VALAISTUSKARTOITUS TEOLLI- SUUSLAITOKSESSA

Transkriptio

1 VALAISTUSKARTOITUS TEOLLI- SUUSLAITOKSESSA Antti Saari Opinnäytetyö Huhtikuu 2013 Talotekniikka Sähköinen talotekniikka

2 TIIVISTELMÄ Tampereen ammattikorkeakoulu Talotekniikka Sähköinen talotekniikka ANTTI SAARI Valaistuskartoitus teollisuuslaitoksessa Opinnäytetyö 50 sivua, joista liitteitä 5 sivua Huhtikuu 2013 Tämä työ tehtiin Elektroskandia Suomi Oy:lle. Sen tarkoituksena oli kartoittaa Nokian Renkaat Oyj:n Nokialla sijaitsevan rengastehtaan valaistuksen nykytilanne. Kartoituksen päämääränä oli selvittää tehdaskiinteistön valaisinten kunto sekä se, täyttääkö tämänhetkinen valaistus sisävalaistusstandardin SFS EN vaatimukset. Lisäksi työn aikana oli tarkoitus miettiä, minkälaisilla valonlähteillä tehtaan valaistusta ryhdytään jatkossa uusimaan. Valaisinkatselmuksia tehdään, jotta valaistusjärjestelmien kunto sekä puutteet saadaan selville. Näitä tietoja voidaan käyttää kunnossapitosuunnitelman tai korjausohjelman lähtötietoina. Vanhojen teollisuuskiinteistöjen valaisimet ovat usein ikääntyneitä, energiatehokkuudeltaan huonoja ja niiden ohjaus voi olla puutteellinen tai käytännössä jopa olematon. Energiankulutuksen lisäksi valaistus vaikuttaa työpaikalla työskenteleviin ihmisiin. Hyvä valaistus voi parantaa työmukavuutta ja -tehokkuutta sekä vähentää poissaoloja. Työn aikana Nokian Renkaat Oyj:lle luetteloitiin tehtaan tiloissa olevat valaisimet, valaisimien kunto ja tiloissa vallitsevat olosuhteet. Lisäksi luetteloon listattiin tilojen käyttötarkoituksen mukainen SFS EN standardin vaatima valaistusvoimakkuus ja kartoituksen aikana tiloista mitattu valaistusvoimakkuus. Luetteloa voidaan jatkossa käyttää valaisimien huoltokirjana ja siihen kerättyjä tietoja voidaan hyödyntää, kun tehtaan valaistusta ryhdytään uusimaan. Valonlähteenä tehtaalla ryhdytään käyttämään T5-loisteputkivalaisimia nykyisten T8-loisteputkivalaisimien sijaan. Asiasanat: valaistus, kartoitus, selvitys, saneeraus

3 ABSTRACT Tampereen ammattikorkeakoulu Tampere University of Applied Sciences Building Services Engineering Electrical Building Services ANTTI SAARI Lighting Survey in an Industrial Plant Bachelor's thesis 50 pages, appendices 5 pages April 2013 This thesis was made for Elektroskandia Suomi Oy. Its purpose was to carry out a lighting survey in tyre factory owned by Nokian Tyres plc, which is located in Nokia. The Goal of the survey was to establish knowledge upon the condition of the lighting fixtures in the factory and to find out if illuminance levels achieved by current lamps fulfill levels set by indoor lighting standard SFS EN Furthermore, the intention during the work was to contemplate what kinds of light sources will be used to renew lighting systems in the future. Lighting surveys are being made so that information on lighting system condition and deficiencies can be obtained. This information can be used as source information for a maintenance plan or a repair program. Light fixtures in old industrial premises are often aged, they have poor energy efficiency and their control can be poor or even nonexistent. In addition to energy consumption, lighting has also direct impact to working comfort of the employees in the working place. Good lighting can improve working ergonomics and efficiency. It may also reduce absenteeism. During the work, a list containing lighting fixtures used in factory, their condition and operating conditions was made for Nokian Tyres plc. Additionally, the illuminance level required by SFS EN standard according to the intended use of premises and illuminance levels measured during the survey were also listed. The list can be used in the future as a lighting maintenance log, and the collected information can be used when lighting in the factory will be renewed. As a light source T5- fluorescent lamp will replace the existing T8-fluorescent lamp. Key words: lighting, survey, renewal

4 4 SISÄLLYS 1 JOHDANTO HYVÄ VALAISTUS Sisävalaistusstandardi Hyvän valaistuksen muodostuminen Valaistuksen laatutekijät Valaistusvoimakkuus Luminanssi Kontrasti Häikäisy Varjonmuodostus ja muodonanto Väriominaisuudet Valaistusratkaisun muodostuminen Valaistuksen vaikutus työtehokkuuteen VALONLÄHTEET Loistelamput Liitäntälaitteet T5 ja T8-putkien erot Suurpainenatriumlamput Monimetallilamput LED ENERGIA EU-direktiivit Energiatehokas valaistusratkaisu Valaistuksen ohjaus Ohjaus ja säätötavat KARTOITUS NOKIAN RENKAILLA Kartoituksen tavoitteet Lähtötilanne Arvio tehtaan valaistuksen energiankulutuksesta Kartoituksen teko Kartoituksen aikana esiin nousseet ongelmat valaistuksessa Tulokset tehtaalle Valaistuksen uusinta Valaisinehdotukset YHTEENVETO LÄHTEET... 44

5 5 LIITTEET Elektroskandia Stara Baselight Elektroskandia Stara Dry Elektroskandia Stara Indy... 50

6 6 LYHENTEET JA TERMIT Valovirta, Φ Valovirta ilmaisee kuinka paljon valonlähde tuottaa näkyvävaloa. Valovirran yksikkö on lumen [lm]. Valaistusvoimakkuus, E Valaistusvoimakkuus kertoo kuinka paljon valoa saadaan määrätylle pinnalle. Valaistusvoimakkuus ei ole nähtävissä oleva suure, vaan ainoastaan valon heijastuminen pinnoista tekee valon näkyväksi. Valaistusvoimakkuuden yksikkö on luksi [lx]. Valovoima, I Valovoima kertoo valonlähteestä tiettyyn avaruuskulmaan säteilevän valon voimakkuuden, eli intensiteetin. Valovoiman yksikkö on kandela [cd]. Luminanssi, L Luminanssi kertoo pinnan valotiheyden, eli pintakirkkauden ja se on ainoa suoraan nähtävissä oleva valosuure. Luminanssin yksikkö on kandelaa neliömetrille [cd/m 2 ]. Valotehokkuus Valotehokkuus kuvaa valonlähteen tuottaman valovirran suhdetta valonlähteen kuluttamaan sähkötehoon. Valotehokkuuden yksikkö on lumenta per watti [lm/w]. Värintoistoindeksi, R a Värintoistoindeksiä käytetään kuvaamaan valonlähteen kykyä toistaa värejä suhteessa vertailuvalonlähteeseen. Arvo vaihtelee välillä 0-100, sadan ollessa mahdollisimman hyvä värintoisto. Värilämpötila Värilämpötila kertoo valonlähteen tuottaman valon värisävyn. Värilämpötilan yksikkö on Kelvin [K]. Mitä pienempi luku on, sitä lämpimämpi on valon sävy. IP-luokka IP-luokalla tarkoitetaan sähkölaitteiden kotelointiluokkaa. IP tulee sanoista International Protection. Määritelty standardissa SFS EN-60529, sähkölaitteiden kotelointiluokat.

