YLIOPISTOVALAISTUKSEN ENERGIATEHOKKUUDEN OPTIMOINTI LAMPPUVALINNOILLA

Transkriptio

1 Teknillinen tiedekunta Ympäristötekniikan osasto BH10A0300 Ympäristötekniikan kandidaatintyö ja seminaari YLIOPISTOVALAISTUKSEN ENERGIATEHOKKUUDEN OPTIMOINTI LAMPPUVALINNOILLA Optimizing University lighting s Energy Efficiency with Lamp Solutions Työn tarkastaja: Työn ohjaaja: Professori, TkT Risto Soukka Projekti-insinööri, DI Niina Aranto Lappeenrannassa Reetta Hiltunen

2 SISÄLLYSLUETTELO SYMBOLILUETTELO JOHDANTO Työn tausta Työn tavoitteet Työn toteutus VALAISTUSSUUNNITTELUN PERUSTEET Perustermejä ja -suureita Valovoima, valomäärä ja valotehokkuus Valaistusvoimakkuus Valaistuksen alenemakerroin Luminanssijakauma Suunnattu valaistus Käyttöikä Häikäisy Värinäkökohdat Välkyntä, stroboskooppi-ilmiö ja päivänvalo Energianäkökohdat VALAISTUS TYYPILLISISSÄ YLIOPISTON TILOISSA Luokkahuoneet, auditoriot ja luentosalit Toimistotilat Laboratoriot Aulat, portaikot ja käytävät Korkeat tilat Ulkovalaistus ENERGIATEHOKKAAT LAMPPURATKAISUT... 18

3 4.1 EuP-direktiivin vaikutukset Hehkulamput sekä suur- ja pienpainepurkauslamput Halogeeni-, LED- ja loistelamput Halogeenilamput LED-lamput Loistelamput Käyttötarkoituksen vaikutus lampun valintaan LAPPEENRANNAN TEKNILLISEN YLIOPISTON VALAISTUS Nykytila Muutostarpeet RATKAISUEHDOTUKSET LUT:N TILOIHIN Yleisvalaistus Kohde- ja erityisvalaistus Energiansäästöpotentiaali YHTEENVETO LIITTEET Liite 1. Valaistusvoimakkuuden, häikäisyn ja värintoiston ohjearvoja Liite 2. Lamppujen ominaisuuksia

4 3 SYMBOLILUETTELO W Energiamäärä [kwh] η Hyötysuhde UGR L Häikäisyindeksi t Käyttöaika [h] A Pinta-ala [m 2 ] P Teho [W] E Valaistusvoimakkuus [lx, lm/m 2 ] R a, CRI Värintoistoindeksi

5 4 1 JOHDANTO Energiankulutus kasvaa jatkuvasti ympäri maailmaa. Vuosien aikana kasvu on ollut maailmanlaajuisesti keskimäärin 2,3 % vuodessa. Kasvava energiankulutus kuormittaa ympäristöä, ja se onkin suurin yksittäinen tekijä kasvihuonekaasupäästöjen ja sitä kautta ilmastonmuutoksen aiheuttajana. Lisäksi kasvavan energiankulutuksen vuoksi Eurooppa on yhä riippuvaisempi tuontienergiasta, joka kattaa jo tällä hetkellä noin puolet sen energiatarpeesta. Energiatehokkuutta parantamalla voidaan tehokkaasti hidastaa energiankulutuksen kasvua. (Halonen et al. 2010, 23.) Muun muassa lainsäädännöllä sekä erilaisilla kansallisilla ja maailmanlaajuisilla toimintasuunnitelmilla asetetaan tiukentuneita energiatehokkuusvaatimuksia, ja ne koskettavat useita yhteiskuntamme ja elämämme osa-alueita. Esimerkiksi Euroopan komissio on asettanut EU-maiden yhteiseksi tavoitteeksi vähentää energiankulutusta 20 % vuoteen 2020 mennessä. Tähän tavoitteeseen pyritään muun muassa EuP-direktiivin (Energy-using Products) ja sen täytäntöönpanosäädöksien avulla. Ne asettavat rajoituksia muun muassa sähkölaitteiden energian kulutukselle. Sähkönkulutuksen tasainen kasvu Suomessa vuosina on nähtävillä kuvassa 1. Kotitalouksissa ja palvelurakennuksissa energiankulutusta pyritään vähentämään muun muassa rakennusten EPBDenergiatehokkuusdirektiivillä (Energy Performance of Buildings). (Suomen Valoteknillinen Seura ry a, 5.) Kuva 1. Sähkönkulutus Suomessa vuosina (Suomen Valoteknillinen Seura ry, 3)

6 5 Tässä työssä tarkasteltava valaistus vie maailmanlaajuisesti tarkasteltuna lähes viidenneksen tuotetusta sähköstä, joka on reilu kymmenys primäärienergiasta (kuva 2). Valaistuksella on myös huomattava merkitys tarkasteltaessa rakennusten energiankulutusta. Palvelurakennuksissa valaistuksen osuus kulutetusta energiasta on yleensä noin % (Motiva 2009a, 21). Kotitalouksien sähköenergiasta valaistukseen kuluu % (Suomen Valoteknillinen Seura ry a, 23). Tarkoituksenmukaisella valaistuksen käytöllä, käyttöajalla ja energiatehokkailla valaistusratkaisuilla voidaan vähentää valaistuksen absoluuttista energiankulutusta, vaikka valontarpeen ennustetaan lisääntyvän. Valaistusratkaisujen energiatehokkuutta voidaan parantaa valitsemalla oikeanlainen lamppu, valaisin ja valaistuksen ohjausjärjestelmä. Tarkoituksenmukaisella ja energiatehokkaalla valaistuksella vaikutetaan positiivisesti myös valaistuksen laatuun ja siten yleiseen hyvinvointiin. Näin saavutetaan myös taloudellisia säästöjä. (Motiva Oy 2009a, 21.) Kuva 2. Valaistuksen osuus primäärienergiankulutuksesta (Halonen et al. 2010, 24) Valaistuksen energiatehokkuus on erittäin ajankohtainen aihe paitsi Suomessa myös kansainvälisesti. Esimerkiksi Australiassa hehkulamppujen tuonti kiellettiin huonon energiatehokkuuden vuoksi vuonna 2009 ja Yhdysvalloissa hehkulampuista luovutaan vuosina Valaistustekniikkaa tutkitaan ja kehitetään jatkuvasti sekä esitellään kuluttajille ja päättäjille esimerkiksi erilaisilla messuilla. (Halonen et al. 2010, 123.) 1.1 Työn tausta Vuonna 1969 perustetulla Lappeenrannan teknillisellä yliopistolla (Lappeenranta University of Technology, LUT) tehdään perusremonttia, jonka yhteydessä uusitaan myös valaistusta.

7 6 Remonttia tehdään eri aikaan valmistuneissa rakennusvaiheissa sen mukaan, miten se on kussakin rakennusvaiheessa ajankohtaista. Remonttien yhteydessä uusittavasta valaistuksesta halutaan nykyaikainen sekä energia- ja kustannustehokas. Tämän vuoksi haluttiin tehdä selvitys valaistustekniikan nykytilanteesta, minkä pohjalta tämä kandidaatintyö on tehty. Työssä tarkastellaan muun muassa energiatehokkaita lamppuratkaisuja ja ratkaisuehdotuksia yliopiston tilojen lamppu- ja valaisinvalintoja varten. Näitä ratkaisuja voidaan hyödyntää niin Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa kuin muissakin yliopistoissa ja julkisissa rakennuksissa. (Lumme 2010a, Tamper 2010.) 1.2 Työn tavoitteet Lappeenrannan teknillisellä yliopistolla päätettiin jakaa valaistuksen energiatehokkuuden tarkastelu kahteen kandidaatintyöhön. Keväällä 2010 valmistuneessa kandidaatintyössä tarkastellaan yliopiston tiloihin soveltuvia valaistuksen ohjausjärjestelmiä, kun tässä työssä puolestaan keskitytään lamppuratkaisuihin. Niinpä valaistuksen ryhmittelystä ja ohjauksesta kerrotaan tässä työssä vain pintapuolisesti. Tarkoituksena on tarkastella energiatehokkaita lamppuja sekä Lappeenrannan teknillisen yliopiston tilojen valaistuksen nykytilaa, muutostarpeita ja ratkaisuehdotuksia. 1.3 Työn toteutus Tässä työssä selvitetään ensin yleisesti valaistussuunnittelussa huomioitavia seikkoja ja peruskäsitteistöä sekä valaistussuunnittelussa huomioitavia tekijöitä tyypillisissä yliopiston tiloissa. Kaikkia yliopiston tilatyyppejä ei tarkastella, vaan tiloista on valittu olennaisimmat. Tämän jälkeen siirrytään työn keskeisimpään aiheeseen eli energiatehokkaisiin lamppuratkaisuihin. Työn loppuosassa käsitellään Lappeenrannan teknillisen yliopiston keskeisimpiä tiloja ja niiden valaistusta. Kohteen valaistuksen nykytila ja ratkaisuehdotukset valaistuksen toteuttamiseksi esitellään. Yliopiston valaistusratkaisujen ohessa on esitetty esimerkkilaskelma lamppuvalinnoilla saavutettavasta valaistuksen energiansäästöstä. Työssä ensin käsiteltävä valaistuksen teoria on koottu kirjallisista, sähköisistä ja suullisista lähteistä. Valaistustekniikan nykytilanteen kartoittamisessa apuna ovat olleet Motiva Oy ja Greenlux Finland Oy. Lappeenrannan teknillisen yliopiston tiloista vastaava henkilökunta on avustanut esittelemällä eri tilatyyppejä ja antamalla tietoja yliopistoon ja sen tiloihin liittyen.

