Úspory elektrickej energie pri osvetľovaní

Úspory elektrickej energie pri osvetľovaní

Umelé osvetlenie sa vo vyspelých krajinách stalo neoddeliteľnou súčasťou každodenného života a len ťažko si vieme predstaviť svoju existenciu bez neho. Ak sa však na umelé osvetlenie pozrieme z energetického hľadiska, zistíme, že svetelná technika je jedným z významných spotrebiteľov elektrickej energie. Na celkovej spotrebe sa podieľa viac ako 10 %, počas špičky asi jednou štvrtinou. Odhaduje sa, že v priemernej administratívnej budove sa na osvetlenie spotrebuje približne 65 % elektrickej energie. Podiel spotreby elektrickej energie na osvetľovanie v priemysle predstavuje v SR asi 10 %. Pri návrhu osvetľovacích sústav preto musíme vychádzať zo zásad maximálnej hospodárnosti.

Šetriť elektrickou energiou a prevádzkovými nákladmi na osvetlenie môžeme najmä:
  • použitím svetelných zdrojov s vysokým merným výkonom a dlhou životnosťou,
  • výberom svietidiel s vysokou účinnosťou,
  • návrhom osvetľovacích sústav s čo najvyššou účinnosťou,
  • riadením a reguláciou osvetľovacích sústav,
  • racionálnou prevádzkou osvetľovacích sústav.

Svetelné zdroje

Svetelný zdroj významnou mierou ovplyvňuje hospodárnosť osvetlenia, preto pri návrhu nových osvetľovacích sústav alebo pri ich rekonštrukcii treba venovať zvýšenú pozornosť jeho výberu – napr. náhradou jednej obyčajnej žiarovky kompaktnou žiarivkou môžeme pri súčasných cenách elektrickej energie ušetriť počas jej životnosti  2- až 4-tisíc korún.

Najčastejšie sa nahrádzajú:

  • obyčajné žiarovky halogénovými žiarovkami alebo ešte lepšie – kompaktnými žiarivkami,
  • žiarovky lineárnymi žiarivkami alebo halogenidovými výbojkami,
  • vysokotlakové ortuťové výbojky vysokotlakovými sodíkovými výbojkami a pod.

Svietidlá

Účinnosť svietidiel, podobne ako účinnosť svetelných zdrojov, výrazne ovplyvňuje účinnosť osvetlenia. Nejde pritom iba o celkovú účinnosť svietidla, ale aj o jeho schopnosť usmerniť svetelný tok do požadovaného smeru. V administratívnych priestoroch sa preto už takmer výhradne používajú žiarivkové svietidlá s optikou z vysokolesklého hliníka s parabolickou mriežkou na zábranu oslnenia (obr. 1). Kvalita použitých optických materiálov, krytie, technické vyhotovenie i elektrické príslušenstvo svietidiel významne ovplyvňujú celkovú účinnosť osvetľovacích sústav.

Zvláštne požiadavky sa kladú na exteriérové svietidlá. Účinnosť svietidla počas prevádzky zvyšuje maximálna tesnosť optickej časti; vhodná krivka svietivosti svietidiel na verejné osvetlenie umožňuje zväčšiť vzdialenosť medzi svietidlami, a tým znížiť počet svietidiel pri zachovaní požadovanej intenzity osvetlenia. Veľmi dôležitá je aj požiadavka znížiť stupeň oslnenia účastníkov premávky v čo najväčšej miere.

Elektronické predradníky

Elektronické predradníky sa využívajú na napájanie a riadenie výboja najmä v žiarivkách a výbojkách. V svietidlách nahrádzajú zapaľovač, tlmivku a kompenzačný kondenzátor. Pracujú na vyššej frekvencii, ktorú už ľudské oko nevníma, čím sa odstráni stroboskopický jav. Elektronické predradníky pre žiarivky obsahujú obvod mäkkého štartu, ktorý zabezpečuje plynulý a rýchly nábeh jasu po zapnutí. Tým, že sa nepoužíva kompenzačný kondenzátor, je vylúčené vytekanie toxického elektrolytu s obsahom PCB. Preto sa môžu používať aj v hygienicky veľmi náročných prostrediach (zdravotníctvo, školstvo, potravinársky priemysel a pod.). Elektronické predradníky sú vhodné aj do svietidiel na osvetlenie točivých strojov (obrábacích, textilných a pod.), pretože eliminujú stroboskopický efekt.

