NURMINEN, JUSSI: Energiatehokkaasti valaistu teollisuusalue

ENERGIATEHOKKAASTI VALAISTU TEOLLISUUSALUE Jussi Nurminen Opinnäytetyö Tammikuu 2011 Sähkötekniikann koulutusohjelma Talotekniikan suuntautumisvaihtoehto Tampereen ammattikorkeakoulu

2 TIIVISTELMÄ Tampereen ammattikorkeakoulu Sähkötekniikan koulutusohjelma Talotekniikan suuntautumisvaihtoehto Ohjaaja: diplomi-insinööri Veijo Piikkilä NURMINEN, JUSSI: Energiatehokkaasti valaistu teollisuusalue Opinnäytetyö 37 s., liitteet 6 s. Huhtikuu 2011 Tässä opinnäytetyössä tutkitaan laskelmilla ja eri vaihtoehdoilla uusia, energiatehokkaampia ja nykyaikaisempia valaistusratkaisuja teollisuusympäristöön. Opinnäytetyön tavoitteena on päästä soveltamaan uutta YIT:n Computec- valvomoympäristöä valaistuksen ohjaukseen. Lisäksi tavoitteena on saada halliin vanhojen valaisimien tilalle uudet energiatehokkaammat valaisimet, jotka täyttävät tilan valaistustehokkuusvaatimukset. Työssä on laskelmallisesti saatu vähintään 50 %:n energia- ja huoltokustannussäästöt muuttamalla pelkästään valaistuksen ohjaus YIT:n Computec- valvomoympäristöohjaukseen. Valaisimien uusiminen nykyaikaisiksi lisää vielä huomattavasti säästöjä. Laskelmien ja vertailujen tuloksena tullaan uudistamaan valaistuksen ohjaus teollisuusympäristön rakennuksiin. Asiasanat: Teollisuusvalaistus, valaistus, valvomotekniikka

3 ABSTRACT Tampereen ammattikorkeakoulu Tampere University of Applied Sciences Building Services Engineering Supervisor: M.Sc. Veijo Piikkilä NURMINEN, JUSSI: Industrial building made with energy efficient lighting Bachelor s thesis 37 pages, appendices 6 pages April 2011 In this thesis, new, more energy efficient and more modern lighting solutions to the industry environment are studied by calculations and a variety of alternatives. The aim of this thesis is to be able to apply a new YIT company s Computec-system to control the lighting. In addition, the aim is to replace the old lightning of the industrial environment with new, more energy efficient lights, which reach the demands of the lightning effectiveness in the hall area. At least 50% of savings in energy and maintenance costs are discovered by only changing the control of the lightning to the Computec-system. The renewing of the lights to be more modern will increase the savings considerably even more. As a result of the calculations and comparisons, the control of the lightning will be reformed to the buildings of the industry environment. Key words: industry lighting, lighting solutions, energy efficiency.

4 SISÄLLYSLUETTELO 1 JOHDANTO... 6 2 YLEISTÄ... 7 2.1 Tavoitteet... 7 2.2 Valaistavan tilan esittely... 7 3 TEORIA... 9 3.1 Valaistuksen perussuureet... 9 3.1.1 Lampun lämpötila (astetta)... 9 3.1.2 Valaisimen hyötysuhde... 9 3.1.3 Lamppujen tyyppimerkinnät... 9 3.1.4 Standardivaatimuksien täyttäminen... 10 3.1.5 Ominaisteho... 10 3.1.6 Visuaalisuus... 11 3.2 Lamput... 12 3.2.1 Suurpaineiset purkauslamput... 12 3.2.2 Suurpainenatriumlamppu... 13 3.2.3 Pienpainenatriumlamppu... 13 3.2.4 Elohopealamppu... 14 3.2.5 Monimetallilamppu... 14 3.2.6 Loistelamput... 15 3.2.7 LED... 15 3.3 Liitäntälaiteet... 16 3.3.1 Loistelampun liitäntälaite... 16 3.3.2 Ledin liitäntälaite... 17 3.3.3 Monimetallilampun liitäntälaite... 17 3.4 Ohjausjärjestelmät... 18 3.4.1 Etäkäyttö ja valvomo tekniikka... 19

5 3.5 Valaistuksen mahdolliset ohjaustoiminnot... 20 3.5.1 Liiketunnistin... 20 3.5.2 Kello... 20 3.5.3 Aikarele... 21 3.5.4 Valvomot... 21 4 VALAISTUKSEN SUUNNITTELU... 22 4.1 Suunnittelun lähtökohdat... 22 4.2 Nykyinen valaistus ja ohjaus... 23 4.3 Nykyinen valaistus ja uusi ohjaus... 24 4.4 Oma suunnitelma... 25 4.5 I-Valon valaistussuunnitelma... 26 4.6 Suunnitelmien vertailu... 30 5 DIALUX-OHJELMAN KÄYTTÖ... 31 6 TEOLLISUUSALUELLE SOVELTUVA VALAISTUSRATKAISU... 32 6.1 Valaisin... 32 6.2 Ohjaus... 33 7 YHTEENVETO JA PÄÄTELMÄT... 34 LÄHTEET... 37 LIITTEET...38

6 1 JOHDANTO Opinnäytetyössäni tutkittiin laskelmilla ja eri vaihtoehdoilla uusia, energiatehokkaampia ja nykyaikaisempia valaistusratkaisuja teollisuusympäristöön. Samalla tutkittiin miten erilaiset valaisimet ja ohjausjärjestelmät vaikuttavat energia- ja huoltokustannuksiin, sekä miten teollisuusalueen valaistus saadaan vastaamaan nykyaikaisia tarpeita. Kiinteistönomistaja tulee saamaan pitkäaikaisen valaistustekniikan pienillä energia- ja ylläpitokustannuksilla ja hallissa työskenteleville taataan riittävä ja tasainen valaistus. Työn esimerkkikohteena on käytetty Hyvinkäällä sijaitsevan suuren teollisuusyrityksen hallia, jonka pinta-ala on 3520 m 2. Hallissa työskennellään tällä hetkellä yhdessä vuorossa arkisin noin 12 tuntia päivässä, mutta valaistus on päällä ympäri vuorokauden, seitsemänä päivänä viikossa.

7 2 YLEISTÄ Olen työskennellyt vuoden 2010 kesästä lähtien Hyvinkäällä suurella teollisuusalueella, jossa on useita teollisuushalleja ja toimistokiinteistöjä. Nykyisten trendien mukaan yrityksillä on kovat energiansäästö tavoitteet. Tällä hetkellä teollisuusalueella valaistus on päällä jatkuvasti ympäri vuorokauden, tästä koituu huomattavat energiakulut. Ajatukseni tämän opinnäytetyön tekemiseen sain kiinteistöjen erittäin heikosta valaistuksen ohjauksesta, jota olisi pienin muutoksin mahdollista parantaa merkittävästi. Alueella otettiin käyttöön kesällä 2010 uusi valvomojärjestelmä nimeltään Computec, jota voidaan hyödyntää myös valaistuksen ohjaukseen ja seurantaan. 2.1 Tavoitteet Tavoitteenani on päästä soveltamaan uutta YIT:n Computec valvomoympäristöä valaistuksen ohjaukseen ja keksiä uusia valaistusohjausratkaisuja valvomoympäristö-ohjelman avulla. Computecin avulla pystytään esimerkiksi säätämään valaistusaikaa ja seuraamaan energian kulutusta. Lisäksi tavoitteenani on saada halliin vanhojen valaisimien tilalle uudet energiatehokkaammat valaisimet, jotka täyttävät tilan valaistustehokkuuksien vaatimukset. Computecin ja uusien valaisimien avulla saadaan merkittävät säästöt, sekä energiakustannuksissa että huoltokustannuksissa. 2.2 Valaistavan tilan esittely Esimerkkinä on käytetty teollisuushallia jonka korkeus on 10,5 metriä, leveys 22 metriä ja pituus 160 metriä. Halli on jaettu iän mukaan kahteen eri osaan, jonka A-osassa on noin 40 vuotta vanhat 4x58 W loisteputkivalaisimet ja B-osassa on noin 30 vuotta vanhat 250 W monimetallivalaisimet. Hallin kummallakin sivulla on työpistevalaisimina 58W loisteputkivalaisimet. Hallin toinen puoli on aikanaan palanut tulipalossa, jonka jälkeen sinne on asennettu 250 W monimetallivalaisimet. Teollisuushallissa, jossa tehdään monipuolista ja tarkkuutta vaativaa työtä, tulee valaistustehokkuuden olla vähintään 500 lx ja varastoalueella valais-

8 tustehokkuuden tulee olla vähintään 200 lx. Hallissa on tällä hetkellä käsikytkimet valaistuksen ohjaukseen, joita ei käytetä juuri ollenkaan. Käytännössä hallissa palaa ympäri vuorokauden täysvalaistus. Valaisinhuoltoa tehdään kaksi kertaa vuodessa, jolloin valaisimiin vaihdetaan tarvittaessa liitäntälaite, sytytin ja lamppu. Hallissa on keskitetty kompensointi. Hallissa työskennellään arkipäivisin klo. 05:30-17:30, eli noin 12 tuntia.

