Elohopealamputpois mitä tilallejamillä hinnalla? AnttiRantakallio&AnneYlinen Kuntaliitto15.3.2011 Ulkovalaistus EU:necodesingasetusjapoistuvatvalonlähteet vaihtoehtoisetvalonlähteet valaisimienominaisuudet mesooppinenvalaistusmitoitus esimerkkejä vaihtotöistä toimintamallielohopealamppujenkorvaamiseksi
EU:nEcoDesign-asetusjaulkovalaistus Huhtikuu2012 alleraja-arvojen(lm/w) jäävätsuurpainenatriumlamput poistuvat alleraja-arvojenjäävätmonimetallilamput poistuvat Huhtikuu2015 elohopealamput poistuvatmarkkinoilta elohopealamppujakorvaavatsuurpainenatriumlamput poistuvat Huhtikuu2017 alleraja-arvojenjäävätmonimetallilamputpoistuvatmarkkinoilta 2014 tarkistusvaihe(5vvoimaantulosta) viimeisenvaiheenvaatimuksetvoivatmuuttua taustallaoletus:ledienkehitysjatkunutvoimakkaana Korjauksiaasetukseen24.4.2010 Elohopealamppuasuoraankorvaavasuurpainenatriumlamppuasaatoimittaamarkkinoille13.4.2015asti. Ilmankorjaustakorvaavatsuurpainenatriumlamputolisivat poistuneetmarkkinoiltavalovirranalenemaanjalampun eloonjäämiskertoimenvaatimuksienvuoksijo2.vaiheessaeli 13.4.2010lähtien,mikä eiollutasetuksenalkuperäinentarkoitus
UlkovalaistuksenvalonlähteetSuomessa KunnatjaLiikennevirasto Elohopealamput 664000kpl Suurpainenatriumlamput 557000kpl Monimetallilamput 23000kpl Muut32000kpl Yhteensä 1,27miljoonaakpl (Liikennevirasto: 41000kplelohopealamppua 181000kplsuurpainenatriumlamppua) UlkovalaistusSuomessa Elohopealamppuvalaisimienmäärä Vaihteleekunnittain (20-80%),keskimäärin58% kaikistakuntienulkovalaisimista (EU-alueellaulkovalaistuksessa20milj.elohopealamppua) Yleisinlampputeho125W Ulkovalaistuksentekniikka - Suhteellisenvakiintunutta,kustannuksetja energiankulutusollutennustettavissa - Säästöjä haettuohjauksenjaosittaisen sammuttamisenkautta
Muutosonkäynnissä Useidentehottomienlamppujenpoistuminen markkinoilta Korvaavienlamppujenkäyttö eivaikutapelkästään lampunvaihtoon,vaankokoulkovalaistusasennukseen (valonlähde,valaisin,liitäntälaitteet,pylväsvälija korkeus,ohjaus) Mitä tilalle? SUURPAINENATRIUM Valotehokkuus100 150lm/W 110lm/W@250W Pitkäikäinen Keltainenvalo,huonovärintoisto Hidassyttyminen,ei-portaatonsäätö ELOHOPEA Valotehokkuus45 55lm/W Polttoikä 20000h Kohtalainenvärientoisto Valovirransuurialenemaiänmyötä Ympäristöjätettä käytönjälkeen MONIMETALLI Valotehokkuus75 125lm/W 80lm/W@250W Melkopitkäikäinen Laajavärivalikoima,hyvä värintoisto Hidassyttyminen,värimuutoksetsäädössä KalliimpikuinHPS INDUKTIO Valotehokkuus55-75lm/W Hyvinpitkä polttoikä (60000h) Valkoinenvalo,hyvä värintoisto Rajoittunutvalaisinvalikoima Kallis LED Kasvavavalotehokkuus Hyvinpitkä polttoikä (50 100000h) Valkoinenvalo,hyvä värintoisto Syttyynopeasti,soveltuuohjaukseen Eielohopeaa Vähänkäyttökokemuksia
