Life cycle assessment of light sources Case studies and review of the analyses Valonlähteiden elinkaariarviointi Esimerkkitapausten analysointia Leena Tähkämö 18. syyskuuta 2013
Valaistuksen ja valonlähteiden ympäristövaikutukset Valonlähteen (tuotteen) ympäristövaikutukset Valmistus, käyttö, kierrätys Materiaali- ja energiavirrat Päästöt, luonnonvarojen kulutus, jätteet Valon vaikutukset ympäristöön Ihmisiin Psykologisia, biologisia, fyysisiä vaikutuksia Eläimiin, kasveihin Käyttäytyminen, peto-saalis-suhteet Valosaaste Tähtitieteellisten tutkimusten vaikeutuminen
Valonlähteiden ympäristövaikutusten merkitys A) Valaistus kuluttaa noin 19 % sähköstä maailmanlaajuisesti Sähkönkulutus 19% Valaistus C) Muutokset valaistusalalla mm. EU:n ecodesignasetukset B) Valaistuksen uusiminen voi vähentää päästöjä kustannustehokkaasti
Elinkaari Valmistus Jakelu Raaka-aineiden hankinta Käyttö Käytöstä poisto
Elinkaariarviointi Tuotteen ympäristövaikutusten analysointi Elinkaariarvioinnissa tutkitaan tuotteen tai palvelun ympäristövaikutuksia elinkaaren aikana Elinkaariarviointi on standardisoitu menetelmä mutta standardit ovat laveita, jotta niitä voidaan soveltaa mille tahansa tuotteelle tai palvelulle Vertailevassa elinkaariarvioinnissa tuotteita vertaillaan toiminnallisen yksikön perusteella Yhteinen nimittäjä Valonlähteille toiminnallinen yksikkö on usein lumen-tunti
Tutkimuksen tavoitteet Tavoite 1: Luoda malli valonlähteiden elinkaariarvioinneille, jotta varmistetaan vertailtavuus, nopea arviointimenetelmä joka sisältää vain tärkeimmät asiat Tavoite 2: Lisätä tietoutta valonlähteiden ympäristönäkökohdista analysoimalla tehtyjä arviointeja
Kirjallisuuskatsaus Valonlähteiden elinkaariarviointeja tehty 1990-luvulta lähtien Hehkulamput vs. pienloistelamput, loistelamput, LED-lamput, halogeenilamput, purkauslamput Eri menetelmiä käytetty arvioinneissa, analysoitu 15 arviointia v. 1991-2013 Elinkaaren vaiheet Maantieteellinen sijainti Energianlähde Toiminnallinen yksikkö, esim.: 1 16 Mlmh 1 h valaistusta tiettyä lamppua tai valaisinta vastaava tuote 1 kwh vastaava valovirta tietyn käyttöiän ajan Ympäristövaikutukset Ei selkeitä yhtäläisyyksiä lähtötiedoissa LED-lampuille vielä vähän lähteitä
Tutkimuskokonaisuus 4 esimerkkitapausta 1. Ympärisäteilevät lamput (kotitaloudet) 2. LED-syväsäteilyvalaisin (kaupat, hotellit ym.) 3. Loistelamppuvalaisin (teollisuusrakennukset, varastot) 4. Katuvalaisimet
1. Kotitalouksissa tyypillisesti käytettävät ympärisäteilevät lamput Ympäristövaikutukset ja kustannukset Yksinkertaistettu analyysi Elinkaaren vaiheet: valmistus, käyttö Ympäristövaikutukset arvioidaan primäärienergiankulutuksesta, elinkaarikustannukset hankintahinnan ja sähkönhinnan perusteella Ympärisäteilevät lamput, E27-kanta: Hehkulamppu (60 W, 1000 h, 750 lm) Pienloistelamppu (13 W, 8000 h, 750 lm): kierre, kuvullinen, sormi LED-lamppu (9 W, 25000 h, 450 lm) 4 toiminnallista yksikköä: Lamppu Megalumentunti (Mlmh) Tunti valonlähde Keskimääräinen valaistusvoimakkuus 1 m etäisyydellä neliönmuotoiselle 1 m 2 pinta-alalle tunnissa lx m m 2 9
2. LED-syväsäteilyvalaisimen elinkaariarviointi Prosessielinkaariarviointi Valmistus, kuljetus, asennus, käyttö, käytöstä poisto Käyttöskenaariot: polttoikä 15 000 h, 36 000 h, 50 000 h Skenaariot käytön sähköntuotannolle: Euroopan ja Ranskan keskimääräinen Skenaariot käytöstä poistoon: 95 % kaatopaikka, 5 % kierrätys (todellinen) 40 % kaatopaikka, 60 % kierrätys (tulevaisuus) 16 ympäristövaikutusluokkaa LED-syväsäteilyvalaisin 19 W (60 lm/w) Sisältää erillisen liitäntälaitteen Toiminnallinen yksikkö valaisimen käyttö 50 000 h ajan tuottaen 1140 lm valovirta
