ST 58-08 RTS 17:21 lm/w 200 150 100 VALONLÄHTEET Tässä ohjeessa esitellään yleisimpien valonlähteiden ominaisuuksia. Markkinoilla olevien valonlähteiden valikoima on muuttunut nopeasti. Tätä on vauhdittanut Euroopan komission ecodesign-direktiivin perusteella markkinoille tuotaville tuotteille asettamat uudet energiatehokkuusvaatimukset. Kortissa luodaan katsaus näihin keskeisiin muutoksiin. Valonlähteiden esittelyssä pääpaino on ledeissä, jotka ovat vallanneet alaa perinteisiltä valonlähteiltä. SISÄLLYSLUETTELO 1 VALONLÄHTEIDEN YLEISIÄ OMINAISUUKSIA 2 MÄÄRITELMÄT 3 ECODESIGN-DIREKTIIVI JA ENERGIAMERKINTÄ 4 VALONLÄHTEET 4.1 Ledit 4.2 Hehkulamput 4.3 Halogeenilamput 4.4 Loistelamput 4.5 Elohopealamput 4.6 Monimetallilamput 4.7 Suurpainenatriumlamput 4.8 Pienpainenatriumlamput 4.9 Induktiolamput LIITTEET KIRJALLISUUTTA Suurpainenatrium Monimetalli 50 Loisteputki Elohopeahöyry Pienloisteputki Hehkulamppu Halogeeni Oled 0 1920 1940 1960 1980 2000 2020 OHJE-EHDOTUS 20.09.2017 1 (12) korvaa RT 75-11118 KH 35-00401 Infra 36-710072 1 VALONLÄHTEIDEN YLEISIÄ OMINAISUUKSIA Valonlähteitä voidaan vertailla keskenään usean eri suureen perusteella. Vertailussa huomioon otettavia tekijöitä ovat esimerkiksi: energiatehokkuus (lm/w) spektrijakauma värisävy ja värisävyvaihtoehdot (värilämpötila) värintoisto-ominaisuudet (R a -indeksi) värierot ja väriominaisuuksien pysyvyys elinikä valovirran alenema säädettävyys välkyntä saatavilla olevat tehot ja valovirrat syttymis- ja lämpenemisominaisuudet liitäntälaitteiden tarve ympäristön lämpötilan vaikutus pintalämpötila pintaluminanssi valonjako mitat, valonlähteen koko ja muoto sallitut polttoasennot hankintahinta ja käyttökustannukset. Valonlähteet poikkeavat toisistaan jo valontuottotavan perusteella: hehkusäteilijät: hehku- ja halogeenilamput ledit: puolijohdevalonlähde, jossa valo syntyy puolijohteiden rajapinnassa elektronien ja aukkojen yhdistyessä vapautuvasta energiasta suurpaineiset purkaussäteilijät: elohopea-, monimetalli- ja suurpainenatriumlamppu pienpaineiset purkaussäteilijät: loistelamppu ja pienpainenatriumlamppu. Valotehokkuus Ø/P (lm/w) kuvaa kuinka hyvin lamppu muuttaa sähköenergiaa valoksi. Kuvassa 1 on esitetty yleisimpien lamppujen valotehokkuuden kehittymistä. Kun tiedetään lampun elinikä, valovirta ja valovirran alenema, saadaan selville koko lampun eliniän aikana tuottama valomäärä. Lamppujen eliniän selvittämiseksi on tehty polttokokeita, mutta luotettavan tiedon saaminen on vaikeaa, koska useiden lamppujen elinikä on niin pitkä ja lamppujen kehitys niin nopeaa, että tiedot ovat osittain vanhentuneita heti valmistuttuaan. Ledit eivät kuole kuten perinteiset lamput, vaan niiden valovirta alenee hitaasti. Siksi ledien elinikä määritetään valovirran aleneman perusteella. Lampun syttymisominaisuuksilla on usein merkitystä lampun käytölle. Hehkusäteilijät ja ledit syttyvät välittömästi ja loistelamppukin lähes yhtä pian varsinkin pikasytytintä tai elektronista liitäntälaitetta käytettäessä. Loistelamppu ei kuitenkaan anna heti täyttä valovirtaansa, vaan sen on lämmettävä ensin. Kuva 1. Eri valonlähteiden valotehokkuuden kehittyminen. Valotehokkuus on huonoin hehkusäteilijöillä (hehku- ja halogeenilampuilla) ja selvästi näitä parempi purkaussäteilijöillä. Ledien valotehokkuus on jo ylittänyt loistelamppujen ja monimetallilamppujen valotehokkuuden ja se kasvaa edelleen. Valotehokkain markkinoilla oleva lamppu on pienpainenatriumlamppu (ei kuvassa), koska se keskittää valon silmälle herkimmälle ja alueelle. Seurauksena on, ettei lamppu toista värejä lainkaan (lähes monokromaattinen valonlähde eli yksitaajuussäteilijä). Siksi pienpainenatriumlamppujen käyttö on harvinaista Suomessa eikä niitä käsitellä tässä kortissa. Led
