Osvětlení průmyslových prostor s LED z hlediska konstrukce a spolehlivosti – PREZENTACE

Osvětlení průmyslových prostor s LED z hlediska konstrukce a spolehlivosti – PREZENTACE

 

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

Úvodem….

 

  • Osvětlení průmyslových prostor bylo donedávna doménou zářivkových a výbojkových svítidel.
  • Pokrok v technologii LED umožnil konstrukci svítidel, vhodných i pro tyto aplikace.
  • Bohužel mnoho konstrukcí LED svítidel pro průmyslové prostory dosud nedosahuje takových parametrů, aby bylo jejich použití skutečně výhodné pro koncového uživatele.

Specifické požadavky na průmyslová svítidla

 

  • Svítidla jsou obvykle umístěna poměrně vysoko, proto jsou výhodná svítidla s vysokými světelnými toky
  • V některých případech je požadováno vysoké krytí s ohledem na celkovou prašnost prostředí
  • V jiných případech je pracovní teplota okolí až 60 °C, případně také – 20°C
  • Fotometrické vlastnosti svítidel musí být vhodné pro skládání většího počtu svítidel tak, aby bylo dosaženo vysoké rovnoměrnosti, zároveň musí být splněn požadavek na maximální povolený činitel oslnění UGR daný normou dle charakteru činnosti.
  • Svítidla pro osvětlení skladových uliček vyžadují zcela specifické fotometrické vlastnosti
  • S ohledem na obtížnou dostupnost svítidel je kladen zvláštní důraz na vysokou spolehlivost a dlouhou dobu života použitých svítidel i světelných zdrojů

Potenciál LED technologie

 

  • Dlouhá doba života a vysoká spolehlivost
  • Možnost vytvořit svítidlo s požadovanými fotometrickými vlastnostmi a zároveň vysokým krytím
  • Vyšší měrný výkon než klasické světelné zdroje, úspory ve spotřebě jsou o to významnější, že se často jedná o nepřetržité provozy
  • Možnost volby teploty chromatičnosti

Svítidlo typu „HighBay“ (hlubokozářič)

 

  • Výška zavěšení 6 a více m (oslnění)
  • Úzká křivka svítivosti

Osvetleni-prumyslovych-prostor-s-LED-z-hlediska-konstrukce-a-spolehlivosti-1

Výbojkové svítidlo typu „HighBay“, díky svislé poloze hořáku dosahuje vhodných fotometrických vlastností.

Z této konstrukce vychází řada LED svítidel:

Osvetleni-prumyslovych-prostor-s-LED-z-hlediska-konstrukce-a-spolehlivosti-2

-Výbojka je nahrazena sestavou diskrétních LED nebo COB (Chip on Board)

-Křivku svítivosti upravuje u starší generace těchto svítidel jen reflektor, což je s ohledem na lambertiánský charakter vyzařování LED nevhodné. Novější generace těchto svítidel používají předsazenou optiku a reflektor má za úkol hlavně snížit oslnění.

Kritické body této konstrukce

  • Diskrétní LED – příkon jedné max. 15 W, nutné tvořit cluster, problém s odvodem tepla
  • COB příkon až 150 W, lepší přestup tepla a snazší návrh optiky
  • Použití tepelných trubic je problematické z těchto důvodů:
  • Dlouhodobé udržení vysokého vakua
  • Nutnost dodržet pracovní polohu svítidla
  • Rozteč žeber standardních řešení není vhodná pro přirozené chlazení
  • Napájecí zdroje

Typické znaky poslední generace LED svítidel typu „HighBay“

 

  • COB provozované s menším než maximálním příkonem, dosažení měrného výkonu 130-140 lumen/W.
  • Použití předsazené optiky k dosažení vhodných fotometrických vlastností a reflektoru ke snížení oslnění.
  • Modulární koncepce bez tepelných trubic
  • Napájecí zdroje navržené pro vysoké teploty, nejlépe s fóliovými kondenzátory.

Osvetleni-prumyslovych-prostor-s-LED-z-hlediska-konstrukce-a-spolehlivosti-3

Svítidlo typu „LowBay“ (širokozářič)

 

  • Určeno pro zavěšení v nižších výškách
  • Širší křivku svítivosti než svítidla HighBay
  • Světelný zdroj buď výbojky, nebo zářivky.
  • Výbojková svítidla – obvykle obdoba svítidla typu HighBay, ale s širším reflektorem, případně vybaveným difuzním prvkem
  • Zářivková svítidla – obvykle kombinace zrcadlově leštěného reflektoru a předsazené plastové optiky.