Výhody elektronických predradníkov:

  • úspora elektrickej energie v moderných svietidlách až 18 % oproti svietidlám s klasickým predradníkom,
  • predĺženie životnosti žiariviek až o 50 %,
  • plynulý a rýchly nábeh jasu, po zapnutí odstránený stroboskopický jav,
  • vyšší účinník bez nákladov na kompenzáciu,
  • širšie použitie v rozsahu napätí 198 až 254 V,
  • bez rušivých magnetických polí,
  • nehlučná prevádzka,
  • menšie teplotné zaťaženie svietidiel – zlepšenie požiarnej bezpečnosti,
  • vysoká prevádzková spoľahlivosť – automatické odpojenie chybných žiariviek,
  • prevádzka na jednosmerné aj striedavé napätie pri rovnakom svetelnom toku,
  • menší pokles svietivosti v dôsledku starnutia trubice,
  • menšie zvlnenie svetelného toku (5 % oproti 40 % pri klasickom predradníku),
  • rýchla ekonomická návratnosť,
  • nižšie sadzby za elektrickú energiu v dôsledku menšieho inštalovaného výkonu,
  • vhodné na použitie v hygienicky veľmi náročných podmienkach,
  • zlepšenie hygieny práce – podstatné zníženie zrakovej únavy.

Návrh osvetľovacích sústav

Správne osvetlenie má vytvoriť priaznivé podmienky videnia, zabrániť predčasnej únave, predchádzať úrazom, vytvárať svetelný komfort, príjemné pocity a dobrú náladu. Týmto požiadavkám sa vyhovie najmä primeranou intenzitou osvetlenia, vhodnými jasmi, kontrastmi jasov a farieb a správnym smerom dopadu svetla. Hlavným ukazovateľom akosti osvetlenia je jeho intenzita. Volí sa podľa svetelnotechnických noriem.

Hospodárnosť osvetlenia pomáha dosahovať aj samotný návrh osvetľovacích sústav. Správne navrhnuté osvetlenie nielenže zabezpečuje požadované podmienky na vykonávanie zrakových úloh, ale umožňuje minimalizovať investičné aj prevádzkové náklady, čím zvyšuje hospodárnosť osvetlenia.

Vhodné je, ak sú pri osvetľovaných priestoroch vopred známe polohy pracovných miest, vďaka čomu možno vypracovať hospodárnejší návrh osvetlenia – napr. norma STN EN 12464-1 Osvetlenie pracovných miest stanovuje dodržať v kanceláriách v mieste vykonávania zrakovej úlohy udržiavanú osvetlenosť 500 lx a rovnomernosť 0,7.

Ak však poloha pracovných miest nie je vopred známa, projektant musí navrhnúť osvetľovaciu sústavu tak, aby sa v celej miestnosti dodržala požadovaná osvetlenosť a rovnomernosť.

Z hľadiska hospodárnosti treba navrhovať osvetľovacie sústavy na základe svetelnotechnických výpočtov. Správne navrhnuté a udržiavané osvetlenie zabezpečí dodržanie kvalitatívnych a kvantitatívnych parametrov požadovaných normami počas celej prevádzky.

Výpočet osvetľovacích sústav možno realizovať pomocou rôznych výpočtových metód alebo použitím počítačových programov na návrh osvetlenia (obr. 2a, 2b), ktoré už dnes okrem svetelnotechnických výsledkov ponúkajú aj vizualizáciu osvetľovaných priestorov a projektantom umožňujú spracovať kompletnú výkresovú dokumentáciu k svetelnotechnickému projektu.

Riadenie a regulácia osvetlenia

Moderný spôsob, ako možno dosiahnuť racionalizáciu spotreby elektrickej energie v osvetlení, je zavedenie viac či menej inteligentných riadiacich prvkov. Tieto umožňujú dosahovať úspory reguláciou osvetlenia v závislosti od aktuálnych podmienok a tiež požiadaviek na osvetlenie. Riadiace systémy využívajú napr. snímače denného osvetlenia s možnosťou sledovania polohy slnka na oblohe, snímače intenzity osvetlenia, snímače prítomnosti osôb a pod. Na základe takto získaných údajov v reálnom čase riadia parametre umelého osvetlenia tak, aby sa dosiahli požadované vizuálne podmienky a súčasne čo najvyššia hospodárnosť.

Modernými prvkami na dosahovanie úspor riadením osvetlenia v klasických elektroinštaláciách sú napr. infračervené alebo rádiové diaľkové ovládače, impulzné relé, elektronické stmievače a pod. Ich použitím sa súčasne výrazne zvyšuje komfort.

Infračervené diaľkové ovládanie

Na prenos riadiaceho signálu využíva vlnové dĺžky okolo 950 nm. Z jedného miesta a jedným ovládacím prvkom možno ovládať niekoľko zariadení, a to nielen zapnutie a vypnutie, ale aj stmievanie. Pritom ovládané zariadenie nemusí byť priamo viditeľné z miesta ovládania, pretože na prenos IR signálu sa využívajú aj odrazy od pevných predmetov.

Impulzné (pamäťové) relé

Slúžia na ovládanie svetelných spotrebičov jedným tlačidlom a nahrádzajú funkciu schodiskových a krížových vypínačov v bežných inštaláciách. Ich výhody sa uplatňujú najmä v priestoroch s veľkým počtom vchodov a východov, kde je potrebné ovládanie z mnohých miest a pospájanie v elektroinštalačných krabičkách a krížových prepínačoch by bolo zdĺhavé a prácne. Úspory použitím dvojžilových káblov namiesto troj- a viacžilových nie sú zanedbateľné. Na ovládanie stačia bežné inštalačné tlačidlá a dvojžilové káblové rozvody paralelne spojené ako jeden ovládací vstup pre impulzné relé.