9 3 TEORIA 3.1 Valaistuksen perussuureet Alla on esitetty valaistuksessa käytettäviä perussuureita ja komponentteja. 3.1.1 Lampun lämpötila (astetta) "Valolähteen lämpötila kertoo kuinka kuumaksi lamppu lämpenee, kun sitä käytetään." (Limic 2010.) 3.1.2 Valaisimen hyötysuhde Valaisimen hyötysuhde voidaan määrittää käytännössä kahdella eri tavalla. Valaisimen optinen hyötysuhde tarkoittaa valaisimesta määrätyssä ympäristöolosuhteessa lähtevän valovirran suhdetta, valaisimessa olevien lamppujen kokonaisvirtaan mitattuna valaisimen sisätilaan vastaavissa olosuhteissa. Valaisimen optinen hyötysuhde otetaan huomioon vain valon vaimenemisen valaisimen rakenteisiin. Valaisimen käyttöhyötysuhde tarkoittaa valaisimesta määrätyissä ympäristöolosuhteissa tuotantovirranrajoitinta käyttäen lähtevän valovirran suhdetta valaisimessa olevien lamppujen kokonaisvalovirtaan, kun lamppujen valovirta mitataan valaisimen ulkopuolella vertailuolosuhteissa samanlaisia virranrajoittimia käyttäen. Käyttöolosuhde ottaa valon vaimenemisen lisäksi huomioon myös lämpötilan vaikutuksen lamppujen valovirtaan. Käytännössä valaisinvalmistajien tulisi ilmoittaa valaisimen hyötysuhde käyttöhyötysuhteeseen tai vaihtoehtoisesti ilmoittaa, miten julkaistut hyötysuhdearvot ovat mitattu. Optiset käyttöhyötysuhteet ovat käytännössä samat vain hehkulamppuvalaisimilla. (Varsila 2007) 3.1.3 Lamppujen tyyppimerkinnät Lamppujen tyyppimerkinnöistä selviää Ra-indeksi ja värilämpötila. Tyyppimerkintä ilmoitetaan kolmella numerolla, joista ensimmäinen ilmoittaa Ra-indeksin ja kaksi seuraavaa värilämpötilan. Esim. tyyppimerkintä 827 kertoo, että lampun

10 Ra-indeksi on 80 89 % ja värilämpötila 2 700 K. Kuviossa 1 on kaksikantaisen loisteputkilampun tyyppimerkintä. KUVIO 1. Loisteputken tyyppimerkintä 18W/830, Ra-indeksi on 80-89% ja värilämpötila 3000K 3.1.4 Standardivaatimuksien täyttäminen Standardi antaa suosituksia hyvästä valaistuskäytännöstä. Sen valaistusvaatimukset on määritelty näkömukavuuden ja näkötehokkuuden tarpeista lähtien. Valaistusvaatimukset tulee kuitenkin täyttyä tuhlaamatta energiaa. Hyvässä valaistuksessa on oleellista, että vaaditun valaistusvoimakkuuden ohella tyydytetään myös laadulliset ja määrälliset tarpeet. Valaistusstandardi 12/2009 (SFS-EN 12464-1/2003) antaa valaistusvoimakkuusarvoja erilaisiin työtiloihin. Ne määräytyvät näkötehokkuuden ja näkömukavuuden tarpeista. Valaistusvoimakkuusvaatimus annetaan työalueille ja niiden välittömään lähiympäristöön. Tämän lisäksi alueella, jossa työskennellään jatkuvasti yleisenä valaistusvoimakkuuden tasona tulee olla vähintään 200 lx. (Enstopro koulutusaineisto 2009) 3.1.5 Ominaisteho Valaistuksella on 22 %:n osuus kiinteistön sähkönkulutuksesta. Tärkeää on suunnitella valaistusratkaisu, jolla on hyvä hyötysuhde (W/m 2 ).

11 3.1.6 Visuaalisuus Valaistuksen suunnittelussa on ensiarvoisen tärkeää valontehokkuus ja muut valaistuksen tekniset arvot. Valaisimien rakenteet ja muodot ovat tärkeitä hyvien hyötysuhteiden luomiseen, mutta myös ulkonäöllisesti niistä voidaan tehdä mm. sisustuselementtejä. Tärkeää on myös tilaan arkkitehtuurisesti istuva valaisin. Valaisinvalinnoilla voidaan tuoda esiin huoneen muotoja tai erilaisia tavaroita. TAULUKKO 1. Lamppuvalintaan vaikuttavat keskeiset tekijät ovat Fyysiset mitat Tekniset suureet Väriominaisuudet Olosuhteet Ohjattavuus Kokonaiskustannukset koko muoto teho valovirta valotehokkuus (lm/w) valovirran alenema hyötypolttoikä keskimääräinen elinikä värilämpötila värintoisto ominaisuudet jänniteriippuvuus ympäristön lämpötila tärinä polttoasento himmennettävyys kytkentäjaksot syttyminen katkon jälkeen hankintahinta energiakustannukset vaihtokustannukset hävittäminen

12 3.2 Lamput 3.2.1 Suurpaineiset purkauslamput Suurpaineisia purkauslamppuja käytetään myymälöissä ja näyteikkunoissa, teollisuudessa ja ulkoalueiden valaistuksessa. Näiden purkauslamppujen valontuotto perustuu loisteputkien tavoin sähkön kulkemiseen metallihöyryä sisältävässä lasiputkessa (loisteputkessa metallihöyryn paine on kuitenkin pieni). Metallina voi suurpaineisissa lampuissa olla elohopea (sinertävä valo), natrium (kellertävä valo) tai usean metallin seos. Suuresta paineesta johtuen putki on pienikokoinen ja se voidaan sijoittaa suurehkoa hehkulamppua muistuttavaan kupuun. Kuvun sisäpinnassa on loisteainetta kuten loisteputkessakin. Suurpaineisten purkauslamppujen varjopuoliin kuuluu huononlainen värintoisto. Monimetallilampuilla värintoisto on purkauslampuista paras. Suurpaineisten purkauslamppujen syttymisaika on useita minuutteja. Sähkökatkoksen jälkeen syttymisaika on vielä pidempi, koska lampun pitää ensin jäähtyä, että se alkaisi syttymisprosessinsa. Pienimmät suurpaineiset purkauslamput varustetaan samalla kannalla kuin hehkulamput (E 27). Hehkulampun tilalle niitä ei kuitenkaan voi vaihtaa. Suurpaineinenkin purkauslamppu tarvitsee nimittäin liitäntälaitteen (kuristimen) ja siksi näille lampuille valmistetaan valaisimia, joissa liitäntälaite on valmiina. Erillistä sytytintä tämä lamppu ei tarvitse. Suurpaineisten purkauslamppujen valotehokkuus on hyvä. Tehoalue on noin 80 watista ylöspäin. Yhdestä lampusta saadaan paljon valoa, jonka vuoksi näitä lamppuja käytetään paikoissa, joissa tarvitaan isolle alueelle paljon valoa, eikä valon värille aseteta suuria vaatimuksia. Purkauslamppujen luotettava sytytys edellyttää useiden kilovolttien suuruista sytytyspulssia. (STEK 2009)

