Nie tylko LED-y mają znaczenie! Energooszczędne oświetlenie dużych powierzchni wewnętrznych

Obiekty o dużych powierzchniach wewnętrznych, np. hale produkcyjne, magazyny, trzeba wyposażyć w energooszczędne oświetlenie. Często nakłady na oświetlenie mogą stanowić znaczną część kosztów eksploatacyjnych danego budynku. Wybór energooszczędnego oświetlenia LED daje wiele korzyści, ale warto brać pod uwagę także inne czynniki wpływające na odpowiednie oświetlenie tego typu obiektów.

Spis treści

1. Światło dzienne najtańsze – warto je uwzględniać w projekcie
2. Zalety energooszczędnego oświetlenia LED
3. Automatyczne systemy sterowania oświetleniem
4. Oświetlenie zintegrowane z systemami automatyki budynkowej
5. Nowoczesne oświetlenie to wymierne korzyści

Wprawdzie pobór energii elektrycznej przez pojedyncze źródło światła jest stosunkowo niewielki (zwłaszcza w porównaniu do zasilania różnego rodzaju maszyn czy urządzeń), jednak wraz ze wzrostem liczby punktów świetlnych w danym pomieszczeniu łączny koszt oświetlenia rośnie.

W przypadku obiektów o dużych powierzchniach (np. hal zakładów produkcyjnych, magazynów czy sklepów, obiektów sportowych, a nawet pomieszczeń biurowych typu open space) nakłady na oświetlenie mogą zatem stanowić niebagatelną część łącznego kosztu eksploatacyjnego danego budynku. Dlatego energooszczędne oświetlenie jest jak najbardziej zalecane, jednak warto zaznaczyć, że nie tylko ono może znacząco obniżyć koszty zużycia energii elektrycznej.

Na zwiększenie kosztów oświetlenia w budynku mogą wpływać następujące czynniki:

• przestarzałe, energochłonne źródła światła,
• źle zaprojektowane rozmieszczenie punktów świetlnych,
• niedopasowanie rodzaju oświetlenia i jego parametrów do rzeczywistych potrzeb,
• niewykorzystanie nowoczesnych rozwiązań oświetleniowych,
• błędnie zaprojektowana instalacja elektryczna,
• dodatkowe straty energii na skutek wad instalacji,
• brak odpowiednich procedur korzystania z oświetlenia w budynkach,
• niedostosowanie się pracowników do istniejących w obiekcie procedur związanych z oświetleniem.

Światło dzienne najtańsze – warto je uwzględniać w projekcie

Projektując oświetlenie dużych hal, często zapomina się, że najtańszym źródłem światła jest słońce. W miarę możliwości warto tak zaprojektować budynek, żeby optymalnie wykorzystać światło dzienne. Co ważne, zmniejsza ono nie tylko koszty energii elektrycznej, ale również poprawia komfort pracy osób, które przebywają w dobrze nasłonecznionym obiekcie.

Z jednej strony istotne są zatem usytuowanie i liczba okien oraz świetlików (zgodnie z przepisami, w halach, w których stale przebywają ludzie, stosunek powierzchni okien i świetlików do powierzchni posadzki musi wynosić co najmniej 1:8), z drugiej – ich odpowiednia przejrzystość.

Oświetlenie miejsca pracy przy wykorzystaniu wyłącznie dziennego światła w większości przypadków nie jest jednak wykonalne (pomijając nawet fakt, że nie można zakładać, że wszystkie dni robocze będą słoneczne). Może to wynikać z konstrukcji budynku, wykonywania prac o różnych porach dnia (nawet nocą) czy też przeprowadzania takich procesów, które nie mogą być narażone na oddziaływanie promieniowania UV. Dlatego istotne jest zaprojektowanie systemu oświetleniowego odpowiedniego do potrzeb użytkowników budynku.

Obecnie większość przedsiębiorców zwraca już uwagę na kwestię energooszczędności, jednak nie powinien być to jedyny wyznacznik doboru oświetlenia. Równie ważne, jeśli nie ważniejsze, jest zapewnienie odpowiedniego komfortu pracy, dlatego w ostatnich latach widocznym trendem w projektowaniu oświetlenia przemysłowego staje się tzw. koncepcja Human Centric Lighting.

