Embed Size (px)
Citation preview
"Išmanaus kietakūnio (LED) apšvietimo technologijų taikymo viešajame sektoriuje
galimybės ir rizikos"
dr. Pranciškus Vitta
Apvietimo ir elektronikos sistemų sektoriaus vedėjas
Pranešimas parengtas bendradarbiaujant su prof. habil. dr. Artūru Žukausku
2013 Pranciškus Vitta ir Artūras Žukauskas. Visos teisės saugomos. 1
Motyvacija
• Gatvių ir viešųjų erdvių apšvietimas svarbus visiems – tiek dėl saugaus eismo, tiek dėl bendros gyvenimo kokybės nusileidus Saulei.
• Pasauliniu mastu gatvių apšvietimui sunaudojama maždaug 2,3-3% elektros energijos (~20-30 mlrd. USD kasmet)
• Pastaruoju metu į gatvių apšvietimo sritį sparčiai skverbiasi šviesos diodai (šviestukai) ir kitos naujovės.
• Senųjų gatvės šviestuvų keitimas naujaisiais duoda ženklią ekonominę naudą, jei sėkmingai panaudojami naujosios technologijos privalumai: techninių sprendimų lankstumas ir geresnis sisteminis
našumas; išmaniųjų apšvietimo valdymo sistemų galimybės.
2
Pranešimo planas
• Gatvių apšvietimo istorija
• Dabartinė būklė, standartai
• Puslaidininkinių šviestukų technologija
• Praktiniai patarimai
3
• IV a. Jeruzalė – aikštės, sankryžos (mediena, tik švenčių metu);
• X a. Kordoboje arabai deglais apšviesdavo ištisas gatves;
• Nuo 1830 m. buvo eksperimentuojama su elektriniais šaltiniais. 1876 Jabločkovo (išlydžio); 1879 m. Swano ir Edisono kaitinamosios lempos;
• 1910 m. pasirodo pirmosios gyvsidabrio išlydžio lempos (Peter Hewitt, JAV);
• 1932 m. aukšto slėgio Hg lempa (vok. Germerio idėja); žemo slėgio Na lempa (~200 lm/W; gryna oranžinė šviesa, daug kur naudojama užmiesčio kelių apšvietimui);
• Apie 1970 m. atsiranda aukšto slėgio Na garų (HPS) lempa –labai našus šviesos šaltinis, skleidžiantis malonią gelsvą šviesą (70-130 lm/W);
Gatvių apšvietimo istorija
4
Gatvių apšvietimo standartai
Uo=min/avrg U1=min/max
JAV 0,3-1,2 cd/m2; Japonija 0,5-1 cd/m2
Europoje rekomenduojama apšviesti ir užmiesčio kelius, kai vidutiniškai per parą pravažiuoja >12,000 (8/min.) automobilių.
Pagrindinis parametras – skaistis, t.y šviesos intensyvumas iš ploto vieneto. Matuojamas cd/m2; matavimui reikalingas specialus prietaisas (skaistmatis), nukreiptas į gatvę tam tikri kampu (taip kaip gatvę mato automobilio vairuotojas).
5
Gatvių apšvietimas Lietuvoje
• Daugiausia naudojamos HPS lempos, nors mažesniuose miestuose ir gyvenvietėse yra išlikę nemažai HPMV lempų;
• 5 didžiuosiuose miestuose (1,3 mln. gyventojų) įrengta apie 93 tūkst. lempų, kurios suvartoja apie 40 mln. kWh per metus (4,5 mln. EUR);
• Visoje Lietuvoje suvartojama elektros už maždaug 9 mln. EUR per metus;
• Dar apie 4,5 mln. EUR kainuoja šviestuvų aptarnavimas (tikrinimas ir perdegusių lempų keitimas);
• Gatvių šviestuvų skaičiumi vienam gyventojui Lietuva atsilieka nuo EU vidurkio maždaug ~2-2,5 kartų.
• Dėl lempų perdegimo ir pasirinktinio išjungimo, taupant elektros energiją, nukenčia eismo saugumas.
6
Šviestukų technologijos pažanga ICaptain
H.J. Round(1907)
Shuji Nakamura
Nick Holonyak
249 lm/W
7
Šviestukų palyginimas su HPS lempomis
• Energinis našumas:• 2010: Šviestukai beveik prilygsta HPS (~70-100 lm/W)• 2015-2020: pirmaujančių gamintojų šviestukai gali viršyti 20-50% (~150-170 lm/W)
• Tikėtinos aptarnavimo išlaidos mažesnės, nes šviestukai ilgiau tarnauja (50 tūkst. valandų, palyginus su 10-20 tūkst. valandų); be to nereikalingas avarinis keitimas (neturėtų staigiai perdegti, jei gamintojas patikimas).
• Šviestukai gali būti bet kokios spektrinės sudėties, priderintos prie landšafto ar architektūros.