13 3.2.2 Suurpainenatriumlamppu Suurpainenatriumlamppu (SPNa) tuottaa oranssinkeltaista valoa. Syttyessään se ei saavuta lopullista väriään heti, vaan väri on aluksi vaaleanvioletti ja muuttuu muutaman minuutin aikana vähitellen lopulliseen sävyynsä. Suurpainenatriumlampun toiminta perustuu siihen, että natriumhöyry lähettää näkyvää valoa. Nimestään huolimatta lampun purkausputken höyryn paine on vain murto-osa normaalista ilmanpaineesta. Tavallisesti suurpainenatriumlamput ovat 50 1000 W tehoisia. Valotehokkuus on 70 150 lm/w ja suuritehoisten lamppujen valotehokkuus on pienitehoisia parempi. Keskimääräinen kestoikä on jopa 32 000 tuntia, eivätkä ne merkittävästi himmene elinikänsä aikana, kuten useat muut lampputyypit. Näiden ominaisuuksien ansiosta suurpainenatriumlamput ovat erittäin taloudellisia käyttää. Suurpainenatriumlampun tuottama valo on kellertävää, mikä saa värit näkymään keltaisen eri sävyissä. Nykyään on saatavilla myös värikorjattuja suurpainenatriumlamppuja, joiden värisävyt on korjattu lisäämällä sinistä väriä, ja jotka ovat siten silmille ja kasveille miellyttävämpiä. Näiden valotehokkuus ja kestoikä on kuitenkin tavallisia suurpainenatriumlamppuja pienempi. Hyvää värintoistoa haluttaessa käytetään mieluummin monimetallilamppuja, jotka tuottavat valkoista valoa. Myymälöissä kohdevalaisimissa erityisesti hedelmille käytetään valkoista suurpainenatriumlamppua. (Wikipedia 2011, suurpainenatriumlamppu) 3.2.3 Pienpainenatriumlamppu Pienpainenatriumlamppu (lyhenne on PPNa) tuottaa kirkkaan keltaista, lähes monokromaattista valoa aallonpituudella 589 nm. Lamppu on hyötysuhteeltaan paras sähkölamppu: se tuottaa valoa jopa 200 lm/w, mikä johtuu erityisesti siitä, että sen tuottaman valon aallonpituus on hyvin lähellä aallonpituutta, jolle ihmissilmä on kaikkein herkin (noin 550 nm). Kun pienpainenatriumlamppu syttyy, se säteilee aluksi muutaman minuutin lämpenemisvaiheen aikana punaista neonvaloa. Pienpainenatriumlamppuja voi nähdä lähinnä moottoriteillä. Lamppujen erinomaisesta hyötysuhteesta huolimatta niiden energiankulutus kasvaa ikääntyessä. Uusia valaisimia ei enää asenneta korkean hinnan ja puutteellisen värintoiston vuoksi. Korvaavana tekniikkana käytetään yleensä suurpainenatriumlamppua. (Wikipedia 2011, pienpainenatriumlamppu)

14 3.2.4 Elohopealamppu Lampun valontuotto perustuu elohopeahöyryn korkeassa lämpötilassa ja paineessa lähettämään sähkömagneettiseen säteilyyn, josta pääosa on näkyvää valoa ja osa ultraviolettisäteilyä. Polttimoa ympäröi loisteaineella pinnoitettu suojakupu, joka ultraviolettisäteilyn vaikutuksesta säteilee näkyvää valoa. Näin haitallista säteilyä ei myöskään pääse ulos. Elohopealampun suojakupu voi kuitenkin särkyä esimerkiksi lämpötilanvaihtelun vuoksi, jolloin paljas polttimo saattaa jäädä toimimaan. Tällainen elohopealamppu näyttää palaessaan himmeän sinivihreältä ja on vaarallinen: ultraviolettisäteily voi aiheuttaa silmä- ja ihovaurioita. Näin ollen rikkoontunutta elohopealamppua ei tule katsoa eikä sen valossa oleskella. Elohopealampun polttimo taas on valmistettu kvartsilasista joka kestää hehkuvan elohopeahöyryn kuumuutta joka sulattaisi tavallisen lasin. Elohopealamppu tuottaa melko valkoista valoa, joka on aavistuksen verran sinertävää tai vihertävää. Värintoisto on kohtalainen. Elohopealamput ovat suuritehoisista kaasupurkauslampuista hankintahinnaltaan edullisimpia, mutta myös valontuotoltaan ja hyötysuhteeltaan huonoimpia. Ne myös menettävät merkittävästi valotehoaan elinkaarensa aikana. Tämän vuoksi ne tulisi vaihtaa uusiin säännöllisin väliajoin, vaikka lamput vielä toimisivatkin. Elohopeahöyrylampun valontuotto käytettyä sähkötehoa kohden on moninkertainen hehkulamppuun verrattuna, mutta se soveltuu huonosti lyhytjaksoiseen käyttöön, kuten asuintilojen valaistukseen. Tievalaistuksessa elohopealamput ovat vallitseva tyyppi. Vielä noin puolet kaikista Suomen katuvaloista on elohopealamppuvalaisimia. (Wikipedia 2011, elohopealamppu) 3.2.5 Monimetallilamppu Monimetallilamppu on purkauslamppu, jonka valontuotto perustuu sen purkausputkessa käytettyyn useiden eri metallien seokseen. Lamppu on samankaltainen kuin elohopeahöyrylamppu, mutta sen tuottama valo on puhtaamman valkeaa ja värientoistokyky parempi. Monimetallilamput myös valaisevat elohopealamppuja tehokkaammin, mutta ovat hieman lyhytikäisempiä. Monimetallilamppu on valotehokkuudeltaan lähes suurpainenatriumlampun veroinen (pienitehoiset jopa parempia), ja valon spektri on paljon sinertävämpi. Tehot alkavat 10 watista jatkuen 24 kilowattiin. Monimetallilamput jakautuvat purkausputken materiaalin mukaan kvartsilasisiin ja keraamisiin. Keraamiset lamput edustavat uudempaa tekniikkaa. Ne säilyttävät valovirtansa ja värisävynsä hyvin koko elinikänsä ajan ja niiden valotehokkuus ja värintoisto on vastaavia kvartsilasisia malleja

15 parempi. Nykyisin suurin osa pienitehoisista 20 150 W lampuista on keraamisia, mutta suuritehoiset ovat yhä kvartsilasisia. Keraamisten lamppujen värilämpötila on tavallisesti 3000 K tai 4200 K, kvartsilasisia valmistetaan myös päivänvalon sävyisinä. Tievalaistuksessa tämä lampputekniikka ei ole erityisen laajassa käytössä. Sitä käytetään lähinnä puistojen, kaupunkikeskusten, torien ja aukioiden valaisemisessa, missä luonnollinen valon väri ja värintoistokyky ovat tärkeitä valaistuksen ilmeen ja viihtyvyyden kannalta. (Wikipedia 2011, monimetallilamppu) 3.2.6 Loistelamput Kaksikantaloistelamput tuottavat yli 70 % maailman keinovalosta, mutta käyttävät vain 50 % valaistuksen tarvitsemasta energiasta. Ne kuluttavat vain noin viidenneksen siitä sähköstä, jonka perinteiset hehkulamput käyttävät. Riippuen lampputyypistä ja siitä, kuinka niitä käytetään on kaksikantaloistelamppujen elinikä 5000 45000 tuntia, kun taas perinteinen hehkulamppu kestää vain noin 1000 tuntia. (Osram 2011) Loisteputken valontuotto perustuu sähkön kulkemiseen matalapaineisessa elohopeahöyryssä, jolloin höyry tuottaa sekä näkyvää valoa että ultraviolettisäteilyä. Putken sisäpinnan loisteaine muuttaa ultraviolettisäteilynkin näkyväksi valoksi, jonka väri riippuu loisteaineen koostumuksesta. Putki tarvitsee sytytys- ja liitäntälaitteen. Valossa saattaa esiintyä värinää. Isot loisteputket eivät sisällä sytytys- eikä liitäntälaitetta, vaan niille tarkoitetuissa valaisimissa on erikseen kullekin putkelle sytytin ja ns. kuristin (=rautasydäminen kuparikäämi, joka rajoittaa virran putkikoolle sopivaksi). Saatavilla on myös valaisimia, joissa kuristin ja sytytin on korvattu elektroniikalla. Tällöin putki syttyy nopeammin ja valon värinältä vältytään. (STEK 2009) 3.2.7 LED LED (Light-Emitting Diode) on valoa lähettävä puolijohdekomponentti, jonka toiminta perustuu elektroluminenssiin. Siinä kiinteään aineeseen johdettu sähkövirta saa aineen emittoimaan näkyvää valoa. LED:n valmistusmateriaalit määrittävät sen lähettämän valon aallonpituuden. Toimintatavasta johtuen LED:n lähettämän valon spektri on normaalisti kapea ja värintoisto heikko. Yksittäisen LED:n lähettämän valon väriin ja samalla värintoistoon voidaan vaikuttaa lisäämällä LED-komponentin pintaan erilaisia loisteaineita ja pinnoitteita. Toinen tapa muuttaa LED:n väriä ja parantaa sen värintoisto-ominaisuuksia on sisällyttää samaan LEDyksikköön useampia erivärisiä LED:jä. Nykyään yleisin tapa valmis- taa valkoista valoa lähettävä LED on lisätä sinisen LED:n pintaan loiste-