ohje-ehdotus 2 Sen sijaan suurpaineiset purkauslamput (elohopea-, monimetalli- ja suurpainenatriumlamput syttyvät hitaasti (noin 4 minuuttia). Ne eivät myöskään syty kuumana heti uudelleen, vaan lampun on ensin jäähdyttävä. Lyhytkin jännitekatkos sammuttaa lampun. Valonlähteen koolla on suuri merkitys valaisinsuunnittelun kannalta. Pienikokoiselle valonlähteelle (valontuotto-osa on pieni) on helppoa suunnitella hyvä optiikka (valonheitin). Koska valaiseva pinta on pieni, sen luminanssin on oltava korkea, jolloin valonlähde häikäisee, jollei valaisimessa tai asennuksessa ole hyvää häikäisysuojausta. Valonheittimien valonlähteitä ovatkin tämän johdosta juuri halogeeni-, monimetalli- ja suurpainenatriumlamput ja nykyisin varsinkin ledit. 2 MÄÄRITELMÄT Tässä kortissa käytetyt suureet ja käsitteet määrittelyineen on pääosin esitetty ohjeessa RT 75-11263 Valaistustekniikan perussuureet ja määritelmät. Lisäksi liitteessä 1 esitetään erityisesti leditekniikkaan liittyviä määrittelyjä. Kuva 2. Energiamerkintä. Kuva 3. Ecodesign-direktiivin aiheuttamat keskeiset muutokset valaistusalan tuotteisiin. 3 ECODESIGN-DIREKTIIVI JA ENERGIAMERKINTÄ EuP-direktiivi (Energy Using Products), jonka nykyään korvaa ecodesign-direktiivi, on vaikuttanut paljon markkinoilla olevien valonlähteiden valikoimaan. Ekosuunnittelun vaatimukset ohjaavat valaistuslaitteiden suunnittelua ja asettavat tiukkenevia raja-arvoja markkinoille tuotaville laitteille. Energiamerkinnän tavoitteena on antaa luotettavaa ja vertailukelpoista tietoa laitteiden energiankulutuksesta ja ohjata kuluttajia valitsemaan energiatehokkaita tuotteita. Energiamerkintä perustuu energiamerkintädirektiiviin ja kansallisella tasolla ekosuunnittelulakiin. Merkinnän avulla on annettu tuoteryhmäkohtaisia vaatimuksia markkinoille tuotaville valonlähteille. Energiamerkintää uudistettiin viimeksi vuonna 2012. Silloin siitä poistettiin kaksi alinta luokkaa ja lisättiin luokat A+ ja A++ (kuva 2). Seuraavassa on lueteltu tärkeimpiä Eco-design-direktiivin pohjalta annettuja valonlähteitä koskevia vaatimuksia ja niiden vaikutuksia tuotteiden markkinoille saattamiseen. Vuonna 2009 kotitalouden himmeiden ympärisäteilevien valonlähteiden alimmaksi energialuokaksi määrättiin A. Tämän jälkeen himmeitä hehku- ja halogeenilamppuja ei saanut tuoda markkinoille. Vuonna 2009 kirkkaille kotitalouden ympärisäteileville valonlähteille alimmaksi energialuokaksi määrättiin C, joten se vaikutti vain hehkulamppuihin. Määräys astui voimaan portaittain, kunnes se vuonna 2012 poisti kaikki hehkulamput markkinoita lukuun ottamatta erittäin pienitehoisia lamppuja ja erikoislamppuja. Keväällä 2015 markkinoilta poistuivat elohopealamput ja suurin osa niitä korvaavista lampuista. Tavanomaiset monimetallilamput ja suurpainenatriumlamput tarvitsevat syttyäkseen suurjännitteisen sytyttimen toisin kuin elohopealamput, joten niitä ei voi suoraan asentaa elohopealampun tilalle. Halogeenilamput ovat tavallisesti energialuokassa C. Pienoisjännitteinen halogeenilamppu voidaan nostaa luokkaan B käyttämällä lämpöä heijastavaa lasia (IRC Infra Red Coating). Vuonna 2016 kirkkaiden, ympärisäteilevien lamppujen alin energialuokka oli tarkoitus nostaa luokkaan B, mikä olisi poistanut kirkkaat, verkkojännitteiset, ympärisäteilevät halogeenilamput markkinoilta. Komissio siirsi kuitenkin ajankohtaa kahdella vuodella eteenpäin vuoteen 2018. Vuonna 2017 kiristettiin myös monimetallilamppujen valotehokkuusvaatimuksia, mikä poisti huonoimpia lamppuja markkinoilta. Kohdelampuista markkinoilta ovat poistuneet hehkukohdelamput vuonna 2014 ja verkkojännitteiset halogeenilamput vuonna 2016. Pienoisjännitteiset B-luokan halogeenilamput jäävät näillä näkymin markkinoille. uva 3. Eco-Dedign-direktiivin aiheuttamat keskeiset muutokset valaistusalan tuotteisiin. ersi