• Šviestukai lengvai integruojami į išmaniąsias apšvietimo sistemas:• Šviestukai lengvai temdomi (net pagerėja našumas), o HPS lempos yra lėtos,
temdant našumas mažėja (galią sumažinus 2 kartus, srautas sumažėja beveik 4 kartus)
• Šviestukai valdomi žema įtampa ir lengvai susiejami su elektroninėmis valdymo grandinėmis
• Pasižymi didesniu lankstumu formuojant kryptinę diagramą (fotometrinęcharakteristiką) – energijos taupymas, pritaikymas prie oro sąlygų, mažesnė “šviesos tarša”
• Padidėja apšvietimo sistemų lankstumas, galima išgauti tinkamesnių dizaino sprendimų su mažesnės galios šviestuvais.
• Išmanioms sistemoms diegti ir aptarnauti, reikia aukštesnės kvalifikacijos žmonių.
9
Spektrinė sudėtis (I): Spalvinė temperatūra
Olandas A.A. Kruithoff (1941)
Papildomos problemos:•Senyvo amžiaus žmonių akies obuolys pagelsta.•Kruithoffo efektas (regimasis komfortas priklauso nuo spalvinės temperatūros).
P.L. Turner, M.A. Mainster Br. J. Ophthalmol 2008.
10
Spektrinė sudėtis (II): Cirkadinis veiksmingumas
D. Lang (2011)Cirkadinio poveikio faktorius (CAF):
( )( ) ( )
( ) ( )∫∫
= nm 780
nm 380 mes
nm 780
nm 380mesmesc, nm555
λλλ
λλλ
dSV
dSCVa
Lietuvos mokslininkų patirtis
Vilniaus Universiteto Taikomųjų mokslų institute Puslaidininkiniai šviestukai ir kietakūnio apšvietimo sistemos yra tiriamos jau daugiau kaip 10 metų. Per tą laiką publikuota >60 publikacijų tarptautinėje recenzuojamoje mokslinėje spaudoje. Gauti 3 tarptautiniai (Europos ir JAV) patentai, bei pateiktos 4 paraiškos.
Vykdomi/vykdyti LMT nacionalinės Ateities energetikos programos projektai šiomis temomis:a. Automatizuoto gatvių apšvietimo tyrimai;b. Kritulių ir rūko poveikio gatvių apšvietimui tyrimai (kartu su Kauno
Technologijų universiteto mokslininkais);c. Šviesos spektrinių savybių optimizavimas mezopinio apšvietimo sąlygoms,
bei minimizuoto biologinio poveikio režimui.
Vykdomi užsakomieji šviestuvų ir sumontuotų sistemų fotometriniai tyrimai bei charakterizavimas; konsultavimas ir ekspertavimas.
12
Ką reikia žinoti prieš pradedant diegimą (I):
1. Reikia išsamaus esamų apšvietimo tinklų audito, įvertinant atramų, kabelių, transformatorinių būklę ir skaičių.
2. Būtinas išsamus ir realistinis gatvių klasifikavimas, atsižvelgiant į eismo intensyvumą ir netgi paros ciklą. (LST EN 13201).
3. Rašant projektines sąlygas reikia nurodyti, kad instaliuota apšvietimo sistema neviršytų EN 13201 standarto minimalių reikalavimų daugiau kaip du kartus, nes taip padidinamos elektros energijos sąnaudos, o saugumas padidinamas neženkliai.
4. Siekiant ekonominės naudos kartu ir kokybinio pranašumo, būtina kalbėti tik apie “Senos apšvietimo sistemos” keitimą į “Naują apšvietimo sistemą”, bet ne apie “senų šviestuvų” keitimą “naujais”.
5. Puslaidininkinės technologijos užtikrina mažą ekonominę naudą jei tik keičiami vieni šviestuvai kitais be valdymo ir tikslaus reikiamo šviesos srauto paskaičiavimo. Didžiausias taupymas gali būti pasiektas mažo intensyvumo gatvėse, kur naudojami 70W HPS šviestuvai, juos pakeičiant ~35-40 W kietakūniais šviestuvais su pritemdymo galimybe.
6. Bet kokie ekonominiai skaičiavimai turi būti pagrįsti tiksliais fotometriniais skaičiavimais ir skaitmeninias projektais o ne deklaratyviais gamintojų skaičiais.
13
Ką reikia žinoti prieš pradedant diegimą (II):
7. Jau nusistovi praktika, gatvių apšvietimui reikalauti spalvinės temperatūros iki 3000K ar net iki 2700K, kad būtų sumažinta fotobiologinė žala.
8. Apšvietimo išmanaus valdymo sistemos gali pasiūlyti didžiausią energijos taupymą, kai atsižvelgiama į eismo intensyvumą ir sniegą, tačiau gali ženkliai pabranginti pradines investicijas.