8 7 2 VALAISTUSSUUNNITTELUN PERUSTEET Valaistussuunnittelun keskeisimpinä pyrkimyksinä ovat valaistuksen laadun parantaminen ja kulutetun kokonaisenergian vähentäminen (Motiva Oy 2009a, 21). Taloudelliselta kannalta valaistussaneerauksen suurimmat edut ovat, että laadukas, häikäisemätön, välkkymätön ja hyvän värintoiston valaistus lisää hyvinvointia ja tuottavuutta toimistossa sekä parantaa oppimista ja vähentää silmäperäisiä ongelmia. Myös energiakustannusten vähenemisen kannalta kannattaa investoida valaistukseen, sillä se tuo sijoitetut rahat nopeasti takaisin. Yleisesti arvioituna yli kymmenen vuotta vanhat valaistusasennukset on järkevää vaihtaa. (Suomen Valoteknillinen Seura ry 2009, 1.) Valaistuksen suunnittelu tulee toteuttaa kokonaisuutena, jossa otetaan huomioon tilan käyttäjät, ehdot ja rajoitukset, välineet sekä kustannukset. Käyttäjän kannalta tulisi tarkastella tilassa tapahtuvaa toimintaa, valaistusergonomiaa sekä käyttökokemuksia, mieltymyksiä ja tarpeita. Valaistukseen vaikuttavia ehtoja ja rajoituksia ovat rakennuksen maantieteellinen sijainti, lähiympäristö ja ilmansuunnat; rakennuksen sisäinen ja ulkoinen konstruktio; tilojen sijainti, sisustus ja aukotus; LVI-installaatiot ja johdotus sekä muun muassa standardeissa annetut valaistusmääräykset ja -suositukset. Valaistusta suunnitellessa on hyvä selvittää valonlähteiden hyötysuhteet ja sopivuus kohteeseen sekä asennustarvikkeet. Kustannuksia tarkasteltaessa tulisi huomioida energian käyttö ja hinta, käyttöaika sekä valaisin- ja tarvikehinnat. (Ahponen & Oksaharju 1982, 10.) Kustannuksissa voidaan säästää toteuttamalla valaistusremontti tiloissa tehtävän suuremman remontin yhteydessä ja valitsemalla pitkäikäisiä valaistuslaitteita (Motiva Oy 2009a, 21). Sisätilojen valaistus toteutetaan joko yleisvalaistuksella, paikallistetulla yleisvalaistuksella tai yhdistämällä näitä. Paikallisvalaistusta suositellaan muun muassa, kun tarvitaan suurta tarkkuutta rajoitetulla alueella. Valaistustavasta riippumatta yleisvalaistuksen tulee olla osuudeltaan niin suuri, että yleisvaikutelma on miellyttävä ja luminanssijakauma hyvä. Tilanteet, joissa näkökohde on muussa kuin vaakatasossa, tulee ottaa suunnittelussa erikseen huomioon. (Ahponen ja Oksaharju 1982, ) Valaistuksen suunnittelun avuksi on kehitetty tietokoneohjelmia, muun muassa DIALux-laskentaohjelma (Greenlux Finland Oy).

9 8 Sisä- ja ulkovalaistusta tulee tarkastella erikseen sisä- ja ulkotyöalueiden valaistusta koskevien eurooppalaisten standardien SFS-EN ja kannalta. Standardeissa annetaan tilakohtaiset ohjearvot valaistusvoimakkuudelle, häikäisylle ja värintoistolle. Aiemmin Suomen Valoteknillisen Seuran julkaisemat valaistussuositukset korvautuvat kyseisillä standardeilla. (Suomen Valoteknillinen Seura ry 2008; 4, 14.) 2.1 Perustermejä ja -suureita Valaistustekniikkaan liittyy useita suureita, jotka ovat hyödyllisiä esimerkiksi vertailtaessa eri valonlähteiden ominaisuuksia. Lisäksi valaistuksen laadusta kerrottaessa käytetään eri termejä, jotka kuvaavat valaistussuunnittelun kannalta tärkeitä ilmiöitä Valovoima, valomäärä ja valotehokkuus Valovoiman yksikkö on Candela (cd). Se ilmaisee määräsuuntaan säteilevän valon voimakkuuden. Valovoima kasvaa valolähteen valokeilan kaventuessa. (Limic Oy.) Valomäärän tai valovirran yksikkö on lumen (lm). Lumen-arvo kertoo, kuinka paljon valoa lamppu tuottaa. Sitä suositellaankin lamppujen valomäärän vertailuun aiemmin totutun wattimäärän sijaan, sillä wattimäärä kuvaa ainoastaan lampun sähkönkulutusta, ei valotehoa. Valotehokkuus (lm/w) kuvaa valonlähteestä saadun valomäärän suhdetta käytettyyn sähkötehoon. Koska se kuvaa suoraan lampun hyötysuhdetta, on se olennainen vertailtaessa eri valonlähteiden energiatehokkuutta. (Motiva Oy 2009b.) Valaistusvoimakkuus Valaistusvoimakkuuden yksikkö on luksi (lx, lm/m 2 ). Se kertoo tietylle pinta-alalle tulevan valon määrän. (Limic Oy.) Valaistusvoimakkuudella ja sen jakaumalla on suuri merkitys näkötehtävän hahmottumisen ja siitä suoriutumisen turvallisuuden, nopeuden ja mukavuuden kannalta. Liitteessä I on esitetty osa eri opetustiloille standardissa SFS-EN annetuista valaistusvoimakkuuden E m -ohjearvoista. Vaatimukset ovat huoltoarvoja, jotka eivät tavanomaisissa näköolosuhteissa saa alittua. Suurista valaistusvoimakkuuden vaihteluista voi seurata epämukavuuden tunnetta ja näköväsymystä. Siksi työalueen eri valaistusvoimakkuuksille on annettu samassa standardissa myös niitä vastaavat välittömän

10 9 lähiympäristön valaistusvoimakkuuksien arvot sekä yleistasaisuuden minimiarvot. (SFS-EN : 2003, ) Valaistuksen alenemakerroin Valaistuksen alenemakerroin kuvaa valon määrän muutosta asennuksen vanhetessa valovirran aleneman sekä huonepintojen ja valaistuslaitteiden kulumisen ja likaantumisen seurauksena. Alenemakerroin määräytyy lampun, valaisimen ja liitäntälaitteen ominaisuuksista, huoltoohjelmasta ja ympäristöstä. Standardissa SFS-EN esitetyt valaistusvoimakkuussuositukset eri tehtäville tarkoittavat vanhan asennuksen arvoja. (SFS- EN : 2003, 18.) Luminanssijakauma Luminanssi (cd/m 2 ) kuvaa lampun pinnalta lähtevää valon voimakkuutta eli pinnan kirkkautta. Se kertoo valovoiman suuruuden tarkastelusuunnassa pinta-alaa kohti. (Tietoportti.) Pinnan heijastussuhde ja valaistusvoimakkuus määräävät luminanssin suuruuden. Luminanssijakauma määrittää kohteen näkyvyyteen vaikuttavan silmien sopeutumistason. Sen tulisi olla tasapainoinen, jolloin se parantaa näöntarkkuutta, kontrastiherkkyyttä sekä näköaistin toimintojen tehokkuutta. Liian suuret luminanssit voivat aiheuttaa häikäisyä, ylisuurista kontrasteista aiheutuu näköväsymystä ja toisaalta taas liian matalat luminanssit ja kontrastit tekevät näköympäristön yksitoikkoiseksi. (SFS-EN : 2003, 10.) Suunnattu valaistus Suunnatulla valolla voidaan vaikuttaa kohteen näkyvyyteen ja helpottaa näkötehtävää. Sillä on mahdollista tuoda esille myös rakennetta, parantaa ihmisten piirteiden erottumista ja korostaa kohteita. Tätä kutsutaan muodonannoksi, ja sillä voidaan vaikuttaa tilan yleisvaikutelmaan. Muodonannon määrää suoran ja diffuusin valon keskinäinen suhde, ja se on valaistuksen laadun kannalta tärkeä ominaisuus. (SFS-EN : 2003, 16.)

