Možnosti rekonstrukce historických svítidel na technologii LED

Ing. Jakub Černoch, jednatel Osvětlení Černoch s.r.o.

Náš technický seminář se odehrává v situaci, kdy jsme všichni poněkud rozčarování ze zamítnutí dlouho a napjatě očekávaných dotací na rekonstrukci veřejného osvětlení. Je asi zbytečné rozvádět úvahy o tom, jaké následky toto rozhodnutí bude mít pro naší práci, chtěl bych se spíše zamyslet nad tím, co i za této situace můžeme pro další rozvoj veřejného osvětlení udělat. Hlavním tématem mého příspěvku je možnost rekonstrukce historických svítidel na technologii LED, navíc se pokusím na tomto tématu ilustrovat, že použitím posledních novinek v oboru LED lze dosáhnout i na takové technické parametry, které dovolí projekty rekonstrukce VO financovat metodou EPC.

V České republice jsou nejvíce rozšířeny historické svítilny odpovídající vzoru, jenž pochází z konce devatenáctého století (obr.1).

Moznosti-rekonstrukce-historickych-svitidel-na-technologii-LED-1

Tyto svítilny sloužily jako vzor firmě Elektrosvit a později i dalším firmám, jediným rozdílem bylo použití nejdříve rtuťové a později sodíkové výbojky místo plynem žhavených punčošek. Příkon standardní historické svítilny se 70 W sodíkovou výbojkou je cca 83-85 W a díky použití skleněného rozptylného prstence okolo výbojky má svítidlo poměrně malou celkovou účinnost. Pro účely měření jsme svítidlo „očesali“ tak, aby zůstaly jen opticky činné části a elektroinstalace (obr.2).

Moznosti-rekonstrukce-historickych-svitidel-na-technologii-LED-2

Obrázek 2 Svítidlo Elektrosvit 70W HPS na goniofotometru

Získaná eulum data nám umožnila v programu Relux simulovat osvětlení plochy při umístění tohoto svítidla na sloupu o výšce 3,9 m:

Moznosti-rekonstrukce-historickych-svitidel-na-technologii-LED-3

Obrázek 3 Osvětlenost svítilnou Elektrosvit 70W HPS

Pro porovnání jsme změřili ještě variantu tohoto svítidla od firmy Pechlát (obr. 4), která se liší jiným provedením skleněného rozptylného prstence s nižšími ztrátami:

Moznosti-rekonstrukce-historickych-svitidel-na-technologii-LED-4

Obrázek 4 Svítidlo Pechlát 70W HPS na goniofotometru

Simulace osvětlení plochy v programu Relux vypadá za stejných podmínek pro toto svítidlo následovně:

Moznosti-rekonstrukce-historickych-svitidel-na-technologii-LED-5

Obrázek 5 Osvětlenost svítilnou Pechlát 70W HPS

Výsledné hodnoty osvětlenosti shrnuté do tabulky vypadají takto:

Typ svítidla Udržovaná osvětlenost Minimální osvětlenost Maximální osvětlenost
Elektrosvit 70W HPS 6,7 lx 1,6 lx 19,4 lx
Pechlát 70W HPS 9 lx 2,1 lx 21,1 lx

 

Měření tedy potvrzuje mírně lepší účinnost svítidla od firmy Pechlát. Příčinou nízké účinnosti historických svítilen je jednoznačně rozptylný prstenec okolo výbojky, který pohlcuje značnou část světelného toku, zároveň ale zabraňuje oslnění. Proto není řešením použít místo výbojky jednu z mnoha LED náhražek, problém s malou účinností optické soustavy by i toto řešení silně degradoval. Jedno z možných řešení spočívá v nahrazení původního řešení sestavou LED s optickým systémem, který zajistí výrazně lepší distribuci světelného toku. Příklad takového řešení je na obr. 8.

Moznosti-rekonstrukce-historickych-svitidel-na-technologii-LED-6

Obrázek 6 Svítidlo GasLED na goniofotometru

Jsou zde použity špičkové LED od firmy Cree typ XP-G2 s teplotou chromatičnosti 2700 K a skleněná optika s úhlem vyzařování 120°. Výsledkem je příjemné „teplé“ světlo odpovídající světlu halogenové žárovky nebo původní plynové lampy, optické prvky LED jsou navíc mnohem podobnější původním žhaveným punčoškám.  Plocha je díky použité optice osvětlena velmi rovnoměrně ve srovnání s původní variantou se sodíkovou výbojkou.

Modul sestávající z chladiče, šestice LED s optickými prvky a napájecího zdroje je možné dodat včetně nosného plechu, který má rozměry shodné s původním plechem, nesoucím elektro výzbroj pro sodíkovou výbojku. Tím je montáž zjednodušena na otevření svítidla, povolení a utažení obvykle 4 šroubů a jedné svorkovnice. Modul je možné napájet s příkonem 22 nebo 32 W, navíc je možné napájecí zdroj vybavit dálkovým řízením po napájecí lince a snížit tak světelný tok svítidla např. v pozdních nočních hodinách. Rozumné nastavení časového diagramu umožňuje docílit přibližně 30% úsporu elektrické energie. Výsledky simulace v Reluxu na základě naměřených dat pro příkon 22W (obr. 9) a 32 W (obr. 10) jsou poměrně přesvědčivé.