7 7 1 JOHDANTO Tämän opinnäytetyön aihe syntyi syksyllä 2012 kun sain tietoon, että Nokian Renkaat Oyj:llä on tarve kartoittaa heidän Nokialla sijaitsevan tehdaskiinteistönsä nykyinen valaistustilanne. Työ tehdään Elektroskandia Suomi Oy:lle. Elektroskandia on kehittänyt yhteistyökumppaneidensa kanssa e-kandela hankkeen, jonka tarkoitus on tehdä valaistusratkaisujen uusiminen asiakkaalle helpoksi. E-kandela hankkeessa asiakkaalle tehdään kartoitus kohteen nykytilanteesta, energiankulutus- ja takaisinmaksuaikalaskelmat sekä suunnitelmat. Tehty kartoitus myötäilee e-kandelan konseptia. Kartoituksen tarkoituksena on selvittää tehtaan valaistuksen nykytilanne ja miettiä minkälaisia valonlähteitä tehtaan valaisemiseen ryhdytään tulevaisuudessa käyttämään. Kohdekiinteistön laajuudesta johtuen kartoituksen ulkopuolelle jätettiin tehtaan yhteydessä olevat toimistotilat ja keskityttiin tehtaan tuotantotiloihin. Myöskään tehdasalueen ulkovalaistusta ei kartoituksessa käsitelty. Lukuisat vaatimukset ja asetukset ohjaavat valaistusta yhä energiatehokkaampaan suuntaan. Käytännössä tämä voi tarkoittaa sitä, että vanhojen valaisimien huollosta tulee hankalaa ja kallista, kun vanhat valaisimet ja niiden komponentit poistuvat markkinoilta. Valaistus kuluttaa suuren osan teollisuusrakennuksen kiinteistösähköstä joten vanhan tekniikan uusimisella voidaan saavuttaa kustannussäästöjä. Näiden seikkojen lisäksi hyvällä valaistuksella on positiivinen vaikutus työn tekemiseen, työtehoon, tuottavuuteen ja työturvallisuuteen. Opinnäytetyön teoriaosuudessa käsitellään eri valonlähteiden tekniikkaa yleisesti. Painopiste on kuitenkin hyötyjen, joita vanhan valaisintekniikan uusimisella saavutetaan sekä kartoitusta tehtäessä huomioon otettavien asioiden esittämisellä. Myös valaistuksen ohjaustekniikkaa käsitellään, koska se on erittäin suuri tekijä, mikäli valaistuksesta halutaan energiatehokas.

8 8 2 HYVÄ VALAISTUS Hyvä valaistus käsitteenä sisältää monia asioita ja sen sisältö vaihtelee sen mukaan, kenen mielipidettä kysytään. Työpaikkojen sisävalaistusstandardi määrittelee vaatimuksensa siitä lähtökohdasta, että normaalin näkökyvyn omaava ihminen saa työpisteelleen näkömukavuuden ja näkötehokkuuden vaatimukset täyttävän valaistuksen. Tämä on kuitenkin vain yksi suppea ajatusmalli, kun ajatellaan valaistusta osana tilavaikutelmaa ja ihmisten viihtyvyyttä. Työympäristössä valaistuksen tulisikin sisältää näkemiseen, valaistuksen käyttöön ja muunneltavuuteen sekä viihtyvyyteen vaikuttavat tekijät. Koska valo on näkemisen edellytys, on valaistuksen suunnittelussa luonnollinen lähtökohta se, että luodaan hyvät edellytykset näkemiselle. Tulee kuitenkin huomata, että vaikka mittausteknisesti jokin valaistusratkaisu olisi erinomainen, se saattaa silti käyttäjän mielestä olla huono. Tällöin ratkaisua ei voi pitää hyvänä. (Kallasjoki 2003, SFS EN ) 2.1 Sisävalaistusstandardi Työpaikkojen valaistusvaatimukset esitetään standardissa SFS EN , Sisätilojen työkohteiden valaistus. Suomen työturvallisuuslain (738/2002) mukaan työpaikalla tulee olla työn suorittamisen vaatima ja työntekijöiden edellytysten mukainen valaistus. Standardi on siis käytännössä velvoittava, koska työpaikkojen valaistuksen vaatimukset on kirjoitettu lakiin. (Fagerhult) Standardi kertoo erilaisten työtehtävien vaatimat valaistuksen minimivaatimukset. Pääosa vaatimuksista kohdistuu työalueen, sen välittömän lähiympäristön ja työpisteen tausta-alueen valaistusvoimakkuuksiin. Lisäksi kantaa otetaan tilan luminanssijakaumaan eli valaistuksen tasaisuuteen, häikäisyn estämiseen, varjonmuodostukseen, valon värintoisto-ominaisuuksiin, valon välkyntään ja päivänvalon käyttöön. (SFS EN , Fagerhult)

9 9 2.2 Hyvän valaistuksen muodostuminen Hyvä valaistus ei muodostu pelkästään riittävästä valaistusvoimakkuudesta, vaan myös valon laadulliset ja määrälliset tarpeet tulee huomioida. Hyvän valaistuksen tulee mahdollistaa hyvä näkösuoritus ja ottaa huomioon näkömukavuus. Valaistus ei saa ärsyttää eikä aiheuttaa häikäisyä. Hyvän valaistuksen osatekijät ovat visuaalinen ilme, näkemismukavuus ja näkötehokkuus. Kuviossa 1 esitetään miten nämä tekijät muodostavat yhdessä hyvän valaistuksen. Tilan visuaalinen ilme - Varjonmuodostus - Valon väri - Valon suuntaus Hyvä valaistus Näkemismukavuus -Värintoisto - Luminanssijakauma Näkötehokkuus -Häikäisyn rajoitus - Valaistustaso KUVIO 1. Hyvän valaistuksen osatekijät. (Harsia & Kallioharju 2011) Mitä parempi näkemismukavuus on, sitä positiivisemmin valo vaikuttaa ihmisen hyvinvointiin. Tämä taas johtaa epäsuorasti parempaan tuottavuuteen ja työn laadun paranemiseen. Näkötehokkuus vaikuttaa kykyyn suoriutua työtehtävistä pitkienkin jaksojen aikana. Hyvä valaistus on myös turvallisuustekijä.

10 Valaistuksen laatutekijät Valaistusvoimakkuus Valaistusvoimakkuus vaikuttaa siihen, kuinka nopeasti, turvallisesti ja miellyttävästi ihminen hahmottaa näkötehtävän ja suoriutuu siitä. Valaistusvoimakkuus on usein suunnittelun lähtökohta. Eri työtehtäville ja tiloille on annettu sisävalaistusstandardissa minimiarvot. Standardissa käytetyt valaistusvoimakkuuden arvot on porrastettu seuraavasti: lx. Sarjan pienin arvo, 20 lx, on arvo jossa kasvonpiirteet ovat juuri tunnistettavissa. Sarjan arvot perustuvat havaintoon, jonka mukaan valaistusvoimakkuuden muutos kertoimella 1,5 on pienin havaittavissa oleva ero valaistusvoimakkuudessa. (Fagerhult, SFS EN , Kallasjoki 2003) Valaistusvoimakkuus on vain yksi valaistuksen laatutekijöistä ja työssä tarvittava valaistusvoimakkuus on riippuvainen työstä itsestään sekä työntekijästä. Vaikka valaistusvoimakkuus on standardoitu, standardin arvosta on mahdollista poiketa ylös- tai alaspäin sarjassa. Suurempaa valaistusvoimakkuutta tulee käyttää kun: Näkötehtävät ovat kriittisiä Virheiden korjaus on kallista Tarkkuus tai korkea tuottavuus ovat tärkeitä Työntekijän näkökyky on tavallista heikompi Kohteen kontrasti on heikko Kohteen koko on pieni Työtehtävää suoritetaan poikkeuksellisen pitkäkestoisesti. Pienempää valaistusvoimakkuutta voidaan käyttää, kun: Näkökohteen koko on suuri Sen kontrasti on tavallista suurempi Työtehtävää suoritetaan poikkeuksellisen lyhytaikaisesti. (Fagerhult, SFS EN , Kallasjoki 2003)