11 Käyttöikä Eri lamppujen vertailussa on hyvä ottaa huomioon valmistajan ilmoittama lampun käyttöikä. Se kertoo lampun keskimääräisen paloajan testiolosuhteissa ja määritellään yleisesti aikana, jonka kuluttua puolet testatuista lampuista on palanut (Limic Oy). Paloajan ilmoittaminen perustuu tyypilliseen kotitalouskäyttöön sisävalaistuksessa. Mikäli käyttöikä on ilmoitettu vuosina, on lamppujen käytön oletettu olevan tuntia vuodessa, mikä vastaa noin 3 tuntia vuorokaudessa. Ledien käyttöikä määritellään aikana, jona niiden valontuotto on 70 % alkuperäisestä (Greenlux Finland Oy). Pakkauksissa ilmoitetaan polttoajan keskiarvo, mikä ei ole lupaus käyttöiästä. Eri lamppujen elinikä voi todellisessa käytössä olla huomattavasti lyhyempi, sillä ne joutuvat alttiiksi muun muassa eri lämpötiloille ja tärinälle. (Motiva 2009b.) Häikäisy Häikäisy aiheutuu näkökentän kirkkaista alueista. Se saattaa vaikuttaa haitallisesti kohteen näkyvyyteen, minkä vuoksi se tulisi estää esimerkiksi tapaturmien, väsymyksen ja virheiden välttämiseksi. Valon heijastumista kiiltävistä pinnoista ehkäistään muun muassa valaisimien ja työpisteen keskinäisellä sijoittelulla, mattapinnoilla, sekä vaaleilla seinä- ja kattopinnoilla. Valaisimet ja ikkunat ovat yleisimpiä häikäisyn aiheuttajia työtiloissa. Niiden häikäisy voidaan poistaa esimerkiksi lamppujen häikäisysuojilla tai ikkunakaihtimilla. Standardissa esiintyvät UGR L -indeksin (Unified Glare Rating) arvot asettavat häikäisylle eri työskentelytiloissa korkeimman sallitun arvon (liite I). (SFS-EN : 2003, ) Värinäkökohdat Lampun, joka tuottaa valkoista valoa, väriominaisuuksia kuvaa itse lampusta saatava värivaikutelma. Värivaikutelmalla tarkoitetaan lampun säteilemän valon näkyvää väriä, ja sen määrittää lampun ekvivalenttinen värilämpötila (T cp ), joka vaikuttaa esimerkiksi ihmisen vireystilaan. Värivaikutelmaa luonnehditaan joko kylmäksi, neutraaliksi tai lämpimäksi. Lampun ja sen värivaikutelman valinnassa tulisi ottaa huomioon muun muassa tilan käyttötarkoitus ja sisustuksen värit. Värivaikutelmaan vaikuttaa värilämpötilan lisäksi värintoistokyky, joka edesauttaa sitä, että ympäristön, siinä olevien kohteiden ja ihmisten ihon

12 11 väri toistuu oikeana ja luonnollisena. Yleinen värintoistoindeksi R a kuvaa valonlähteiden värintoisto-ominaisuuksien tasapuolisuutta. Sen suurin arvo on 100, ja arvo huononee värintoisto-ominaisuuksien heiketessä. Pitkäaikaiseen oleskeluun tarkoitetuissa tiloissa ei tulisi käyttää arvoltaan alle 80:n lamppuja. Erilaisille tiloille on esitetty R a :n minimiarvot standardissa SFS-EN (liite I). (SFS-EN : 2003, ) Värintoistoindeksistä käytetään myös nimitystä CRI (Color Rendering Index) (Kokkonen 2010b) Välkyntä, stroboskooppi-ilmiö ja päivänvalo Välkyntää ei saisi esiintyä valaistuksessa, koska siitä voi seurata keskittymisvaikeuksia ja fysiologisia oireita kuten päänsärkyä. Stroboskooppi-ilmiötä ei myöskään saisi päästä syntymään, sillä siitä voi seurata vaaratilanteita. Sen seurauksena edestakaisin liikkuvien tai pyörivien koneiden liikkeet näyttävät hitaammilta tai pysähtyneiltä. Luonnonvalolla on havaittu olevan positiivinen psykologinen vaikutus, minkä vuoksi sitä suositellaan hyödynnettäväksi sisätiloissa mahdollisuuksien mukaan. Lisäksi säästetään energiaa ja samalla kustannukset pienenevät. (SFS-EN : 2003, ) 2.2 Energianäkökohdat Tarkasteltaessa valaistuksen energiatehokkuutta, on otettava huomioon monta tekijää. Energiatehokkuuteen vaikuttavat paitsi itse valaistustapa ja valaisinsijoittelu, myös tarpeenmukainen käyttö ja valaistusympäristö (kuva 3). (Suomen Valoteknillinen Seura ry 2008, ) Suunnittelussa on tähdättävä siihen, että tilalle asetetut valaistusvaatimukset täyttyvät eikä energiaa tuhlata. Ainoastaan energiankulutuksen minimoimiseksi ei kuitenkaan saisi tinkiä valaistuksen laadusta. (SFS-EN : 2003, 18.) Valaistusta uusittaessa on hyvä tutustua EuP-direktiivin vaikutuksiin valaisinmarkkinoilla. Direktiiviä käsitellään tarkemmin kappaleessa 4.

13 12 Kuva 3. Energiatehokkaan valaistuksen tekijät (Suomen Valoteknillinen Seura ry 2008, 24) Valaistuksen hyötysuhteeseen vaikuttavien tekijöiden merkitys on nähtävissä seuraavassa määritelmässä: η = η valaisin η valaistus (1) η = valaistuksen hyötysuhde η valaisin = valaisimen tehokkuutta kuvaava arvo η valaistus = valaistusasennuksen tehokkuutta kuvaava arvo (Suomen Valoteknillinen Seura ry 2008, 30) Kaavasta 1 nähdään, että pelkästään valaisimen hyvästä hyötysuhteesta ei voida päätellä, että valaistus kokonaisuudessaan olisi energiatehokas, vaan valaistusasennus on myös otettava huomioon. Lamppuja vertaillessa olisi hyvä valita pitkäikäisiä, valotehokkaita ja pienen valovirran aleneman lamppuja. Lamput luokitellaan energialuokkiin siten, että A-luokan lamput ovat energiatehokkaimpia. Lamppua valitessa on hyvä tutkia pakkausmerkintöjä (kuva 4). Energiatehokkuutta voidaan lisätä lamppujen ja valaisimien lisäksi kohteeseen soveltuvilla säätimillä ja ohjauksella. Kohteessa voidaan käyttää yleisvalaistuksen ohjauksessa esimerkiksi läsnäolo- ja päivänvalotunnistimia sekä himmentimiä. (Suomen Valoteknillinen Seura ry a; 12, 20.)