Typ svítidla Udržovaná osvětlenost Minimální osvětlenost Maximální osvětlenost
Elektrosvit 70W HPS 6,7 lx 1,6 lx 19,4 lx
Pechlát 70W HPS 9 lx 2,1 lx 21,1 lx
GasLED 22W 6,7 lx 0,2 lx 11,5 lx
GasLED 32W 9 lx 0,3 lx 15,6 lx

 

 

Moznosti-rekonstrukce-historickych-svitidel-na-technologii-LED-7

Obrázek 7 Osvětlenost svítidlem GasLED 22W

Moznosti-rekonstrukce-historickych-svitidel-na-technologii-LED-8

Obrázek 8  Osvětlenost svítidlem GasLED 32

S příkonem 22 W bylo dosaženo stejné udržované osvětlenosti jako u svítidla Eelektrosvit 70W HPS o příkonu 84W, s příkonem 32 W pak je dosaženo stejné udržované osvětlenosti jako u svítidla Pechlát 70W HPS.

Úspora elektrické energie díky modulům se symetrickou optikou je tedy vyjádřená vynikajícím koeficientem 2,6-3,8, takže návratnost této investice vychází v rozmezí 2-4 roky dle typu a ceny elektrické energie. Taková návratnost umožňuje na projekt rekonstrukce veřejného osvětlení uplatnit metodu EPC, což bude v nejbližších letech asi jediná dostupná metoda financování. Naměřené výsledky a následné simulace ukazují, že správně provedená rekonstrukce historických svítidel na LED zdroje je vysoce návratná i bez započtení snížených nákladů na údržbu. To je dáno velmi neefektivním využitím světelného toku u historických svítilen, malým měrným tokem vysokotlakých sodíkových výbojek při menších příkonech a zdařilou optimalizací použitých optických prvků.

Podotýkám, že takto upravená svítidla jsou vhodná díky symetrické charakteristice především pro nasvícení otevřených prostranství. Dalším krokem, který se logicky nabízí, je osazení historických svítilen asymetrickou optikou pro osvětlení ulic. Díky tomu je světelný tok LED zdroje podstatně lépe využit a naskýtá se zde další prostor pro snížení spotřeby nebo zlepšení osvětlení. Zde si nedovolím uvádět přesná čísla, protože takovéto svítidlo není s čím srovnávat a skutečnou vypovídací hodnotu má až konkrétní projekt.

Moznosti-rekonstrukce-historickych-svitidel-na-technologii-LED-9

Obrázek 9 Osvětlenost s modulem GasLED s asymetrickou optikou

LED modul s asymetrickou optikou je na obrázku 10.

Moznosti-rekonstrukce-historickych-svitidel-na-technologii-LED-10

Obrázek 10 LED modul s asymetrickou optikou

Technika LED se ale neustále vyvíjí, poslední rok přinesl řadu novinek, z nich bych se zmínil o nástupu COB (Chip On Board) viz obr. 11 a silikonové optiky.

Moznosti-rekonstrukce-historickych-svitidel-na-technologii-LED-11

Obrázek 11 COB

Výkon diskrétních LED je omezen u běžně dostupných typů hranicí 10 až 15 W, pro vyšší světelné toky musíme proto používat sestavy více LED, kde je každá vybavena samostatnou optikou. To vede k rychlému nárůstu ceny s příkonem svítidla a prakticky to tak blokuje velmi lákavou cestu ke zvýšení měrného toku svítidel s LED. Pokud totiž provozujeme současné LED na menší než maximální příkon, jejich měrný výkon se pohybuje v hodnotách 130 až 150 lm/W, ale cenové navýšení výhodu vysokého měrného výkonu eliminuje. U COB je tomu jinak, maximální dosažitelné výkony jsou až 150 W a to s jedním optickým systémem. Provozujeme-li takto výkonný COB s polovičním a menším příkonem a silikonovou optikou, snadno dosáhneme měrného výkonu světelného zdroje přes 140 lumen/W při dosažení velmi přijatelné pořizovací ceny svítidla. Po odzkoušení tohoto principu u moderních svítidel pro veřejné osvětlení jsme proto přikročili i k výrobě modulu pro rekonstrukci historických svítidel, vybaveného COB a silikonovou optikou (obr. 12).

Moznosti-rekonstrukce-historickych-svitidel-na-technologii-LED-12

Obrázek 12 Modul s COB a silikonovou optikou

Pro COB se nyní prosazují optické prvky vyrobené ze silikonu vstřikováním, jejich výhodou je vynikající stabilita, snadné utěsnění prostoru okolo LED a velmi přijatelná cena. Tyto silikonové optické prvky jsou nyní k dispozici jak v symetrickém provedení tak jako asymetrická optika. Srovnání s diskrétním řešením pro teplotu chromatičnosti 2700 až 3000K je velice zajímavé:

Typ zdroje Světelný tok zdroje při příkonu svítidla 22W Měrný výkon světelného zdroje při příkonu 22 W Světelný tok zdroje při příkonu svítidla 32W Měrný výkon světelného zdroje při příkonu 32W
6x LED XP-G2 1980 lumen 107 lumen/W 2687 lumen 94 lumen/W
1x COB CXA2540 2700 lumen 140 lumen/W 3900 lumen 125,8 lumen/W

 

Závěr

Při vhodné konstrukci modulů lze u náhrad světelných zdrojů historických svítidel dosáhnout špičkových parametrů, které umožní profinancovat takovou rekonstrukci jen z úspor spotřeby i za současné nepříznivé situace.

Leave a Comment

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Cookies help us deliver our services. By using our services, you agree to our use of cookies. More Information