Polega ona na dobraniu takich własności światła sztucznego, by najlepiej odwzorowywało światło dzienne. Odpowiednio dopasowane widmo światła, jego natężenie i pozostałe parametry zmieniają się w ciągu dnia, tak aby współgrać z dziennym rytmem organizmu pracowników. Wprawdzie samo oświetlenie niekoniecznie zagwarantuje najniższe możliwe zużycie energii, jednak poprzez oddziaływanie na komfort pracy ludzi będzie wpływać na ich samopoczucie i zdrowie, a pośrednio również na większą produktywność.

Zalety energooszczędnego oświetlenia LED

W obiektach wielkopowierzchniowych źródła światła wykorzystujące diody elektroluminescencyjne powoli stają się standardem i skutecznie wypierają inne rodzaje oświetlenia.

Do ich najważniejszych zalet należy oczywiście wysoka sprawność energetyczna, a tym samym mniejsze zużycie energii. Szacuje się, że w przypadku oświetlenia ledowego ponad 50% (w najbardziej energooszczędnych diodach współczynnik ten dochodzi już nawet do 80%) energii dostarczonej do tego typu oprawy jest przekształcana w światło widzialne (pozostała część zamienia się w ciepło i jest tracona). Proporcje te dużo gorzej wyglądają w przypadku standardowej żarówki, gdzie zaledwie 5–10% energii zamieniana jest w światło.

Również porównanie z energooszczędnymi świetlówkami wypada zdecydowanie na korzyść opraw ledowych – przy analogicznej mocy strumienia światła diody LED pobierają zdecydowanie mniej energii. Ponadto nieekonomiczne jest częste włączanie i wyłączanie świetlówek, które tuż po włączeniu znacznie się rozgrzewają, pobierając większą ilość energii.

Mniejsze zapotrzebowanie LED-ów na energię elektryczną jest jednak tylko jedną z zalet tej technologii oświetleniowej. Oprawy ledowe zapewniają, przy mniejszym poborze energii, mocniejszy strumień światła niż konkurencyjne rozwiązania. Korzystniejsze są również inne parametry. Współczynnik oddawania barw Ra (lub CRI) wynosi ponad 80, co oznacza, że jest zbliżony do naturalnego światła (współczynnik Ra równy 100 odwzorowuje w pełni światło słoneczne). Jest to szczególnie istotne w pomieszczeniach, w których pracownicy przebywają przez dłuższy czas. Ponadto strumień świetlny pozbawiony jest migotania i tzw. efektu stroboskopowego, co dodatkowo wpływa korzystnie na warunki pracy.

Oszczędność przy korzystaniu z diod LED wynika również z ich dłuższej żywotności. Szacuje się, że oprawy diodowe mogą pracować bez konieczności ich wymiany nawet do 100 tys. godzin, czyli ok. 11 lat. Mowa tu jednak o nieprzerwanej pracy, natomiast gdy oświetlenie w obiekcie jest włączone tylko przez część dnia, okres ich użytkowania może sięgnąć nawet 20 lat. Na długość pracy LED-ów negatywnie nie wpływa także częste ich włączanie i wyłączanie. Ponadto, w porównaniu z tradycyjnymi żarówkami czy świetlówkami, mają większą odporność na uderzenia, uszkodzenia mechaniczne, wstrząsy czy wibracje.

Przeczytaj również:

• Doświetlenie i wentylacja obiektów handlowych. Funkcje świetlików dachowych
• Jak oszczędzać energię w firmie? Czym jest overcooling a czym overheating?

Technologia LED jest również bezpieczniejsza w użytkowaniu. Diody większą część pobieranej energii przetwarzają na światło i nie generują dużej ilości ciepła, dzięki czemu ryzyko oparzenia bądź powstania pożaru praktycznie nie istnieje. Ponadto są pozbawione dużych ilości niebezpiecznych związków (np. rtęci i innych toksycznych substancji), które mogłyby stanowić zagrożenie w razie uszkodzenia takiej żarówki, choć warto pamiętać, że zużyte LED-y również powinny trafiać do recyklingu.

Diody LED mają także liczne użytkowe walory. Dostępne są w różnych rozmiarach, pozwalają na uzyskanie niemal dowolnej barwy światła. W zastosowaniach przemysłowych istotna jest także możliwość dostosowania opraw do wymagających warunków pracy, np. w bardzo niskich (do nawet -30°C) bądź wysokich temperaturach (70°C), zapewnienia wysokiego stopnia szczelności lub odporności na wilgoć.