14 13 Kuva 4. Lamppujen pakkausmerkinnät (Motiva 2009c, 11) Sisävalaistuksen energiankulutus voidaan arvioida rakennusten ja valaistuksen energiatehokkuusstandardin SFS-EN pohjalta. Energiankulutus voidaan selvittää joko laskemalla tai mittaamalla. Koska valaistuksen suunnitteluvaiheessa valaistuksen mittaus on mahdotonta, on laskenta usein käyttökelpoisempi vaihtoehto. Valaistuksen energiankulutus saadaan varsinaisen valaistuksen ja lepokulutuksen energiankulutuksista seuraavasti: W t = W L,t + W P,t (2) W t = valaistuksen energiankulutus [kwh] W L,t = varsinaisen valaistuksen energiankulutus [kwh] W P,t = valaistuksen lepokulutus [kwh] (SFS-EN 15193, 16-18) Mikäli tarkastellaan yksittäistä valaistuksen komponenttia, kuten lamppua, voidaan energiankulutus yksinkertaisemmin laskea seuraavalla kaavalla, kun tiedetään komponentin kuluttama sähköteho ja käyttöaika (Halonen et al. 2010, 96): W = P t (3) W = energiankulutus [kwh] P = sähköteho [kw] t = käyttöaika [h]

15 14 Valaistuksen energiankulutustarkasteluissa voidaan tarkastella lisäksi valaistuksen lämpövaikutusta. Sitä voidaan hyödyntää tilan lämmityksessä, mutta käytettäessä energiatehokkaita valaistuslaitteita lämpövaikutus pienenee. Tällöin tilan lämmitykseen on käytettävä enemmän energiaa. Toisaalta lämpiminä vuodenaikoina jäähdytyksen tarve pienenee. Energiatehokkailla valaistusratkaisuilla säästettävää keskimääräistä energiamäärää kohti kulutettu lämmitysenergian määrä siis kasvaa, mutta jäähdytysenergiankulutuksen on osoitettu vähenevän enemmän, kuten kuvasta 5 nähdään. Laskelmat koskevat valaistuksen energiankulutuksen 1 kwh:n pienenemisen vaikutuksia keskimäärin julkisissa rakennuksissa Yhdysvalloissa. (Halonen et al. 2010, 37.) Kuva 5. Keskimääräinen lämmitys- ja jäähdytysenergian muutos (Halonen et al. 2010, 37) 3 VALAISTUS TYYPILLISISSÄ YLIOPISTON TILOISSA Yliopistoissa on monenlaisia tiloja, joista merkittävin osa on opetustiloja ja toimistohuoneiden kaltaisia työhuoneita. Valaistuksen laatuun on kiinnitettävä erityistä huomiota, sillä näkötehtävät ovat vaativia. (Ahponen & Oksaharju 1982, 118.) Standardissa SFS-EN esitetään valaistusvaatimukset erikseen oppilaitoksille ja niiden tilatyypeille (liite I) (SFS-EN : 2003, 42-44). Tässä kappaleessa tarkastellaan erityisesti teknilliselle yliopistolle tyypillisiä tiloja. Niitä ovat luokkahuoneet, auditoriot ja luentosalit; toimistotilat; laboratoriot; aulat, portaikot ja käytävät sekä korkeat tilat. Lisäksi tutustutaan ulkovalaistukseen.

16 Luokkahuoneet, auditoriot ja luentosalit Luokkahuoneiden, auditorioiden ja luentosalien näkötehtäviä ovat kirjoittaminen, lukeminen pöytätasolta ja kirjoitustaululta sekä piirtoheittimeltä ja projektorilta valkokankaalle ja seinälle suunnattujen kuvien ja tekstien katselu. Kuulijan ja luennoitsijan tulee voida nähdä toisensa luonnollisesti ja vaivattomasti. Muun muassa häikäisysuojaus tulee huomioida niin kuulijoiden kuin luennoitsijankin kannalta. Muita tärkeitä laatutekijöitä luokkahuoneiden valaistuksessa ovat valon värikoostumus, varjonmuodostus ja muodonanto sekä näkömukavuus. Myös väistämättä esiintyvän kiillon aiheuttama kontrastien pieneneminen tulee huomioida. Erityisesti on huomioitava luentosalin etuseinän valaistus niin, ettei opetustaulun ympäristö ole liian valoisa eivätkä taulut jää toistensa tai luennoitsijan varjostamiksi. Myös salin seinien yläosaan valaisinten valoalueista jäävät epätasaiset läikät voivat häiritä näkökenttää. (Ahponen & Oksaharju 1982, ) Valaistuksen tulisi olla säädettävä, jotta se vastaisi salin eri käyttötilanteita, kuten projektorin käyttöä. Täyttä valaistusta ei saisi sammuttaa äkillisesti ennen esitystä, eikä myöskään täysin valaista salia heti esityksen jälkeen, sillä silmä ei ehdi tottua äkilliseen valaistuksen heikkenemiseen ja kirkastumiseen. Esitysten aikana valkokangasta ei saisi valaista juuri lainkaan. Luennoitsijan pöydällä olevien muistiinpanojen valaistuksen tulee olla riittävä. Ikkunallisissa saleissa tulee voida käyttää valotiiviitä pimennysverhoja. (Ahponen & Oksaharju 1982, 124.) Erityistä huomiota on syytä kiinnittää kalteviin saleihin, joissa kuulijoiden ja luennoitsijoiden katsesuunnat eivät ole vaakatasossa. Lisäksi salin korkeissa osissa tarvittavan valaistusvoimakkuuden tuottavat valaisimet saavat matalissa osissa aikaan häikäisyä ja kiiltoa. (Ahponen & Oksaharju 1982, ) Valaistuksen lisäksi näkemiseen vaikuttavat paljon myös muut tekijät, kuten kirjoitusvälineiden ja pintojen materiaalit, tekstien ja kuvien suuruus ja selkeys sekä värikontrastit. Nämä tekijät toteutuvat harvoin parhaalla mahdollisella tavalla näkemisen kannalta, minkä vuoksi opetustilojen yleisvalaistuksen laatuvaatimuksia on vaikea täyttää. (Ahponen & Oksaharju 1982, 118.)

17 Toimistotilat Toimistotilojen valaistuksen suunnittelussa on arvioitava työpaikkojen sijoittuminen, katsesuunnat, näkökohteen heijastus- ja kiilto-ominaisuudet sekä ikkunoiden sijainti. Näkökohteen suurin mahdollinen kontrasti saavutetaan katseensuuntaisella valaistuksella. Suositeltavat paikat valaisimille ovat työntekijän sivuilla ja takana. Valon tulisi olla vinosti suunnattu, jos näkökohde on vaakasuorassa työpöydällä. Koska näkökohteita voi olla työntekijän eri puolilla, tulee valaisinten sijoittelua voida muuttaa tai niitä tulee olla useita. (Ahponen & Oksaharju 1982, ) Pienhuonetoimistoissa sopiva työvalaistus saavutetaan usein paikallistetulla yleisvalaistuksella, jolloin lisävalontarve hoidetaan paikallisvalaisimin (Ahponen & Oksaharju 1982, 101). Näyttöpäätetyöpisteiden valaistuksen tulee soveltua niin näytöltä lukemiseen, painetun tekstin lukemiseen kuin käsin ja näppäimistöllä kirjoittamiseenkin. Koska näytöstä saattaa aiheutua kirkkaita heijastumia, on valaisimille, jotka voivat kuvastua tavanomaisissa katsomisolosuhteissa näyttöpäätteiltä, standardoitu luminanssirajat. (SFS-EN :2003, 20.) Suurhuonetoimistojen valaistus on usein pienhuonetoimistojen valaistusta haasteellisemmin toteutettavissa. Valaisin saatetaan joutua sijoittamaan joidenkin työntekijöiden kannalta huonosti. Tällöin tulisi valita valaisin, jonka luminanssi on mahdollisimman pieni häikäisyalueella tai valon pääsy häikäisyalueelle on estetty kokonaan. Keinovaloa joudutaan usein käyttämään luonnonvalon lisäksi suurista huonesyvyyksistä johtuen. (Ahponen & Oksaharju 1982, ) 3.3 Laboratoriot Laboratorioissa valon värintoiston tulisi olla erinomainen ja työpöytien horisontaalisen ja vertikaalisen valaistusvoimakkuuden riittävä. Näkömukavuudesta eli suoran ja epäsuoran häikäisyn suojausvaatimuksista ei saisi tinkiä, ja erillisiä siirrettäviä paikallisvalaisimia tulee olla tarjolla mikroskopiatyöskentelyä sekä instrumenttien ja mittareiden tarkastelua varten. (Ahponen & Oksaharju 1982, 122.)