Korvaavantekniikankäyttöönotto monimetalli suurpainenatrium induktio LED valontuotto/jako teho polttoikä hankintahinta valokappaleenkoko värintoisto valovirranalenema säädettävyys liitäntälaite lämpötila/kosteus kestävyys ympäristöjäte valaisinvalinta investointikustannus Pylväsvälija-korkeus valkoinen/keltainenvalo energiankulutus lamppujenvaihtoväli hoitokustannukset hävityskustannukset ohjausvaihtoehdot häiriövalo häikäisy Ominaisuus Vaikutus Valonlähde Korvaavantekniikankäyttöönotto Lamppuvalinta valovirtajavalotehokkuus(lm/wliitäntälaitteineen),hyötypolttoikä (h),kuolleisuus,valovirranalenema(%),valonvärija värintoisto,hinta Valaisinvalinta uusi/vanhavalaisin,liitäntälaitteenvaihto,asennettavuus valonsuunnattavuus,valonjaonoptimointi Pylväsväli- jakorkeus valonjako,valaistuksentasaisuus,valaistuksenyli/alimitoitus Valaistuksenohjaus mahdollisuussuuriinsäästöihinjohämäräkytkimenoikealla toiminnallavalovirransäätö:askelsäätö,jatkuvasäätö Kokonaiskustannukset suunnittelu,investointi,energiankulutus,hoito,vanhankaluston hävitys
Ulkovalaisinmittaukset Goniofotometrilla valovoimajakaumacd/1000lm- esitettytasoissa: C0 - C180 C90 - C270 C15 - C195 Ulbrichtinpallossa - valovirta,lm - valaisinteho(lamppu+liitäntälaite),w - valaisimenvalotehokkuus,lm/w - säteilynspektrijakauma - värilämpötila,k - värintoistoindeksi 3,50E-03 3,00E-03 2,50E-03 2,00E-03 1,50E-03 1,00E-03 5,00E-04 OversolRoadlite90W 0,00E+00 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800-30valmistajantaikunnantoimittamaavalaisinta,joista20ledivalaisimia nm Valaisimenvalonjako LED59W LED79W LED150W LED150W Induktio85W HPS100W Monimetalli45W HPS70W Oikeanvalonjaonavullahaluttuvalaistustulos kuhunkinkohteeseen
Valonväriominaisuudet HPS -Suurpainenatriumlampullakeltainenvalo ~1900-2000K,huonovärintoistoRa~20 - Ledeillä valkoinenvalojahyvä värintoisto lämminvalkea ~3000-4000K,Ra~70-80 kylmä valkea ~5000-6700K,Ra~70-83 - Monimetallilampuillalaajavärivalikoima ~3000-4900K,hyvä värintoisto - Induktiolampullalämminvalkeavalo jahyvä värintoisto ~3200K,Ra~80 LED Induktio Valaisimenvalotehokkuus VALAISIMEN Valonlähde Valovirta[lm] Teho[W] Valotehokkuus[lm/W] HPS50W 2944 64 46 HPS70W 4495 85 53 HPS100W(longlife) 6870 114 60 HPS100W 8436 114 74 Monimetalli45W 3224 50 65 Monimetalli50W 3087 63 49 Monimetalli100W 6912 108 64 Induktio55W Induktio85W 2408 4382 53 78 45 56 LED50 3453 50 70 LED59W LED59W 4749 3420 79 60 60 57 LED81W 5598 95 59 LED60 6796 108 63 LED120W LED150W 7879 5280 139 133 57 40 LED150W 9430 204 46 LED150W 10960 151 73