16 aineeksi fosforia. Käytetty fosfori vaikuttaa valon väriin ja värintoistoon. Tällä tavalla käsitellyillä LED-komponenteilla saavutetaan suhteellisen hyvä värintoisto (Ra 70-95). (Harsia 2008) 3.3 Liitäntälaiteet 3.3.1 Loistelampun liitäntälaite Tavallinen loistelamppuvalaisin, jossa on kuristin ja sytytin, toimii 50 Hz:n verkkojännitetaajuudella. Lampun loisteaine syttyy ja sammuu jatkuvasti, jolloin seurauksena on huojuva, 50 ja100 Hz:n taajuudella värisevä valo. Elektroninen liitäntälaite nostaa taajuuden n. 30 khz:iin (30 000 Hz) tai korkeammalle. Se korvaa sytyttimen, kuristimen, kompensointikondensaattorin ja häiriönpoistokondensaattorin. Siitä saadaan värinänpoiston lisäksi myös muita etuja. Korkeampi taajuus antaa enemmän valoa, mikä säästää energiaa. Koska valoteho pidetään vakiona elektronisissa liitäntälaitteissa, energiankulutus laskee 15-30 % riippuen lampputyypistä, kun käytetään elektronista liitäntälaitetta. Energian säästö on suurimmillaan, jos valaisimessa on kaksi loistelamppua. Valaistuksessa syntyy vähemmän lämpöä pienemmän energiankulutuksen ansiosta. Harmoniset yliaallot ovat huomattavasti pienempiä. Myös magneettikenttä alenee ratkaisevasti, esim. 30 cm:n etäisyydeltä mitattuna kahden loistelampun valaisimessa 650 nt:sta (nanotesla) alle 5 nt:aan. Käytettäessä elektronisia liitäntälaitteita loistelamput kestävät kauemmin. Polttoikä kasvaa jopa 25 %. Lamput syttyvät heti ilman epämiellyttävää vilkkumista tai viivettä. Liitäntälaitteen turvapiiri kytkee automaattisesti vanhentuneet lamput päältä pois. Kuristimella ja sytyttimellä varustettu valaisin yrittää jatkuvasti sytyttää viallisen lampun. Tämä nostaa kuristimen ja sytyttimen lämpötilaa ja kuluttaa turhaan energiaa. Lisäksi vilkkuminen on hyvin ärsyttävää. Turvapiiri estää sekä liitäntälaitteen että valaisimen ylikuumenemisen. Vanhentuneiden lamppujen automaattinen poiskytkentä laskee myös asennuksen huoltokustannuksia. Elektroninen liitäntälaite on paljon hiljaisempi kuin normaali kuristin. Elektroniset liitäntälaitteet mahdollistavat laajan säätöalueen loistelampuille. Valo voidaan tällöin himmentää 100 %:sta aina 5 %:iin. Tällöin on käytettävä ns. ohjattavaa elektronista. (AD-LUX 2010) Ledien hakkuri liitäntälaitteiden tuottavat verkkoon harmonisia yliaaltoja, mitkä saattavat aiheuttaa häiriötä verkossa.

17 3.3.2 Ledin liitäntälaite Liitäntälaitteen tehtävä on muuttaa verkkovirta yleensä 230 V (AC) LED:ille sopivaksi tasavirraksi (DC). LED-valonlähde tarvitsee aina liitäntälaitteen ja yksikertaisimmillaan se on vastus, joka rajoittaa virran sopivaksi. LED:in liitäntälaitteena on yleensä hakkuri. Hakkuritekniikalla saadaan samanlaiset jännitteet ja virrat kuin perinteisellä muuntajatekniikallakin, mutta hakkuritekniikkaan perustuvien muuntajien etuna on niiden pieni koko, keveys ja hyvä hyötysuhde. Tyypillisesti yhden LED:in jännite on 1 10 V ja virta 20 ma 3 A (teholuokat 0,6 W 30 W). On otettava huomioon, että LED-valonlähteessä jännite, virta ja teho voivat olla suurempia, mikäli LED-valonlähteessä on rinnan tai sarjaan kytkettynä useampia puolijohderajapintoja. LED:eillä on kynnysjännite, joka tulee liitäntälaitteessa ottaa huomioon. LED:ejä voidaan käyttää joko suoraan tasajännitteellä virtaa rajoittavan etuvastuksen kanssa tai tasajännitepulsseja antavalla ohjaimella. LED:ien antamat uudet mahdollisuudet monimutkaistavat liitäntälaitteita, joten perinteiset liitäntälaitteet saattavat jättää käyttämättä LED:ien lisäominaisuudet (värit, värilämpötilat, kirkkauden matalapää eli pienempi kirkkaus kuin 5 %). Ohjauksella liitäntälaitteen kautta voidaan saada LED-valonlähteen (kolme LED:iä tai enemmän ja kaikki yksilöllisesti ohjattavissa ohjaimella) värilämpötila muuttumaan ulkopuolisen värilämpötilan mukaan kirkkauden säätymisen lisäksi. Liitäntälaitteen värisäädön oletuksena on, että LED:it valaisimessa ovat värisäätöisiä. Liitäntälaitetta rajoittaa, että sen tulee olla suunniteltu standardoiduille tai tehtaan omille LED:eille. Ilman standardia ei saada välttämättä aikaan yhteneviä liitäntälaitteita. (ST-kortisto 2008, LED-valaistusjärjestelmät 2008,12) 3.3.3 Monimetallilampun liitäntälaite Monimetallilamput tarvitsevat purkauslamppujen tapaan liitäntälaitteeksi virranrajoittimen ja sytyttimen. Kuristimessa on yleensä ulostuloja erillisille verkkojännitteille, jotta voidaan ottaa huomioon asennuspaikan jännitetaso. Monimetallilampun lampputeho määräytyy lamppuvirran, verkkojännitteen sekä kuristimen impedanssin perusteella. Kuristimen avulla on lampputeho pyrittävä pitämään mahdollisimman lähellä nimellisarvoaan. Lampputehon muutokset aiheuttavat muutoksia purkausputkien lämpötilassa ja höyrypaineessa. Tämä merkitsee muutoksia valovirrassa ja valon väriominaisuuksissa. Liian suuri teho lisää purkausputken seinämän tehokuormitusta ja lyhentää siten lampun elinikää.

18 Konvektionaalisen kuristimen sijasta voidaan monimetallilamppu varustaa elektronisella liitäntälaitteella, jolloin lamppu toimii verkkotaajuutta korkeammalla toimintataajuudella. Elektronisia liitäntälaitteita on toistaiseksi vain vähän pientehoisille monimetallilampputyypeille. Monimetallilamppujen sytytinlaitteet ovat tavallisimmin ulkoisia sytyttimiä. Muutamassa lampputyypeissä sytytinosa on lampun ulkokuvun sisällä. (Halonen & Lehtovaara 1992, valaistustekniikan perusteet) 3.4 Ohjausjärjestelmät "Perinteisissä sähköasennuksissa kuorma kytketään aina suoraan päälle. Kytkin ohjaa kuormaa joko suoraan tai releen/ kontaktorin kautta. Kytkimen tai anturin johdotus määräytyy kuorman toiminnon mukaan." (KNX Finland, Sähköinfo Oy 2010 KNX perusperiaatteet 2010) Perinteisessä sähköasennuksissa kun kuorma kytkentään suoraan päälle, saattaa aiheuttaa jännitepiikkejä. Tämä ongelma pystytään välttämään kun kuorman kytkeminen suoritetaan portaittain. Hieman älykkäämpää ohjausta voi tapahtua myös lisälaitteiden avulla, kuten esimerkiksi kellojen, liiketunnistimien, valoisuusanturien, vaihevahtien ja muiden antureiden avulla. Lisälaitteet ohjaavat kuormaa joko suoraan tai releen/ kontaktorin kautta. Älykästä ohjausta voi tehdä lisälaitteiden avulla valvomojärjestelmällä tai erilaisilla ohjausjärjestelmillä kuten KNX, Dali, LonWorks. Ohjausjärjestelmillä voi esimerkiksi asuinrakennuksissa ja teollisuustiloissa päästä energiansäästöihin esim. yksilöllisillä valaistuksen säädöillä, jossa aikaprofiili sovitetaan yhteen auringon valon kanssa ja säädetään tilan valoisuutta sen mukaan. Järjestelmät takaavat sellaisia mukavuustoimintoja ja loogisia operaatioita, jotka eivät olleet toteuttamiskelpoisia perinteisen järjestelmän kanssa. Valvomojärjestelmällä toteutettu ohjauskäsky ohjaa releitä/ kontaktoreita, jonka läpi kuorma kulkee.