18 Aulat, portaikot ja käytävät Käytävätilojen valaistuksella luodaan turvallisuutta ja tilan viihtyisyyttä. Erityisesti sisääntuloaulojen suunnittelussa painottuvat arkkitehtoniset seikat. Tilassa voidaan käyttää esimerkiksi erityiskohteiden tehostevalaistusta. Erityishuomiota on kiinnitettävä siihen, ettei sisä- ja ulkotilan valaistusvoimakkuusero ole jyrkkä. Aulan mahdollinen vastaanottopöytä ja muut työpisteet valaistaan huomioiden työtehtävät. Käytävässä liikkuvalle valaistuksen tulisi antaa optista ohjausta. Matalat käytävät valaistaan katto- ja seinävalaisimilla. Korkeissa käytävissä ja portaikoissa voidaan käyttää näiden lisäksi riippuvalaisimia. Hissit ja muut erityiskohdat, pääkäytävät sekä risteävät käytävien alkukohdat saadaan näkymään kaukaa voimakkaalla tai muusta tilasta poikkeavalla valaistuksella. Portaikkojen valaisimet tulee sijoittaa jokaiseen porrasmutkaan niin, että valo lankeaa portaille edestäpäin. (Ahponen & Oksaharju 1982; , 125.) 3.5 Korkeat tilat Yliopistoissa korkeita tiloja ovat tyypillisesti auditoriot ja erilaiset laitehallit. Korkeat tilat tuovat valaistuksen suunnitteluun lisähaasteita, jolloin tulee erityisesti ottaa huomioon lampputyyppi ja -teho sekä huolto- ja kunnossapitokustannukset. Epäilyksistä huolimatta korkeus ei kuitenkaan vaikuta valaistusvoimakkuuteen siinä määrin kuin yleensä pelätään. Valaistus on samaa luokkaa kuin matalammissakin tiloissa, jos tila ei ole kovin pitkä, kapea ja tummaseinäinen. Valaistus on korkeissa tiloissa lähinnä matalia tiloja tasaisempi. Suurempitehoisia lamppuja voi olla järkevää valita, ellei niillä ole esimerkiksi selvästi lyhyempi polttoikä kuin tavanomaisilla lampuilla. Huollon ja kunnossapidon kannalta lamppujen luotettava toiminta on erityisen tärkeää. Huoltoa helpottavat suuremmat valaisinyksiköt sekä valaisinten ripustustapa. (Ahponen & Oksaharju 1982, 271.) 3.6 Ulkovalaistus Ulkovalaistukseen tulee kiinnittää erityistä huomiota pimeinä vuorokauden- ja vuodenaikoina. Sisäänkäyntien ja piha-alueiden valaisulla turvataan kulkeminen, lisätään yleistä

19 18 turvallisuuden tunnetta ja torjutaan ilkivaltaa. Ulkoalueiden valaistuksessa on huomioitava ulkotyövalaistusta koskeva standardi SFS-EN ja siinä annetut määräykset (Suomen Valoteknillinen Seura ry 2008, 14). Julkisivujen valaisemisella voidaan lisäksi vaikuttaa rakennuksen ulkonäköön ja näin lisätä ulkotilojen miellyttävyyttä ja rakennuksen edustavuutta. Tärkeimpiä laatuvaatimuksia ovat häikäisyn torjunta ja valaistuksen sopiminen ympäristöön. Valaisinten on lisäksi hyvä olla mekaanisesti kestäviä ilkivallan varalta. (Ahponen ja Oksaharju 1982, 125.) Valaisinten sijoittelussa keskitytään yleensä ensisijaisesti näkyvään tasoon, ja tämän jälkeen yksityiskohtiin, kuten syvennyksiin, rakenteisiin ja pilareihin sekä ikkuna-aukkoihin. Valaistuksen tulisi olla luonnonvalon suuntaista, jolloin varjot ja valaistavat pinnat näyttävät luonnollisilta. Yliopistoalueeseen liittyvän katu- tai tieosuuden valaistustekniikka on usein käyttökelpoista myös yliopiston ajoväylillä. Jalankulkuväylille soveltuu muutoin ajoväylillä käytetty valaistus, mutta asennuskorkeutta ja valaisimen kokoa voidaan pienentää. Valaisimet voivat olla esimerkiksi viihtyisyyttä luovia puisto- tai aukiovalaisimia. (Ahponen ja Oksaharju 1985, ) 4 ENERGIATEHOKKAAT LAMPPURATKAISUT Tässä kappaleessa tarkastellaan ensin energiatehokkaita lamppuja lainsäädännön kannalta, ja sitten lampputyypeittäin. Lisäksi ennen energiatehokkaita lamppuja esitellään yleisesti käytössä olevia muita lampputyyppejä. Eri lamppujen ominaisuudet on koottu taulukkoon liitteessä II. 4.1 EuP-direktiivin vaikutukset Euroopan Yhteisö pyrkii lainsäädännöllä parantamaan markkinoille tuotavan tekniikan energiatehokkuutta ja ohjaa siten EU-maita kestävään kehitykseen. EU:n komissio on kieltänyt antamallaan asetuksella energiatehokkuudeltaan huonojen kotitalouslamppujen myynnin vaiheittain syksystä 2009 alkaen. Esimerkiksi hehkulamput poistuvat tämän seurauksena kokonaan markkinoilta syyskuuhun 2012 mennessä. (Parlamentin ja neuvoston direktiivi 2005/32/EY.)

20 19 EuP-direktiivi (Energy Using Products), joka tunnetaan myös Eco Design -direktiivinä, asettaa energiaa käyttäville tuotteille ekologista suunnittelua koskevia vaatimuksia. EuPdirektiivi on jatkossa ErP-direktiivi (Energy Related Products), joka julkaistiin EU:n virallisessa lehdessä. EU:n jäsenmaiden on liitettävä ErP-direktiivi osaksi kansallista lainsäädäntöä vuoden 2010 joulukuuhun mennessä. Esitetyt vaatimukset on suunnattu tuotesuunnitteluun ja -kehitykseen, ja ne on annettu tuoteryhmäkohtaisesti, myös valaistustuotteille kuten lampuille. Koska markkinoilla olevat uudet tuotteet ovat automaattisesti valmistajien toimesta direktiivin mukaisia, ei käyttäjän tarvitse huolehtia lamppujen direktiivinmukaisuudesta. Käyttäjien on kuitenkin syytä olla tietoisia markkinoilta poistuvista lampuista ja valaisimista niin, että valaistuksen uusimista ehditään suunnitella etukäteen. Valaistustilanne kannattaa nyt vähintäänkin kartoittaa. (Suomen Valoteknillinen Seura ry 2009, 1-3.) EuP-direktiivi koskee monia esimerkiksi kouluissa, toimistoissa ja ulkoalueilla käytettyjä valaistusratkaisuja. Energiankulutusrajoitukset koskevat loistelamppuja, jotka eivät sisällä virranrajoitinta, suurpainepurkauslamppuja sekä virranrajoittimia ja valaisimia, joihin suurpainepurkauslamput soveltuvat. Koulu- ja toimistovalaistuksessa käytetään useimmiten juuri loistelamppuvalaisimia, joiden virranrajoitin ei ole lampussa vaan valaisimessa. Lisäksi magneettisilla virranrajoittimilla varustettujen valaisinten markkinoille tulo estyy 2017 alkaen, minkä jälkeen vain elektronisen virranrajoittimen valaisimet ovat sallittuja. (Suomen Valoteknillinen Seura ry 2009, 1.) Markkinoilta poistuu vuonna 2017 muun muassa niin kutsuttu t12-loistelamppu ja kaksinastainen, sisäisellä sytyttimellä varustettu kompaktiloistelamppu. Jälkimmäisiä käytetään esimerkiksi käytävien alasvaloissa ja koululaispöytävalaisimissa, joihin ei ole saatavilla korvaavia lamppuja. Muun tyyppisissä loistelamppuvalaisimissa uudempia, energiatehokkaampia lamppuja voidaan käyttää. Muussa kuin kotitalouksien ulkovalaistuksessa usein käytettyjen suurpainenatrium- ja monimetallilamppujen energiatehokkuuksille on myös annettu uusia raja-arvoja. Ulkovalaistuksessa käytetyt elohopealamput tulevat poistumaan kokonaan markkinoilta vuonna 2015, eikä valaisimiin ole saatavilla korvaavia lamppuvaihtoehtoja. Osittain poistuvien suurpainenatrium- ja monimetallilamppujen valaisimiin sen sijaan tulee löytymään energiatehokkuusvaatimukset täyttäviä lamppuja. (Suomen Valoteknillinen Seura ry 2009, 2-3.)