Katujavalaisevatvanhatasennukset Lusikkavalaisin,250Welohopea Ympärisäteilevä,125Welohopea Vanhallalampullavalaisimenη=14lm/W Uudella lampullavalaisimen η=25lm/w Vanhallalampullavalaisimenη=3lm/W Uudella lampullavalaisimen η=7lm/w Lusikkavalaisin,110WHPS Vanhalla lampullavalaisimen η=35lm/w Valaisin- javalonlähdevalinta VarsinkinLED-ulkovalaisimienvalonjaossasuuriaeroja oleellinenvalaistusluokkienvaatimustentäyttämiseksi(luminanssi,tasaisuus,häikäisy) Valonvärionvalaistuksenlaatutekijä HPSkeltainenvaloeipärjää laadussamuillevalonlähteille(monimetalli,induktio,led) Valaisimenvalotehokkuusainapienempikuinpelkänvalonlähteen. Valaisimienvalotehokkuusvertailukohdaksi,kunmukanaLED-valaisimia LED-valaisimienvalikoimasuuri,myösominaisuuksissasuuriaeroja Valaisimistalöytyyjokilpailijoitapurkauslamppuvalaisimille Pienitehoisetvalaisimet ~50W: HPS,MM,induktiovalotehokkuuskeskenäänkilpailukykyisiä Toisetledivalaisimetovat valotehokkuudeltaanjoparempia Valaisintehot~100W: HPSvalotehokkuuskorkein(esim.74lm/W) MM,LEDlähellä (esim.64lm/w) Valaisimenikääntyminenvähentää tienpinnalletulevaavaloahuomattavasti Siksikaduillammepaljonvalaistuksia,jotkaeivätenää täytä asetettujavaatimuksia
Mesooppinenvalaistusmitoitus Uusimesooppinenfotometria FOTOOPPINEN JulkaistuV(λ)1924 StandardiksiCIES010/E:2004 MESOOPPINEN JulkaistuV mes (λ)cie191:2010 Tekeillä ISO/CIEStandardi
Mesooppinenspektriherkkyys 1800 1600 Luminousefficacy[lm/W 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 400 450 500 550 600 650 700 Wavelength[nm] Tähänmennessä kaikkivalaistusmitoitusperustunutpäivänäkemisen (fotooppinen)spektriherkkyyskäyräänv(λ),cie1924 CIEmesooppinenfotometria2010:luminanssitasot0.005-5cd/m 2 Motivaatiomesooppiseen mitoitukseen- Ääreisnäöntärkeys Näkökenttä: Ääreisnäönalue - keskeinennäkö:tappisolut (mesooppinennäkeminen) - ääreisnäkö:sauvatjatapit 2 0 keskeinennäkökenttä (fovea) 2 0 keskeinennäkökenttä
ValonlähteidenS/P-suhde S / P = V '( λ) painotettu valovirta V ( λ) painotettu valovirta Valonlähde S/Psuhde Pienpainenatrium 0.25 Suurpainenatrium 0.60 LED,lämminvalkoinen 1.15 Monimetalli,lämminvalkoinen 1.45 LED,kylmä valkoinen 2.15 Monimetalli,päivänvalo 2.45 Mitä korkeampis/p-suhde,sitä tehokkaampivalonlähdemesooppisessa mitoituksessa(enemmänsäteilyä lyhyemmillä aallonpituuksilla) Mesooppisenluminanssinlaskenta Input Fotooppinenluminanssi 0,75 Skotooppinenluminanssi 0,45 Output S/P=0.60 S/P-suhde Mesooppinenluminanssi 0,71 L p Adaptaatiokerroin 0,717 Katuvalaistus, suurpainenatriumlamputs/p=0.60 HPS(S/P0,60): L p =0,75cd/m 2 =>L mes =0,71cd/m 2 (- 5,5%) LEDCW(S/P2,15): L p =0,75cd/m 2 =>L mes =0,85cd/m 2 (+13,3%)
