Svetelná technika v hodnotení energetickej hospodárnosti budov

Svetelná technika je nielen jedno z najbúrlivejšie sa rozvíjajúcich odvetví hospodárstva, ale zároveň aj jedno z najprogresívnejšie sa rozvíjajúcich odvetví vedy a techniky. Nové materiály a technológie, prienik tenkých vrstiev, mikroelektroniky a výpočtovej techniky do nej enormne dynamizujú jej rozvoj. Svetelná technika je aj jeden z významných spotrebičov elektrickej energie. Na celkovej spotrebe elektrickej energie sa podieľa viac ako desiatimi percentami, v čase špičky asi jednou štvrtinou. Pri energetických auditoch vidíme, že práve úspory elektrickej energie pri osvetľovaní sú obyčajne najočividnejšie a najľahšie realizovateľné.

Trendy a pravidlá
Trendy vývoja v svetelnej technike ovplyvňujú zásadné problémy súčasného sveta a možno ich všeobecne zhrnúť takto:

• úspora elektrickej energie vo všetkých oblastiach aplikácie osvetľovacích zariadení,
• zvyšovanie kvality parametrov osvetlenia,
• úspora materiálov, úspora času,
• ochrana životného prostredia.

Svetelná technika je jednou z oblastí, ktorá je hodnotená pri energetickej certifikácii budov. Pamätá na to aj smernica č. 2002/91/ES, ktorá bola v SR implementovaná v zmysle zákona a vyhlášky (3, 4). Na smernicu nadviazala príprava nových európskych technických noriem, ktoré boli prevzaté do sústavy národných technických noriem (v SR ako STN EN).

Výpočtovým postupom v oblasti osvetlenia sa venuje návrh európskej normy EN 15193 Energetická hospodárnosť budov. Energetické požiadavky na osvetlenie. EN 15193 bola navrhnutá s cieľom vytvoriť pravidlá a postupy na odhad energetických požiadaviek osvetlenia v budovách a s cieľom poskytnúť metodiku na výpočet číselného ukazovateľa energetickej efektívnosti budov. Táto norma poskytuje aj návod na zostavenie teoretických limitov spotreby energie odvodených z referenčných osvetľovacích sústav.

Pravidlá a postupy hodnotenia uvedené v norme EN 15193 predpokladajú, že navrhnutá a realizovaná osvetľovacia sústava je v súlade s dobrou svetelnotechnickou praxou. Pre nové sústavy sa vyžaduje, aby boli v súlade s  EN 12464-1. Máme vyvinutú národnú metodiku na hodnotenie osvetlenia na účely certifikácie budov. Na jej vývoji spolupracovali významní odborníci z univerzitného prostredia, Slovenskej akadémie vied a praxe. Certifikanti pre oblasť svetelnej techniky majú tiež k dispozícii výpočtový program uľahčujúci stanovenie svetelnotechnických parametrov budovy a jej zatriedenie do príslušnej energetickej triedy v zmysle platných energetických škál. 

Akým smerom sa uberá svetelná technika? Čo prináša spotrebiteľom v oblasti svetelných zdrojov, svietidiel a osvetľovacích zariadení? Čo možno od nej očakávať v týchto rokoch a v budúcnosti? Odpoveď, aj keď z dôvodu rozsahu iba čiastočnú, na uvedené otázky možno nájsť aj v nasledujúcom príspevku.

Svetelné zdroje
Svetelný zdroj je rozhodujúci prvok osvetľovacích sústav. Je potrebné uviesť, že určujúce parametre svetelných zdrojov (najmä životnosť a merný výkon) pomerne rýchlo a pravidelne rastú. Každý rok sa objavujú nové svetelné zdroje s novými vlastnosťami, ktoré determinujú vývoj v svetelnej technike. Najdôležitejšie trendy:

