ENERGIATEHOKAS VALAISTUS Kuva. McKinsey Helsinki 7.6.2011 Tapio Kallasjoki
Kuvat: Greenpeace ja Hawells Sylvania, Osram
Valaistus
Tunnuslukuja valaistuksen energiankulutuksesta Valaistus kuluttaa noin 19% sähköenergiasta maailmassa Suomessa valaistuksen osuus on noin 12% sähköenergiasta Liikerakennuksissa valaistuksen osuus on noin 40-50% sähköenergiasta
VALAISTUKSEN SÄHKÖNKULUTUKSEN JAKAUMA SUOMESSA 7 % 19 % Residential 34 % Commercial Buildings Industry 40 % Street lighting
Mistä valaistuksen energiatehokkuus koostuu? ENERGIATEHOKAS VALAISTUS VALAISTUSTAPA VALAISINSIJOITTELU TARPEENMUKAINEN KÄYTTÖ YMPÄRISTÖ VALONLÄHDE - valotehokkuus - värintoisto VALAISIN - hyötysuhde - valonjako - liitäntälaitteet OHJAUKSET - työpistekohtainen - läsnöoloanturi - valonsäätö LUONNONVALON HYÖDYNTÄMINEN - rakenteet - vakiovalonsäätö HUONETILAN OMINAISUUDET - huonepinnat - työpisteet ja kalusteet
VALAISTUKSEN LAATUVAATIMUKSET ENERGIATEHOKKUUS- KRITEERIT VAIKUTUS VALAISTUS- KUSTANNUKSIIN
HYVÄ VALAISTUS Mahdollistaa näkemisen Sopii esteettisesti ympäristöönsä Toimii teknisesti hyvin On kokonaistaloudellinen On ympäristöystävällinen Laatustandardit Energiastandardit
Valaistuksen laatuvaatimuksia SFS-EN 12464-1 Sisätyöpaikat EN 12464-2 Ulkotyöalueet EN 12193 Urheilutilojen valaistus SFS-EN 1838 Valaistussovellukset. Turvavalaistus. & Sisäasiainministeriön asetus 805/2005 + perustelumuistio. Tievalaistus: Suomen Kuntaliitto - Ulkovalaistuksen tarveselvitys / Suunnitelmaselostus / yleinen osa 2002. SFS-EN 13201-2 Valaistusluokat ja niiden asettamat valotekniset vaatimukset SFS-EN 13201-3 Valaistuksen mitoitus
Suosituksista ja stadardeista on helppo poimia tila- ja tehtäväkohtaiset valaistusvoimakkuusarvot sekä häikäisy- ja värintoistoindeksit esimerkiksi toimistoon Tila, tehtävä tai toiminta E m /lx UGR L R a Arkistointi, kopiointi, jne 300 19 80 Kirjoittaminen, konekirjoitus, lukeminen, 500 19 80 tietojenkäsittely Tekninen piirtäminen 750 16 80 CAD-työasemat 500 19 80 Neuvottelu- ja kokoushuoneet 500 19 80 Vastaanottotiski 300 22 80 Arkistot 200 25 80 SFS-EN 12464-1
tai valaistusvoimakkuusarvot (E m ), tasaisuus (U min av ), häikäisyn aste (GR L ) ja värintoistoindeksi (R a ) teollisuus- ja varastoalueille Teollisuus- ja varastoalueet E m /lx U min av GR L R a Isojen tavaroiden lastaus- ja purkupaikat, joilla toimitaan lyhyt aika 20 0,25 55 20 Isojen tavaroiden lastaus- ja purkupaikat, nosturialueet ja avoimet lastauslaiturit, joilla toiminta on jatkuvaa Osoitteiden lukeminen, katetut lastauslaiturit, työkalujen käyttö työssä 50 0,40 50 20 100 0,50 45 20 Vaativat sähkö-, putki- ja koneasennukset sekä tarkastukset 200 0,50 45 60 SFS-EN 12464-2
KAIKISSA PAIKOISSA EI KUITENKAAN VÄLTTÄMÄTT TARVITA YHTÄ PALJON VALOA
SFS-EN 12464-1 Valaistusvoimakkuus ja tasaisuus Taulukkojen minimiarvot ovat työkohteelle Kohde / Ympäröiv ivä alue Ympäristö Kohde Valaistusvoimakkuus Kohde Ympäristö 750 lx 500 lx 500 lx 300 lx 300 lx 200 lx 200 lx E kohde Lähde: Philips/Lidac > 0.5 m Tasaisuus (E min /E ka ) Kohde Ympäristö 0.70 0.50
