A közvilágítás és az ipari létesítmények világításának korszerűsítése napjainkban nagyon fontos szerepet tölt be. A régi gázkisüléses fényforrást alkalmazó lámpatesteket új, korszerű LED-es lámpatestek váltják fel. De indokolt-e a nagynyomású nátrium és kompakt fénycsöves lámpatestek cseréje, ha még messze nem érték el tervezett élettartamuk végét? Hogyan és mennyire öregszik egy közvilágítási lámpatest?
Az Óbudai Egyetemen végzett hallgatói kutatás keretében olyan gázkisüléses közvilágítási lámpatestek elektromos és optikai tulajdonságainak vizsgálata történt, melyek erősen elavultak, élettartamuk végén jártak. A fellelt állapotot a tisztított, felújított, illetve új állapottal összehasonlítva következtetni lehet arra, hogy mekkora a környezeti hatások miatt mindenképp bekövetkező avulás mértéke, és mekkora a karbantartás elhanyagolásából származó rész. A lámpatestek cseréjének ütemezésekor figyelembe véve a valós elhasználódás mértékét, gazdaságosabban lehet tervezni a közvilágítási lámpatestek cseréjét.
Bevezetés
Napjainkban a közvilágítás korszerűsítése a világítástechnika egyik központi témája. Az elavult berendezéseket ma már minden esetben újabb és korszerűbb LED-fényforrású világítótestek váltják fel. A korszerűsítéseknek köszönhetően nem csak világítástechnikai mennyiségekkel mérhetően lesz jobb a közvilágítás, hanem javul az üzembiztonság, csökkennek az energiafelhasználási és karbantartási költségek, ezen keresztül pozitív hatása van a környezetvédelemre is.
A lecserélendő lámpatestek többsége 20–25 éves, tehát tervezett élettartama vége felé jár, de még ezzel együtt is „fiatal” abban az értelemben, hogy az ezredforduló körüli évekből származik. Viszont csak az elmúlt évtizedben vált általánossá a LED-es termékek alkalmazása a közvilágításban, ezért szép számmal akadnak tizenéves, élettartamuk felénél járó készülékek is.
Túlnyomó többségük az akkori technikai színvonalon modernnek tekinthető nagynyomású nátriumlámpás és kompakt fénycsöves fényforrások utolsó generációját hordozza magában, tehát ezek egy korszak végének tekinthető, kiforrott, több évtizedes fényforrás és lámpatest-konstrukciós tapasztalattal tervezett és gyártott termékek.
Ugyanakkor manapság már ritkán lehet látni működő, a 80-as, 70-es évekből származó (esetleg még régebbi) közvilágítási vagy térvilágítási lámpatesteket, a leszerelt darabok túlnyomó része pedig fémhulladékként végezte. Itt-ott előkerülnek elhagyott gyárudvarokról vagy raktárakból, illetve gyűjtőknél vagy idősebb szakik pincéjében/ padlásán lapulnak a jobb állapotban fennmaradt példányok. A lehetőségek szerint ezekből válogattunk méréseinkhez.
A vizsgált lámpatestek
Elco Universal Az első vizsgált lámpatest a kisebb utcák, illetve mellékutak világítására tervezett VBKM Elco Universal (becenevén: „bili”, szalonképesebben: „serpenyő”) nevű lámpatest (1. kép). A 70-es évek egyik jellemző típusa volt közterületeken, gyárudvarokon egyaránt. Ma már csak elvétve találkozni üzemelő példányokkal. Egy fényforráshoz, 80 W-os HGL/HGLI vagy 125 W-os HGLI nagynyomású higanylámpához készült, de később, a 80-as évek második felében 35 és 70 W-os nagynyomású nátriumlámpához is. A lámpatestházban a közvilágításhoz szükséges fényeloszlást biztosító két féltükör van, de a működtető egységek külön szerelvénydobozban kerültek elhelyezésre. Védettsége búra nélkül IP23, búrával IP44, mi a búra nélküli típust vizsgáltuk.
1. kép. VBKM Elco Universal lámpatest
Altra 22 Második vizsgált lámpatest a főként parkok, kis forgalmú, mellékutak világítására készült Tungsram Schréder Altra 22, egy darab kompakt fénycsőhöz (24, 36 W), vagy kisnyomású nátriumlámpához (26, 35, 36, 55 W). A 2000-es évek elejétől készült típus ma is sok helyen üzemel (2. kép). Szerelvénylapja optikai és szervénytérre osztja a lámpatestet, külön bekötőtérrel rendelkezik, PC búrás, IP65-ös és IK08-as védettségű. A 22-es típus a korábbi 2-es továbbfejlesztett változata, ebben már a fényszennyezés lehetőségét csökkentették, tehát kategóriájában viszonylag korszerű eszköznek tekinthető, ugyanakkor a fehér tükör nem nyújt precíz közvilágítási fényeloszlást.