au RTS 17:21 ST 58-08 ohje-ehdotus 3 4 VALONLÄHTEET 4.1 Ledit Toimintaperiaate Ledi- eli hohto- tai valodiodi on p-n-liitoksella varustettu puolijohdekomponentti, joka myötäjännitteeseen kytkettynä säteilee valoa. Ledistä voidaan käyttää seuraavia kirjoitusmuotoja: ledi, led, LED. LED tulee sanoista light-emitting diode ja on nimensä mukaan diodi, joka lähettää valoa, kun sen läpi kulkee myötäsuuntainen tasavirta. Ledien toimintaan tarvitaan virtalähde, joka muuttaa verkkojännitteisen vaihtovirran sopivan suuruiseksi tasavirraksi. Yleisesti käytettyjä virta-arvoja ovat 350 ma, 750 ma ja 1 A. Mitä suuremmalla virralla lediä syötetään, sitä enemmän se antaa valoa. Koska valaistustarkoitukseen suunniteltu ledi ei lähetä ultravioletti- tai lämpösäteilyä, niin energia, joka ei lähde näkyvänä valona, jää lämmittämään lediä. Tämä lämpö on saatava johdetuksi ledistä pois, koska liian korkea lämpötila lyhentää puolijohteen elinikää ja alentaa nopeasti ledin tuottamaa valovirtaa. Liika lämpö voi vaurioittaa myös lediä syöttävää virtalähdettä, jos se on ledien kanssa samassa paketissa, kuten esimerkiksi ledilampussa, joka on tarkoitettu asennettavaksi perinteisen valonlähteen tilalle. Lämmön siirtymisen mahdollistamiseksi valoa tuottavat ns. teholedit rakennetaan erilaisina pintaliitoskomponentteina. Niissä on kiinnitetty erityistä huomiota siihen, että LED-sirussa oleva lämpö siirtyy hyvin ns. lämpönielun (heat sink) kautta piirilevyyn ja edelleen tuotteen jäähdytyselementteihin, esim. lampussa oleviin jäähdytyselementteihin tai valaisimen runkoon (kuva 4). Teholedin rakennetta, lediterminologiaa ja ledeihin liittyviä suomenkielisiä käsitteitä on tarkemmin esitelty liitteessä 1. Näkyvää valoa tuottavien ledien valo on aina värillistä ja väri riippuu siitä, millä aineilla puolijohteet on saostettu. Valaistustarkoituksiin tarvitaan yleensä valkoista valoa ja se tehdään tavallisesti kahdella vaihtoehtoisella tavalla. Yleisin tapa on käyttää sinistä lediä, jonka valo muutetaan päällystämällä ledi keltaisella loisteaineella tai käyttämällä ledistä irti olevaa loisteainekalvoa. Loisteaineen avulla spektri laajenee muille taajuusalueille ja lopputuloksena on valkoinen valo. Loisteaineen ominaisuuksia muuttamalla ledeistä voidaan tehdä erisävyisiä. Yleensä lämminsävyinen ledi tuottaa hieman vähemmän valoa kuin kylmäsävyinen. Toinen tapa on yhdistää esimerkiksi kohdevalaisimeen tai lamppuun eri väriä olevia ledejä. Yksittäiset ledit ovat teholtaan korkeintaan muutamien wattien luokkaa, joten ledilamppuihin ja -valaisimiin on joka tapauksessa laitettava useita ledejä, jotta valoa saadaan riittävästi. Latomalla piirilevylle matriisiksi eri väriä olevia ledejä, jotka sijaitsevat väriavaruuden eri puolilla yleensä punaisia (Red), vihreitä (Green) ja sinisiä (Blue) saadaan ns. RGB-valaisin, joka antaa valkoista valoa eri väriä olevien ledien valonjakojen sulautuessa toisiinsa. Menetelmä on kalliimpi kuin tehdä valkoista valoa tuottava ledi sinisestä ledistä. Sen etuna on kuitenkin, että säätämällä eri ledien valontuottoa saadaan aikaan valonheitin, jolla voidaan tuottaa äärettömän montaa eri väriä olevaa valoa. RGB-valaisimen valkoisen valon laatua voi edelleen parantaa lisäämällä joukkoon valkoisia ledejä, jolloin puhutaan RGBW-valaisimesta. Ledien valotehokkuus paranee nopeasti ja vuosittain raportoidaan uusista ennätyksistä valontuotossa. Jos lämmönhallinta on hoidettu hyvin, ledien elinikä voi olla yli 50 000 tuntia. Eliniän määrittely perustuu valovirran alenemaan ja on tarkemmin esitetty liitteessä 1. Pienissä ledilampuissa jäähdytys on hoidettava itse lampussa ja siksi lampun lämpötila kohoaa helposti korkeaksi ja elinikä jää helposti lyhyemmäksi (esim. 15 000 h) verrattuna ledivalaisimiin, joissa jäähdytykselle on paremmat mahdollisuudet. Ledien ja perinteisten lamppujen tyypillisiä teknisiä arvoja on esitetty liitteessä 2. Kuva 4. Malli teholedin rakenteesta (Lumileds). Kuva 5. Tyypillisen siniseen lediin pohjautuvan valkean ledin spektri. Kuva 6. Ennuste ledien valotehokkuuden kehittymisestä (DOE SSL R&D PLAN 2016).