Mesooppinenluminanssi Erotmesooppisenjafotooppisenluminanssinvälillä (%) Photopicluminance cd m -2 S/P 0,01 0,03 0,1 0,3 0,5 1 1,5 2 3 5 LPS~ 0,25-75% -52% -29% -18% -14% -9% -6% -5% -2% 0% 0,45-55% -34% -21% -13% -10% -6% -4% -3% -2% 0% HPS~ 0,65-31% -20% -13% -8% -6% -4% -3% -2% -1% 0% 0,85-12% -8% -5% -3% -3% -2% -1% -1% 0% 0% 1,05 4% 3% 2% 1% 1% 1% 0% 0% 0% 0% MHwarmwhite~ 1,25 18% 13% 8% 5% 4% 3% 2% 1% 1% 0% 1,45 32% 22% 15% 9% 7% 5% 3% 3% 1% 0% 1,65 45% 32% 21% 13% 10% 7% 5% 4% 2% 0% 1,85 57% 40% 27% 17% 13% 9% 6% 5% 3% 0% LEDcoolwhite~ 2,05 69% 49% 32% 21% 16% 11% 8% 6% 3% 0% 2,25 80% 57% 38% 24% 19% 12% 9% 7% 4% 0% MHdaylight~ 2,45 91% 65% 43% 28% 22% 14% 10% 8% 4% 0% 2,65 101% 73% 49% 31% 24% 16% 12% 9% 5% 0% Oranssialue:ero>± 5% Mesooppinenvalaistusmitoitus ValaistusluokkaAL5 L ave =0.50cd/m 2 U o =0.4 U l =0.4 Valaisimet* 70WHPS(S/P=0.54) 59WLED(S/P=1.98) Asennus - yksiajoratainentie - ajoradanleveys7m - pylväskorkeus10m *Valaisimienvalonjako,teho,S/P-suhdemitattu Valaistusyksikössä
Katuvalaistus valaistusluokkaal5 Tavoiteluminanssitasona fotooppinenkeskimääräinenluminanssi L p =0.50cd/m2 mesooppinenkeskimääräinenluminanssi L mes =0.50cd/m 2 valaisinvälis(m) valaisimienasennusteho(kw/km) vuosittaisetenergiakustannukset( /km,a) AL5 L p =0,50cd/m 2 L mes =0.50cd/m 2 Valaisin/lamppu valaisinteho S S W m kw/km /km,a m kw/km /km,a HPS70W,S/P=0,54 84,1 40 2,10 HPSvs.LED 820 33 2,55 HPSvs.LED 994 LED59W,S/P=1,98 79,9 46 1,74 +21% 677 48 1,66 +53% 649 sähkönhinta0.10 /kwh vuosittainenpolttoaika 3900h/a Katuvalaistus valaistusluokkaal4b ValaistusluokkaAL4b L ave =0.75cd/m 2 U o =0.4 U l =0.4 Valaisimet* 100WHPS(S/P=0.56) 84WLED(S/P=1.93) 150WLED(S/P=1.16) Asennus - yksiajoratainentie - ajoradanleveys7m - pylväskorkeus7.5-10m *Valaisimienvalonjako,teho,S/P-suhde mitattuvalaistusyksikössä
Katuvalaistus valaistusluokkaal4b Tavoiteluminanssitasona fotooppinenkeskimääräinenluminanssi L p =0.75cd/m2 mesooppinenkeskimääräinenluminanssi L mes =0.75cd/m 2 AL4b valaisinvälis(m) valaisimienasennusteho(kw/km) vuosittaisetenergiakustannukset( /km,a) L p =0,75cd/m 2 L mes =0.75cd/m 2 valaisinteho S S Valaisin/lamppu W m kw/km /km,a m kw/km /km,a HPS100W,S/P=0,56 113,6 43 2,64 HPSvs.LED84 1030 40,5 2,80 1094 LED84W,S/P=1,93 110,1 40 2,75-4% +12% 1073 44 2,50 976 HPS vs.led84 LED150W,S/P=1,16 135,1 29 4,66 1817 30 4,50 1756 sähkönhinta0.10eur/kwh vuosittainenpolttoaika 3900h/a Mesooppinenvalaistusmitoitus CIEmesooppinenfotometria(2010)antaa kansainvälisenperustanmatalienvalotasojen valaistusmitoitukseen Uusitekninenperustavalonlähteidenkehitykseen Valonlähteidenvalontuotonoptimointisekä näkemisen että energiatehokkuudenkannalta Suosii valkoistavaloa Vaikutuskasvaavalotasonlaskiessa (esim.al3-al5,kevytliikenne) OhjeetmesooppiseenvalaistusmitoitukseenCIEDiv4
Esimerkkejä vaihtotöistä Kuvantavaluminanssimittari asennustenmittauksissa LMKMobileAdvanced+LabSoftohjelma Luminanssimittaukset:L ave,u o,u l TI-arvo