Ulkotyöpaikkojen valaistus SFS-EN 12464-2 Valaistusvoimakkuus työkohteessa ja lähiympäristössä Kohde / Ympäröiv ivä alue Valaistusvoimakkuus Ympäristö Kohde > 2 m Kohde Ympäristö 500 lx 100 lx 300 lx 75 lx 200 lx 50 lx 150 lx 30 lx 50 Ε m 100 lx 20 lx < 50 lx ei määritelty
Jos valovirta alenee esim. huonojen lamppujen tai toimimattoman valaistushuollon takia, joudutaan suunnitteluvaiheessa valaistus ylimitoittamaan (alenemakertoimen arviointi CIE Report 97:2005) Illuminance levels are maintained levels E ave 100% Initial illuminance Service illuminance Maintenance interval Maintained illuminance E m Lähde Philips/Lidac Operating time
Vapaaehtoisia hankkeita
Ecodesign-direktiivi (2009/125/EC) ErP (Energy related Products) koskee uusia direktiivissä määritettyjä tuotteita. Jäsenmaiden edustajista koostuva säätelykomitea hyväksyy komission lopullisen ehdotuksen täytäntöönpanotoimenpiteeksi, joka menee EU-parlamentin ja ministerineuvoston vahvistettavaksi. Asetukset astuvat voimaan samanaikaisesti kaikissa jäsenmaissa ilman kansallista lainsäädäntöä tai hyväksymistä.
Direktiivi 2009/125/EC (ErP) Valaistustuotteita koskevat täytäntöönpanotoimenpiteet Kotivalaistuksen ympärisäteilevät lamput asetus 244 astui voimaan 13.4.2009 Palvelusektorin valaistustuotteet asetus 245 astui voimaan 13. 4.2009. Kotivalaistuksen kohdelamput ja valaisimet taustaselvitys on valmistunut ja toimenpidesäädöksiä odotetaan.
Perustelut direktiiville Siirtymien energiatehokkaisiin tuotteisiin on ollut hidasta Merkittäviä elinkaarikustannussäästöjä olisi saavutettavissa, mutta niitä ei hyödynnetä Direktiivissä mainittujen tuotteiden merkitys ympäristörasituksen ja energiansäästön kannalta on merkittävä Vapaaehtoinen säästäminen ei tuota tuloksia Direktiivi on linjassa EU:n tavoitteiden kanssa Lähtökohtana on ollut, että markkinoilta poistettavalle tuotteelle löytyy korvaava energiatehokkaampi valonlähde.
Lamppujen valotehokkuuden kehittyminen (Lähde: IEA Annex 45 Guidebook 2010)
Lamppujen valotehokkuudet ja kehitysmahdollisuudet
Ympärisäteilevät lamput (kotitalouksissa)
ErP-säädökset pakottavat siirtymään energiatehokkaampiin lamppuihin Loiste- ja monimetallilamput, ledit lisää luokkia tulossa A+, A++, A+++ Halogeenilamput Hehkulamput
Täytäntöönpanotoimenpiteet kotivalaistuksen lampuille
Vaihtoehtoja hehkulampuille Komission pöytäkirjoista 22.10.2008 Lampputeknologia Energiansäästö (%) Energiatehokkuusluokka Hehkulamppu - E,F,G Perinteinen halogeenilamppu (230V) 0-15 D, E, F Perinteinen halogeenilamppu (12V) 25 C Xenon-täytteinen halogeenilamppu (230V) 25 C IR-halogeenilamppu (infrared-coating) 45 B (alapää) Energiansäästölamppu (hehkulampun muotoinen loistelamppu) 65 B (yläpää) Energiansäästölamppu (paljaat putket) 80 A Kuva: US Department of Energy
Himmeät hehkulamput on helppo korvata energiansäästölampuilla, varsinkin jos valaisimessa on hajottava häikäisysuojaus esim. opaalikupu Yleinen värintoistoindeksi eli R a > 80 827 Värilämpötila T=2700 K eli lämminsävyinen
Kirkkaiden lamppujen korvaamisessa saattaa olla ongelmia
Energiansäästölampun käytössä saattaa tulla muitakin ongelmia ei saa käyttää hämäräkytkimellä ohjattuna ei saa ohjata kellolla ei saa himmentää Markkinoille tulee kuitenkin koko ajan uusia malleja, jotka mahdollistavat esimerkiksi himmenninkäytön.