Automatyczne systemy sterowania oświetleniem

Oprawy LED można zintegrować z systemami sterowania oświetleniem w budynkach, co dodatkowo zwiększa poziom ich energooszczędności. Takie rozwiązanie pozwala obniżyć koszty energii wynikające z nieefektywnego korzystania z oświetlenia, np. niepotrzebnego uruchamiania światła w całym obiekcie lub niewyłączania go po opuszczeniu danego pomieszczenia.

Strategie sterowania oświetleniem mogą przybierać różne formy zaawansowania, od których będzie zależeć skala oszczędności.

Do najczęściej spotykanych należą warianty sterowania uzależnione od:

• obecności i ruchu osób w pomieszczeniach,
• pory dnia i ilości światła dziennego,
• czasu,
• przeprowadzanych procesów i zadań.

Współczesne systemy sterowania oświetleniem to w większości rozwiązania cyfrowe, choć wciąż można jeszcze spotkać sterowanie analogowe bazujące na systemie 0-10V/1-10V. Siłą rzeczy są to dużo prostsze systemy, które nie oferują wielu zaawansowanych opcji dostępnych obecnie w wersjach cyfrowych.

Najpopularniejsze rozwiązania cyfrowe oparte są m.in. na systemie DALI. To standard interfejsu do sterowania oświetleniem, umożliwiający kontrolowanie do 64 indywidualnych opraw diodowych, z wykorzystaniem dwużyłowego przewodu sterującego niezależnego od linii zasilającej. Obejmuje wszystkie składniki systemu oświetleniowego: sterowniki, czujniki ruchu i obecności, cyfrowe ściemniacze, układy zasilające i same oprawy.

Wykorzystanie technologii DALI zapewnia dużą elastyczność systemu, ponieważ pozwala na automatyczne sterowanie poszczególnymi źródłami światła (lub całymi zintegrowanymi grupami), np. na podstawie wskazań czujników, lub zdalne sterowanie światłem z pominięciem czujników. Warto wspomnieć, że na rynku pojawiają się już rozwiązania wykorzystujące komunikację bezprzewodową, np. standardy ZigBee oraz RF.

Zasada działania technologii sterowania oświetleniem sprowadza się przede wszystkim do automatycznego włączenia i wyłączenia światła w ustalonych strefach, w zależności od wystąpienia określonego zdarzenia. Dzięki zaawansowanym sterownikom można także dostosowywać natężenie oświetlenia do bieżącego zapotrzebowania. Nowoczesne systemy pozwalają na grupowanie opraw i programowanie niemalże dowolnych scenariuszy trybów pracy źródeł światła dla każdej z wyodrębnionych grup. Zapewniają także nadzór nad każdą z pracujących opraw oraz monitorują jej zużycie energii.

Najpopularniejsze systemy sterowania oświetleniem wykorzystują czujniki obecności i ruchu i tzw. wyłącznik PIR. Dzięki nim jednostka sterująca orientuje się, czy ktoś znajduje się w danym pomieszczeniu lub wyodrębnionej strefie w budynku. Jeśli nikogo tam nie ma, światło jest wyłączane lub jego poziom zostaje zmniejszony do minimum, natomiast w momencie wykrycia jakiegokolwiek ruchu jest automatycznie włączane.

Systemy oświetleniowe można też zaprogramować tak, by o określonej godzinie włączały lub wyłączały oświetlenie (lub zwiększały i zmniejszały jego natężenie). Pozwala to dostosować oświetlenie do godzin rozpoczęcia i zakończenia pracy, a także do zaplanowanych przerw. Inteligentne systemy mogą także zmieniać natężenie światła w obiekcie w zależności od ilości dopływającego światła dziennego. W ten sposób wczesnym rankiem, przed zmierzchem lub przy większym zachmurzeniu, strumień światła będzie mocniejszy niż przy pełnym nasłonecznieniu.

Oświetlenie zintegrowane z systemami automatyki budynkowej

Systemy oparte na standardzie DALI można łatwo integrować z innymi systemami automatyki budynkowej, zapewniając przy tym większy poziom oszczędności.