ohje-ehdotus 4 Ledilamput Ledilamppujen valotehokkuus on nykyisin parhaiden loistelamppujen luokkaa ja joissain tapauksissa ylikin, joten ne soveltuvat hyvin korvaamaan markkinoilta poistuvia hehkusäteilijöitä. Himmeiden ympärisäteilevien lamppujen lisäksi markkinoilla on myös kirkkaita ns. filament-ledilamppuja, joissa on paljon pienitehoisia ledejä nauhoiksi asennettuna. Erillistä jäähdytyselementtiä ei ole, vaan ledien lämpö johdetaan lampussa olevan helium-kaasun avulla lampun lasiin. Ledit soveltuvat hyvin myös kohdelamppuihin. Käytännössä kaikkien markkinoilla olevien ja markkinoilta poistuvien lamppujen tilalle löytyy kohdelamppuversio. Myös kaksikantaisten loistelamppujen tilalle voidaan laittaa lediputkia. Lediputkia löytyy sekä kuristimilla että elektronisella liitäntälaitteilla varustettuihin T8- ja T5-loistelamppuvalaisimimiin. Osa malleista on myös himmennettäviä. On kuitenkin muistettava, että valaisimen valonjako muuttuu, kun loisteputken tilalle asennetaan lediputki, koska lediputket eivät tavallisesti ole ympärisäteileviä. Asennettaessa lediputkia loiste lamppuvalaisimiin, joissa on käytetty kondensaattoria valaisinkohtaiseen kompensointiin, on valaisimen kondensaattori syytä poistaa, jotta ei synny ylikompensointia. Elohopealamppuja ja R7s-kantaisia halogeenilamppuja korvaamaan on valmistettu ns. maissintähkälamppuja, jossa ledit ovat näkyvissä jäähdytyselementtien välissä. Korvattaessa vanhoissa, säädettävissä valaistusasennuksissa hehkusäteilijöitä ledilampuilla on syytä varautua säätöongelmiin, vaikka ledilamppu olisikin säätökäyttöön tarkoitettu. Ledin teho ja toiminta poikkeavat huomattavasti korvattavasta hehkusäteilijästä, joten vanha säädin ei välttämättä osaa säätää uutta valonlähdettä. Ledivalaisimet Valaisinpuolella ledit ovat tulleet sekä sisä- että ulkovalaistukseen. Ulkovalaistukseen ledit sopivat erityisen hyvin, koska ne toimivat hyvin kylmässä. Tie- ja katuvalaistus sekä varsinkin julkisivu- ja mainosvalaistus toteutetaan nykyisin yleensä ledeillä. Sisävalaistuksessa ledi yleistyy koko ajan. Kohde- ja korostusvalaistus on ledeille luonnollisinta sovellusaluetta. Ledeille on tehty myös erittäin hyviä downlight- ja wallwasher-valaisimia. Käytännössä ledi on korvannut muut valonlähteet downlightvalaisimissa. Myös yleisvalaistusta on toteutettu ledeillä. Yleisvalaistusratkaisut perustuvat kuitenkin pääasiassa valaisimiin, joissa käytetään jotain hajottavaa häikäisysuojaa, jolla estetään kirkkaiden ledivalojen mahdollisesti aiheuttamaa häikäisyä. 4.2 Hehkulamput Hehkulamppujen etuina on ollut niiden yksinkertaisuus ja halpuus. Koska lamppu ei tarvitse Iiitäntälaitteita, myös sille tehdyt valaisimet voivat olla halpoja. Lamppua on helppo säätää. Valon värisävy on lämmin. Haittapuolena on lampun lyhyt elinikä (n. 1000 1500 h) ja huono valotehokkuus (9 12 lm/w). Niinpä hehkulamppua ei voi käyttää tiloissa, joissa valaistuksen käyttöaika on pitkä ja joihin halutaan korkea valaistustaso. Hehkulampun arvot (erityisesti elinikä) riippuvat voimakkaasti jännitteestä. Viiden prosentin ylijännitteellä elinikä putoaa puoleen ja vastaavalla alijännitteellä elinikä kaksinkertaistuu. Hehkulamppujen tyypillinen käyttökohde on ollut asuinhuoneistojen valaistus. Julkisissa tiloissa ei hehkulamppua ole juuri käytetty yleisvalaistuksessa loistelamppujen yleistymisen jälkeen. EuP-direktiivin toimeenpanosäädösten johdosta hehkulamppu on poistunut markkinoilta erikoislamppuja lukuun ottamatta 1.9.2012 alkaen. Kuva 7. Erilaisia ledilamppuja: himmeä ja kirkas ympärisäteilevä lamppu sekä verkkojännitteinen ja pienoisjännitteinen kohdelamppu.
ohje-ehdotus 5 4.3 Halogeenilamput Halogeenilamput ovat hehkulamppujen muunnoksia. Halogeenikierron ansiosta lampun kupu ei tummu, ja lamppu on voitu tehdä hehkulamppua pienemmäksi. Lampun hehkulanka voidaan kuumentaa korkeampaan lämpötilaan, jolloin valo on sävyltään hehkulampun valoa viileämpää (3000 K) ja valotehokkuus hieman parempi (15 18 Im/W). Myös elinikä on pidempi (n. 3000 h). Lamppu ei hehkusäteilijänä vaadi mitään liitäntälaitteita. Himmentäminen on myös helppoa. Lamppuja on useita eri malleja. Suuritehoisia käytetään ulkoalueiden valonheittimissä. Pienitehoiset halogeenilamput toimivat usein pienoisjännitteellä, jolloin ne tarvitsevat muuntajan tai elektronisen muuttajan. Lampuissa voi olla myös erillinen heijastin. Ns. kylmäsädelampuissa heijastin on tehty siten, että lämpösäteet taittuvat heijastimesta taaksepäin ja valo eteenpäin. Pienitehoisia lamppuja käytetään usein kohdevalaisimissa kaupoissa, näyteikkunoissa, taidenäyttelytiloissa ja kodeissa, sekä suuritehoisia erilaisissa valonheittimissä. EuP-direktiivi poisti syksystä 2009 alkaen myös himmeät, kierrekantaiset, ympärisäteilevät halogeenilamput markkinoilta. Kirkkaille, ympärisäteileville lampuille on annettu jatkoaikaa vuoteen 2018 saakka. Syksyllä 2016 markkinoilta poistuivat verkkojännitteiset halogeenikohdelamput. 