Kuinka kuluttaja osaa valita parhaan lampun???
Tuotteiden mainostuksessa ei saa sortua ylilyönteihin - tai kuluttaja pettyy - ja uusien energiatehokkaiden tuotteiden markkinoille tulo hidastuu (40 W hehkulamppu 400 lm) (4 W LED-lamppu 170 lm)
European LED Quality Charter Euroopassa on valmisteilla laadun takaava leima korvaaville LED-lampuille - Turvallisuus - Elinikä - Valovirran alenema - Valotehokkuusarvot - Värintoisto - Värinä - Tehokerroin - Tuotteesta annettavat tiedot Väliaikainen logo
Mitä kohdelamppuasetus tuo tullessaan? Lähde: Eco-design Requirements of EuPs, LOT 19, Final report, October 2009 Hehkul. Halog. 230 V Halog. 230 V Halog. 12 V MML Hehkul. Halog. 230 V Halog. 230 V Halog. 12 V MML LED
Näinkö käy, jos LEDit valtaavat markkinat? Lähde: Eco-design Requirements of EuPs, LOT 19, Final report, October 2009 Hehkul. Halog. 230 V Halog. 230 V Halog. 12 V MML LED
Direktiivin 2009/125/EC palvelusektorin täytäntöönpanosäädös Mitä tuotteita koskee: suurpaineiset purkauslamput elohopealamput monimetallilamput suurpainenatriumlamput loistelamput, joissa ei ole sisäistä liitäntälaitetta (siis muut paitsi ns. energiansäästölamput) näille lampputyypeille tarkoitetut valaisimet
Palvelusektorin asetus antaa seuraavia vaatimuksia tuotteille: Lamput energiatehokkuus, valovirran alenema, kuolleisuus (elinikä), tuotteesta annetut tiedot Liitäntälaitteet energiatehokkuus, lepovirtakulutus (stand-by), säädettävyys, tuotteesta annetut tiedot (esim. energiatehokkuusluokka) Valaisimet tuotteesta annetut tiedot sopivuus eri lampuille ja liitäntälaitteille
Direktiivin 2009/125/EC palvelusektorin asetuksen aikataulu Vaihe 1 vuoden kuluttua päätöksestä (2010 alkaen) Vaihe 2 kolmen vuoden kuluttua päätöksestä (2012 alkaen) Vaihe 3 kahdeksan vuoden kuluttua päätöksestä (2017 alkaen) Lisäksi välitarkastelu vuonna 2014
Direktiivin 2009/125/EC vaihe 1 (v. 2010): On annettu minimiarvot loistelamppujen valotehokkuuksille T8-halofosfaattilamput (ns. teollisuussarjan loistelamput) poistuvat Loistelamput, joiden värintoistoindeksi < 80 poistuvat Useimmat kaksinastaiset kompaktiloistelamput meinattiin vahingossa poistaa ( työtapaturma nyt korjattu) kyseisiä lamppuja ei saa tuoda EU-markkinoille ( placed on the market = varastossa olevat lamput saa myydä ja käyttää)
Direktiivin 2009/125/EC vaihe 2 (v. 2012) On annettu minimiarvot suurpaineisten purkauslamppujen valotehokkuuksille Suurpainenatrium- ja monimetallilampuista vain energiatehokkaimmat jäävät markkinoille. paksut T12-sarjan loistelamput poistuvat
Direktiivin 2009/125/EC välivaihe vuonna 2015 ns. korvaavat suurpainenatriumlamput poistuvat markkinoilta elohopealamput poistuvat kokonaan markkinoilta Ongelmana elohopealamppujen poistumisessa on se, että elohopealamppua ei voi suoraan korvata tavanomaisella toisella suurpaineisella purkauslampulla (monimetalli- tai suurpainenatriumlampulla), koska elohopealamppu syttyy ilman ulkoista sytytintä.