19 3.4.1 Etäkäyttö ja valvomo tekniikka Kiinteistöjen paikallis- tai etävalvonta, ohjaukset, energiaseuranta ym. tapahtuvat nykyisin valvomojärjestelmän kautta. Rakennusautomaatiossa valvomon käytön osaaminen ja tehokkuus ovat rakennuksen energiatehokkuuden ja toimivuuden perusedellytyksiä. Järjestelmiä on lukuisia ja niissä on paljon ominaisuuksia, mutta ne jäävät hyödyntämättä, kun käyttäjät eivät niitä tiedosta tai osaa käyttää. Kiinteistöjen käytön ja kunnossapidon ulkoistaminen on johtanut siihen, että huoltohenkilöstön on hallittava eri toimittajien erilaisia järjestelmiä. Rakennusautomaatiojärjestelmän käyttö on vain osa kiinteistönhoitoa ja LVIAjärjestelmää, josta katsotaan aamuisin, ovatko ilmanvaihtokoneet lähteneet käyntiin. Kaikkien IV-koneiden käynnistyminen pitää tarkastaa joka aamu, vaikka hälytyksiä ei olisi esiintynytkään. Valvomojärjestelmän grafiikan avulla selviävät heti myös mahdolliset ongelmat. Koneiden tarkastus ei vie kuin noin kymmenen minuuttia. Yön aikana tulleet hälytykset käydään läpi aamuisin ja niiden pohjalta tehdään tarpeelliset toimenpiteet. Rakennusautomaatiojärjestelmän perusrakenne on tyypillisesti kolmitasoinen ja muodostuu kenttälaitteista, alakeskuksista ja valvomolaitteista. Rakennusautomaatiojärjestelmän kenttälaitteet ovat mittalaitteita ja toimilaitteita, joilla vaikutetaan esimerkiksi lämmitykseen ja ilmastointikoneen toimintaan (esim. lämpötila-, kosteus- ja paineanturit sekä prosesseja säätävät venttiilimoottorit ja ilmastointikoneiden pellinsäätömoottorit sekä taajuusmuuttajat kierrosnopeuden säätöihin). Tilojen olosuhteita ja rakennuksen LVI- ja valaistusjärjestelmän toimintaa valvotaan, säädetään ja ohjataan rakennusautomaatiojärjestelmällä. Sillä pystytään vaikuttamaan olennaisesti kiinteistön ylläpidon suurimpaan vuotuiseen menoerään eli energiankulutukseen. Jos rakennusautomaatiojärjestelmä on säädetty oikein ja sitä käytetään oikein, saavutetaan suunnitteluarvot niin olosuhteissa kuin energian käytössäkin. Moitteettomasti toimiakseen hyvinkin perussäädetty järjestelmä vaatii asiansa osaavan käyttäjän lisäksi myös säännöllistä huoltoa ja kunnossapitoa.

20 3.5 Valaistuksen mahdolliset ohjaustoiminnot 3.5.1 Liiketunnistin Yleisin liiketunnistin on passiivinen infrapunatunnistin (PIR). PIR tunnistaa infrapunasäteilyn voimakkuuden nopean vaihtelun, jotka johtuvat kehon tai muun lämpölähteen liikkeestä. Liiketunnistinta voidaan käyttää esimerkiksi varastoissa missä liikutaan harvoin ja ollaan lyhyitä aikoja. Liiketunnistin kytkee valot automaattisesti päälle kun se havaitsee liikettä ja sammuttaa ne itse tietyn ajan kuluessa, jos tilassa ei ole havaittu liikettä. Tämän ominaisuuden avulla estetään turha valojen päällä oleminen ja säästetään energiaa. Eri liiketunnistinmalleista riippuen niiden toimintaetäisyys vaihtelee noin 2 m-20 m. Asentaminen voidaan suorittaa mallista riippuen, joko seinään tai kattoon. Liiketunnistinta voidaan käyttää joko suoraan ohjaamaan pientä kuormaa, kuten esimerkiksi ulkovalaisinta, tai pelkästään viemällä ohjaustieto apureleelle, jolla voidaan ohjata suuriakin kuormia, kuten esimerkiksi koko hallin valaistusta. Parhaiten liiketunnistin toimii hehkulanka- ja loisteputkivalaisimien ohjaukseen, sillä näitä valoja voidaan sytytellä ja sammutella ilman suurempia ongelmia. Purkauslampuissa tämä tuottaa ongelmia, koska jatkuva sytyttely alentaa lampun elinikää huomattavasti ja lamppu syttyy sammumisen jälkeen vasta muutaman minuutin jäähtymisen jälkeen. 3.5.2 Kello Aikaohjelman voi tehdä kellolla, johon voi määritellä toiminta-aikoja. Kellokytkimiä on mekaanisia, ohjelmallisia, elektronisia tai digitaalisia. Esimerkiksi digitaalikelloon voi määritellä viikko-ohjelman, jossa valot olisivat päällä arkipäivisin työaikana klo 06:00-17:00 välillä, yöaikana klo 17:00-06:00 välillä ja viikonloppuisin valot olisivat automaattisesti kokonaan pois päältä.

21 Kellon ohjaustieto ohjataan apureleille, joilla voidaan ohjata esimerkiksi koko hallin valaistusta. Tämä ohjaustoiminto säästää energiaa ja sopii erittäin hyvin kaikkiin valaistus ratkaisuihin, kun valot eivät ole turhaan päällä. 3.5.3 Aikarele Aikareleitä on vetohidastettuja tai päästöhidastettuja. Aikarele vaatii toimiakseen liipaisutiedon, esimerkiksi painonapilta. Aikareleeseen voi määrittää ajan, kuinka kauan se on virittyneenä. Tätä ohjausratkaisua käytetään esimerkiksi kerrostalon porrasvaloissa, jossa valot ovat painonapin painamisen jälkeen tietyn ajan päällä. 3.5.4 Valvomot Huoltosuunnitelmaa silmälläpitäen on tarpeellista tehdä mittauksia valaistuksessa. Yksi vaihtoehto on laskea valaistuksen käyttötunteja. Tällä voidaan ennakoida ajoissa tulevaa valaisinhuoltoa. Käyttötuntitiedoilla voidaan tulevaisuudessa arvioida myös vuoden sähkönkulutusta valaistuksen osalta. Tiedon vieminen Computec:iin helpottaa käyttötuntien seuraamista eri hallien osalta. Computec:iin voi myös määritellä tietyt raja-arvot, milloin tulisi tehdä huoltohälytys. Tehokuorman mittaamisella voidaan todeta vioittuneet valaisimet tehokuorman putoamisella. Tieto menisi Computec:iin, joka antaisi huoltohälytyksen. Näin tiloissa pysyisi tasaisesti riittävä valaistusvoimakkuus. Toinen vaihtoehto on mitata valoisuustasoa. Valaisimien mennessä rikki tai likaantuessa valoisuustaso tilassa heikkenee ja siitä seuraisi huoltohälytys järjestelmään. Näitä mittauksia yhdistelemällä saadaan mahdollisimman tarkat ja luotettavat mittaustulokset valaisimien ylläpitoon ja huoltoon.