4.4 Loistelamput Loistelampuissa elohopeahöyryssä tapahtuva purkaus muutetaan näkyväksi kuvun loisteaineen avulla. Valitsemalla erilaisia loisteaineyhdistelmiä voidaan valon koostumusta muutella. Niinpä voidaankin valmistaa spektrijakaumaltaan hyvin erilaisia lamppuja, esimerkiksi tehosarjan lamppuja (suuri valotehokkuus) hyvän värintoiston lamppuja (ns. jatkuvaspektriset lamput) erikoislamppuja (mm. solariumlamput, kasvilamput). Loistelamput, varsinkin vakiolamput, ovat pitkäikäisiä ja valotehokkaita valonlähteitä. Taloudellinen polttoikä on noin 12 000 16 000 h ja valotehokkuudessa päästään jopa arvoon 104 lm/w. Markkinoilla on myös runsaasti pienikokoisia TClamppuja (tubular compact), joiden elinikä ja valotehokkuus ei yllä vakiolamppujen tasolle, mutta joille pienen kokonsa takia on löytynyt runsaasti käyttösovelluksia. TC-lamppuja kutsutaan myös yksikantaloistelampuiksi. TC-lamppuja löytyy sekä ulkoisella että sisäänrakennetulla sytytyslaitteella varustettuina. Suoraan hehkulampun tilalle asennettavissa ns. energiansäästölampuissa koko liitäntälaite on rakennettu lampun sisään. Loistelampun valovirta riippuu voimakkaasti ympäristön lämpötilasta. Pakkasessa valovirta laskee ja syttyminen vaikeutuu. Suomen ilmasto-olosuhteissa olisikin syytä käyttää ulkona suljettuja valaisimia ja hankalissa olosuhteissa ns. pakkasloistelamppuja (kuva 8). Loistelamppu tarvitsee virranrajoittimen, jona tavallisesti toimii kuristin. Nykyisin elektronisen liitäntälaitteen käyttö on yleistynyt huomattavasti, koska se tarjoaa perinteisiin liitäntälaitteisiin verrattuna useita etuja, muun muassa että valotehokkuus on parempi häviöt ovat pienemmät lamput syttyvät heti loppuun palaneet eivät jää vilkkumaan suuren taajuuden takia valon värinää ei voi havaita sopivalla liitäntälaitteella lamppuja voidaan myös himmentää. Edellä mainitun ecodesign-direktiivin johdosta loistelamppujen liitäntälaitteille asetetut energiatehokkuusvaatimukset kiristyivät vuonna 2015 siten, että kuristimilla varustettuja loistelamppuvalaisimia ei enää voi tuoda markkinoille. Uusissa asennuksissa T5-loistelamput ovat käytännössä lähes korvanneet vanhemmat T8-loistelamput. T5-lamput ovat kaksikantaisia loisteputkia, joiden läpimitta on vain 16 mm ja ne tarvitsevat toimiakseen oman elektronisen liitäntälaitteensa. Kuva 8. Loistelampun valovirran riippuvuus ympäristön lämpötilasta (Osram). Loisteputkissa voidaan pyrkiä joko hyvään valotehokkuuteen (ns. HE- eli valotehokkuus High Efficiency -lamput) tai pieneen kokoon (ns. HO- eli High Output -lamput). Pienestä läpimitasta johtuen varsinkin HO-lamppujen luminanssi (pintakirkkaus) on suuri, jolloin häikäisysuojaus on tarpeen. T5-lampuille tehdyt valaisimet antavat usein valoa myös epäsuorasti. Pienemmän lampun ansiosta myös valaisin on mahdollista tehdä pienemmäksi. Tästä johtuen myös lampun ympäristölämpötila kohoaa helposti korkeammaksi: T5-lamppu antaakin maksimivalovirtansa +35 C lämpötilassa, kun vastaava arvo T8-lampuilla on +25 C. Koska T5-lamput on suunniteltu korkeammalle ympäristön lämpötilalle, niiden käytettävyys ei matalissa lämpötiloissa ole paras mahdollinen. Viime aikoina on markkinoille tullut myös T5-lamppuja, joilla ympäristön lämpötilasta riippuva valovirta vaihtelee hyvin vähän. T5-lamppujen pituudet on valittu niin, että niiden valaisimet Edellä sopivat mainitun rakennuksissa ErP-direktiivin yleisesti toimeenpanosäädösten käytettyyn 120 cm moduulimitoitukseen. T5-lamput eivät sovi T8-lamppujen (halkaisija 25 mm) tilalle. 4.5 Elohopealamput Elohopealampussa suuripaineisessa elohopeahöyryssä tapahtuva purkaus muutetaan näkyvän valon alueelle ellipsoidikuvun loisteaineen avulla. Lampun valotehokkuudeksi tulee noin hyvään 40 50 lm/w. Rakenteeltaan elohopealamppu on yksinkertainen ja luotettava lamppu. Kuten muissakin suurpaineisissa purkauslampuissa virtaa on rajoitettava esimerkiksi kuristimen avulla. Elohopealamppu ei kuitenkaan tarvitse erillistä sytytintä, koska syttyminen tapahtuu lampun sisällä olevan apuelektrodin avulla. Lampun valonväri on vakiolampulla sinertävän valkeaa (3800 4000 K) ja värintoisto on melko huono (R a -indeksi 40). Elohopealampuista on kehitetty myös malleja, joilla on parempi värintoisto (R a -indeksi 60) ja lämpimämpi valon värisävy (3000 4000 K). Elohopealampun elinikä on hyvin pitkä. Usein kuitenkin lampun valovirta laskee voimakkaasti eliniän aikana, joten käytännössä lampun käyttöikänä voidaan pitää noin 16 000 h, vaikka lamppu vielä toimisikin sähköisesti. Elohopealamppuja on käytetty yleisesti tievalaistuksessa alemman liikenneluokan teillä ja kevyen liikenteen väylillä. Lisäksi lamppua on käytetty puistojen ja pihojen valaisimissa sekä korkeiden teollisuushallien syväsäteilijöissä. Elohopealampun valotehokkuus on huonoin suurpaineisista purkauslampuista eikä sen valotehokkuus yllä ecodesign-direktiivin toimeenpanosäädöksen asettamiin rajoihin. Säädökset kielsivät elohopealampun markkinoille tuomisen 13. 4. 2015 alkaen. Samaan aikaan kielto koski myös suurinta osaa elohopealamppuvalaisimiin suoraan sopivia ns. korvaavia suurpainenatriumlamppuja. Joitain korvaavia suurpainenatriumlamppuja kuitenkin jäi markkinoille.
