Älykäs katuvalaistus ja valaisimen elinikä Hans Baumgartner Muuttuva valaistus- ja liikenneympäristö Aalto Yliopisto 5.4.2016
Johdanto Älykkäässä katuvalaistuksessa valaistustasoa säädetään valaistuksen tarpeen perusteella. Säädöllä voidaan saavuttaa merkittäviä energiasäästöjä. LED-valaisimien tulee sietää jatkuvaa säätöä ja kytkentää. Jatkuvan säädön aiheuttama terminen rasitus saattaa vaikuttaa valaisimen toimintaan. LEDin himmentäminen kuitenkin pienentää LEDin läpi kulkevaa virtaa ja lämpövaikutusta. Lämpörasituksen ja himmentämisen yhteisvaikutusta ei ole tutkittu. 2
Johdanto LED-valaisimien oletettu elinikä on >> 10 000 h. Katuvalaisimien tapauksessa termisesti kiihdytetty ikäännyttäminen vaatii suuren, lämmitetyn tilan. Huoneenlämmössä tapahtuva ikääntyminen antaa luotettavampia tuloksia, mutta vaatii vuosien mittausperiodin, jonka aikana mittaustulosten tulee olla vertailukelpoisia. Valovirran [lm] ja valotehokkuuden [lm/w] absoluuttinen mittaus pienellä epävarmuudella on välttämätöntä pitkäkestoisissa ikäännytysmittauksissa. 3
Esityksen sisältö Johdanto Ikäännytysmittaukset Tutkitut LED katuvalaisimet Ikäännytysasetelma Fotometriset mittaukset Mittaustulokset Katuvalot E27 kantaiset LEDlamput Yhteenveto ja johtopäätökset
Tutkitut LED-katuvalaisimet Tutkimuksessa käytetyt katuvalaisimet Valmistaja Tyyppi Valovirta [lm] Värilämpötila [K] Elinikä [h] Philips Iridium 13 700 4 000 100 000 iguzzini Archilede HP 7 500 4 000 100 000 Molemmat valaisimet tarkoitettu moottoritiekäyttöön. 20 valaisinta jaettiin kahteen 10 valaisimen ryhmään. Toisen ryhmän valaisimia pidettiin jatkuvasti päällä. Toista ryhmää ohjattiin himmentämällä ja kirkastamalla valaisinta säännöllisesti. 5
Ikäännytysasetelma Valaisimet asennettiin kahteen kerrokseen. Osaan valaisimista asennettiin lämpötilaanturit. Huoneen lämpötila oli (24 ± 1) C ja suhteellinen kosteus (40 ± 20) %. 6
Ikäännytysasetelma 5 iguzzini ja 5 Philips valaisinta poltettiin jatkuvasti 9 tuntia, jonka jälkeen valaisinten annettiin jäähtyä 3 tuntia. Toista 5+5 valaisimen ryhmää ohjattiin täydelle teholle 30 sekunnin ajaksi, jonka jälkeen valaisimet himmennettiin 20 %:iin täydestä intensiteetistä 30 sekunnin ajaksi. 30+30 sekunnin ohjaussykliä jatkettiin 9 tunnin ajan, jonka jälkeen valaisimet sammutettiin 3 tunnin ajaksi. Valaisimia ohjattiin DALI-väylän avulla. 7
Fotometriset mittaukset Valaisimet kytkettiin pois päältä ja mitattiin integroivassa pallossa. Mitatut suureet: Valovirta [lm] Sähköteho [W] Valotehokkuus [lm/w] Suhteellinen spektri 1.65-metrinen integroiva pallo 8
Fotometriset mittaukset Valaisimet mitattiin pystyasennossa. Aiempien mittausten perusteella valaisimen asennon vaikutus mittaustulokseen on merkityksetön. Valaisinten annettiin stabiloitua niin pitkään, että mitatun valovirran muutos oli alle 0.1 % 15 minuutin aikana. Stabiloituminen kesti noin 2 tuntia. 9
Valotehokkuuden mittaus Valotehokkuus [lm/w] η v = Φ / v P Valovirta [lm] Pätöteho [W] 10
Esityksen sisältö Taustaa Ikäännytysmittaukset Tutkitut LED katuvalaisimet Ikäännytysasetelma Fotometriset mittaukset Mittaustulokset Katuvalot E27-kantaiset LEDlamput Yhteenveto ja johtopäätökset
Mittaustulokset Valaisimien valovirta, sähköteho ja spektri mitattiin kolmen kuukauden välein. Valotehokkuus ja värilämpötila (CCT) laskettiin mittaustuloksista. 10 Philips katuvalon suhteellinen valovirran muutos 12
Mittaustulokset valovirta [lm] Keskimääräinen muutos, ylemmässä kuvassa jatkuvasti poltetut valaisimet, alemmassa kuvassa ohjatut valaisimet. 13
Mittaustulokset valotehokkuus [lm/w] Keskimääräinen muutos, ylemmässä kuvassa jatkuvasti poltetut valaisimet, alemmassa kuvassa ohjatut valaisimet. 14
Mittaustulokset värilämpötila (CCT) Keskimääräinen muutos, ylemmässä kuvassa jatkuvasti poltetut valaisimet, alemmassa kuvassa ohjatut valaisimet. 15
Mittaustulokset E27-kantaiset LED lamput 16
Yhteenveto ja johtopäätökset Älykkään ohjauksen vaikutusta 20 katuvalon ikääntymiseen tutkittiin säännöllisillä mittauksilla 2 vuoden ajan. Lämpörasitus ei näytä lyhentävän valaisimien elinikää. Nykyaikaisten katuvalojen valovirta, valotehokkuus tai spektri ei muutu merkittävästi valaisimien ikääntyessä. Pitkäkestoiset ikäännytysmittaukset vaativat pieneen epävarmuuteen kykenevän mittalaitteiston. 17