22 4 VALAISTUKSEN SUUNNITTELU 4.1 Suunnittelun lähtökohdat Suunnittelussa esimerkkikohteena on teollisuushalli, jossa on kaksi eri aikakauden valaistusratkaisua. Hallin valaistus on 10,5 m:n korkeudessa, jonka A- osassa on 4x58 W loisteputkivalaisimia ja B-osassa on 250 W monimetallivalaisimia. Hallissa on tällä hetkellä lähes valaistusstandardin määrittelemä valoisuustehokkuus (SFS-EN 12464-1/2003), mutta valaistus on tehohyötysuhteeltaan erittäin huono. Hallin valaistusohjaus on toteutettu ohjauskeskuksella käyttökytkimillä, joita ei juurikaan käytetä. Käytännössä hallissa palaa valaistus vuorokauden ympäri, mistä koituu suuria taloudellisia tappioita niin valaisimien huolto- kuin energiakustannuksissakin. Valaisinhuoltoa tehdään kaksi kertaa vuodessa. Nykyajan trendi on vahvasti energiatehokkuus, jota myös tämän kiinteistön omistaja tavoittelee. Työn lähtökohtana on tutkia nykyvalaistuksen tehokkuutta ja vertailla uusia sovelluksia ja käyttötarkoituksia, noudattaen mahdollisimman hyvää energiatehokkuutta. Olen tehnyt FLUKE 454 verkkoanalysaattorilla mittauksen kolmen vuorokauden ajalta, missä mittasin uudempaa eli B-osaa hallista, jossa on 250 W monimetallivalaisimet. Suoritin mittauksen myös lux-mittarilla koko hallista. Halusin saada käytännön vertailutuloksia laskuilleni. Mittasin tuloksia myös pätötehosta, virtaarvosta, valoisuustehokkuudesta ja loistetehosta, kompensoinnin kanssa ja ilman. Mittauksen aikana valaistus oli kokoajan päällä. Kytkin analysaattorin valaistuskeskuksen syöttöön, jossa ei pitäisi olla mitään muuta kuormaa kuin valaistuskuorma. Tuloksia tarkasteltaessa valaistuskeskus ei syötä suurikuormaisia laitteita, joten tulokset ovat melko luotettavia. Nykyisellä valaistuksella, mutta uudella ohjauksella (kts. luku 4.1.1 sivu 23) ja kokonaan uusissa valaistusratkaisuissa, olen käyttänyt samaa ohjauslogiikkaa, jotta pystyin vertailemaan energia- ja huoltokustannuksia keskenään. Kokonaan uusissa valaistusratkaisuissa on lisänä kulkuvalaistus hallin keskiosassa olevalla käytävällä, mikä luo turvallisuutta pimeässä hallissa kulkiessa. Turvavalaistuksen olen lisännyt jokaiseen muutettuun variaatioon.

23 Olen laskenut eri vaihtoehtojen hintoja ja niiden arvioituja kustannuksia. Olen käyttänyt vertailukelpoisia hintoja, mutta ne eivät kuitenkaan ole reaalitasolla, jotta pystyisin säilyttämään tietosuojan. Energian hinta on otettu paikallisen sähkölaitoksen hinnastosta, komponenttien hinta on saatu tukkuhinnastosta, johon on laskettu keskimäärin noin 20 %:n alennus. Työn hinta on suuntaa antava. Energialaskuissa ei tarvitse huomioida loistehoa, koska hallin kompensointi on tehty keskitetysti, mikä toimii nykyhetkelläkin oikein. 4.2 Nykyinen valaistus ja ohjaus Tein mittauksen verkkoanalysaattorilla FLUKE 454. Kokonaistehoarvo kolmen vuorokauden ajalta oli B-osassa keskimäärin 33 kw, kun valaistusta pidetään päällä ympäri vuorokauden myös viikonloppuisin. Monimetallilampun käyttöikä on noin 1,5 vuotta. Jos valaistuskuorma olisi vain työajan päällä, eli 12 h vuorokaudessa 5 päivänä viikossa, niin energiankulutus putoaisi noin puoleen. Käyttöikä periaatteessa pitenisi noin 9 vuoteen. Valoisuustehokkuus nykyvalaisimilla on osittain puutteellinen. Tämä johtuu likaisuudesta ja vanhanaikaisista valaisimista. Kuviossa 2 näkyy nykytilanne valotehokkuudesta koko hallin osalta. Valaisimien teho on 4,33 W/m 2 /100 lx. KUVIO 2. Hallin mitatut lx arvot Nykyiseen valaistukseen suosittelen lisättäväksi turvavalaistusta oviaukkojen päälle. Turvavalaistus toteutettaisiin omilla valaisimilla, jotka syttyvät sähkökatkoksen aikana ja palaisivat vähintään yhden tunnin, ellei sähkö palaudu.

24 Liitteessä 1 on nykyvalaistuksen Dialux kuva. Keskimääräinen valoteho on 296 lx. Työpisteillä on tarvittava 400 lx. Liitteen valaisimet ovat vain esimerkkejä, koska nykyisiä valaisimia ei enään valmisteta, joten niitä ei löydy Dialuxista enään. Tiputin laskelmissa huoltokerrointa 0,40, jolla pääsin lähelle mitattuja arvoja. 4.3 Nykyinen valaistus ja uusi ohjaus Erittäin edullisiin muutoskustannuksiin voitaisiin päästä, jos käytettäisi tämänhetkisiä valaisimia, mutta valaistuksen ohjausta muutettaisi työajan mukaan poltettavaksi aikaohjaukseksi Computecin kautta. Tämän muutoksen edut olisivat heti nähtävissä energialaskun puolittumisella. Ongelmaksi tästä voisi muodostua vanhat valaisin komponentit, jotka eivät kestäisi välttämättä valaisimien säännöllistä sammuttamista ja sytyttämistä. Hallissa ei myöskään olisi minkäänlaista kulkuvalaistusta, joka saattaisi aiheuttaa vaaratilanteita pimeässä hallissa kulkiessa. Vanhoista valaisinkomponenteista johtuen huoltosuunnitelmaa voitaisiin muuttaa yhteen kertaan vuodessa, sillä valaisimia poltettaisi ajassa puolet vähemmän. Tämä takaa hallissa tasaisen valaistuksen. Ohjaus muuttuisi Computecin taakse, johon voi määritellä valaisimien polttoajan, esimerkiksi 12 tuntia. Tämä mahdollistaisi myös energiakulutuksen seurannan etänä ja helpot valaistusaikojen muutokset työkuormituksen mukaan. Halliin asennettaisiin myös lisäaikakellot, joista voi ajastaa valaistukselle tarvittavan lisäajan. Tämä toiminto saattaa aiheuttaa ongelman, jos esimerkiksi yleisvalaistus ehtii sammua juuri ennen kuin lisäaikakelloa säädetään. Tällöin hallin B-osa on pimeänä monimetallilampun vaatiman viilenemisajan, joka on noin kymmenen minuuttia. Seuraavassa taulukossa on hinta-arvioita energia- ja huoltokustannuksista. Hallin vuosikustannukset putoaisivat noin 50 % nykytilanteesta. Takaisinmaksuaika tälle muutokselle on todella lyhyt. Pidempää aikaväliä tarkasteltaessa tämä ei kuitenkaan ole kovin viisas ratkaisu, koska valaisinkomponentit ovat vanhoja ja