Osvetleni-prumyslovych-prostor-s-LED-z-hlediska-konstrukce-a-spolehlivosti-4

Svítidla typu „LowBay“ s LED

 

  • Řada svítidel označených jako HigBay jsou ve skutečnosti širokozářiče (LowBay)
  • Nejčastěji jsou tato svítidla konstruována stejně jako svítidla HigBay, ale mají širší reflektor. Fotometrické vlastnosti takového řešení jsou obvykle nepříliš vhodné a svítidla mají zásadní problém s oslněním.
  • Další možností je montáž velkého množství menších LED na jeden společný chladič bez jakékoliv optiky.

Osvetleni-prumyslovych-prostor-s-LED-z-hlediska-konstrukce-a-spolehlivosti-5Osvetleni-prumyslovych-prostor-s-LED-z-hlediska-konstrukce-a-spolehlivosti-6

Nevýhodou tohoto řešení je nevhodná fotometrie s výrazným maximem pod svítidlem a obvykle i vysoké oslnění.

Provedení poslední generace LED svítidel „LowBay“

 

Snížení oslnění cestou velkého počtu menších LED a předsazené optiky

Předsazená optika může být samostatná pro každou LED:

Osvetleni-prumyslovych-prostor-s-LED-z-hlediska-konstrukce-a-spolehlivosti-7

Tato konstrukce je poměrně náročná na výrobu a snaha udržet cenu v přijatelných mezích vede k omezení počtu použitých LED a tím i k vyššímu UGR. Omezení počtu použitých LED zároveň přináší problémy s dosažením vysokého měrného výkonu.

Druhou variantou těchto svítidel je použití společné optiky:

Osvetleni-prumyslovych-prostor-s-LED-z-hlediska-konstrukce-a-spolehlivosti-8

Optika je tvořena deskou nebo fólií s rastrem, který jí dává svítidlu požadované fotometrické vlastnosti. Konstrukce není omezena počtem použitých LED, lze dosáhnout  velmi nízkých hodnot činitele oslnění i vysoké účinnosti. Konstrukce svítidla je jednoduchá a tak umožňuje dosáhnout i nízké ceny.

Typické znaky poslední generace LED svítidel typu „LowBay“

 

  • Použití většího počtu LED s malým příkonem a předsazenou optikou
  • Měrný výkon 130-140 lumen/W díky tomu, že LED jsou provozovány s menším něž jmenovitým příkonem
  • Pasivní chlazení obvykle s chladícími žebry na svrchní straně svítidla
  • Napájecí zdroje konstruované pro vyšší teploty okolí, nejlépe s fóliovými kondenzátory.

Typické problémy tohoto řešení svítidel LowBay

 

MTTF (Mean Time to Failure) neboli střední doba do poruchy

  • směrnice LM80 se týká poklesu světelného toku v čase
  • MTTF je doba, za kterou můžeme u 50% výrobků očekávat poruchu, která je vyřadí z provozu
  • MTTF je u sériově řazených prvků dána podílem střední doby do poruchu jednoho prvku, dělená počtem prvků

1 000 000 h/ 100= 10 000 h

Ještě horší je situace s bezolovnatým pájením:

  • každý prvek připojen nejméně dvěma spoji
  • při nezanedbatelných rozměrech plošných spojů dochází k mechanickému a tepelnému namáhaní
  • Spoje provedené bezolovnatým pájením jsou citlivé na tepelné a mechanické namáhání…proto mají vojáci a medicína výjimku

Příklad dobrého řešení svítidla LowBay

 

  • Světelný zdroj COB (eliminace problémů s pájením a MTTF)
  • Velký reflektor s difuzorem (snížení jasu a oslnění, vytvoření vhodné fotometrie)

Osvetleni-prumyslovych-prostor-s-LED-z-hlediska-konstrukce-a-spolehlivosti-11

Svítidla pro skladové uličky

 

  • Jedná se o svítidla s křivkou svítivosti v jednom směru extrémně širokou (až +-75°) a v druhém směru velmi úzkou (+-6-10°).
  • LED s předsazenou optikou umožňují velmi efektivní konstrukci takovýchto svítidel
  • Nasazení LED svítidel je v tomto případě mimořádně výhodné díky jejich podstatně lepšímu činiteli využití ve srovnání se svítidly osazenými konvenčními zdroji.

Osvetleni-prumyslovych-prostor-s-LED-z-hlediska-konstrukce-a-spolehlivosti-12

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