ohje-ehdotus 6 Lisäksi Feilo-Sylvania toi vuodenvaihteessa 2014 2015 markkinoille monimetallilampun, joka on tarkoitettu korvaamaan poistuvia elohopealamppuja. Koska noin puolet Suomen tievalaistuksesta on toteutettu elohopealampuilla, on lamppujen poistuminen johtanut ulkovalaistuspuolella massiiviseen uudistustyöhön, joka useilla paikkakunnilla on edelleen menossa. Yleisin korvaava vaihtoehto on uusi ledivalaisin. Jotkut käyttäjät ovat varautuneet tilanteeseen myös ostamalla elohopealamppuja varastoon. 4.6 Monimetallilamput Monimetallilampuissa on elohopean lisäksi muita metallien halogeeniyhdisteitä pienikokoisessa, suuripaineisessa purkausputkessa. Näiden ansiosta lampun valotehokkuus on elohopealamppua parempi ja värintoisto erittäin hyvä (R a -indeksi jopa 90). Spektrijakauman muoto riippuu valituista metalliyhdisteistä. Valotehokkuudeksi saadaan 80 120 lm/w. Lampun elinikä riippuu lampputyypistä. Pisimmillään se voi olla 16 000 h, kun se uusilla pienitehoisilla lampuilla voi olla 6000 8000 h. Lamppuja valmistetaan tehoalueelle 20...3000 W. Lampun sytytystä varten valaisimessa on oltava elektroninen sytytyslaite, joka antaa lampulle korkean jännitepulssin (samanlainen tarvitaan myös suurpainenatriumlampulle). Monimetallilamppu sopii pienen kokonsa ansiosta hyvin valonheittimien valonlähteeksi. Suuritehoisia lamppuja käytetään suurissa sisätiloissa ja ulkoalueilla silloin, kun tarvitaan valkeaa, hyvän värintoiston antavaa valoa esimerkiksi väritelevisiointia varten. Tyypillisiä käyttökohteita ovat mm. urheilualueet, kaupunkikeskustan katetut kauppa-alueet ja julkisivuvalaistus. Pienitehoisia lamppuja käytetään myymälöiden kohdevalaisimissa näyteikkunoissa epäsuorissa valaistusratkaisuissa alasvaloissa (downlight/syväsäteilijä). Vanhat kvartsilasisella purkausputkella varustetut lamput ovat parhaillaan korvautumassa keraamisilla purkausputkilla varustetuilla lampuilla varsinkin pienissä teholuokissa. Niiden etuna on tasaisemmat väriominaisuudet eri yksilöiden kesken sekä uutena että polttoiän aikana. Vanhoissa kvartsilasisissa lampuissa oli havaittavia värieroja jo uutena ja erot suurenivat polton aikana. 4.7 Suurpainenatriumlamput Suurpainenatriumlampun valontuotto perustuu natriumhöyryssä tapahtuvaan purkaukseen. Koska purkauksen valontuotto sattuu lähelle silmänherkkyyskäyrän maksimia, tulokseksi saadaan erittäin valotehokas lamppu (100 140 Im/W). Lampun värintoisto on kuitenkin huono ja valo on sävyltään oranssin väristä. Lamppuja valmistetaan tehoalueelle 35 1000 W. Pitkään markkinoilla olleet suuritehoiset lamput ovat hyvin pitkäikäisiä (yli 16 000 h), mutta uudet pienitehoiset 70 W lamput ovat eliniältään vain noin 9000 h. Markkinoille on tullut viime aikoina suurpainenatriumlamppuja, joille luvataan 24 000 tunnin polttoikä. Eräiden suupainenatriumlampputyyppien värintoistoa on pyritty parantamaan ulkokuvun loisteainekerroksen avulla (ns. värikorjatut suurpainenatriumlamput), mutta samalla lampun valotehokkuus huononee ja elinikä lyhenee. Käytännössä on havaittu myös, että värikorjaus ei kestä koko lampun polttoikää. Markkinoilla on myös ns. white-son-lamppuja, joiden R a - indeksi on 83 ja värilämptila 2500 K. Valotehokkuus ja elinikä jäävät kuitenkin selvästi alle perinteisten suurpainenatriumlamppujen. Suurpainenatriumlamppuja valmistetaan myös suoraan elohopealampun tilalle laitettaviksi. Niissä on sisäänrakennettu sytytin. Näitä lamppuja kutsutaan korvaaviksi suurpainenatriumlampuiksi. Suurpainenatriumlamppua käytetään katuvalaistuksessa puistovalaisimissa (pienitehoiset lamput) korkeiden teollisuustilojen valaistuksessa suurten ulkoalueiden (ratapihojen, satamien, teollisuusalueiden ja varastoalueiden) valaistuksessa. Suurpainenatriumlamppuja valmistetaan eri laatuluokkiin, joilla on erilainen valotehokkuus. ErP-direktiivin toimeenpanosäädökset tulevat rajoittamaan myös energiatehokkuudeltaan heikoimpia lamppuja vähitellen markkinoilta. Periaatteena kuitenkin on, että jokaiseen teholuokkaan löytyy jatkossakin markkinoilta sopiva suurpainenatriumlamppu. 4.8 Pienpainenatriumlamput Pienpainenatriumlamppu on valotehokkain kaikista saatavilla olevista lampuista (100 180 Im/W). Lampun tuottama resonanssisäteily on lähellä silmänherkkyyskäyrän maksimikohtaa ja valo on väriltään keltaoranssia. Koska valo on likimain yksitaajuussäteilyä, ei lampulla ole lainkaan värintoistoa. Hyvän valotehokkuuden takia lamppua käytetään joskus tievalaistukseen esimerkiksi moottoriteillä. Olemattoman värintoiston takia lamppu on kuitenkin käytännössä poistumassa käytöstä Suomessa. 4.9 Induktiolamput Induktiolampussa suurtaajuinen induktiokela saa aikaan elohopeakaasussa purkauksen, josta syntyvä UV-säteily muutetaan näkyväksi valoksi lampun kuvussa olevilla loisteaineilla. Koska lampussa ei ole kuluvia elektrodeja, lampun elinikä on pitkä, noin 60 000 tuntia. Lampun teho on 55 165 W valmistajasta riippuen ja valotehokkuus voi olla 80 lm/w. Pitkästä eliniästä huolimatta lamppu ei ole yleistynyt. Sitä käytetään jonkin verran korkeissa sisätiloissa, joissa lampun vaihtaminen on hankalaa. Lamppua käytetään myös ulkovalaistuksessa puistojen ja kävelyteiden pylväsvalaisimissa.