Vaihtoehtoja elohopealamppuvalaistuksen uudistamiseksi Vaihdetaan tilalle monimetallilamppuvalaisimet Parempi valon laatu (valkea valon väri, hyvä värintoisto) Kallis lamppu Polttoikä ulkokäytössä n. 3 vuotta Vaihdetaan tilalle suurpainenatriumlamppuvalaisimet Huonompi valon laatu (oranssi väri, huono värintoisto) Edullinen lamppu Polttoikä ulkokäytössä n. 4 vuotta Vaihdetaan tilalle uudet LED-valaisimet Luotettavuus (polttoikä, valovirran alenema) kyseenalainen Valon laatu ulkokäytössä hyvä Häikäisyongelmat Nykytilanteessa vaihtoehtoja vähän Muutetaan vanhoja valaisimia siten, että niihin sopii uusi erilainen valonlähde Vaatii suurehkon asennustyön ja siihen sopivan valaisimen Vastuu uudesta tuotteesta muutostyön tekijällä
Vanhan ulkovalaisimen uudistaminen Salzburgin kaupunki on vaihtanut kaikkiin vanhoihin elohopealamppuvalaisimiin uudet heijastimet, liitäntälaitteet ja pienitehoiset monimetallilamput.
Mesooppisen fotometrian käyttöönotto parantaa tulevaisuudessa valkean valon mahdollisuuksia ulkovalaistuksessa Jan Evangelista Purkine Johannes Evangelista von Purkinje 1787-1869
CIE on hyväksynyt uuden mesooppisen fotometrian perusteet Recommended System for Mesopic Photometry Based on Visual Performance CIE 191:2010 ISBN 978 3 901906 88 6 This report deals with visual task performance based approaches to mesopic photometry with a major aim to establish appropriate mesopic spectral sensitivity functions to serve as the foundation of a system of mesopic photometry. A review of the most important visual tasks and the range of visual conditions typically encountered in the context of night-time driving is given.
Välitarkastelu 2014, jotta esim. LED-valaistuksen kehittyminen voidaan ottaa huomioon voi aiheuttaa muutoksia myöhempiin määräyksiin. Kuva Tapio Kallasjoki
Direktiivin 2009/125/EC vaihe 3 (v. 2017): On annettu energiatehokkuuden minimiarvot kaikille monimetallilampuille Markkinoille tuotavissa loistelamppuvalaisimissa on oltava elektroniset liitäntälaitteet (kuristin ei täytä energiatehokkuusvaatimuksia). antaa entistä paremmat taloudelliset mahdollisuudet älykkäiden energiaa säästävien valaistusohjausten toteuttamiseen
Loistelamppujen liitäntälaitteet on luokiteltu myös energiatehokkuusluokkiin (kuristindirektiivi 2000/55/EY). Palvelusektorin valaistustuotteita koskeva asetus 245/2009 korvasi tämän direktiivin 13.4.2010 Vuonna 2017 vain A2 luokka ja uudet luokat A2 BAT, ja A1 BAT jäävät jäljelle (magneettiset kuristimet poistuvat markkinoilta)
Kaksikantaiset loistelamput loisteputket T12 lamppuja saattaa vielä olla käytössä vanhoissa himmennettävissä valaistusratkaisuissa Parhaillaan ollaan siirtymässä T8 (25 mm) loistelampuista T5 (16 mm) loistelamppuihin. T5 lamppu toimii vain elektronisella liitäntälaitteella. Toimeenpanosäädöksen myötä T5-lamppujen käyttö lisääntyy.