3. Loistelamppuvalaisimen elinkaariarviointi Prosessielinkaariarviointi Valmistus, kuljetus, käyttö, käytöstä poisto Skenaariot käytön sähköntuotannolle: Suomen keskimääräinen, turve, vesivoima 12 ympäristövaikutuskategoriaa Valaisimessa kaksi loistelamppua (49 W T5) ja elektroninen liitäntälaite Toiminnallinen yksikkö 20 vuotta, jonka aikana valaisinta käytetään 4000 h/vuosi ja se tuottaa 8600 lm valovirran Valovirran alenemaa ei huomioida
4. Elinkaarikustannukset kymmenessä katuvalaistusasennuksessa 10 uusittua katuvalaistusasennusta Vanhana asennuksena joko suurpaine-elohopea- tai -natriumlamppu Uudet asennukset suurpainenatriumlampulla, induktio- tai LED-valaisimella Elinkaarikustannuksille nykyarvomenetelmä, takaisinmaksuaika (yksinkertainen ja aika-arvon huomioiva) Toiminnallinen yksikkö 1 km valaistua tietä Suunnittelusuosituksia ei suoraan huomioitu vaan kustannuslaskelmat tehty olemassa olevan tien todellisien valaisimien asennuksen perusteella Tulevaisuuden (2015) skenaarioita LED-valaisimille Valaisimen valotehokkuus kasvaa, hankintahinta laskee Investointikustannukset Elinkaarikustannukset Hoitokustannukset Jäännösarvo / Käytöstä poiston kustannukset 12
Johtopäätökset 1/3 Käytönaikainen energiankulutus määrää valonlähteen ympäristövaikutukset Energianlähteen valinta vaikuttaa päästöjen määrään ja laatuun Hyvä valotehokkuus tarkoittaa yleensä automaattisesti ympäristöystävällistä valonlähdettä (kokonaisuuden kannalta)
Johtopäätökset 2/3 Esimerkki LED-syväsäteilyvalaisimesta Valmistus tyypillisesti toiseksi merkittävin ympäristövaikutusten aiheuttaja Polttoikä vaikuttaa valmistuksen merkittävyyteen Muut elinkaaren vaiheet ovat käytännössä merkityksettömiä Yksittäisissä vaikutusluokissa muut elinkaaren vaiheet voivat olla merkityksellisiä riippuen energianlähteestä
Johtopäätökset 3/3 Elinkaarikustannuksissa sekä rakennuskustannukset että hoitokustannukset ovat merkittäviä Valonlähteen tyyppi vaikuttaa (hankintahinta, energiatehokkuus) LED-lamppujen ja -valaisinten hankintahinnat alenevat ja valotehokkuus kasvaa Hankinta- ja energiakustannukset pienenvät Esimerkki elinkaarikustannusten jakautumisesta koti- ja katuvalaistuksessa /km 60000 50000 40000 30000 20000 10000 Residual value (median) Maintenance cost (median) Energy cost (median) Investment cost (median) 0 HPS (3) LED (6) Induction (1)
Ehdotus valonlähteiden elinkaariarviointien menetelmälle Kaksi yksinkertaistettua menetelmää: Yksinkertainen malli Pienet resurssit Nopea Huomioi vain tärkeimmät ympäristövaikutukset Laaja malli Yksityiskohtaisempi muttei täydellinen elinkaariarviointi Mahdollistavat nopeasti kehittyvien tuotteiden ympäristövaikutusten arvioinnin Parametri Yksinkertainen Laaja Toiminnallinen yksikkö Elinkaaren vaiheet Ympäristövaikutukset Käytön energianlähde Lumen-tunti Valmistus, käyttö Vain vähän vaikutusluokkia Primäärienergia Tapauskohtainen, riippuu kyseisen sovelluksen toiminnasta Raaka-aineiden hankinta ja valmistus, käyttö, käytöstä poisto Laaja valikoima vaikutusluokkia Todellinen energiantuotanto ko. alueella, korkea- ja vähäpäästöinen energiantuotanto 16