21 20 EuP-direktiivin velvoitteet saattavat kiristyä lähivuosina, sillä sen täytäntöönpanosäädöksiä arvioidaan uudelleen vähintään viiden vuoden välein. Direktiivi mahdollistaa raja-arvojen radikaalinkin muuttamisen, mikäli tekniikka kehittyy. Valaistuksen uusimista onkin järkevää pohtia hyvissä ajoin, vaikkei direktiivi sitä vielä vaatisikaan. (Suomen Valoteknillinen Seura ry 2009, 2-3.) 4.2 Hehkulamput sekä suur- ja pienpainepurkauslamput Kuvassa 6 esitetyn hehkulampun valontuotto perustuu lampun sisällä olevan metallisen hehkulangan kuumentamiseen sähkövirralla. Lanka saavuttaa niin korkean lämpötilan, että se alkaa säteillä valoa. Hehkulampun värintoistoindeksi on erittäin hyvä, lähellä maksimiarvoa 100, ja se on ollut erittäin suosittu yleisvalaistuksessa. (Halonen & Lehtovaara 1992; 183, 191.) Hehkulamppujen energiankulutuksesta kuitenkin vain 3 5 % nähdään valona, kun suurin osa sähköstä muuntuu lämmöksi (Suomen kiinteistölehti 2007). Valotehokkuus onkin vain 5 10 lm/w. Hankintakustannukset ovat matalat mutta lampun suhteellisen lyhyen tunnin eliniän vuoksi käyttökustannukset ovat verrattain erittäin korkeat. (Halonen et al. 2010, 96.) Kuva 6. Hehkulamppu (LED) Kuva 7. Elohopealamppu (Taloon.com) Suur- ja pienpainepurkauslamppuja käytetään lähinnä ulkovalaistuksessa. Niiden syttyminen vie useita minuutteja, minkä vuoksi ne eivät ole käyttökelpoisia kaikkiin kohteisiin. Suurpainepurkauslamppuja ovat muun muassa elohopea-, suurpainenatrium- ja monimetallilamput. Kuvassa 7 esitetyn elohopealampun valontuotto perustuu elohopeahöyryn korkeassa paineessa ja lämpötilassa lähettämään sähkömagneettiseen säteilyyn, joka ilmenee valona ja ultraviolettisäteilynä. Lamppu sisältää täytösaineena elohopeaa ja pienen määrän

22 21 jalokaasua inertiakaasuna. Elohopealamppuja on yhä paljon käytössä ulkovalaistuksessa sekä teollisuushalleissa ja varastoissa. Parannetun värintoiston elohopealamppuja käytetään muun muassa suurissa myymälöissä. (Halonen & Lehtovaara 1992, ) Elohopealamppujen valotehokkuus on noin lm/w ja värintoistokyky vaihtelee huonosta hyvään. Niiden hankinta- ja käyttökustannukset ovat kohtuulliset ja elinikä arviolta tuntia. (Halonen et al. 2010, 96.) Suurpainenatriumlampun valontuotto perustuu natriumhöyryssä tapahtuvaan kaasupurkaukseen. Suurpainenatriumlampun valotehokkuus on suuri, lm/w, mutta CRI-indeksi on perinteisissä lampuissa vain 20. Niiden käyttöikä on noin tuntia. Parannetun värintoistokyvyn lampussa CRI on 65 ja valkoisessa 80, mutta niiden valotehokkuus on puolestaan heikompi, lm/w. Niitä voidaan käyttää noin tuntia. Suurpainenatriumlamppujen hankintakustannukset ovat korkeat, mutta käyttökustannukset matalat. (Halonen et al. 2010, ) Käyttökohteita on sekä ulko- että sisätiloissa, esimerkiksi pysäköinti-, varasto- ja urheilualueilla, rakennustyömailla ja kasvihuoneissa. (Halonen & Lehtovaara 1992, 257.) Markkinoille jääviä energiatehokkaita suurpainenatriumlamppuja voidaan käyttää kohteissa, joissa on aiemmin käytetty elohopealamppuja (Suomen Valoteknillinen Seura ry 2008, 16). Monimetallilampuilla voidaan suurpainenatriumlamppujen tapaan korvata poistuvat elohopealamput (Suomen Valoteknillinen Seura ry 2008, 16). Monimetallilampun purkausputki on täytetty useiden eri metallien seoksella. Se on samankaltainen kuin elohopealamppu, mutta sen valo vain on puhtaamman valkeaa ja sillä on parempi värintoistokyky. (Halonen & Lehtovaara 1992, ) Monimetallilamppuja käytetään esimerkiksi ulko-, julkisivu-, teollisuus-, toimisto- ja urheiluhallivalaistuksessa. Lamppu on valotehokkuudeltaan noin lm/w ja käyttöikä tuntia. Hankintakustannukset ovat korkeat, mutta käyttökustannukset matalat. (Halonen et al. 2010, 96.) Pienpainepurkauslamppuja ovat muun muassa induktio- ja loistelamput. Kuvassa 8 esitetyssä induktiolampussa ei ole lainkaan hehkulankaa tai elektrodeja, vaan sen valontuotto perustuu kaasupurkaukseen ja sähkömagneettiseen induktioon. Valo syntyy, kun lampussa aiheutetaan suurtaajuinen energiavirta pienpaineisessa elohopeakaasussa induktiokelan avulla.

23 22 Induktiolamput sisältävät huomattavasti vähemmän elohopeaa kuin loisteputket (kuva 9), ja niiden polttoiäksi ilmoitetaan tuntia. (Halonen & Lehtovaara 1992, 280.) Niiden valotehokkuus on noin lm/w ja värintoistokyky hyvä. Hankintakustannukset ovat aiemmin esiteltyjen suurpainepurkauslamppujen tapaan korkeat ja käyttökustannukset matalat. (Halonen et al. 2010, 96.) Niitä käytetään yleensä katu- ja tievalaistuksessa, ja niiden toimintakyky on erinomainen myös pakkasella. Induktiolamppuja voidaan käyttää pitkän elinikänsä vuoksi erityisesti kohteissa, joissa lampunvaihto on hankalaa. (Pekkala & Vihersaari 2007, ) Kuva 8. Induktiolamppu (Poner Oy) Kuva 9. Loisteputki (El-Brix) 4.3 Halogeeni-, LED- ja loistelamput Markkinoilta poistuville hehkulampuille energiatehokkaimpia vaihtoehtoja ovat tällä hetkellä energiansäästö-, LED- ja halogeenilamput (Motiva 2009b). Vertailtaessa hehku-, energiansäästö- ja tulevaisuuden LED-lampun tunnin elinkaaren hiilidioksidipäästöjä, on ero huomattava (kuva 10). Ledejä vertaillessa kannattaa selvittää, koskevatko annetut tiedot, esimerkiksi valaistusvoimakkuus, yksittäistä lediä vai lampussa tai valaisimessa olevia useita ledejä. Ledeille ei ole vielä olemassa kansainvälistä mittausstandardia, minkä vuoksi eri valmistajien ilmoittamat ominaisuudet eivät ole keskenään täysin vertailukelpoisia. (Kokkonen 2010a.)