2. kép. Tungsram Schréder Altra 22 lámpatest
Z1 A Tungsram-Schréder Z1 lámpatest napjaink utcaképének is még egyik meghatározó darabja, ugyanakkor a Z lámpatestcsalád legkisebb, legegyszerűbb tagja (3. kép). A konstrukció kiállta az idők próbáját, de gyártásával párhuzamosan már lényegesen korszerűbb lámpatesteket is készítettek ugyanott. A jelen esetben vizsgált lámpatestben 100 Wos nagynyomású nátrium lámpa található. Több fényforrástípushoz készült: 50, 70, 100 W nátrium és 80, 125 W higanygőzfényforráshoz is. A Z1 külön optikai térrel, valamint szerelvény- és egyben bekötési térrel rendelkezik, IP54, IK08 védettségű, PC búrás lámpatest.
3. kép. Tungsram-Schréder Z1 lámpatest
A vizsgálatba így két búrával védett optikai terű és egy optikailag nyitott lámpatest került. Több szívünknek kedves típus, pl. a „Mono- EKA” és „TwinEKA” is (melyről a következő lapszámban, a cikk második részében még szó lesz) kiesett a rostán, mert nem találtunk olyan példányt, melyek mindenben megfeleltek volna.
A lámpatestek kiválasztásánál a következő peremfeltételeket támasztottuk:
minimum 15 éves konstrukció,
a vizsgált példányok a leszerelés időpontjában is rendeltetésszerűen működjenek,
igazolhatóan minimum 15 évet használatban voltak, működő fényforrással és mindennapos (alkonykapcsolós) ki- és bekapcsolással,
felújítható, szerkezetileg teljes állapot.
Valamennyinél szemmel látható az optikai tér teljes elhasználódása, a tükrök, illetve a fényvisszaverő felületként funkcionáló belső szerkezeti elemek erős szürkülése, feketedése. Természetesen a nyitott optikájú lámpatesteknél ez látványosabb, ugyanakkor a búrás lámpatesteknél nem csak a belső optikai elemek felülete szürkült, hanem maguk a búrák is koszosak és bemattultak voltak.
Lámpatestek fényforrásainak fényárama
A lámpatestek optikai hatásfokának pontos meghatározásához szükség van a lámpatestbe beépített fényforrások fényáramának ismeretére. A fényforrások fényárammérési módszereinek egyik és legáltalánosabb eszköze az integráló fotométer gömb (más néven Ulbricht- gömb) alkalmazása, mi is egy ilyen LMT műszert alkalmaztunk.
A speciális bevonattal ellátott gömb belső felületének valamennyi pontján a belehelyezett fényforrással azonos spektrumú és annak fényáramával arányos megvilágítás alakul ki. A mérés összehasonlítás elvén működik, ezért a mérés során szükség van egy ismert fényáramú referencia fényforrásra, azaz etalonlámpára. Az etalonlámpa egy áramgenerátoros üzemre kalibrált izzólámpa volt. A gömb falába épített fényelemben keltett fotoáram arányos az érzékelőt ért megvilágítással, ezen keresztül a fényárammal. A vizsgált fényforrás fényáramát aránypárral tudjuk számítani:
A mérési sorozat tervezésénél és a lámpatestek kiválasztásánál is alapvető szempont volt, hogy a bennük üzemelő használt fényforrással mérhessük, de tervben volt egy-egy új fényforrással történő mérés is. Ily módon többféle összehasonlításra is lehetőség nyílik. Egyrészt az adott lámpatestet kétféle műszaki állapotban tudjuk vizsgálni: felújítatlan és felújított állapotban, másrészt kétféle üzemállapotot lehet összehasonlítani: a használt fényforrással és az új fényforrással. Ez utóbbi összehasonlító mérés elsősorban a felújítatlan állapot felmérésében fontos.
A lámpatestek leszerelés utáni laboratóriumi beüzemelése sajnos újraírta a mérési tervet. Az Altra 22 fényforrása megfelelt a követelményeknek, de az Elco Uni lámpatestek higanylámpája olyan alacsony fényáramértéket produkált, mely megkérdőjelezhetővé tette volna a későbbi mérések pontosságát, ezért inkább egy új fényforrással való bemérés mellett döntöttünk. A Z1 lámpatest fényforrása leszerelést követően már nem indult újra, sajnos ezért eleve új fényforrással kellett mérnünk. Vizsgált fényforrások fényáramát az 1. táblázatban láthatjuk. A mérésben alkalmazott új fényforrások a mérések előtt 300 órás beégetésre kerültek, hogy ez idő alatt a fényáram stabilizálódása megtörténjen.