11 Luminanssi Työpisteen läheisyydessä sijaitsevien pintojen luminanssilla on suuri näkemiselle ja tilavaikutelmalle. Silmän sopeutuminen erilaisiin valaistustilanteisiin on riippuvainen näkökentässä olevista luminansseista. Työtä tehdessä ei jatkuvasti katsota työkohdetta, vaan katse liikkuu ympäri työskentelytilaa. Mikäli ympäristössä ja työkohteessa on merkittävästi toisistaan poikkeavia luminansseja, silmät joutuvat tekemään jatkuvasti töitä sopeutuakseen erilaisiin tilanteisiin. Pitemmän päälle silmät alkavat rasittua. Tasapainossa oleva luminanssi kasvattaa tilan selkeyttä, kontrastiherkkyyttä eli kykyä havaita pieniä suhteellisia luminanssieroja sekä näköaistin toimintojen tehokkuutta. Liian suuret luminanssit aiheuttavat häikäisyä, liian suuret luminanssikontrastit rasittavat silmiä ja liian pienet luminanssikontrastit saavat tilan näyttämään tylsältä. (Fagerhult, SFS EN ) Kontrasti Ihmisen näkökyky perustuu luminanssi- ja värierojen havaitsemiseen. Tärkeämpi näistä kahdesta on kyky havaita luminanssikontrastia. Kontrastilla tarkoitetaan suhteellista arvoa, joka kuvaa kuinka paljon eri asioiden luminanssit eroavat toisistaan. Ihminen ei ole kykenevä arvioimaan tasaisesti valaistun pinnan absoluuttista luminanssia, mutta erot luminanssissa havaitaan hyvin. Hahmojen ja muotojen havaitseminen perustuu siis siihen, että katsottavan kohteen kirkkaus ja/tai väri on erilainen kuin sen tausta jolloin kohteen ja taustan välille syntyy kontrastia. (Halonen & Lehtovaara 1992, s ) Kontrastin merkitys Kontrastin merkitys KUVA 1. Katsottavan kohteen ja sen taustan välisen kontrastin merkitys on hyvin havaittavissa kuvasta. (Harsia & Kallioharju 2011)

12 12 Pahimpana kontrastia heikentävänä seikkana pidetään kiiltokuvastumista. Kiiltokuvastumisessa valo heijastuu katsottavasta kohteesta heikentäen merkkien ja taustan välistä kontrastia, mutta ei aiheuta häikäisyä. Kiiltokuvastaminen hidastaa työntekoa ja voi johtaa epäergonomisiin työskentelyasentoihin. (Fagerhult, Kallasjoki) Häikäisy Häikäisyä esiintyy jos näkökentän luminanssitaso tai luminanssijakauma on sopimaton tai muuttuu äkillisesti. Sitä aiheuttavat näkökentässä olevat kirkkaat kohteet kuten valaistut pinnat, valaisinten osat ja ikkunat. Häikäisy voidaan kokea kahdella tavalla, kiusa- tai estohäikäisynä. Kiusahäikäisy aiheuttaa subjektiivisen epämiellyttävyyden tunteen joka johtuu näkökentän suurista luminansseista tai luminanssieroista. Kiusahäikäisy ei kuitenkaan estä näkemistä. Estohäikäisy puolestaan heikentää näkemistä. Siinä häikäisylähteen valonsäteet muodostavat verkkokalvolla olevan kuvan päälle harsoluminanssin, joka vaikeuttaa kuvan kontrastien havaitsemista. (Kallasjoki 2003, SFS EN , Puolakka 2012) Mikäli häikäisyä ei estetä, se saattaa osaltaan aiheuttaa virheitä, väsymystä sekä tapaturmia. Häikäisyä voidaan estää tai minimoida erilaisilla rakenteellisilla häikäisysuojilla ja mattapinnoilla. Vaalea katto ja vaaleat seinät sekä ylävalon osuuden lisääminen pienentävät luminanssieroja, jolloin myös häikäiseminen vähenee. Lisäksi valaisimien, ikkunoiden ja työpisteiden sijoittelulla voidaan vaikuttaa häikäisyn määrään. (Fagerhult, SFS EN ) Varjonmuodostus ja muodonanto Varjonmuodostuksella on merkittävä vaikutus tilavaikutelman synnyttäjänä. Varjonmuodostus on välttämätöntä muodonannolle. Muodonanto tarkoittaa tasapainoa hajautetun ja suunnatun valon suhteessa. Sopivalla varjonmuodostuksella tilan rakenteelliset piirteet sekä siellä olevat objektit ja ihmiset saadaan näyttämään luonnollisilta, eikä liian terävästi tai pehmeästi valaistuilta. Luonnossa kohteesta syntyy vain yksi varjo, kun taas keinovalossa varjoja saattaa syntyä häiritsevän monta. Yleensä paras ratkaisu onkin se, että valo tulee pääasiassa yhdestä suunnasta ja valaisee pintarakenteet ja muodot selväs-

13 13 ti. Liian suunnattu valaistus tuottaa teräviä ja voimakkaita varjoja. Liian hajautettu valaistus taas ei muodosta tarpeeksi varjoja, joka johtaa yksitoikkoiseen luminanssiympäristöön. Tila saatetaan kokea epämiellyttäväksi ja siellä sijaitsevien objektien havaitseminen vaikeutuu. (Fagerhult, SFS EN , Kallasjoki 2003) Väriominaisuudet Valonlähteillä on kaksi väriominaisuutta joita tulee tarkastella eri asioina. Ominaisuudet ovat valon itsensä tuottama värivaikutelma eli valon värisävy sekä sen kyky toistaa värejä. Valon väri kuvaa valon tuottamaa värivaikutelmaa. Värisävyä kuvataan usein puhekielessä termeillä lämmin tai kylmä valo. Tekninen vertailu tehdään värilämpötilan avulla. Värilämpötila on täydellisen säteilijän, eli niin sanotun mustan kappaleen lämpötilan Kelvineinä. Lämpötilan noustessa kappale alkaa ensin hehkua punaisena ja tuottaa lämminsävyistä valoa. Lämpötilan noustessa yhä korkeammaksi hehku muuttuu valkeaksi ja tuottaa kylmäsävyistä valoa. Koska purkaussäteilijöiden väripiste sijaitsee värikoordinaatistossa eri paikassa kuin hehkusäteilijöiden, puhutaan ekvivalenttisestä värilämpötilasta. Lamput luokitellaan värilämpötilansa mukaan kolmeen eri värisävyyn. (Kallasjoki 2003) TAULUKKO 1. Valonlähteiden jaottelu niiden värilämpötilan mukaan Värivaikutelma lämmin neutraali kylmä Ekvivalenttinen värilämpötila < 3300 K 3300 K 5300 K > 5300 K Jotta näkeminen koetaan miellyttävänä, näkötehtävä onnistuu niin hyvin kuin mahdollista ja värit pystytään ylipäätään tunnistamaan, on tärkeää että värit toistuvat mahdollisimman luonnollisina ja oikein. Jotta valonlähde pystyy toistamaan värejä hyvin, tulee sen tuottamassa valossa olla kaikkia näkyvän valon aallonpituuksia. Värintoiston ilmoitetaan yleensä R a indeksillä, joka on keskiarvo valaisimen kyvystä toistaa vertailuvärejä. Indeksin arvo vaihtelee nollan ja sadan välillä, sadan ollessa paras värintoisto. Koska indeksiä määritettäessä lasketaan väripoikkeamien keskiarvo, voi jokin poikkeamista

14 olla suuri. Eli hyvänkin R a -indeksin omaava valonlähde voi vääristää jotain väriä. (SFS EN , Fagerhult, Kallasjoki 2003) Valaistusratkaisun muodostuminen Laadukas valaistusratkaisu rakentuu kolmesta osa-alueesta, joista kaikki tulisi ottaa huomioon valaistusta suunniteltaessa. Näitä osa-alueita ovat käyttäjien tarpeet, valaisinten taloudellisuus ja ympäristön huomioiminen sekä arkkitehtuuriset elementit. Käyttäjien tarpeet ovat perimmäinen syy valaistukselle. Taloudellisuus ja ympäristönäkökulmat ovat tekijöitä, jotka vaikuttavat valonlähteen valintaan sekä valaisimien asennuspaikkoihin ja niiden huoltoon koko niiden eliniän aikana. Arkkitehtuuri taas vaikuttaa siihen, minkälaiset valaisimet tilaan sopivat tyylinsä puolesta sekä niiden mahdollisiin asennuspaikkoihin. Lisäksi arkkitehtuuri vaikuttaa valaistuksen tehontarpeeseen. Mikäli tilan pinnat ovat tummia, tilaan täytyy asentaa suurempi valoteho kuin vaaleilla pinnoilla varustettuun tilaan, jotta saadaan aikaiseksi sama valaistusvoimakkuus. (Harsia & Kallioharju 2011) TAULUKKO 2. Laadukkaan valaistusratkaisun elementit (Harsia & Kallioharju 2011) Käyttäjän tarpeet Näkötehokkuus Tehtävien suorituskyky Visuaalinen miellyttävyys Sosiaalinen kommunikointi Mieliala ja ilmapiiri Terveys, turvallisuus, hyvinvointi esteettisyys Taloudellisuus ja ympäristö Asennus Huolto Toiminta Energia Ympäristövaikutus Arkkitehtuuri Muotoilu Kokonaisuus Tyyli Standardit Valaistusratkaisua suunniteltaessa tulee ottaa huomioon monia eri tekijöitä. Kuvio 2 esittää yhtä mallia suunnitteluprosessista sekä erilaisia huomionarvoisia seikkoja kussakin vaiheessa.