24 23 Kuva 10. Lamppujen elinkaaren CO 2 -päästöt (Halonen et al. 2010, 27) Halogeenilamput Kuvassa 11 esitetyn halogeenilampun valontuotto perustuu hehkulampun tavoin metallilangan kuumentamiseen hehkuvaksi. Värintoistokyky on hehkulampun tavoin erittäin hyvä. Halogeenitäytteen ansiosta valotehokkuus on hehkulamppua parempi, lm/w, ja käyttöikä pidempi, tuntia (Halonen et al. 2010, 96). Halogeenitäyte aiheuttaa toisaalta myös palovaaran, minkä vuoksi tulee noudattaa valaisinvalmistajien ja maahantuojien antamia ohjeita. (Sähkötekniikan edistämiskeskus 2009.) Halogeenilamput kuuluvat tyypillisesti C- tai D-energialuokkaan, eikä kyseessä oleviin luokkiin kuuluvia lamppuja ole saatavilla enää syksyn 2016 jälkeen. Ennen syksyä 2016 C- ja D-energialuokan halogeenilampuilla voidaan kuitenkin korvata hehkulamppuja. Saatavilla on myös B- energialuokkaan kuuluvia vähemmän energiaa kuluttavia malleja, jotka tullaan todennäköisesti sallimaan myös syksyn 2016 jälkeen. Niiden valikoiman odotetaan kasvavan voimakkaasti tulevina vuosina. Hankintakustannukset ovat matalat, mutta käyttökustannukset korkeat. Käytöstä poistettavat halogeenilamput laitetaan tavallisen sekajätteen joukkoon. (Motiva 2009b.) Kuva 11. Halogeenilamppu (Ulvilan Fri-Tuotanto Oy)

25 LED-lamput LED-lamput (Light Emitting Diode) ovat valodiodeja, joiden tuottama valo saadaan aikaan valoa säteilevän puolijohteen avulla. Niiden valo on keilamaista toisin kuin esimerkiksi hehkulamppujen, jotka säteilevät valoa tasaisesti ympäristöönsä. Yksittäiset ledit ovat halkaisijaltaan noin 5 mm, ja niitä on suuremmissa lampuissa jopa kymmeniä (kuvat 12 ja 13). (Suomen Valoteknillinen Seura b.) Keksintönä LED-tekniikka on melko vanha, mutta sen suhteellisen heikosta valontuotosta johtuen sitä on käytetty pitkään lähinnä merkkivaloissa sekä kohde- ja korostusvalaistuksessa. Nykyään valontuotto-ominaisuudet vaihtelevat hyvin paljon merkkivaloledeistä aina teholedeihin. (Sähköturvallisuuden edistämiskeskus 2009.) Valon väri on ollut eräs ledien ongelma, mutta nykyään valikoimissa on monenlaisia, muun muassa valkoisia ja lämpimän sävyisiä lamppuja. Myös hankintakustannukset, teho, rakenne, mitat ja elinikä vaihtelevat. Markkinoilta löytyy muun muassa pistemäisiä tunnelmaledejä ja putkiledejä sekä yleisvalaistukseen sopivia pitkänomaisia valopaneeleja ja pyöreitä kattovalaisimia (Oversol Oy 2009; Greenlux Finland Oy). (Motiva 2009b.) Kuva 12. Yksittäinen LED (Xiamen) Kuva 13. Useita ledejä liikennevaloissa (FAD 2004) Ledit kehittyvät jatkuvasti, ja esimerkiksi LED-valopaneelien kerrotaan antavan laajasti aukeavan tasaisen valon ilman minkäänlaista pistemäisyyttä (Greenlux Finland Oy 2010). Niiden valotehokkuus vaihtelee välillä lm/w, ja värintoistokyky on hyvä. Ledien on arvioitu tulevaisuudessa olevan energiatehokkain valaistusratkaisu jopa 200 lm/w valotehokkuudella, ja niitä voidaan hyödyntää lähes kaikenlaisessa valaistuksessa. Käyttöikä

26 25 vaihtelee nykyisin tunnin välillä. Hankintakustannukset ovat korkeat, mutta käyttökustannukset matalat. (Halonen et al. 2010, 96-98). Käytetyt ledit palautetaan SERkeräykseen (Motiva 2009). LED-valaisimien avulla on päästy esimerkiksi Arlandan lentokentän parkkihallin valaistuksessa noin 70 %:n energiansäästöön vanhaan loistelamppuvalaistukseen verrattuna. Hankkeesta julkaistujen laskelmien mukaan LED-valaistuksen hankintakustannukset saadaan takaisin 4,5 vuoden kuluttua asennuksesta. Koska kyseisessä kohteessa käytettyjen LEDlamppujen eliniäksi on ilmoitettu tuntia, ei lampunvaihdolle kyseisiin valaisimiin arvioida olevan tarvetta. Kun lamput ovat elinikänsä päässä vajaan kymmenen vuoden kuluttua, on todennäköisesti jo aiheellista uusia koko valaistusjärjestelmä uudempaan ja entistä energiatehokkaampaan. (Städje, J ) Loistelamput Loistelamput ovat pienpainepurkauslamppuja, ja niiden valo syntyy lampun sisältämässä kaasussa tapahtuvan sähköpurkauksen seurauksena. Lampun pinnassa oleva harmaanvalkoinen loisteaine muuttaa purkauksen tuottaman ultraviolettisäteilyn valoksi. Loisteaineen vuoksi loisteputkien lasi ei ole kirkas. Kaasupurkaus saadaan aikaan lampun sisällä olevalla sytyttimellä. Loistelamppujen liitäntälaitteeksi tarvitaan yleensä joko suuremmissa malleissa käytetty kuristin tai energiatehokkaampi, valaisimeen sijoitettu elektroninen liitäntälaite. Tämän vuoksi pelkkää loistelamppua ei voida kytkeä esimerkiksi perinteisiin hehkulamppuvalaisimiin, joissa liitäntälaitetta ei ole. (Motiva 2009b.) Värisävyltään lamppuja on lukuisia erilaisia, esimerkiksi lämmintä ja kylmää sekä päivänvaloa antavia (Sähköturvallisuuden edistämiskeskus 2009). Niiden värintoistokyky on hyvä ja valotehokkuus lm/w. Loistelamppujen käyttöikä on varsin pitkä, noin tuntia, ja niiden hankinta- ja käyttökustannukset matalat. (Halonen et al. 2010, 96.) T5-loisteputki on nykyisistä loisteputkimalleista kaikkein energiatehokkain ratkaisu. Ne ovat paremman optiikan ansiosta pienikokoisempia kuin vanhemmat, useissa kohteissa vielä käytettävät t8- ja markkinoilta poistuvat t12-loisteputket. T5-lamppujen valontuotto ja värintoisto ovat myös paremmat. (Suomen Valoteknillinen Seura ry a, 12.)

27 26 Energiansäästölampuiksi kutsutaan sellaisia pienloistelamppuja, joissa on kierrekanta ja sisäänrakennettu sytytinlaitteisto (kuva 14). Ne voidaan kytkeä suoraan hehkulamppuvalaisimiin. Syttymisen jälkeen kestää jonkin aikaa, ennen kuin lamppu on lämmennyt ja valontuotto parhaimmillaan. Myyntipakkauksista tätä kirkastumisaikaa ei yleensä saa selville. Saatavilla on tavallisesti valonväriltään ainakin lämpimän ja neutraalin valkoisia lamppuja. (Motiva 2009c, 13.) Energiansäästölamppujen värintoistokyky on hyvä ja valotehokkuus tyypillisesti lm/w. Niiden käyttöikä on arvioilta tuntia. Hankinta- ja käyttökustannusten on arvioitu olevan matalat. (Halonen et al. 2010, 96.) Koska energiansäästölamput sisältävät elohopeaa, tulee käytetyt lamput palauttaa muiden loistelamppujen tavoin sähkö- ja elektroniikkaromun eli SER-keräykseen tai ongelmajätekeräykseen. Jos lamppu rikkoutuu, on noudatettava erikseen annettuja ohjeita riippuen siitä, onko lamppu rikkoutuessaan kylmä vai kuuma. Kylmän lampun rikkoutuessa elohopea leviää pisaroina ympäröiville pinnoille. Jos lämmin lamppu särkyy, elohopea kaasuuntuu ja leviää huonetilaan. (Motiva 2009c, 14.) Kuva 13. Energiansäästölamppu (Honeywell Life Safety) 4.4 Käyttötarkoituksen vaikutus lampun valintaan Lamppuja valitessa kannattaa aina selvittää, minkälaiseen käyttöön lamppu on tarkoitettu. Loiste- ja energiansäästölamput sopivat yleisvalaistukseen. Markkinoilla on myös yleisvalaistukseen suunniteltuja LED-valopaneeleja (Greenlux Finland Oy). Kohdevalaistukseen soveltuvat halogeeni- ja LED-lamput tai tarkoitukseen suunnitellut energiansäästölamput. (Motiva 2009c, 8.)