Žiarovky a žiarivky

• V štátoch EU o niekoľko rokov skončí výroba žiaroviek a svietidiel pre tentoktorý svetelný zdroj.
• Najmodernejšie halogénové žiarovky sa vyrábajú tak, že ich banky sú pokryté selektívnou odrazovou plochou, ktorá vráti unikajúce infračervené žiarenie späť na vlákno , hovoríme o IRC technológiách.
• Amalgámové žiarivky neobsahujú ortuť v čistom tekutom stave, ale vo forme amalgámu. Sú preto ľahšie recyklovateľné. Majú vyšší svetelný tok pri nízkych i vysokých teplotách okolia v porovnaní s obyčajnými ortuťovými žiarivkami.
• Žiarivky s dlhou životnosťou majú najmä odlišnú konštrukciu elektród a špeciálne pokrytie luminoforu. Najmodernejšie žiarivky dosahujú životnosť takmer 50-tisíc hodín.
• Ďalším významným trendom vo vývoji žiariviek je používanie extrémne vysokých teplôt chromatickosti na zvýšenie obsahu cirkadiálne účinného žiarenia, a teda zabezpečenia štartu biologických hodín ľudského organizmu pri nedostatku slnečného žiarenia. Sú vyvinuté žiarivky s teplotou chromatickosti 8 000 K a 16 000 K, ktoré sa budú aplikovať v priestoroch s vysokou zrakovou náročnosťou.
• V oblasti žiariviek je štandardom používanie žiariviek s priemerom 16 mm. Prinášajú úsporu elektrickej energie, materiálov a menšiu záťaž pre životné prostredie. Žiarivky s priemerom 26 mm by sa v interiérových aplikáciách už nemali vyskytovať. (Skúsenosti z energetických auditov a certifikácie budov svedčia o opaku.)
• Kompaktné žiarivky sa v súčasnosti neuplatňujú iba ako náhrada za žiarivky. Na iné aplikácie ich predurčuje čoraz širší rozsah ich príkonu a svetelného toku. Jednopäticové kompaktné žiarivky s vysokým príkonom (200, 400 W a podobne) sa dajú aplikovať ako náhrada ortuťových vysokotlakových výbojok v rotačne symetrických svietidlách. Naopak, žiarivky s malým príkonom (napr. okolo 5 W) sú ideálnou náhradou pre sviečkové žiarovky.
• Pomerne novým trendom sú stmievateľné kompaktné žiarivky. Pokrok v silnoprúdovej elektronike a riadiacej technike umožnil takú miniaturizáciu stmievateľných elektronických predradníkov, že sa dajú aplikovať aj do pätíc kompaktných žiariviek. Je to významný predel vo vývoji kompaktných žiariviek, pretože významným spôsobom rozširuje možnosti ich uplatnenia všade tam, kde vyžadujeme komfort stmievania. Navyše umožňujú šetriť elektrickou energiou.

Výbojky

• Halogenidové výbojky sú jedným z najprogresívnejších svetelných zdrojov. Moderné riešenia umožnili zvýšiť ich merný výkon (účinnosť), zlepšiť farebné podanie a predĺžiť životnosť týchto svetelných zdrojov. Najmodernejšie riešenia s keramickým horákom umožňujú dokonca aj ich stmievanie, ktoré sa dosiaľ neodporúčalo. Práve pre ich zlepšené parametre sa v poslednom období začínajú uplatňovať aj vo verejnom osvetlení.
• Sodíkové vysokotlakové výbojky prešli tiež v poslednom období výraznými zmenami. Vyznačujú sa dlhšou a zaručenou životnosťou 16 000 hodín – čo napríklad predstavuje 4 roky svietenia vo verejnom osvetlení. Sodíkové vysokotlakové výbojky so zlepšeným farebným podaním sa dajú aplikovať aj v interiéroch na miestach, kde prednedávnom žlté svetlo klasických typov týchto výbojok so zlým farebným podaním bolo na prekážku. V progresívnych riešeniach sa na konštrukciu výbojok používajú kvalitnejšie materiály. Amalgám sa nachádza už mimo samotného horáka (postupne sa do horáka dávkuje), používajú sa nové plynové náplne horáka a pod.
• Renesanciu zažívajú elektroluminiscenčné svetelné zdroje (iné ako LED). Nové materiály, najmä technológia tenkých vrstiev umožňuje vytvoriť ultra tenké elektroluminiscenčné panely, ktoré sa dajú využiť napríklad pri núdzovom osvetlení.
• Indukčné výbojky sú známe už niekoľko rokov, no v poslednom období výrobcovia predstavili nové konštrukčné riešenia týchto mimoriadne zaujímavých svetelných zdrojov. Ich dlhá životnosť (viac ako 60 000 hodín) ich predurčuje uplatniť na ťažko prístupných miestach. V praxi sú známe ich modifikácie podobajúce sa na žiarivky, výbojky či jednopäticové kompaktné žiarivky.
• Sírové výbojky dosiaľ nepriniesli také relevantné výsledky, ako sa od nich po objavení princípu výboja v sírových parách čakalo. Pravdepodobne to spôsobil najmä fakt, že výrobcovia svetelných zdrojov sa v súčasnosti orientujú najmä na LED.