Lampun energiankäyttö ja vaikutus kasvihuonekaasupäästöihin elinkaaren aikana - esimerkkinä pienoisjännitteinen halogeenikohdelamppu -Yli 90 % lampun ilmastovaikutuksista syntyy käytön aikana
SISÄVALAISTUKSEN ENERGIATEHOKKUUSKRITEERIT perustana standardi EN 15193, Energy performance of buildings Energy requirements for lighting standardissa on esitetty LENI-luvun määrittely (Lighting Energy Numeric Indicator) LENI-luku muodostaa osan rakennuksen energiatehokkuuslukua
LENI-luku ilmoittaa koko rakennuksen valaistuksen energian kulutuksen vuodessa. Se ottaa siis huomioon sekä valaistuksen kokonaistehon että käyttöajan. kw/m 2 kwh/m 2,y
Rakennusten energiatehokkuus 2012 Ympäristöministeriön asetus 30.3.2011 Rakennusluvan ehtona on, että rakennus ei saa ylittää sille annettua E- lukua (kwh/m 2,h) Eri energiamuodoille on annettu omat painokertoimet Sähkö 1,7, kaukolämpö 0,7, fossiiliset polttoaineet 1,0, uusiutuvat polttoaineet 0,5 Valaistuksen energiankulutus lasketaan oheisella kaavalla ja tulos kerrotaan energiamuotokertoimella (sähkövalo 1,7; öljylamppu 1,0; päre 0,5) τ d τ w W = k * P * * 24 7 k = käyttöaste P = lämpökuorma (teho) τ d = käyttötunnit vuorokaudessa τ w = käyttöpäivät viikossa 8760 * 1000
LSL (Lighting System Legislation) Tuotteiden energiatehokkuus ei takaa koko systeemin energiatehokkuutta
LEDit tilannekatsaus kevät 2011
Pärjääkö LED perinteisille valonlähteille energiatehokkuudessa värintoistossa polttoiässä luotettavuudessa taloudellisuudessa?
OMINAISUUKSIA, joilla ledien käyttöä yleensä perustellaan pieni koko suuri pintakirkkaus pitkä elinikä hyvä valontuotto alhaisissa lämpötiloissa laaja värivalikoima valo ei sisällä lämpöeikä UV-säteilyä luja rakenne valo valmiiksi suunnattua ja valonjakoa voidaan muokata erilaisilla linsseillä välitön syttyminen säädettävyys alhainen jännite ei sisällä elohopeaa
Ledejä käytetään nykyisin laajalti luminanssipohjaisissa sovelluksissa Kuva: Audi Kuva: Obelux Oy
ja arkkitehtuurivalaistuksessa, kun halutaan tarkasti kohdistettua valoa värillistä valoa ilman suodattimia värinvaihtoa liikkuvaa valoa
ja nyt myös valaisemaan Kuvat: Philips, iguzzini, Osram, Valopää Oy
Ledit katuvalaistuksessa Suomessa ja ulkomailla toteutettu runsaasti koeasennuksia asennukset alkoivat kevyen liikenteen väyliltä ja asuntokaduilta alkuvaiheessa ongelmia valonjaon ja kestävyyden kanssa nyt tilanne muuttumassa ja lähes kaikilta toimittajilta alkaa löytyä LED-versioita eri tuoteperheistä tuotteet kuitenkin edelleen hintavia
LED-tievalaisimien valotehokkuudet kasvavat nopeasti Lähde: Tran Quoc Khanh, Technische Univesitaet, Darmstadt 2010
Linssioptiikalla saadaan aikaan hyvin tarkkoja valonjakokäyriä mikä merkitsee pidempiä pylväsvälejä Lähde: Tran Quoc Khanh, Technische Univesitaet, Darmstadt 2010
LED-katuvalaistus tulee kuitenkin vielä kalliimmaksi kuin suurpainenatrium Katuvalaistuksen hintavertailu Euroa 100000 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 ST-100S 1 ST-100S 2 ST-100S 3 LED 1 LED 2 LED 3 Suurpainenatrium ja LED Rakentamiskustannukset euroa/km Elinkaarikustannukset euroa Kapea maantie, ajorata 6 m, Valaistusluokka AL5. Laskelman lähdeaineisto SITO Oy, Aleksanteri Ekrias 2010