15 15 Tilan käyttötarkoitus Valon määrä ja laatu Valon suuntaus Erityistarpeet Tilan käyttöolosuhteiden asettamat vaatimukset Kotelointiluokkavaatimus Mekaaninen kestävyys Lämpötila Kemikaalit, syövyttävät aineet Tilan käytön asettamat vaatimukset Visuaalinen vaikutelma Arkkitehtuuri ja yksityiskohtien korostus Valaistustapa Rakenteiden huomioiminen Valonjako Asennustapa Huolto Valaisinvaihtoehdot Valolähde Liitäntälaite Ohjaus Miksi, miten, millä? Energiatehokkuusvaatimukset Kustannukset ja ympäristövaikutukset Hankinta Ylläpito Energia Ympäristövaikutukset KUVIO 2. Valaistusratkaisun suunnitteluprosessi ja eri tekijöiden vaikutus lopulliseen ratkaisuun. (Harsia & Kallioharju 2011, muokattu) Suunnittelijan tarvitsee tietää ne tekijät, jotka tekevät näköaistin toiminnan mahdolliseksi. Hänen tulee myös tiedostaa ja välttää ratkaisuja, jotka voivat tehdä näkemisestä epämiellyttävää. Valaistussuunnittelun ja näkemisen yhteisiä tekijöitä esitetään kuviossa 3. (Kallasjoki 2003)

16 16 KUVIO 3. Näkemiseen vaikuttavien tekijöiden huomioon ottaminen valaistussuunnittelussa. (Kallasjoki 2003) 2.5 Valaistuksen vaikutus työtehokkuuteen Valo, oli se sitten luonnonvaloa tai keinotekoista, saa ihmiset voimaan hyvin sekä ajattelemaan ja työskentelemään paremmin. SFS EN standardi määrittää minimivalaistusvoimakkuudet työpaikoille, mutta valaistus voidaan hyvillä mielin suunnitella myös voimakkaammaksi. Valaistusvoimakkuuden nostamisella teollisuuden työpaikoilla on jossain määrin yhteys tuottavuuden nousuun. Henri Juslén väitteli tekniikan tohtoriksi Helsingin Teknillisessä korkeakoulussa vuonna Hänen väitöskirjassaan Valaistus, tuottavuus ja valaistusvoimakkuusmieltymykset kenttäkokeita teollisuusympäristössä tutkittiin teollisuustyöntekijöiden valaistusmieltymyksiä ja sitä, että nostaako työpaikan valaistusvoimakkuuden nostaminen yli silloisten normien (CIES 008/E-2001, EN ) työntekijöiden tuottavuuteen. Mikäli tuottavuuden nousua tapahtui, tutkittiin edelleen syitä miksi niin kävi. (Juslén 2007)

17 17 Kenttätutkimukset tehtiin kuudessa eri tehtaassa, jotka sijaitsivat eri maissa. Tehtaista neljässä suoritettiin valaisinten kokoonpanoa, yhdessä elektroniikkalaitteiden kokoonpanoa ja yhdessä pakattiin ruokatarvikkeita. Eri tehtaissa työntekijöille annettiin erilaiset mahdollisuudet vaikuttaa oman työpisteensä valaistukseen. (Juslén 2007) Tutkimuksesta havaittiin, että valaistusvoimakkuuden nostaminen voi parantaa työtehokkuutta. Tuottavuus parani tutkimuksen kohteena olleissa tehtaissa nollasta seitsemään prosenttia. Muutokset tuottavuudessa olivat riippuvaisia lähtöolosuhteista, työtehtävistä sekä työntekijöistä itsestään. Työntekijät olivat pääasiassa samaa mieltä heille esitetyn väitteen, hyvällä valaistuksella on vaikutus työhöni, kanssa. Useimmat työntekijät olivat myös tyytyväisiä heidän työpisteelleen tehtyyn valaistusvoimakkuuden nostoon ja normien vaatimukset ylittävä valaistusvoimakkuus koettiin positiivisena. Tuottavuuden lisäksi kahdessa tehtaassa tutkittiin poissaoloja ja havaittiin, että valaistusvoimakkuuden lisääminen vähensi poissaoloja. (Juslén 2007)

18 18 3 VALONLÄHTEET Nykyaikaiset keinovalon tuottotavat voidaan jakaa kahteen pääryhmään, termiseen säteilyyn ja luminesenssisäteilyyn. Nämä ryhmät jakaantuvat edelleen alaryhmiin, kuten kuviossa 4 esitetään. Vaikka kuviossa on esitetty esimerkkejä eri valontuottoon perustuvista valonlähteistä, tulee huomata, että useissa lampuissa valontuotto ei perustu pelkästään yhteen ilmiöön. Esimerkiksi purkauslamppujen valontuotto perustuu pääasiassa kaasujen luminesenssiin mutta niissä tapahtuu myös termistä säteilyä. (Halonen & Lehtovaara 1992, s. 158) KUVIO 4. Valontuoton lajit. (Halonen & Lehtovaara 1992, s. 158) Nykypäivänä realistiset vaihtoehdot valonlähteiksi teollisuudessa ovat loistelamput, suurpainenatriumlamput, monimetallilamput ja ledit. Elohopealamput tulevat poistumaan markkinoilta 2015 EuP-direktiivin vaikutuksesta. Muita kuvassa 4 esitettyjä valontuottotapoja käytetään erikoissovelluksiin.

19 19 Loiste-, natrium ja monimetallilamppujen valontuotto perustuu kaasuja sisältävässä purkausputkessa tapahtuvaan kaasupurkaukseen. Kaasupurkauksessa sähköenergia muutetaan sähkömagneettiseksi säteilyksi. Valoa syntyy, kun kappaleen tai aineen läpi kulkeva virta lämmittää kappaletta tarpeeksi. Kaasut ovat normaalipaineessa ja heikossa sähkökentässä hyviä eristeitä, jolloin niiden läpi ei kulje sähkövirta. Vaikka kaasut ovat eristeitä, niissä on kuitenkin aina pieni määrä vapaita elektroneja, jotka voivat kuljettaa sähkövarausta. Lisäksi ulkoisilla tekijöillä elektronien määrää voidaan lisätä, eli saadaan aikaan elektroniemissio. Kun purkausputken elektrodeihin kytketään jännite, saadaan purkausputkeen aikaiseksi sähkökenttä jonka vaikutuksesta elektronit alkavat liikkua. Liikkuvat elektronit törmäävät kaasuatomeihin jotka ionisoituvat. Atomin elektroniverhon palatessa täydeksi, sen täydentävästä elektronista lähtee fotoni, eli valoa. (Halonen & Lehtovaara 1992, s howstuffworks) Ledien toimintaperiaate puolestaan perustuu elektroluminesenssiin. Elektroluminesenssi on ilmiö, jossa aineeseen johdettu sähkövirta saa kappaleen loistamaan valoa. 3.1 Loistelamput Loistelamput ovat matalapaineisia purkauslamppuja ja ne tarvitsevat, kuten kaikki purkauslamput, liitäntälaitteen jonka avulla ne kytketään sähköverkkoon. Lamput voivat olla yksi- tai kaksikantaisia. Yleisimpiä kaksikantaisia loistelamppuja ovat suoralla purkausputkella varustetut T5 sekä T8 loisteputket. T5 putki on halkaisijaltaan 16 mm, kun taas T8 putken halkaisija on 26 mm. Loisteputkivalaisimet ovat erittäin yleinen valonlähde. On arvioitu, että vuonna 2004 EU:n alueella myytiin n. 238 miljoonaa T8-putkea ja 12 miljoonaa T5-putkea. (Motiva) Todennäköisesti T5-putkien myyntimäärä on kasvanut vuodesta 2004 tähän päivään, mutta molempia putkia myydään edelleen ja tullaan todennäköisesti myymään vielä pitkään, sillä EU-direktiivit eivät ainakaan nykyisellään tule poistamaan T8-putkea markkinoilta. Yksikantaiset loistelamput voivat olla joko kierre- tai pistokantaisia. Yksikantaisia, kierrekannalla varustettuja pienloistelamppuja kutsutaan usein energiansäästölampuiksi ja niitä käytetään korvaamaan hehkulamput. Tällaisessa lampussa sytytinlaitteisto on sisäänrakennettu. EuP-direktiivi tulevat vaikuttamaan myös pienloistelamppuihin. Vuon-