1. táblázat. A fényforrások mért fényárama
Fényforrás
Névleges fényáram [lm]
Mért fényáram [lm]
Állapot
Tungsram HgLi 125 W (505506) Ra 40, Tc 4000 K (Elco Uni használt fényforrása)
6300
1169
19%
Osram HgL 125 W MBF-U Ra 47, Tc 4100 K (új fényforrás Elco Uni-ba)
6300
6269
99%
Osram Dulux L XT 36 W/840 Ra 80, Tc 4000 K (Altra 22 használt fényforrása)
2900
2567
88%
GE Lucalox Lu100/100/MO/D/40 (0205) Ra 25, Tc 2100 K (új fényforrás a Z1-be)
10230
11777
115%
Lámpatestek fényerősség eloszlásának és optikai hatásfokának mérése
A fényerősségeloszlás mutatja meg, hogy a beépített fényáramból egy-egy irányba mennyi fény jut ki a lámpatestből. Ugyanakkor a fényerősség-eloszlás eredményeiből a kisugárzott fényáram is nagyon pontosan kiszámítható. A fényerősségeloszlás-méréssel történő fényáram-meghatározásra azért van szükség, mert egy komplett közvilágítási világítótestet a méretei miatt már nem lehet Ulbricht-gömbbe helyezni. Az összes kijutó fény és a beépített fényáram hányadosa mutatja meg a lámpatest optikai hatásfokát. A fényveszteség az optikai elemeken történő veszteségből származik, melynek okai lehetnek fizikai törvényszerűségek, anyagminőségi és gyártási okok, valamint az elhasználódás okozta mattulás, sárgulás. Aktuális állapotban ehhez jön még az eltávolítható szennyeződések okozta veszteség.
A lámpatestek fényerősségeloszlásának mérései egy LMT automata goniofotométerrel történtek. Minden lámpatest első bemérésére „leszerelési állapotban” került sor, tisztítatlanul és felújítatlanul, úgy, ahogy leszerelték a tartószerkezetről. A lámpatest bemérése a C0-180°, C45-225° és C90-270° síkokban, –100°≤ γ ≤ 100° tartományban és Δγ=1° lépésenként történt.
Felújítatlan Elco Universal mérési eredményei az új HgL 125 W fényforrással az 2. táblázat első oszlopában és a 4. képen láthatók.
A két fényeloszlási görbét összevetve megfigyelhető, hogy a közel 30 év használat után a lámpatest optikai hatásfoka jelentős mértékben, 47,7%-ra esik vissza. A fényeloszlási jellege Lambert-sugárzóra kezd hasonlítani, így nem csak eredeti funkcióját nem tölti be, de a kápráztató hatása is megnövekszik. Meglepő, de a felső térfélbe gyakorlatilag nem sugároz, hiába elavult konstrukció, fényszennyezést nem okoz. Az új fényforrás mellett is csupán 20 lm/W a világítótest fényhasznosítása, mely rendkívül gyenge érték, egy halogénizzóhoz hasonló mértékű.
2. táblázat. Az Elco univerzál és Z1 fényáram- és hatásfokértékei „leszerelési állapotban”, új fényforrás behelyezését követően, míg az Altra 22 „leszerelési állapotban”, használt fényforrással.
Mennyiség
Elco univerzál
Altra 22
Z1
Fényforrás névleges fényárama
6300 lm
2900 lm
10 230 lm
Fényforrás mért fényárama
6269 lm
2567 lm
11 777 lm
Alsó térfélbe kisugárzott fényáram
2952 lm
1289 lm
4359 lm
Felső térfélbe kisugárzott fényáram
1 lm
67 lm
169 lm
Összes kisugárzott fényáram
2953 lm
1356 lm
4528 lm
Lámpatest fénytechnikai hatásfoka
47,7%
52,8%
38,4%
Fényforrás fényhasznosítása
50 lm/W
71 lm/W
118 lm/W
Lámpatest fényhasznosítása
20 lm/W
32 lm/W
41 lm/W
A felújítatlan Altra 22 mérési eredményei a – benne fellelt Dulux L XT 36 W fényforrással – a 2. táblázat második oszlopában és az 5. képen láthatók.
5. kép. Altra 22 lámpatest gyártói fényeloszlási görbéje (balra) és leszerelt állapot fényeloszlása (jobbra)
Az Altra fényeloszlásának jellege szinte semmit sem változott a több mint 15 év használat során. A fénytechnikai hatásfoka ugyanakkor elég gyenge, alig több mint 50%, a 32 lm/W fényhasznosítás is nagyon alacsony érték.
Mindez arra utal, hogy az optikai térben egyenletes degradáció történt, mely szemrevételezéssel nem igazán feltűnő, mégis jelentős. A felújítatlan Z1 lámpatest mérési eredményei – az új Lucalox Lu100 W fényforrással – a 2. táblázat harmadik oszlopában és a 6. képen láthatók.
A Z1 fényeloszlása torzult, aszimmetrikussá vált. Ez az általános avuláson kívül egyes helyeken felhalmozódott szennyeződés és/ vagy az átlagosnál nagyobb avulás miatt van. A lámpatest hatásfoka a vizsgáltak közül a legrosszabb, csupán 38%, ezért az új fényforrás ellenére is nagyon gyenge a fényhasznosítása.
Innen folytatjuk
A cikk folytatásában két nagyon eltérő lámpatesten végzett felújítás lépéseit (a lámpatestház, az optika és az elektromos szerelvények felújítását és a vezetékezést) fogjuk bemutatni, az egyik az Elco Universal, a másik a korábban már említett VBKM TwinEKA lámpatest lesz. Emellett a második részben megismerhetjük a felújított lámpatestek fényerősségeloszlásának és optikai hatásfokának mérési eredményeit is.