Monimetallilamppuvalaistukseen verrattuna hinta on jo kilpailukykyinen Katuvalaistuksen hintavertailu 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 ST-50 MT-50 CPO-TW45 LED 1 LED 2 LED 3 LED 4 LED 5 Spn, monimetalli, Cosmopolis, ja LED Investointikustannukset Elinkaarikustannukset Tonttikatu 5 m, Valaistusluokka AL5. Laskelman lähdeaineisto Licon-AT, Mika Saari 2010
Tulevaisuuden haasteita ledeille valotehokkuuden kehittyminen jäähdytys polttoiän arviointi standardointi väriominaisuudet ja värien pysyvyys hintakehitys häikäisyn estäminen
Visuaalisesti tehdyt kokeet osoittavat, että nykyinen värintoistoindeksi (R a ) ei kuvaa oikein valkoisten ledien värintoistokykyä. CIE Report TC 1-62 Tyypillinen valkean LEDin spektri Tyypillinen RGBvalaisimen spektri
VALKOISEN LEDIN SPEKTRIN HAASTEITA -Sinisen valon vahingollinen vaikutus verkkokalvolle -Vihreän aallonpituuden puuttuminen -Punaisen pintavärin huono värintoisto -Valotehokkuuden pieneneminen, kun värilämpötilaa lasketaan (lämmisävyiset LEDit) Kuva:Lumileds
COMMISSION INTERNATIONALE DE L'ECLAIRAGE INTERNATIONAL COMMISSION ON ILLUMINATION INTERNATIONALE BELEUCHTUNGSKOMMISSION CIE TC 1-62 ja TC 1-69 värintoistoindeksi ei vastaa todellisuutta silloin, kun valonlähteellä on sellainen spektrijakauma, jossa on kapeita aallonpituushuippuja. hyvästä värintoistoindeksistä huolimatta jokin yksittäinen väri saattaa korostua tai vääristyä huomattavasti. värintoistoindeksi on uudistettava, jolloin vaihtoehtoina ovat esim. testivärien määrää on lisätään laskentatapaa muutetaan siten, että yksittäiset värien vääristymät tulevat esille käytetään useita eri vertailuvalonlähteitä ehkä yhden indeksin sijasta olisi käytettävä useita tunnuslukuja
COMMISSION INTERNATIONALE DE L'ECLAIRAGE INTERNATIONAL COMMISSION ON ILLUMINATION INTERNATIONALE BELEUCHTUNGSKOMMISSION Uusi komitea CIE TC 1-69 Colour rendering of white light sources To prepare a CIE Technical Report on recommended new metric (or system of metrics) including calculation procedures and justification for recommendation Suggestions more test surfice colours new calculation method of taking care of the large colour shift in single colour more than current two reference light sources maybe colour rendering properties can not be explained by a single number
LED-valaisimien valotehokkuuden arvioidaan ylittävän muut perinteiset valonlähteet nopeasti LED-valaisimien valotehokkuuden kehittyminen 250 200 150 lm/w 100 50 0 2009 2010 2012 2015 2020 Lähde: U.S. Department of Energy 2010
Led-valaisimien hintojen ennustetaan laskevan voimakkaasti Lähde: U.S. Department of Energy 2010
Kansainvälisen standardoinnin puuttuessa teollisuus yrittää kehittää omia standardeja
Valaistuksen energiankulutuksen ennustetaan pienentyvän oleellisesti tulevaisuudessa. Määrä riippuu siitä, tyydyttävätkö LED-tuotteet kuluttajia. Lähde: IEA GUIDEBOOK ON ENERGY EFFICIENT LIGHTING FOR BUILDINGS, 2010
Väheneekö valaistuksen energiankulutus todella, jos valonlähteet muuttuvat energiatehokkaammiksi? Kiitokset mielenkiinnosta! Lisätietoja: tapio.kallasjoki@metropolia.fi