LED

• Predstavujú najprogresívnejší svetelný zdroj súčasnosti.
• Nárast merného výkonu LED v súčasnosti už nad hodnotu 100 lm/W, je asi najlepšou správou pre súčasnú svetelnú techniku. Luminiscenčné diódy predstavujú v súčasnosti možno najperspektívnejšiu oblasť svetelných zdrojov. Enormný nárast merného výkonu v poslednom období pri zachovaní mimoriadne vysokej životnosti, ako aj veľké výskumno-vývojové pracoviská svetových výrobcov orientovaných na LED technológie dávajú tušiť, že práve tento svetelný zdroj sa stane dominantným pre systémy núdzového, orientačného či automobilového osvetlenia, ale zároveň umožní aj aplikácie v exteriérovom, ale aj interiérovom osvetlení. Nezanedbateľnou výhodou LED diód je ich dlhá životnosť, presahujúca niekoľko desaťtisíc hodín.

Svietidlá
V oblasti svietidiel je pokrok ešte očividnejší. Je to dané možnosťami výrobcov svietidiel. Pokým výskum v oblasti svetelných zdrojov zabezpečuje niekoľko špičkových výrobcov, v oblasti svietidiel existuje niekoľko stoviek firiem, ktoré prinášajú nové poznatky vo výskume a vývoji. Tento vývoj veľmi presne nasleduje vývoj svetelných zdrojov. Pokým v oblasti svetelných zdrojov sa LED stali dominantným prvkom výskumu a vývoja už pred niekoľkými rokmi, v súčasnosti začínajú preberať dominantnú úlohu vo vývoji LED svietidlá.

Najdôležitejšie trendy :

