függetlenül a bevilágítókon keresztül bejutó több-kevesebb napfénytől. Kezelhetjük a feladatot vezérlésként: a megvilágítás a vezérelt jellemző. A vezérlő berendezés gondoskodik arról, hogy a vezérelt jellemzőt létrehozó mesterséges világítás fényárama a természetes fény változását kövesse. Itt az érzékelő a természetes fényt méri, és ez a jel jut a vezérlő berendezésbe. Ez változtatja a fényforrások működését: kapcsol, de fényáram- csökkentést, dimmelést is végezhet.

A vezérlés akkor megfelelő, ha a tényleges megvilágítás jól megközelíti a kívánt megvilágítás-értéket.Ha a feladatot szabályozásként kezeljük, akkor a megvilágítás a szabályozott jellemző. Szükség van egy érzékelőre, ami ezt méri. Ezt a jelet a szabályozó összehasonlítja az alapjellel, és ennek megfelelően változtatja a mesterséges világítás fényáramát.

Ennek az elvileg hibátlan módszernek a gyenge pontja a megvilágítás mérése. Ezt elfogadható ráfordítással csak viszonylag kis területen tudjuk mérni. Az így kapott értéket jelentősen befolyásolja az adott terület pillanatnyi fénytechnikai állapota. Milyen tárgyak vannak ott, azoknak milyen a reflexiója. Emiatt a mért megvilágítás anélkül is változhat, hogy a helyiségben a természetes világítás lényegesen nőtt vagy csökkent volna. A helyiségekben a fényeloszlás nem egyenletes, függ a bevilágítók számától, helyétől. Célszerű a mesterséges világítást is ennek megfelelő szakaszokra osztani, egymástól függetlenül, a helyi igények szerinti szintre beállítani. Az egyes szakaszok viszont kölcsönösen hatnak egymásra, amit a szabályozásnak tudnia kell kezelni.

---