Przykładem takiego rozwiązania jest system KNX, który daje wiele dodatkowych funkcjonalności sterowania infrastrukturą budynkową, co może mieć także wpływ na pracę oświetlenia. Pozwala na powiązanie sterowania oświetleniem np. z obsługą okien, rolet, wentylacji czy klimatyzacji w celu maksymalizacji korzyści – w tym przypadku zmniejszenie zapotrzebowania na energię elektryczną. Wykorzystuje zaawansowane czujniki, ale również inne urządzenia służące do sterowania światłem, np. piloty, aplikacje w smartfonie. Wysyłane do jednostki sterującej polecenie (automatycznie lub przez operatora systemu) może dotyczyć włączenia lub wyłączenia światła, ale również jego przyciemnienia bądź rozjaśnienia.

System ten umożliwia również ustawienie określonego poziomu natężenia światła, np. gdy za oknem zacznie się ściemniać, oprawy oświetleniowe się rozjaśnią. Z kolei, jeśli zmierzony poziom natężenia światła będzie zbyt wysoki, wówczas jednostka sterująca wyda rozkaz przyciemnienia punktów świetlnych.

Przydatna może być też funkcja opóźnienia. Gdy przez korytarz, klatkę schodową lub inną strefę przejdzie jakaś osoba, po upływie zadanego czasu światło albo przyciemni się, albo zostanie zgaszone.

Zaawansowane systemy oświetleniowe coraz częściej wykorzystują także technologię internetu rzeczy. Możliwe jest np. bieżące monitorowanie stanu oświetlenia w budynku (całej instalacji i jej poszczególnych elementów) oraz wykrywanie wszelkich anomalii w jego działaniu, co jest podstawą działania systemu predykcyjnej konserwacji. Dzięki temu można szybko usunąć usterkę lub wręcz jej zapobiec i wydłużyć żywotność opraw oświetleniowych. Takie rozwiązanie jest szczególnie przydatne w obiektach, w których nie wolno dopuścić do przerwy w oświetleniu, a także w przypadku opraw zamontowanych w trudno dostępnych miejscach.

Nowoczesne oświetlenie to wymierne korzyści

Odpowiednio zaprojektowany system oświetleniowy w obiekcie, dopasowany do konkretnych potrzeb, z właściwie dobranymi oprawami i ich parametrami może zapewnić naprawdę spore oszczędności. Szacuje się, że taka inwestycja, choć wiąże się z dużo większymi nakładami finansowymi na początku, jest w stanie zwrócić się już po zaledwie 2–3 latach. W porównaniu z tradycyjnymi źródłami światła tylko sama wymiana opraw i stateczników na bardziej energooszczędne rozwiązania może przynieść co najmniej kilkunastoprocentowe obniżenie kosztów zużycia energii.

Instalacja diod LED, które są obecnie najbardziej efektywną technologią oświetlenia do obiektów wielkokubaturowych, pozwala zwiększyć potencjalne oszczędności nawet do kilkudziesięciu procent. Warto tu dodać, że technologia ta jest w dalszym ciągu udoskonalana i najnowsze rozwiązana ledowe oferują większą efektywność energetyczną w porównaniu z tymi sprzed kilku lat. A jeśli oprócz tego zmodernizuje się całą instalację, zastosuje systemy sterowania światłem, faktyczne oszczędności mogą być jeszcze większe.

Dalsze zmniejszenie kosztów zużycia energii można uzyskać przez inwestycję w instalację fotowoltaiczną. Oczywiście energia pozyskana dzięki panelom słonecznym nie spowoduje całkowitego uniezależnienia się od energii z sieci energetycznej, jednak w słoneczne dni może przyczynić się do znaczącego zmniejszenia poboru energii z sieci.

Rozważając wprowadzenie energooszczędnych systemów oświetleniowych w obiekcie i dążąc do maksymalnego zredukowania pobieranej energii przez źródła światła, nie można jednak zapomnieć o podstawowych wymaganiach, jakie są stawiane oświetleniu. Oprawy i źródła światła w każdym pomieszczeniu, w którym pracują lub przebywają – nawet tylko chwilowo – ludzie, muszą bowiem spełniać określone przepisy i normy oraz zapewniać odpowiednią widoczność. Właściwe oświetlenie miejsca pracy odpowiada również za komfort wykonywania poszczególnych zadań, a w całym obiekcie decyduje np. o bezpiecznym przemieszczaniu się.

Wojciech Traczyk