20 na 2017 kaksinastaiset PL 2PIN lamput poistuvat markkinoilta, koska ne eivät ole energiatehokkuusluokan A2 virranrajoittimelle suunniteltuja. (Philips 2013) 20 Loisteputket ovat erittäin yleinen valonlähde sisätiloissa. Niiden valontuotto on kuitenkin riippuvainen ympäristön lämpötilasta. T8-lampun valontuotto on parhaimmillaan 25 C-asteen lämpötilassa, kun taas T5-lampun valontuotto on suurimmillaan 35 C-asteen lämpötilassa. Kummankin putken valontuotto heikkenee huomattavasti lähestyttäessä 0 C-astetta tai mentäessä sen alle. Kylmiin tiloihin on saatavilla pakkasloistelamppuja. Myös lämpötilan noustessa kummankin putken valontuotto heikkenee, muttei yhtä radikaalisti kuin lämpötilan laskiessa. (Fagerhult) Liitäntälaitteet Loisteputket liitetään sähköverkkoon joko konventionaalisilla tai elektronisilla liitäntälaitteilla. T8-putkella voidaan käyttää kumpaa tapaa vain. T5-putken kanssa käytetään aina elektronista liitäntälaitetta. Konventionaalinen liitäntälaite koostuu kuristimesta, sytyttimestä sekä mahdollisesta erillisestä kompensointikondensaattorista. Elektronisella liitäntälaitteella varustetulla valaisimessa niille ei ole tarvetta. Konventionaalisessa liitännässä on mahdollista käyttää erilaisia sytyttimiä. Hohtosytytin sytyttää lampun n. 2-4 sekunnin kuluessa (välkyntä). Sytyttimen elinikä on rajallinen ja se joudutaan ajoittain uusimaan. Viallinen sytytin voi jäädä oikosulkuun, jolloin piirissä kulkee jatkuva esihehkutusvirta. Tämä taas lyhentää kuristimen elinikää. Varmuussytytin on hohtosytytin joka on varustettu lämpöreleellä. Lämpörele kytkee sytyttimen pois päältä, mikäli lamppu ei syty yrityksistä huolimatta. Rele toimii myös sytyttimen jäädessä oikosulkuun. Rele voidaan virittää uudelleen lampunvaihdon yhteydessä. Elektroninen sytytin sytyttää lampun ilman välkkymistä. Mikäli lamppu ei syty, sytytin ryhtyy pienentämään hehkuvirtaa ja lopulta katkaisee sen. Sytytin ei tee uutta sytytysyritystä mikäli lamppu on viallinen. (Halonen & Lehtovaara 1992, s )

21 21 Elektronisella liitäntälaitteella on monia etuja konventionaaliseen verrattuna. Näitä ovat esimerkiksi: vilkkumaton valo lampun pidempi elinikä pienemmät häviöt nopea syttyminen kuolleiden lamppujen sammuttaminen hiljaisuus valonsäätö (ei kaikissa liitäntälaitteissa). Konventionaalisella liitäntälaitteella varustetun valaisimen loisteputki syttyy ja sammuu 100 Hz:n taajuudella. Ihminen ei näe tätä välkyntää, mutta aivot rekisteröivät sen silti. Elektroninen liitäntälaite nostaa välkyntätaajuuden useisiin kymmeniin kilohertseihin, jolloin aivot eivät havaitse välkyntää. (AD-Lux) Elektroniset liitäntälaitteet voivat sytyttää lamput kylmä- tai lämminkäynnistyksellä. Lämminkäynnistyksessä elektrodeja lämmitetään optimaaliseen lämpötilaan ennen valon sytytystä jolloin lampun elinikää saadaan pidennettyä. Kylmäkäynnistys sopii tiloihin jossa valoja ei sytytetä ja sammuteta kuin muutama kerta vuorokaudessa. Kylmäkäynnistyksellä varustetut liitäntälaitteet ovat pienempikokoisia ja edullisempia kuin lämminkäynnistyksellä varustetut liitäntälaitteet. (Fagerhult) Ympäristön lämpötila vaikuttaa myös elektronisen liitäntälaitteen toimintaan. Tämä tulee ottaa huomioon valaistusratkaisua suunniteltaessa. Liitäntälaitteille annetaan, valmistajasta riippuva, lämpötilan referenssipiste jonka ylittäminen tuhoaa liitäntälaitteen. Liitäntälaitteen elinikä määritellään suhteessa referenssipisteeseen. Mikäli liitäntälaitetta käytetään referenssipisteen lämpötilan alapuolella, laitteen elinikä pitenee ja mikäli lämpötila ylitetään, laitteen elinikä vastaavasti lyhenee T5 ja T8-putkien erot Todennäköisesti T8 putket tullaan korvaamaan T5 putkilla, mutta pitkällä aikavälillä. EuP-direktiivi ei suoraan kiellä T8-putkien käyttöä vaan sen asettamat rajoitukset koskevat magneettisen kuristimen energiatehokkuusvaatimuksia. (Motiva) Kun magneetti-

22 kuristimet pikkuhiljaa poistuvat markkinoilta ja valaisin joudutaan joka tapauksessa uusimaan, tulee sen vaihtaminen T5-putkella varustettuun valaisimeen ajankohtaiseksi. 22 T5-putken etuja T8-putkeen verrattuna ovat parempi energiatehokkuus, pidempi elinikä sekä putken pienempi fyysinen koko jolloin valaisimeen pystytään suunnittelemaan tehokkaampi optiikka. T5-putken valmistamiseen tarvitaan vähemmän materiaaleja ja ne sisältävät vähemmän elohopeaa. Koska T5-putkien kanssa käytetään ainoastaan elektronisia liitäntälaitteita, niiden valo on välkkymätöntä. Myös T8-putkille on saatavilla elektronisia liitäntälaitteita. (Elektroskandia) 3.2 Suurpainenatriumlamput Suurpainenatriumlampun valontuotto perustuu natriumkaasussa tapahtuvaan kaaripurkaukseen. Suurpaineista natriumlamppua alettiin kehittää, kun havaittiin, että kaasun paineen nosto vaikuttaa positiivisesti lampun väriominaisuuksiin. Lamppujen tehoalue on W. Valotehokkuus lampuilla on hyvä, sen vaihdellessa lm/w välillä tehosta riippuen. Tämän valonlähteen ongelma on sen heikko värintoisto, R a indeksin ollessa vain noin 20. Lamppuja on saatavilla värikorjattuina, jolloin lampun värintoistoindeksi nousee parhaimmillaan 80:neen, mutta valotehokkuus putoaa noin %. Lampuilla on pitkä elinikä, jopa tuntia. (Halonen & Lehtovaara 1992, s Harsia & Kallioharju 2011) Lamppujen yleisimmät käyttökohteet ovat tie- ja katuvalaistuksessa, teollisuudessa sekä kasvihuoneilla jossa käytetään värikorjattuja lamppuja. Lamput ovat soveltuneet hyvin korkeisiinkin tiloihin niiden suuren valontuoton vuoksi. Nykyisen sisävalaistusstandardin asettama vaatimus värintoistoindeksille lähes kaikissa teollisuuden tuotantotiloissa on 80, joka rajoittaa suurpainenatriumvalaisimien käyttöä. 3.3 Monimetallilamput Monimetallilamppujen purkausputkessa on elohopean lisäksi muitakin metallien jodideja. Erilaisia yhdistelmiä on useita, josta johtuen lamppujen valotekniset ominaisuudetkin