25 valaisimet ovat asennuskorkeuksiensa vuoksi vääräntyyppisiä kyseisen hallin mittasuhteisiin ja käyttötarkoituksiin. Valaisimien teho on 4,33 W/m 2 /100 lx. 4.4 Oma suunnitelma Lähtökohtana minulla oli, että koko valaistus pitäisi toteuttaa monimetallivalaisimilla, koska niissä on erittäin hyvä hyötysuhde ja värintoistokyky kyseiseen käyttötarkoitukseen. Loisteputkivalaisimien asennuskorkeus suositellaan korkeintaan 7 metriin, joten loisteputkivalaisin ei sovellu näihin käyttöolosuhteisiin. Valitsin Fagerhultin mallistosta 250 W valaisimen, josta on kaksi versiota; leveä ja kapea valokeila. Päätin myös säilyttää nykyiset työpistevalaisimet, jotka ovat seinällä työpisteiden päällä suunnattuna 45 asteen kulmassa ja noin 4,5 metrin korkeudessa. Tällä yleisvalaistuksella sain tilaan tasaisen 350-460 lx valaistuksen. Tämä riittää valaistustasoksi standardin (SFS-EN 12464-1/2003) mukaan. Tämän valaistuksen teho on 2,46 W/m 2 /100 lx. Alla on kyseisestä valaisimesta kuva (kuvio 3). KUVIO 3 Fagerhult Hi Lite Met 1xCFO-ET 250 W Suunnittelin myös hallin keskikäytävälle kulkuvalon, jonka toteutin I-valon loisteputkivalaisimilla. Loisteputkivalaisimet soveltuvat tähän tarkoitukseen erittäin hyvin, koska niitä on tarkoituksenmukaista ohjata liiketunnistimilla, jotka tunnistavat liikkeet hallissa. Liiketunnistimet sytyttävät kulkuvalaistuksen vain niiltä osin missä kuljetaan. Loisteputkivalaisimet kykenevät syttymään nopeasti ilman jäähtymisaikoja. On kuitenkin tärkeää määrittää loisteputkivalaisimille minimi-

26 polttoaika, mikä voidaan toteuttaa automatiikalla tai viivereleillä. Jos loisteputkivalaisimet eivät ehdi lämpiämään tarpeeksi ja ne sammutetaan liian nopeasti, niiden elinikä lyhenee huomattavasti. Sopiva aika loisteputkien minimipolttoajaksi on noin 12 minuuttia. Standardit eivät määritä kulkuvalaistukselle valaistusvoimakkuusarvoa, mutta oman kokemukseni pohjalta 70 lx riittää erittäin hyvin hallin keskiosassa kulkuvaloksi. Kulkuvalon tarkoitus on näyttää kulkureitit lisäaikakellolle tai valaistuksen ohjauskeskukselle. Turvavalaistusta ei standardin (Poistumistievalaistus ST-käsikirja 36) mukaan tarvitse olla kyseisessä tilassa, koska tilassa ei ole pyöriviä koneita, jotka sähkökatkoksen aikana voisivat aiheuttaa vaaraa. Mutta on tärkeää, että poistumisreiteillä tai ovilla on oma turvavalaisin, joka sähkön katketessa syttyy ja palaa vähintään tunnin, mikäli sähköt eivät palaudu. Tällä valaistusratkaisulla päästään energia- ja huoltokustannuksissa 85 %:n säästöihin nykyiseen valaistusratkaisuun verrattuna. Valaistuksen ongelmana saattaa olla hieman heikko keskimääräinen valaistusvoimakkuus. Ajan myötä valaisimet likaantuvat, komponentit vanhenevat ja hyötysuhde huononee. Tämä voi johtaa liian alhaiseen valaistustasoon. Liitteessä 2 on oman suunnitelman Dialux kuva. Keskimääräinen valoteho on 353 lx. Työpisteillä valoisuusteho on 460 lx. 4.5 I-Valon valaistussuunnitelma Halusin työhöni ammattilaisen tekemän valaistussuunnitelman, jota pystyn vertailemaan nykyiseen valaistusratkaisuun ja omaan suunnitelmaani. Pyysin I- valon tekemään suunnitelman, joka osoittautui erittäin hyväksi vaihtoehdoksi. Suunnitelman tilaus tapahtui siten, että ilmoitin tilan käyttötarkoituksen, tilan vaatimukset, tilan fyysiset mitat, sekä omat vaatimukseni ja toimitin jo valmiina olleen, itse tekemäni Dialux-pohjan, johon he lisäsivät oman valaistussuunnitelmansa. He toteuttivat yleisvalaistuksen oman mallistonsa 400 W monimetallivalaisimilla, jotka tuottavat keskimäärin noin 466 lx. Yleisvalaistuksen lisäksi päätin jättää työpistevalaisimet paikoilleen, mikä nostaa valaistuksen tason kes-

27 kimäärin 561 lx. Yleisvalaistuksen teho on 2.25 W/m 2 /100 lx. Alla on kyseisestä valaisimesta kuva (kuvio 4). KUVIO 4 I-valo Regular ST/MT- 400 W Liitteessä 3 on I-valon suunnitelema Dialux kuva. Keskimääräinen valoteho on 516 lx. Työpisteillä valoisuusteho on 650 lx. Kulkuvalo on hallin keskiosassa, käytävän päällä yleisvalaistuksen korkeudella toteutettu I-valon 2x80 W loisteputkivalaisimilla, mikä tuottaa käytävälle noin 60 lx. Tämä valaisinvalinta on järkevin, vaikka loisteputkivalaisin ei sovellukaan näin korkeisiin tiloihin asennettavaksi. Silti se antaa vielä tälläkin korkeudella erittäin hyvän ja laajan valaistustehokkuuden. Loisteputkivalaisimien hinta on suhteessa edullinen; niiden polttoiät on pitkiä, varaosat ovat edullisia ja värintoisto on erittäin hyvä. Loisteputkivalaisimen teho on hallissa 2,01 W/m 2 /100 lx. Alla on kyseisestä valaisimesta kuva (kuvio 5).

28 KUVIO 5 I-valo T5 loiste FC-80 W x 2 Liitteessä 4 on I-valon suunnittelema kulkuvalo Dialux kuva loisteputkivalaisimilla. Keskimääräinen valoteho on 48 lx. Käytävällä on 60 lx. Turvavalaistus toteutetaan oviaukkojen päälle asennettavilla omilla turvavalaisimilla, jotka sähkökatkon tapahtuessa palavat vähintään tunnin, ellei sähkö palaudu. Vaatimuksena suunnitelmalle oli muissakin variaatioissa käytetty ohjauslogiikka, joka tapahtuu yleisvalaistuksen osalta Computecin kautta. Käytävän kulkuvalaistuksen liiketunnistinohjaus soveltuu erittäin hyvin I-valon 2x80 W loisteputkivalaisimille. I-valo antoi kulkuvalolle kaksi muutakin vaihtoehtoa. Toinen vaihtoehto oli toteutettu yleisvalaistukseen liitettävällä valaisinmallilla, jossa on 400 W monimetallilamppu ja kulkuvaloksi soveltuva 205 W halogeeni. Halogeenien valaistustehokkuus osoittautui suhteessa loisteputkivalaisimien antamaan valotehoon erittäin heikoksi ja energiasyöpöksi. Mikäli verrataan kulkuvalaistuksen ottamaa tehoa loisteputkivalaisimissa ja halogeeneissä, niin halogeenien tuottama valoisuus teho käytävällä on noin 66 % pienempi, mikä ei ole riittävä käytönkannalta. Halogeenissä valokeila on paljon kapeampi verrattuna loisteputkivalaisimeen. Halogeenin tuottama valoteho hallin reunoilla on noin 75% pienempi kuin loisteputkivalasimilla. Näiden valaisimen etu on siinä, että samassa valaisimessa on kulkuvalo ja yleisvalo, kun monimetallilamppua käytetään normaalisti yleisvalaistuksessa. Halogeenivalaisimen investointi ei ole järkevää, koska vuoteen

29 2012 mennessä halogeenit tullaan kieltämään. Monimetalli- / halogeenivalaisimia on suunnitelmassa käytetty 16 kappaletta ja niiden ottama kokonaisteho on 3,2 kw halogeenien osalta. Halogeenin teho on 7,69 W/m 2 /100 lx. Liitteessä 4 on I-valon suunnittelema kulkuvalo Dialux kuva halogeenivalaisimilla. Keskimääräinen valoteho on 12 lx. Käytävällä on 20 lx. Kolmannessa vaihtoehdossa on käytetty vielä julkaisematonta uutta LED valaisinta. Led:in teho on 39 W ja kokonaisteho on 43 W. Led tuottaa 58 lm/w, 3000 lm hyvällä värintoistolla Ra>85. Valaisimien hintatietoja ei ole vielä julkistettu, mutta vertailen valaisinta olettaen, että se on vähintään monimetallivalaisimen hintainen. LED valaisimella valoisuusteho on lähes sama kuin halogeenillä eli käytävän keskellä on 66 % pienempi, ja hallin reunoilla valoisuusteho on 75% pienempi kuin loisteputkivalaisimilla, mikä ei ole riittävä käytön kannalta. LED valaisimia on käytetty suunnitelmassa 25 kappaletta ja niiden ottama teho on 1 kw. Valaisimien ottama kokonaisteho on muihin vaihtoehtoihin verrattuna hyvin pieni, mutta valaisimia pitää olla suhteessa useampi kuin esimerkiksi loisteputkivalaisimia. Tämä tulee kustannusvaiheessa huomattavasti kalliimmaksi ja takaisinmaksuaika pitenee tämän osalta. Tämä uusi tuote tulee markkinoille kesällä 2011, joten valaisimista ei ole vielä käyttökokemuksia juurikaan, josta johtuen en uskalla suositella tätä valaisinta vielä asiakkaalle. LED valaisimen teho on 1,97 W/m 2 /100 lx. Alla on kyseisestä valaisimesta kuva (kuvio 6). KUVIO 6 I-valo ViVO LED 9719 39 W Liitteessä 6 on I-valon suunnittelema kulkuvalo Dialux kuva LED-valaisimilla. Keskimääräinen valoteho on 15 lx. Käytävällä on 20 lx.