28 27 Lamput ovat eritavalla herkkiä mekaaniselle rasitukselle. Hehku- ja halogeenilamput menevät rikki hehkulangan katketessa. Niiden hehkulanka venyy lampun lämmetessä ja lyhenee jäähtyessä. Ledit puolestaan ovat lähes immuuneja mekaaniselle rasitukselle (Greenlux Finland Oy). Koska loiste- ja energiansäästölamput sisältävät elohopeaa, tulee niitä käsitellä varoen ja käyttää kohteissa, joissa ne eivät ole erityisessä rikkoutumisvaarassa. Kohteisiin, joissa lamppuja sammutellaan usein tai käytetään vain lyhytaikaisesti, suositellaan valittavan kierrekantaisia halogeenilamppuja tai tarkoitukseen suunniteltuja energiansäästö- ja LEDlamppuja. (Motiva Oy 2009c, 9.) Jotkut lampputyypit soveltuvat himmennyskäyttöön, toiset eivät. Esimerkiksi energiansäästölampuissa ja loisteputkissa on eroja. Muun muassa t5-loisteputket, halogeenilamput ja ledit soveltuvat himmennyskäyttöön erinomaisesti. (Motiva 2009c, 10.) Ulkovalaistuksessa käytetyissä suur- ja pienpainepurkauslampuissa himmennysvaihtoehto ei ole tarpeen, vaikkakin teknisesti useissa mahdollinen. Erityisen korkeissa sisätiloissa, joissa tarvitaan suurta valaistusvoimakkuutta, voidaan käyttää esimerkiksi suurpainenatrium- ja monimetallilamppuja. (I-valo Oy.) Ulkovalaistus voidaan toteuttaa energiansäästölampuilla, loisteputkilla, ledeillä, monimetallitai suurpainenatriumlampuilla. Monimetalli- ja suurpainenatriumlamput soveltuvat erinomaisesti parkki-, aukio-, katu- ja tievalaistukseen. Ympäristön alhainen lämpötila vaikuttaa ledeihin siten, että niiden valontuotto, kestoikä ja energiatehokkuus paranevat (Kokkonen 2010a). Tavallisten energiansäästölamppujen valontuotto-ominaisuudet puolestaan yleensä huononevat kylmissä olosuhteissa. Ulkokäyttöön tarkoitetut energiansäästölamput ovat energiatehokkaita, sillä ulkovalaistuksen käyttöajat ovat yleensä pitkiä. (Motiva 2009b.) 5 LAPPEENRANNAN TEKNILLISEN YLIOPISTON VALAISTUS Tässä kappaleessa tarkastellaan Lappeenrannan teknillisen yliopiston tilojen valaistusta. Koska toisen rakennusvaiheen valaistus uusitaan parhaillaan tehtävän remontin yhteydessä, tarkastellaan tässä ja seuraavassa kappaleessa esimerkkinä juuri kyseistä rakennusvaihetta. Joitakin muutoksia valaistusasennuksiin on vuosien varrella tehty, mutta pääosin valaisimet, niiden sijoittelu ja ohjaus ovat säilyneet alkuperäisinä. Tilat ovat lähinnä kemiantekniikan

29 28 käytössä ja käyttäjiä ovat opiskelijat, tutkijat sekä opetus- ja muu henkilökunta. Tarkasteltavia tyyppitiloja ovat auditoriot, luokkahuoneet, henkilöhuoneet, laboratoriot, kemiantekniikan laitehalli, aula- ja käytävätilat sekä portaikot. 5.1 Nykytila Lappeenrannan teknillisen yliopiston valaistus on eri rakennusvaiheissa hyvin eri-ikäistä. Sisätilojen yleisvalaistus on toteutettu pääosin loisteputkivalaisimin, joista enemmistö on t8- mallia. Uudemmissa rakennusvaiheissa on käytössä t5-loisteputkia. Eteisaulojen yleisvalaistus on toteutettu pienoisloisteputkin. Ulkovalaistuksessa käytetään elohopealamppuja. (Lumme 2010a, Tamper 2010.) Tarkasteltavissa tilatyypeissä tehtiin keväällä 2010 valaistusvoimakkuusmittauksia, jotta saatiin selville valaistuksen yleistilanne. Mittauslaitteena käytettiin testo valaistusvoimakkuusmittaria, josta valaistusvoimakkuuden arvot saatiin lukseina (lx). Mitattuja arvoja verrattiin standardissa SFS-EN esitettyihin tilakohtaisiin valaistusvoimakkuuden minimivaatimuksiin. Mittaukset tehtiin standardia mukaillen siten, että mitatut arvot luettiin lattian rajaan ja hämärimpään kohtaan, esimerkiksi lamppujen väliin asetetusta valaistusvoimakkuusmittarista. Tiloissa ei ole aiemmin tehty valaistusvoimakkuusmittauksia. (Lumme 2010a, Tamper 2010.) Mittaustulokset täyttivät pääosin standardissa esitetyt valaistusvoimakkuusvaatimukset. Valaistusvoimakkuus jäi ohjearvoja alhaisemmaksi lähinnä tiloissa, joissa valaistus oli hyvin epätasaista. Muun muassa rappukäytävässä ja eräässä luokkahuoneessa oli sekä hyvin valaistuja että hämäriä alueita. Valoisissa osissa valaistusvoimakkuudet ylittivät standardin minimiarvot, mutta hämärillä alueilla ohjearvot alittuivat selvästi. Lisäksi joissakin toimistotiloissa työpistevalaistus oli puutteellinen, sillä erillistä kohdevaloa ei välttämättä ollut käytettävissä katon loisteputkivalaisimen lisäksi. Mittaukset tehtiin valoisaan vuorokaudenaikaan, vaikka tiloja käytetään myös hämärään ja pimeään aikaan. Näin ollen todenmukaisin arvo heikoimmalle valaistusvoimakkuudelle olisi saatu hämäränaikaan. Luonnonvalon vaikutus mittaustuloksiin pyrittiin eliminoimaan peittämällä ikkunat tiloissa, joissa se oli mahdollista. Joissain tiloissa, esimerkiksi auloissa ja

30 29 käytävillä, ikkunoita ei ollut mahdollista peittää. Arvot kuitenkin ylittivät standardin minimivalaistusvoimakkuusvaatimukset reilusti, joten itse valaisimen valaistusvoimakkuuden oletettiin yltävän vähintään minimivaatimukseen. 5.2 Muutostarpeet Valaistusvoimakkuusmittausten perusteella valaistuksen suurimman ongelman todettiin olevan valaistuksen epätasaisuus, joten siihen on kiinnitettävä erityisesti huomiota. Lisäksi työhuoneissa tulisi olla kunnollinen yleis- ja kohdevalaistus. Valaistuksen ohjausta suunniteltaessa tulisi puolestaan liiketunnistinten yhteydessä ottaa huomioon valojen syttymisviive hetkestä, jona henkilö astuu tilaan. Esimerkiksi sisääntuloilla valot ovat syttyneet hämärään vuorokaudenaikaan paikoin niin myöhään, että sisään tulija ei ole tallentunut videovalvontalaitteille. Paikoin taas valot ovat sammuneet ennenaikaisesti esimerkiksi henkilön kulkiessa pitkää käytävää. Lisäksi valaisimet on sijoitettu joissakin tiloissa niin korkealle, että lampunvaihto on ollut varsin haastavaa. Valaistuksen huolto- ja ylläpito olisikin hyvä ottaa huomioon etenkin lamppujen sijoittelussa korkeisiin tiloihin. (Lumme 2010a, Aranto 2010, Tamper 2010.) Valaistuksen ylläpitoa ja huoltoa ajatellen olisi hyvä, jos kohteessa käytetyt valaistusratkaisut olisi kirjattu listaan tai taulukkoon, jota päivitettäisiin lamppuja ja valaisimia vaihdettaessa. Tällä hetkellä tällaista listaa ei Lappeenrannan teknillisen yliopiston valaistuksesta ole olemassa. Listan avulla suunnitteluvaiheessa ei tarvitsisi kartoittaa kohteen nykytilaa tarkastamalla valaisin valaisimelta, millainen laite missäkin on käytössä. Lisäksi olisi helpompi tarkistaa, koskevatko esimerkiksi aika-ajoin muuttuvan lainsäädännön, kuten EuPdirektiivin, vaatimukset oman kohteen valaistusratkaisuja. 6 RATKAISUEHDOTUKSET LUT:N TILOIHIN Tässä kappaleessa esitetyt ratkaisuehdotukset valaistuksen toteuttamiseksi koskevat erityisesti Lappeenrannan teknillisen yliopiston tiloja. Niitä voidaan kuitenkin soveltaa myös muihin yliopistoihin ja julkisiin tiloihin.