23 vaihtelevat laajasti. Lamppujen värilämpötila vaihtelee Kelvinin välillä ja värintoistoindeksi 65 90:nen. (Halonen & Lehtovaara 1992, s.258) 23 Lamppujen hyviä puolia on niiden hyvä valotehokkuus, suuri valontuotto sekä pitkä elinikä. Ne sopivat hyvin yleisvalaistukseen niin sisä- kuin ulkotiloihinkin ja niillä on useita käyttökohteita: ulkoalueet, teollisuustilat, urheiluhallit, myymälät ja toimistot. Lamput syttyvät hitaasti. Saattaa mennä jopa 10 minuuttia ennen kuin lamppu tuottaa täyden valovirran. Lamput eivät myöskään syty välittömästi sammutuksen jälkeen uudelleen, koska kaasun paine on noussut lämpötilan myötä suuremmaksi ja näin ollen sen läpilyöntilujuus on kasvanut. Lampun täytyy jäähtyä muutama, tyypillisesti 3-4 minuuttia, ennen kuin se syttyy uudelleen. (Halonen & Lehtovaara 1992, s , Harsia & Kallioharju 2011) 3.4 LED Led, light emitting diode, eli loistediodi on puolijohdekomponentti joka hohtaa valoa kun siihen johdetaan sähkövirta. Ledin toiminta perustuu kahteen erivaraukset omaaviin alueisiin: p- ja n-alueisiin. P-alueelta puuttuu elektroneja ja n-alueella niitä on ylimääräisiä. Näiden kahden välissä on alue jota kutsutaan pn-liitokseksi tai rajapinnaksi. Kun diodiin kytketään tasavirta, elektronien epätasapaino alueiden välillä alkaa tasoittua ja tuottaa valoa. Kuvassa 2 havainnollistetaan miksi ledit tarvitsevat tasavirtaa. (Fagerhult) KUVA 2. Patterin positiivinen napa vetää vapaita elektroneja puoleensa p-tyypin alueen läpi. Mikäli patteri olisi kytketty toisinpäin, elektronit pakkautuisivat alueensa ulkoreunaan eikä virta kulkisi komponentin läpi. (howstuffworks)

24 24 Yksittäinen loistediodi on kooltaan hyvin pieni. Loistava pinta on kooltaan vain 1-2 mm 2. Yhdellä ledillä ei saada aikaan kovin suurta valotehoa, joten ledit yleensä yhdistetään ledimoduuliin asennettavaksi ryhmäksi. Yksittäinen led tuottaa, valmistusmateriaalista riippuvaa, yksiväristä valoa eli se on monokromaattinen säteilijä. Ledien perusvärit ovat punainen, meripihkan-oranssi, vihreä ja sininen. Ledeillä voidaan tuottaa valkoista valoa joko fosforikonversiolla tai käyttämällä samassa moduulissa useaa eriväristä lediä. Fosforikonversiossa lisätään, yleensä siniseen diodiin keltaista, fosforipohjaista loisteainetta joka muuntaa valon valkoiseksi. Usean ledin moduuleiseta yleisin on RGBled. Samassa moduulissa on punainen, vihreä ja sininen diodi joita sopivassa suhteessa polttamalla saadaan aikaseksi valkoista valoa. (Fagerhult, Harsia & Kallioharju 2011) Ledit tulevat yleistymään valaistuksessa. Niiden hyviä puolia ovat niiden valotehokkuus, pitkä käyttöikä, ne ovat helppoja ohjata ja säätää, sytytyskertojen määrä ei vaikuta elinikään ja lisäksi ne kestävät hyvin tärinää. (Harsia & Kallioharju 2011) Kaupallisiin sovelluksiin tarkoitetun valkoisen ledin valotehokkuus on verrattavissa T5- lampun valotehokkuuteen, eli n. 100 lm/w. Ledit kuitenkin kehittyvät jatkuvasti jolloin niiden valotehokkuus kasvaa. Valotehokkuuden keskimääräinen kasvu on 10 % vuodessa. Ledien valotehokkuutta tarkasteltaessa on kuitenkin syytä aina pitää mielessä puhutaanko yksittäisen ledin, tai ledimoduulin, valotehokkuudesta vaiko led-valaisimen valotehokkuudesta. Led-valaisimen valotehokkuuteen vaikuttaa ympäristön lämpötila, teholähteen häviöt sekä optiikan aiheuttama valovirran alenema. Led-valaisimen valotehokkuus saattaa jäädä jopa alle puoleen pelkän led-moduulin valotehokkuudesta. (Fagerhult 2012) Kuvassa 3 kuvataan ledin valotehokkuuden häviöitä. Kuvassa esitetään yksittäisestä diodista hyödyksi saatavan valon väheneminen sen kulkiessa kuumien led-moduulien, valaisimen ja valotehoa heikentävien linssien, heijastimien ja teholähteiden kautta aina valaisimesta lähtevään valovirtaan asti. (Fagerhult 2012)

25 25 KUVA 3. Periaatekuva yksittäisen ledin valotehon häviöistä kun siitä tehdään valaisimen osa. (Fagerhult 2012) Ledien elinikä ilmoitetaan siihen pisteeseen, kun niiden valovirrasta on jäljellä 70 %. Laadukkaiden ledien elinikä on yleensä jopa tuntia. Elinikä kuitenkin lyhenee huomattavasti, mikäli ledien ympäristön lämpötila on korkea. Ledi ei säteile lämpöä kuten perinteiset valonlähteet. Lämpö kuitenkin voi tuhota ledin joten se täytyy johtaa ledistä pois esimerkiksi valaisimen runkoon ja siitä edelleen ympäristöön. Tämä johtaa siihen, että vaikka yksittäinen ledi on kooltaan pieni, valaisin saattaa olla melko kookas, koska sen runkoa käytetään jäähdytyksen. (Fagerhult, Valoste) Led-valonlähteitä on saatavilla korvaamaan suoraan vanhat valonlähteet. Esimerkiksi T8- loisteputken vaihtaminen korvaavaan led-putkeen saattaa tuntua houkuttelevalta. Tämä on mahdollista, kun vanhassa valaisimessa ei ole elektronista liitäntälaitetta. Kun konventionaalisen liitäntälaitteen omaavaan loisteputkivalaisimeen vaihdetaan led-putki, täytyy sytytin vaihtaa. Kuitenkin led-tekniikkaan siirryttäessä suurin hyöty saavutetaan vaihtamalla koko valaisin tekniikkaa tukevaksi. (Fagerhult 2012, Samsung 2012) Led-tekniikan yksi heikkous on ledin suuri pintakirkkaus. Ledin luminanssi saattaa ylittää cd/m 2, kun esimerkiksi T5-loisteputken luminanssi on cd/m 2. Ledit voivat aiheuttaa kiusahäikäisyä mikäli asiaa ei huomioida joko jo valaisimen valmistuksessa tai sen asennuksessa. Ledeihin suurin ongelma on niihin liittyvän standardoinnin puute. Sen takia eri tuotteiden vertailu keskenään on vaikeaa. Tämä vaikeuttaa myös pitkäikäisen valaistuksen suunnittelua. Mikäli kohteeseen asennetaan nyt led-valaisimet, onko juuri niitä valaisimia tai varaosia niihin saatavilla vielä kolmen, seitsemän tai kymmenen vuoden päästä? (Valoste 2012)