ohje-ehdotus 7 LIITE 1 Lediterminologiaa sekä ledien elinikään ja väriominaisuuksiin liittyviä käsitteitä Ledin varsinainen valoa lähettävä puolijohdeosa on ledisiru. Kun sirusta tai useasta sirusta tehdään sähköinen komponentti, on kyse ledipaketista. Se voi sisältää optisia elementtejä sekä lämmön siirtymiseen tarkoitettuja ja mekaaniseen ja sähköiseen kytkentään tarkoitettuja osia. Ledivalonlähteenä toimii ledimoduuli, jossa on joko yksi tai useita ledipaketteja, jotka on kiinnitetty piirilevyyn pintaliitostekniikalla. Ledimoduuli voi sisältää myös lämpötekniikkaan, optiikkaan ja sähköiseen liitäntään tarkoitettuja osia. Ledin liitäntälaite olla erillinen tai mukana ledimoduulissa. Ledimoduuli voi olla erillinen tai sisäänrakennettu valaistustuotteeseen. Se voi olla vaihdettavissa tai kiinteästi asennettu, jolloin sitä ei voi poistaa tuotteesta. Ledilamppu on kannalla varustettu ledivalonlähde, joka voi sisältää yhden tai useita ledimoduuleja. Korvaava ledilamppu voidaan asentaa perinteisen lampun paikalle ilman valaisimelle tehtäviä muutostöitä. Ledituotteen mitoituselinikä perustuu valovirran alenemaan. Ledivalaisimen valmistaja tai maahantuoja antaa tuotteelleen aikamäärittelyjen yhteydessä yleensä kirjainsymboleilla seuraavia tarkentavia määrittelyjä (IEC 62717). Vähittäisestä vanhenemisesta johtuvaa elinikämääritelmää L x B y kutsutaan hyötypolttoiäksi. Kirjain x kuvaa valovirran pysyvyyttä ja y kertoo, kuinka suuri osuus tuotteista ei enää pysty tuottamaan kirjaimen x mukaista arvoa. Esimerkiksi L 70 B 10 tarkoittaa, että kyseisen ajan kuluttua 10 % tuotteista antaa alle 70 % alkuperäisestä valovirrastaan. Arvon B mukaista valovirran pysyvyyden alittavaa vikaantumista kutsutaan parametriseksi vioittumiseksi. Arvo B 50 on mediaani hyötyelinikä. Termi C y kuvaa äkillisesti vioittuneiden komponenttien osuutta. Vioittuminen johtuu tavallisesti elektroniikkakomponentin rikkoutumisesta. Esimerkiksi C 10 aikamääreen yhteydessä tarkoittaa aikaa, jonka kuluttua 10 % ledimoduuleista on lopettanut toimintansa. Kuva 9. Piirilevylle asetettu ledipaketti (SFS-EN 62504). 1 Ledisiru, 2 sirun kiinnitys, 3 muovattu seos, 4 lämpönielu, 5 johdinjalat ja 6 kuparijohtimet. 1 2 3 4 5 6 Ledilamppujen eliniän määrittelyssä käytetään kirjainsymbolia F y, jossa on yhdistetty parametrinen ja äkillinen vioittuminen. Esimerkiksi termi L 70 F 10 tarkoittaa, että 10 % ledilampuista on joko rikkoutunut kokonaan tai tuottaa alle 70 % nimellisestä valovirrastaan. Ledivalaisimien toimintaominaisuuksia kuvaamaan voidaan käyttää fotometristä koodia, joka ilmaisee seuraavat valaisimen toimintaparametrit: värintoistoindeksin, ekvivalenttisen värilämpötilan, värierot ja värien pysyvyyden sekä valovirran pysyvyyden. Koodissa värintoisto ilmoitetaan yhdellä numerolla taulukon 1 mukaisesti. (Värintoistoindeksi R tai CRI on määritelty RT-kortin 75-11263 kohdassa 3.3.) Taulukko 1. Värintoiston arviointi. Koodi Ra-vaihteluväli Värintoiston arviointi 6 57...66 Huono 7 67...76 Kohtalainen 8 77...86 Hyvä 9 87...100 Erinomainen Ekvivalenttinen värilämpötila ilmoitetaan kahdella numerolla ja se saadaan jakamalla värilämpötilan alkuarvo 100:lla. Värierot ja värien pysyvyys ilmoitetaan kahdella numerolla MacAdamin (SDCM) ellipsien avulla. Ensimmäinen numero kertoo ellipsien lukumäärän alkuhetkellä ja toinen, kun nimelliskäyttöiästä on kulunut 25 prosenttia tai korkeintaan 6000 tuntia. Arviointiasteikko on taulukossa 2. (MacAdamin ellipsien määrittely on RT-kortin 75-11263 kohdassa 3.1.) Taulukko 2. Värierojen ja värien pysyvyyden arviointi. Tavoiteväriin keskitetyn Värivaihteluluokka MacAdamin ellipsin koko Alku Loppu 3-portainen 3 3 5-portainen 5 5 7-portainen 7 7 > 7-portainen 7+ 7+ Valovirran pysyvyys ilmoitetaan valaisimen alenemakertoinen (LMF) avulla. Valovirran arvo mitataan, kun eliniästä on kulunut 25 % tai korkeintaan 6000 tuntia. Arvo ei siis kuvaa todellista valovirran alenemaa eliniän lopussa. Koodin numero määritellään seuraavan taulukon 3 perusteella. (Alenemakerroin on määritelty ST-kortin 57.40 kohdassa 7.2.) Taulukko 3. Valaisimen valovirran aleneman arviointi. Valovirran pysyvyys (%) Koodi 90 9 80 8 70 7 Kuva 10. Yleiskuvaus ledituotteista (SFS-EN 62504).