Medzi ďalšie typy impulzných relé patria impulzné relé na skupinové alebo centrálne ovládanie, pomocou ktorých môžeme ovládať tlačidlami tak jednotlivé obvody v danom mieste, ako aj celé skupiny svetelných obvodov. Ich súčasťou je práve miestne ovládanie, a to samostatnými tlačidlami na zapnutie a vypnutie celých skupín (svetelných) obvodov (napr. recepcie). Výhodou je pamäťový jav. Ak napr. používame na ovládanie elektromagnetické relé, ovládame ich dvojitými tlačidlami a pri strate napätia relé (alebo stýkač) vypadne a po obnove dodávky elektrickej energie ho musíme znovu zapnúť.

Stmievače

Umožňujú úsporu nákladov na elektrickú energiu, ale aj zvýšenie komfortu ovládania osvetlenia. Ovládajú sa buď externým tlačidlom, alebo vstavaným potenciometrom pre stmievače do rozvádzačov alebo potenciometrom vstavaným do vypínača. Stmievačom možno stmievať všetky svetelné zdroje s touto možnosťou: žiarovky, halogénové žiarovky, žiarivky s elektronickým predradníkom a pod.

Stmievače umožňujú nastavenie konštantnej intenzity osvetlenia nezávisle od okolitej intenzity, ale aj reguláciu na konštantnú hodnotu vzhľadom na zmenu okolitej intenzity, s ochranou proti prechodným javom, ako je napr. zasvietenie reflektorov okoloidúceho automobilu do miestnosti.

Prevádzka a údržba osvetľovacích sústav

Uvedením svietidiel do prevádzky sa začína ich znehodnocovanie, ktoré má za následok pokles intenzity osvetlenia v osvetľovacích priestoroch. Celkovo možno povedať, že počas prevádzky nastávajú dočasné a trvalé zmeny svetelnotechnických vlastností svietidiel. Dočasné zmeny sú spôsobené najmä znečistením svetelných zdrojov a svietidiel. Trvalé zmeny spôsobuje starnutie svetelných zdrojov a porušenie materiálov svetelnočinných častí svietidiel.

Z dôvodu ekonomickej prevádzky osvetľovacích sústav je potrebná pravidelná údržba v intervaloch uvedených v projektovej dokumentácii. V rámci údržby osvetľovacích sústav treba v prvom rade vymeniť opotrebované a zostarnuté svetelné zdroje a vyčistiť svietidlá. Výmenu svetelných zdrojov možno riešiť individuálnou alebo skupinovou výmenou. Na základe predpokladaných nákladov treba určiť, ktorý spôsob je hospodárnejší.

Pri skupinovej výmene svetelných zdrojov, keď sa vždy po určitom období hromadne vymenia všetky svetelné zdroje, možno:

  • lepšie využiť svetelný tok zdrojov,
  • dosiahnuť rovnakú farbu svetla a rovnaký jas svietidiel,
  • presnejšie stanoviť náklady na výmenu svetelných zdrojov,
  • znížiť náklady na údržbu svietidiel.

Nevýhodou skupinovej výmeny je vyšší počet spotrebovaných svetelných zdrojov.
Pri skupinovej výmene sa svetelné zdroje vymieňajú po dosiahnutí 80 % ich životnosti.

Čistenie svietidiel

Čistenie svietidiel spočíva v odstránení vrstvy usadeného prachu a agresívnych nečistôt z povrchu svietidiel a svetelných zdrojov. Svietidlá nemôžu byť počas čistenia pod prúdom.

Čistenie svietidiel môžeme rozdeliť na:

  • čistenie v pracovnej polohe – čistenie za sucha (málo efektívne),
  • čistenie na zemi – čistenie mokrým spôsobom.

Požiadavka prevádzkovateľov znižovať prevádzkové náklady hľadaním úspor a realizáciou racionalizačných opatrení v budovách úzko súvisí s celkovou spotrebou energie v danej krajine, s potrebou výstavby nových elektrární, s obmedzenými zásobami energetických zdrojov a tiež vo veľkej miere so životným prostredím. Je preto nevyhnutné hľadať riešenia hospodárneho využívania energetických zdrojov, aby sa zabezpečil dostatok energie nielen pre súčasnosť, ale aj pre ľudstvo v budúcnosti.

Ing. František Krasňan, PhD.
Autor pôsobí na Katedre elektroenergetiky Fakulty elektrotechniky a informatiky STU v Bratislave.

Recenzoval: prof. Ing. Alfonz Smola, PhD.
Foto, obrázky: archív autora

Článok bol uverejnený v časopuse TZB HAUZTECHNIK, č. 4, ročník 2007