26 26 4 ENERGIA Motivan mukaan teollisuusrakennuksen kiinteistösähkön kulutuksesta jopa 40 % saattaa kulua valaistukseen. Energiakustannusten noustessa energiatehokkaaseen valaistukseen kannattaa panostaa, erityisesti tiloissa, joissa työskennellään pitkään ja valaistuksella on suuri käyttötuntimäärä vuodessa. Vanhoissa kohteissa jo olemassa olevat valaisimet ovat usein vanhoja ja energiatehokkuudeltaan huonoja. Lisäksi vanha valaistus voi olla ohjattavuudeltaan puutteellinen. Valaisinhuollolla on suuri merkitys valaisinten energiankäytön kannalta. Likaantuneet valaisimet eivät pysty valaisemaan yhtä tehokkaasti kuin puhdistetut. Loppuun palanut, konventionaalisella liitäntälaitteella varustettu, loisteputkivalaisin saattaa kuluttaa yhtä paljon sähköä kuin toimiva valaisin. Joissain tapauksissa paras tapa pienentää valaistusjärjestelmän energiankulutusta, on suunnitella tilaan kokonaan uusi valaistusratkaisu. (Motiva) Teollisuudessa valaistuksessa on valtava energiansäästöpotentiaali. Teollisuuskiinteistö saattaa koostaan ja tarkoituksestaan riippuen kuluttaa valaistukseen satoja tai jopa useita tuhansia megawattitunteja energiaa. Esimerkiksi Osramin referenssikohteissa esitellään varastotiloja, joiden sähkönkulutusta on onnistuttu pienentämään % vaihtamalla vanhat valaisimet uusiin ja suunnittelemalla kohteeseen sopiva ohjaus. 45 % säästöt saavutettiin kohteessa, jonka vuosittainen valaistuksen energiankulutus oli noin 470 MWh. Vanhat valaisimet olivat 58 W T8-loisteputkivalaisimia konventionaalisilla liitäntälaitteilla. Valaisimet korvattiin 49 W T5-loisteputkivalaisimilla ja kohteeseen tehtiin ohjausjärjestelmä, joka mahdollisti valaisinten himmentämisen alueittain kun kukaan ei työskennellyt alueella. (Osram) 4.1 EU-direktiivit EU-direktiivi on jäsenvaltioitaan sitova, mutta jäsenvaltiot saavat itse päättää, kuinka toimeenpanevat direktiivin. Voidaan siis sanoa, että direktiivi kertoo mitä tehdään ja se kuinka tehdään, määritellään standardeissa. Euroopassa yhteisiä standardeja laativat standardisointielimet CEN, Cenelec ja ETSI. Kun EU-direktiivi hyväksytään, se on muutettava kansalliseksi laiksi. Direktiivit voivat olla minimidirektiivejä, jolloin jäsenvaltiot voivat asettaa tavoitetasokseen ohjeistusta korkeamman tason, puitedirektiivejä,

27 27 jotka eivät sisällä tarkkoja määräyksiä mutta ne sisällytetään lainsäädäntöön tarkemmilla määräyksillä varustettuna, tai harmonisoituja direktiivejä, jotka on otettava käyttöön samanlaisina kaikissa jäsenmaissa. (Fagerhult) Valaistusta ja valaisimien valmistusta säätelee useat eri direktiivit. WEEE-direktiivi (waste electrical and electronic equipment) koskee sähkö- ja elektroniikkaromua. RoHS-direktiivi (restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipmet) kieltää tiettyjen vaarallisten aineiden käytön tuotteiden valmistuksessa. Reach-direktiivi on kemikaalilakikokoelma. Pienjännitedirektiivin tehtävänä on suojata ihmisiä ja omaisuutta sähkötoimisten tuotteiden aiheuttamilta vahingoilta. Myös tuotteiden sähkömagneettisesta yhteensopivuudesta on direktiivi. Loppukäyttäjälle näkyvin lienee kuitenkin EuP-direktiivi. (Fagerhult) EuP-direktiivi 2005/32/EY hyväksyttiin käyttöön EuP-tulee sanoista energy using products ja direktiivi määrittää puitteet energiaa käyttävien tuotteiden ympäristöystävälliselle suunnittelulle. Sen tarkoitus on pakottaa teollisuus suunnittelemaan tuotteet vähemmän energiaa kuluttaviksi niin valmistuksen kuin tuotteen eliniän aikana. Direktiivi koskee kaikkia laitteita, jotka tarvitsevat energiaa toimiakseen, poikkeuksena ihmisten ja tavaroiden kuljetukseen käytettävät laitteet. Direktiivista puhutaan myös Ecodesign-direktiivinä. Ecodesign on sääntelykomitea johon kuuluu viranomaisten edustajia eri EU-maista. Direktiivin asetukset 244 ja 245 koskevat suoraan valaistusta. Asetus 244 käsittelee kotivalaistusta ja asetus 245 ammattivalaistuksen tuotteita. Direktiivin vaikutukset näkyvät energiatehottomien valaisimien ja liitäntälaitteiden poistumisena markkinoilta. Direktiivi ei suoraan poista tiettyä valonlähdettä markkinoilta, vaan sen vaatimukset kohdistuvat nimenomaan energiatehokkuuteen.

28 KUVA 4. EuP-direktiivin vaikutus (Fagerhult) 28

29 29 Energiatehokkuusdirektiivi 2002/91/EY otettiin Suomessa käyttöön vuonna Direktiivin mukaan rakennuksen kokonaisenergiankulutus on ilmoitettava ja se koskee kaikkia rakennuksen energiaa kuluttavia järjestelmiä: lämmitystä, ilmastointia, valaistusta ja niin edelleen. Direktiivin tarkoitus on edistää rakennusten energiatehokkuutta ja vähentää siten ilmastoon vaikuttavien kasvihuonekaasujen päästöjä. (Fagerhult) Standardi EN-15193, Energy performance of buildings Energy requirements for lighting, määrittää laskentamenetelmän kiinteän valaistuksen energiankulutukselle. Valaistuksen energiatehokkuutta arvioidaan LENI-indeksillä (Light Energy Numeric Indicator). Sitä voidaan käyttää energiatehokkuuden vertailulukuna eri rakennuksilla, joilla on sama käyttötarkoitus. LENI-indeksin yksikkö on kwh/m 2 /vuosi, kuten energiatehokkuusdirektiivi vaatii. LENI-luvun laskenta voidaan tehdä tarkalla tai pikalaskentamenetelmällä. Pikalaskentamenetelmä voidaan käyttää, kun halutaan arvio koko rakennuksen vuosittaisesta energiankäytöstä. Menetelmää voidaan käyttää vain tietyissä rakennustyypeissä. Standardissa on pikalaskentaa varten taulukko, josta erityyppisten rakennusten vuosikohtaiset perustiedot voidaan ottaa. Pikalaskentamenetelmässä lepokulutus on vakioitu arvoon 6 kwh/m 2 /vuosi ja sitä tulee käyttää soveltuvissa kohteissa. Arvosta 1 kwh/m 2 /vuosi on laskettu turvavalaistukselle ja 5 kwh/m 2 /vuosi laitteiden valmiustiloihin kuluvalle energialle. (Fagerhult) LENI-luku lasketaan pikalaskentamenetelmällä kaavalla: LENI laskettu = (W valaistus + W lepotila )/A (1) Jossa LENI laskettu W valaistus Rakennuksen sisävalaistuksen kokonaisenergiankulutusta koskeva luku, jota voidaan käyttää myös kuvattaessa tiettyä osaa rakennuksesta. Valaistuksen tulee täyttää voimassa olevat suositukset ja standardit (SFS EN ) On valaistuksen vuotuinen kokonaisenergiankäyttö W lepotila Arvio turvavalaistuksen ja laitteiden lepokulutuksesta. Vakioitu arvoon 6 kwh/m 2 /vuosi. A on rakennuksen kokonaispinta-ala seinien sisäpuolelta. Pinta-ala lasketaan ulkoseinien sisäpuolelta poislukien asumattomat kellaritilat ja valaisemattomat alueet.