ohje-ehdotus 8 LIITE 2 Lamppujen keskimääräisiä ominaisuuksia. Lampputyyppi Värilämpötila K Värintoistoindeksi R a 100 Valotehokkuus lm/w Polttoikä 3) h Himmennys Hehkulamppu 2700 100 10...12 1 000 x Halogeenilamppu 230 V 2800...3000 100 15 2 000 x Halogeenilamppu 12 V 2800...3000 100 18 4 000 x Yksikantaloistelamppu, kierrekanta 2700...6500 85 50...60 6 000...20 000 x 1) Yksikantaloistelamppu, kuristin 2700...6500 85 70 10 000...15 000 x Yksikantaloistelmappu, elektroninen 2700...6500 85 90 12 000...22 000 x T8-loistelamppu, kuristin 2700...6500 80...95 90 12 000 x T8-loistelamppu, elektroninen 2700...6500 80...95 90 20 000 x T8-loistelamppu, long life 2700...6500 80...95 90 35 000...75 000 x T5-loistelamppu 2700...6500 80...95 90 24 000 x T5-loistelamppu, long life 2700...6500 80...95 90 48 000 x Elohopealamppu 3000...4000 50 40...50 16 000 - Suurpainenatriumlamppu 2000 30 100...140 16 000...24 000 x 1) Suurpainenatriumlamppu värikorjattu 2500 80 40...50 12 000 - Pienpainenatriumlamppu x x 120...160 10 000 - Monimetalli-kvartsi, kuristin 3000...6000 70...90 90 7 500 - Monimetalli-kvartsi, elektroninen Monimetalli-keraaminen, kuristin Monimetalli-keraaminen, elektroninen 3000...6000 70...90 100 10 000...12 000 x 2) 3000...6000 90 90 9 000-3000...6000 90 100 12 000 x 2) Induktiolamppu 3000 80 80 60 000 - Ledilamppu, kierrekanta 2700...6500 80 80...125 15 000 x 1) Lediputki 3000...6500 80 90...150 50 000...60 000 x 1) Ledimoduuli 2000...6500 80...95 130...150 30 000...100 000 x 4) 1) vain tietyt mallit 2) ei yleensä himmennetä, elinikä lyhenee, värimuutoksia 3) purkauslampuille ilmoitettu hyötypolttoikä, muille keskimääräinen polttoikä 4) riippuu käytettävän lediohjaimen tyypistä
ohje-ehdotus 9 LIITE 3.1 Lamppujen kannat, mitoitetut piirustukset IEC/EN 60061-1:n mukaan. Hehkulamput Lamppujen kannat Halogeenilamput Lausuntoversio Osram Oy:n luvalla
ohje-ehdotus 10 LII TE 3.2 Lamppujen kannat, mitoitetut piirustukset IEC/EN 60061-1:n mukaan. LIITE 3 Yksikantaloistelamput Lamppujen kannat Lamppujen kannat, mitoitetut piirustukset IEC/EN 60061-1:n mukaan Lausuntoversio Osram Oy:n luvalla
ohje-ehdotus 11 LIITE 3.3 Lamppujen kannat, mitoitetut piirustukset IEC/EN 60061-1:n mukaan. Kaksikantaloistelamput Lamppujen kannat Purkauslamput Osram Oy:n luvalla Lausuntoversio
ohje-ehdotus 12 KIRJALLISUUTTA Lait ja asetukset Laki tuotteiden ekologiselle suunnittelulle ja energiamerkinnälle asetettavista vaatimuksista 1005/2008 ja1009/2010 Ecodesign-direktiivi 2009/125/EY Energiamerkintädirektiivi 2010/30/EU Standardit SFS-EN 62504. Yleisiin valaistustarkoituksiin käytettävät ledituotteet. Termit ja määritelmät. Suomen Standardisoimisliitto SFS, 2015. RT- ja ST-ohjeet RT 75-11263 Valaistustekniikan perussuureet ja määritelmät. 2017 Muu kirjallisuus Näin vertailet ledivalaisimia -opas. Teknologiateollisuus, valaisinvalmistajien toimialaryhmä. Versio 2.0. 2016. Valaistustekniikka. Halonen, Liisa & Lehtovaara Jorma. Otatieto ry, Julkaisu 542, 1992. Ohjeeseen on laatinut käsikirjoituksen Tapio Kallasjoki ja se on toimitettu Rakennustieto Oy:n ja SähköInfon yhteistyönä.