30 4.6 Suunnitelmien vertailu Nykyinen valaistusratkaisu on erittäin huono energiatehokkuuden kannalta. Kiinteistönomistaja joutuu maksamaan turhaan todella suuria valaistuksen tuottamia kustannuksia. Nykyinen valaistus, mutta uusi ohjaus toisi lähes heti 50 % säästöt energia- ja huoltokustannuksiin. Tämän toteutuksen uudistamiseen ei tarvitsisi sijoittaa suuria summia. Muutoksen suurin työ olisi Computecin ohjelmointi, mikä kannattaisi tehdä siten, että toimintoa pystyy hyödyntämään muissakin halleissa. Suosittelen teollisuusalueen kaikkia halleja muutettavaksi vähintäänkin uuteen ohjaukseen. Esimerkki hallissa on niin vanhat valaisinkomponentit, että niillä ei saavuteta järkevää energiatehokkuutta eikä kunnollista valoisuustasoa. Omassa suunnitelmassani valaistustasot ja energiatehokkuudet ovat hyviä. Tällä ratkaisulla päästäisi parhaimpiin energia- ja huoltosäästöihin. Vertailtaessa nykyiseen ratkaisuun, säästö olisi jopa noin 85 %. Valoisuustaso saattaisi laskea myöhemmin käytössä liian heikoksi, kun valaisimien heijastin pinnat alkavat likaantua ja komponentit vanhenisivat. I-Valon suunnitelma on erittäin hyvä ja energiatehokas. Heidän ratkaisulla verraten nykyiseen tilanteeseen säästöä tulisi noin 77 %, joka on hieman vähemmän kuin minun omassa suunnitelmassani. I-Valon suunnitelman etu on hieman korkeampi valoisuustaso, mistä ei koidu haittaa valaistuksen vanhenemisen myötä koska valoisuustaso ei voi tippua liian matalalle.

31 5 DIALUX-OHJELMAN KÄYTTÖ Valaistus suunnitelma toteutettiin Dialux ohjelmalla. Dialuxilla voidaan mallintaa erilaisia valaistustilanteita ja ratkaisuja, sekä verrata niitä keskenään. Teollisuustilojen mallinnus ei onnistu Dialuxilla helposti, koska ohjelmassa on vain asuin-, toimisto- ja ulkotilojen tilaobjekteja. Koska valmiita objekteja ei ollut, jouduin rakentamaan itse käyttämäni hyllyt ja työtasot yhdistämällä erilaisia geometrisiä objekteja. Mallinnuksessa on tärkeää että objektit ovat suunnilleen oikean kokoisia, jotta saadaan selville todellinen valon käyttäytyminen tilassa. Tilan mallintaminen Dialuxissa aloitetaan tekemällä tilasta pohjakuva, johon määritellään ulkoseinät, ovet, ikkunat, pintamateriaalit ja tilan korkeus. Näiden jälkeen lisätään mahdollisimman tarkasti tilassa olevat objektit, kuten pöydät, tuolit, koneet, laitteet yms. Käytettävät valaisimet valitaan valaisinvalmistajalta saatavista tietokannoista. Valaisin voidaan sijoittaa joko yksitellen tai ryhmissä. Valaisimien sijoittelun jälkeen voidaan tilasta laskea valoisuustehokkuus, jota voi verrata valaistus standardiin (SFS-EN 12464-1/2003).

32 6 TEOLLISUUSALUELLE SOVELTUVA VALAISTUSRATKAISU Eri variaatioista päädyin I-Valon suunnitelmaan. Tämä on mielestäni pitkäaikaisin ja energiatehokas ratkaisu. Yleisvalasituksen teho on 2,25 W/m 2 /100 lx, kulkuvalaistuksen teho on 2,01 W/m 2 /100 lx. 6.1 Valaisin Valitsen valaisimiksi I-valon 400 W monimetalli syväsäteilijät. Vaihtoehtoina minulla oli nykyinen valaistusratkaisu ja minun oma suunnitelma, jossa oli 250 W monimetallivalaisimet. Suurpainenatrium valaisin on lähes samanveroinen kuin monimetallivalaisin, mutta ratkaisevaksi eroksi suurpainenatrium lampussa osoittautui värintoisto. Suurpainenatrium lamppuja saa kyllä värikorjattuna, jolloin niiden värintoisto on lähes monimetallilampun tasoa, mutta niiden hinta on reilusti suurempi. Monimetallivalaisin osoittautui hyötysuhteeltaan fiksuimmaksi valinnaksi. Yleisvalaistuksen lisäksi mielestäni on järkevää säilyttää nykyiset työpiste loisteputkivalaisimet, jotka on asennettu 4,5 metrin korkeuteen seinälle. Loisteputkivalaisimet antavat tarkalle työlle hyvin väriä toistavan valon. Monimetallivalaisimien ominaisuuksiin kuuluu, että niiden sammuttua, ne tarvitsevat noin 10 minuutin jäähtymisajan ennen uudelleen syttymistä. Tästä syystä päädyin siihen, että hallin kulkukäytävän päälle tulisi laittaa I-valon 2x80 W loisteputkivalaisimia joita ohjataan liiketunnistimilla. Loisteputkivalaisimen asennuskorkeus suositus on hyvän hyötysuhteen saavuttamiseksi alle 7 m, mutta tässä tapauksessa kulkuvalaistukseen ei tarvitse täyttää valaistustehokkuussuosituksia, vaan riittää, että kulkukäytävä on riittävästi valaistu, jotta hallissa pääsee turvallisesti liikkumaan poistumisteille tai lisäämään aikaa valaistukselle lisäaikapainikkeelta. Turvavalaistus toteutetaan erillisillä turvavalaisimilla, jotka asennetaan ainoastaan uloskulkuoviaukkojen päälle. Turvavalot valaisevat sähkökatkoksen aikana vähintään yhden tunnin, mikäli sähkö ei palaudu. Poistumistievaloiksi valitsin I- valon 3x1,2 W opastevalot, jotka asennetaan jokaisen poistumisaukon päälle.

33 6.2 Ohjaus Valitsen ohjaustavaksi Computec:stä aikaohjauksen. Ajan voi määritellä hallin työkuorman mukaan, mutta yllä olevissa laskuissa olen käyttänyt 12 tunnin polttoaikaa. Halliin tulisi muutama lisäaikakello, joilla saisi määriteltyä yleisvalaistukselle lisäaikaa, mikäli halliin jäätäisi ylitöihin. Valaistuksenohjauskeskukseen tulee normaali kilowattituntimittari jolla pystyy seuraamaan hallin valaistuksen sähkönkulutusta. Mittaria luetaan etänä Computec:stä, jonne voi määritellä hälytysrajat, mikäli sähkönkulutuksessa tapahtuu huomattavaa kasvua. Mittarilla ja Computecin omalla aikalaskurilla pystyy ennakoimaan huoltotarvetta jos joka toinen vuosi tehtävä huolto ei riitä. Kellonajoiksi voi määritellä esimerkiksi 05:30-17:30, ja jos tulee tarvetta jäädä ylitöihin, työntekijöiden on helppo lisätä lisäaikakellolla tarvittava määrä lisäaikaa. Kulkuvalaistusta ohjataan omilla liiketunnistimilla, jotka sijaitsee hallissa. Kulkuvalaistukselle asennetaan aikarele. Kun kulkuvalot syttyy, niin valot palavat vähintään 15 minuuttia.