30 30 Tarkka laskentamenetelmä antaa yleensä pienemmän LENI-arvon kuin pikalaskenta. Tarkkaa laskentamenetelmää voidaan käyttää minkä tahansa tyyppisten rakennusten kulutuksen arviointiin. Se perustuu jokaisen tilan todellisiin arvoihin. Tarkka laskentamenetelmä ottaa huomioon ohjauksen, päivänvalon sekä turvavalaistuksen lataustehon vaikutuksen energiankulutukseen ja on näin ollen hieman monimutkaisempi laskea. (Fagerhult) 4.2 Energiatehokas valaistusratkaisu EU-direktiivi vaatii energiatehokkaampaa valaistusta ja vaatimukset tulevat yhä kiristymään lähivuosina. Valaistuksen uusiminen tarkoittaa aina investointeja, mutta hyvin toteutettuna se luo käytön aikana säästöjä. Valaistuksen pitää täyttää tilan valaistustarpeet energiaa tuhlaamatta ja näkömukavuudesta tinkimättä. Hyvässä ratkaisussa otetaan huomioon valonlähteen energiatehokkuus, valaisimen hyötysuhde, liitäntälaitetekniikka, ohjaus ja päivänvalon käyttö mahdollisuuksien mukaan. Hyödyksi saatavan valon määrään vaikuttaa myös valaisimien asennuspaikka ja niiden likaantuminen ja kuluminen. Standardeissa ja suosituksissa määritetystä valaistustasosta tinkiminen ei ole oikea tapa säästää energiaa. (Fagerhult, Motiva) Valaistuksen energiankulutusta voidaan pienentää käyttämällä energiatehokkaita valonlähteitä, suosimalla suoraa valaistustapaa ja asentamalla valaisimet mahdollisimman matalalle. Valaistuksen käyttöaikaa voidaan pienentää käyttötarkoitukseen sopivalla ohjauksella ja käyttäjien opastuksella. Myös luonnonvaloa hyödyntämällä voidaan keinovalon käyttöä vähentää hetkellisesti, mikäli tilassa on ikkunoita josta auringonvalo saadaan sisään. Tilan pintojen värityksessä pitäisi suosia vaaleita värejä koska niiden heijastuskertoimet ovat tummia värejä parempia. Sisävalaistusstandardi SFS EN antaa valaistusvoimakkuuksille minimiarvot, joiden tulisi täyttyä. Standardin arvoja voimakkaamman valaistuksen saa suunnitella ja toteuttaa. Energiatehokkuuden kannalta ajateltuna valaistusta ei kuitenkaan saa ylimitoittaa, vaan sen tulisi aina olla käyttötarkoituksen mukainen. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että tiloissa joissa työalue on helposti rajattavissa, voimakas valaistus tulisi kohdistaa tälle alueelle ja tausta-alueelle riittäisi heikompi valaistus.

31 31 KUVIO 5. Energiatehokkaan valaistuksen osatekijät. (Harsia & Kallioharju 2011, muokattu) 4.3 Valaistuksen ohjaus Mikäli valaistuksesta halutaan saada energiatehokas, pelkkä valonlähteen vaihtaminen energiatehokkaampaan ei riitä, vaan tilaan on suunniteltava myös tilan käyttöä palveleva valaistuksen ohjaus. Näin ollen tilan valaistuksen ohjaustarpeen voidaan käsittää olevan energiataloudellinen. Muita syitä valaistuksen ohjaukselle voi olla toiminnalliset tai esteettiset syyt. Syyt eivät ole toisensa poissulkevia, mutta usein hallitseva tarve määrää lähestymistavan ohjaukseen. (Varsila)

32 32 Toiminnalliset Esteettiset Energiataloudelliset KUVIO 6. Valaistuksen ohjaustarpeiden jaottelu (Varsila) Ohjauksella mahdollistetaan pidempi elinikä valonlähteille. Päivittäisen käyttöajan pieneneminen johtaa pidempiin lampunvaihtoväleihin ja näin ollen pienentää huoltokustannuksia. Edelleen tämä johtaa pienempään ympäristön kuormitukseen. Tärkeä huomio, kun 90 % valaisinjärjestelmien ympäristövaikutuksista muodostuu niiden käytön aikana. (Varsila, Fagerhult) Ohjaustavan valinta on aina tilan käyttötarkoituksen lisäksi riippuvainen ohjattavista valonlähteistä. Useat valonlähteet tarvitsevat erillisen ohjausjohdotuksen keskusyksiköltä tai ohjaimelta. Tämä voi aiheuttaa ongelmia saneerauskohteissa ja valaistusta uusittaessa. Mikäli ohjausjärjestelmä tarvitsee keskusyksikön, sille täytyy löytää sijoitustila esimerkiksi sähkökeskuksesta. Eri ohjausperiaatteeseen perustuvia järjestelmiä pystytään yleensä yhdistämään toisiinsa. Lisäksi valaistuksen ohjaus voidaan yhdistää kiinteistöautomaatioon. (Varsila, Fagerhult) Kaikki valonlähteet voidaan tietysti sammuttaa kun tila ei ole käytössä, mutta jatkuvaa sytyttelyä ja sammuttelua kannattaa välttää. Loistelamppujen tapauksessa jatkuva sytyttely ja sammuttelu voi lyhentää lampun elinikää. Suurpainenatrium- ja monimetallilamppuja ei ole mahdollista sytyttää välittömästi uudelleen sammuttamisen jälkeen. Sammuttamisen lisäksi valonlähteitä voidaan säätää. Esimerkiksi loistelamppuja voidaan polttaa vain muutaman prosentin teholla kun niiden läheisyydessä ei ole ihmisiä. Loistelampun säädön edellytyksenä on elektroninen liitäntälaite. Suurpainenatrium ja monimetallilamppujen säätö ei ole yksinkertaista. Säätö- ja liitäntälaite tule sovittaa

33 yhteen. Lamput säätyvät hitaasti ja säätäminen muuttaa valon väriä. Suurpaineisten purkauslamppujen säätäminen saattaa lyhentää niiden elinikää. (Harsia & Kallioharju 2011) 33 Valaistuksen ohjaus ja siinä yhä enemmän yleistyvä automatiikka ei ole täysin ongelmatonta. Automaattisesti säätyvät valot saatetaan kokea häiritseviksi. Erilaisiin ohjaustapoihin liittyvät käyttöliittymät saatetaan kokea monimutkaisiksi. Perinteinen kytkin on yksinkertainen mutta nykyaikaisten valaistusjärjestelmien ohjausta varten ovenpielessä saattaa olla monipainike, josta voidaan valita erilaisia valaistustilanteita tai kosketusnäyttö jossa on useita peräkkäisiä valikoita eri toimintoja varten. Suora painikeohjaus ja sen mahdollistama valon säätö saattaa jäädä jopa kokonaan käyttäjältä huomaamatta. (Varsila) 4.4 Ohjaus ja säätötavat Ohjaustapoja, kuten ohjaustarpeitakin, on useita erilaisia. Suurin energiansäästö saavutetaan yleensä yhdistelemällä seuraavaksi mainittuja toimintoja: Manuaalinen sytytys/sammutus on perinteinen käsin kytkimestä suoritettava ohjaus. Manuaalinen himmennys tehdään kytkimen tilalla olevasta säätimestä. Hämäräkytkin ohjaa valot päälle ja pois päivänvalon mukaan. Läsnäolo-ohjauksessa valaistus sytytetään ja sammutetaan automaattisesti. Sammutuksen viivettä viimeisen havainnon jälkeen voidaan muuttaa. Läsnäoloilmaisimen toiminta voi perustua lämpösäteilyn, äänen, ultraäänisignaalin tai mikroaaltojen avulla tapahtuvaan liikkeen havaitsemiseen. Poissaolo-ohjaus on läsnäolo-ohjauksen sovellus, jossa valot eivät syty automaattisesti vaan ne on aina kytkettävä päälle kytkimestä. Poissaolovalaistus on ohjaustapa, jossa valoja ei sammuteta kokonaan, vaan palavat jatkuvasti esimerkiksi 10 % teholla. Liikehavainnosta valaisuteho nostetaan 100 % hetkellisesti. Monikanavainen ohjaus on valonsäätimien kehittynyt versio. Yhdestä tai useammasta pisteestä voidaan säätää useampien valaisinryhmien toimintaa. Ohjauskanavia saattaa olla useita kymmeniä.