9. Visi valdymo protokolai turi būti atviri ir sistema turi leisti ateityje prijungti kitų gamintojų šviestuvus.
10. Valdymo schemos, suderinamos su “smart city” koncepcija:a. Visi šviestuvai valdomi “point-to-point. Sudaromas Wi-Fi miesto tinklas (stuburas)
prie kurio gali būti jungiamos eismo kontrolės sistemos, stebėjimo kameros ir kitos viešosios išmaniosios paslaugos.
b. Dalis šviestuvų valdoma “point-to-point”, o likę Wi-Fi mazgai yra tik paskirstymo dėžėse. Nuo dėžių grupinis valdymas per ZigBee, PLC arba linijos įtampos kaitaliojimu.
c. Dėžės valdomos per GPRS – šita sistema yra atsieta nuo “smart city”.11. Valdymo programinė įranga turi būti sukurta populiarios platformos (SCADA,
GIS) pagrindu; lietuvių kalba; programoje turi būti duomenų bazė su kiekvieno šviestuvo „kortele“.
12.Perėjose pravartu naudoti judesio jutiklius, o ne jungti į bendrą valdymo sistemą. 14
Ką reikia žinoti prieš pradedant diegimą (III):
13.Šviestuvai privalo turėti integruotą srauto kompensavimo dėl senėjimo sistemą (IDC) arba būti valdomi. Pradinis srautas turi turėti 30% atsargą, kad galima būtų kompensuoti senėjimą.
14.Aptarnaujančio personalo kvalifikacija. Išmanių sistemų valdymui ir aptarnavimui reikės aukštesnės kvalifikacijos personalo, todėl reikia numatyti lėšų jiems išlaikyti ir kvalifikacijos kėlimui/palaikymui.
15.Šviestuvai turi būti sertifikuoti pagal tarptautinius standartus (senėjimas, atsparumas drėgmei, akinimas, galios faktorius, srautas, aplinkos temperatūra, radijo trikdžiai, aplinkos apsauga, atsparumas viršįtampiams ir vibracijai, fotometrinė kreivė ir t.t.).
16.Viešosios erdvės ir pėsčiųjų zonos turi būti projektuojamos atskirai nuo likusių gatvių ir kelių. Šiose vietose geriau vadovautis ne EN 13201 standartu, o architektų ir urbanistų rekomendacijomis, nes čia apšvietimas atlieka ne tiek eismo saugumo kiek socialinio komforto funkciją.
17.Apskritai, gatvių apšvietimas yra reikalingesnis pėstiesiems, o ne vairuotojams. Reikia gerai apšviesti šaligatvius, kad vairuotojas galimą kliūtį pamatytų dar ant šaligatvio o ne gatvės viduryje.
18.PIRKIMAI NETURI BŪTI ATLIEKAMI BE KVALIFIKUOTŲ TECHNINIŲ EKSPERTŲ (vietinių gatvių apšvietimo inžinierių paprastai nepakanka). Neigiamos patirties, kai pasiduodama tiekėjų reklamai, jau yra sočiai.
15
Išvados
• Puslaidininkinės gatvių apšveitimo technologijos ir gaminiai jau pasiekė ekonomiškai pagrįstą kainos/kokybės santykį, leidžiantį juos naudoti tinklų modernizavimo ir naujų įrengimo projektuose.
• Daugiausiai naudos yra pasiekiama diegiant išmanias „smart-city“ apšvietimo ir valdymo sistemas, tačiau tai lemia, padidintas pradines investicijas ir sudėtingesnį aptarnavimą. (ne visiems projektams yra tikslinga).
• Norint pasiekti ekonominės ir funkcinės naudos yra būtinas profesionalus požiūris į gatvių apšvietimą. Prieš atliekant bet kokius pirkimus ir modernizaciją yra būtina konsultuotis su architektais, urbanistais, ekonomistais ir techniniais ekspertais, kad būtų išvengta klaidų ir pasiektas optimalus rezultatas.
16
Savireklama Vilniaus universiteto Taikomųjų mokslų institutas, Apšvietimo ir elektronikos sistemų testavimo atvirosprieigos centras gali padėti:
1. Išmatuoti šviestuvų erdvinius skirstinius, reikalingus apšveitimo projektavimui;
2. Atlikti šviestuvų, mechaninių, optinių, šiluminių ir elektroninių sistemų kokybės įvertinimo darbus;
3. Atlikti valdymo sistemų ir jutiklių suderinamumo tyrimo darbus;
4. Atlikti jau instaliuotų apšvietimo sistemų fotometrinius matavimus skaistmačiu;
5. Parengti kvalifikuotas konkursines sąlygas, vertinti pasiūlymus ir vykdomų darbų kokybinę priežiūrą.
6. Projektuoti gatvių ir vidaus apšvietimo sistemų instaliacijas.
http://www.lrg.projektas.vu.lt/[email protected]+37068987149
17
AČIŪ UŽ DĖMESĮ!
18