• Vysoké krytie svietidiel prináša najmä úsporu nákladov na údržbu osvetľovacích sústav. V interiéroch sa používa bežne čiastočne prachotesné krytie svietidiel (IP 50). Svietidlá s krytím IP 20 sa vyskytujú v moderných inštaláciách iba výnimočne.
• Bytové svietidlá prechádzajú tiež búrlivým vývojom. Menej sa používajú klasické lustre, čoraz viac stojanové svietidlá. Aplikujú sa v nich moderné svetlené zdroje. Veľmi efektné i efektívne sú svietidlá na halogenidovú výbojku či LED.
• Hoci vo verejnom osvetlení ešte dominujú svietidlá so sodíkovou vysokotlakovou výbojkou, čoraz viac sa uplatňujú svietidlá s halogenidovou výbojkou. V najbližšom období však isto začne obdobie vonkajších LED svietidiel. Parametre LED a vývoj v oblasti svietidiel na to jednoznačne poukazujú. Aj v oblasti verejného osvetlenia je vysoké krytie (napr. IP 65) samozrejmosťou.
• V administratívnych priestoroch sa začínajú sa uplatňovať svietidlá s premenlivou farbou svetla. Ľudský organizmus potrebuje v rozličných fázach dňa a roka svetlo s rozličným spektrálnym zložením. Modernými žiarivkovými svietidlami pomocou stmievateľných elektronických predradníkov vieme „namiešať“ takú farbu svetla, aká je pre ľudský organizmus v tom čase najvýhodnejšia.
• Mimoriadne široké možnosti použitia predstavuje LED osvetlenie v automobiloch. LED svietidlá sa používajú nielen ako brzdové svietidlá, ale dá sa nimi osvetliť celý interiér i exteriér automobilu. Na špičkových automobiloch sa objavili dokonca prvé hlavné svetlomety na báze LED. Vývoj v tejto oblasti je enormný. Moderné adaptívne svetlomety prispôsobia automaticky osvetlenie automobilu takým podmienkam, ako je počasie, nerovnosti terénu, zatáčanie vozidla, jazda v meste či po diaľnici, prekážky na ceste, protiidúce vozidlá a pod. Toto všetko zabezpečí moderné svietidlo ovládané elektronickým systémom natáčania, clonenia a stmievania osvetlenia. Aj z tohto hľadiska je auto čoraz viac elektrotechnický a čoraz menej strojársky výrobok.
• V moderných budovách sa stále viac uplatňujú aktívne i pasívne svetlovody tak, aby sme svetlo doviedli do priestorov, ktoré iným spôsobom buď nevieme osvetliť, alebo sa dajú osvetliť iba s veľkými nákladmi.
• Trendom sú aj klimatizované svietidlá, ktoré odvedú teplo svetelných zdrojov do klimatizácie z miesta, kde vzniklo, bez toho, že by sa najprv dostalo do priestoru. Týmto spôsobom sa znižujú náklady na klimatizačný systém.
• Aplikujú sa nové materiály pre reflektory svietidiel. Ide najmä o čistý vysokoleštený hliník so sofistikovaným charakterom odrazu, s cieľom zabezpečiť vysokú účinnosť svietidla a vytvoriť potrebnú krivku svietivosti. Moderné sú aj tenké vrstvy. Ich aplikáciou na skle získavame tiež kvalitné odrazové materiály so selektívnym charakterom odrazu.
• Uplatňujú sa nové materiály pre konštrukčné časti svietidiel. Už to nie je iba oceľ. K dispozícii je najmä hliník a jeho zliatiny. Ich aplikáciou sa znižujú požiadavky na konštrukciu upevnenia svietidiel, svietidlá môžu byť ľahšie, kompaktnejšie a architektonicky zaujímavejšie.

Osvetľovacie sústavy
V užšom slova zmysle zahrňujú najmä príslušenstvo umožňujúce prevádzku svetelných zdrojov a svietidiel. Trendy moderných osvetľovacích sústav:
 

• Moderné osvetľovacie sústavy sú riadené centralizovanými alebo decentralizovanými riadiacimi systémami, umožňujúcimi prispôsobiť parametre osvetlenia zadaným podmienkam. Riadenie osvetlenia je obyčajne súčasťou celkového riadiaceho systému budovy.
• V oblasti riadenia osvetlenia ide najmä o aplikáciu jednotného protokolu riadenia tak, aby bolo možné medzi sebou zamieňať rôzne výrobky rôznych výrobcov bez toho, že by sa znížila funkčnosť systému. Tak sa v uplynulom období vyvinul systém DALI, v ktorom sa uplatňuje snaha o jednotný protokol pre riadenie osvetlenia Najmodernejšie systémy riadenia neriadia iba intenzitu osvetlenia a následne jasy predmetov, ale aj smerovanie svetla či jeho farbu.
• Nové normy a nové hygienické predpisy týkajúce sa osvetlenia mimoriadne zvyšujú požiadavky na parametre osvetľovacej sústavy. To prináša nové nároky na projektantov, ale aj realizátorov stavieb.

prof. Ing. Alfonz Smola, PhD.
Foto: autor, archív autora

Autor pôsobí na Fakulte elektrotechniky a informatiky STU v Bratislave

Literatúra:

1. STN EN 12464-1 Svetlo a osvetlenie. Osvetlenie pracovných miest. Časť 1: Vnútorné pracovné miesta.
2. STN EN 15193 Energetická hospodárnosť budov. Energetické požiadavky na osvetlenie.
3. Zákon č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov.
4. Vyhláška MVRR SR č. 625/2006 Z. z., ktorou sa vykonáva zákon č. 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov.

Článok bol uverejnený v časopise TZB HAUSTECHNIK.