Case:Aittakorvenasuntoalue,Kotka Uusiasennus DEFAScoop50WHPS (400kpl) valaisimen kokonaisteho63w valotehokkuus46lm/w Vanhaasennus puistovalaisin125whpm valaisimen kokonaisteho140w valotehokkuus 3,2lm/W(vanhalamppu) 7,3lm/W(uusilamppu) Pylväsväli26m,pylväskorkeus4.5m VanhaasennusAittakorpiErämiehentie L ave U 0 =0,06cd/m 2 =0,49 U l, =0,40 L ave U 0 =0,06cd/m 2 =0,48 U l =0,38 valaistusluokkaal4b:l ave,min =0.75cd/m 2,U o,min =0.4,U l,min =0.4
UusiasennusAittakorpiTukkipolku L ave U 0 U l =1,20cd/m 2 =0,14 =0,32 L ave U 0 U l =1,10cd/m 2 =0,15 =0,36 asennus: L ave =1.10cd/m 2,U o =0.15,U l = 0.32 valaistusluokkaal4b:l ave,min =0.75cd/m 2,U o,min =0.4,U l,min =0.4 Tievalaistuksenelinkaarikustannukset Jäännösarvo = Rakennuskustannukset + kustannukset Käyttö- + Elinkaarikustannukset Rakennuskustannukset:purkukustannukset,vaihtokustannukset, asennuskustannukset Käyttökustannukset:energiankulutus,lamppujenjakomponenttien vaihto Jäännösarvovoiollapositiivinen(kustannus)tainegatiivinen(tulo)
Elinkaarikustannukset CaseAittakorpi 400kplvalaisimenvaihto,asennusvanhoihinpylväisiin Vanhaasennus: Elohopealamppuvalaisin140W Uusiasennus: Suurpainenatriumlamppuvalaisin63W Laskennallinenelinikä 30a Vanhaasennus1,9 /tiemetri,a(energia+lampunvaihdot) Uusiasennus1,0 /tiemetri,a(energia+lampunvaihdot) Asennuksenvaihtomaksaa(investointi)7,4 /tiemetri Takaisinmaksuaika:8vuotta Case:Venlantie,Kerava Vanhaasennus: 125Welohopealamput Uusiasennus: RuudLedLedWayRoad30 Valaisimen(mitattu) - teho60w - valotehokkuus57lm/w (kaukolämpöremontti)
Kerava,Venlantie VanhaHPMasennus L ave =0,30cd/m 2 U 0 =0,22 U l =0,15 (joka2.lamppu poispäältä) UusiLED-asennus L ave =0,62cd/m 2 U 0 =0,51 U l =0,52 (asfalttipois,sorapinta) valaistusluokkaal5:l ave,min =0.5cd/m 2, U o,min =0.4, U l,min =0.4 Jämeräntaival,Otaniemi Induktiolamppuvalaistus L ave =0,4cd/m 2 U 0 =0,6 U l =0,5 SitecoSQ85WQL Mitattuvalaisimen - kokonaisteho78w - valovirta4100lm - valotehokkuus54lm/w EstohäikäisyTI-arvot: DIALux6% Mitattu6% L ave =0,5cd/m 2 U 0 =0,7 U l =0,6
Valaisimensaneeraus caselahti VanhaelohopealamppuvalaisinSLOHKB13(lampputeho 250W)muutettutoimimaansuurpainenatriumlampulla(150W) Valaisinkohtainenenergiankulutuksenlasku480kWh/v(40%) (vuotuinenpolttoaika4000h/a,sähkönhinta0.1 /kwh) Muutostyönkustannuksissamukanaliitäntälaite,sen vaihtokustannuksetjauudenlampunhinta ValaisimetmuutostyönjälkeentarkistettuFimkossa, saneerauksentekijä vastaamääräystentäyttymisestä Asennusvanhoihinpylväisiin Takaisinmaksuaika2.1vuotta Valaisimensaneeraus VanhaelohopealamppuvalaisinSiemens 5062542 (lampputeho125w)muutettu toimimaansuurpainenatriumlampulla(70w) HG125Wvanhakupu 19lm/W (2936lm) HG125Wuusikupu 25 lm/w (3972lm) HPS70Wuusikupu 51lm/W (4560lm) Valotehokkuudenkasvu104%,valaisintehonlasku44%
Toimintamalli- elohopealampuista energiatehokkaampaanulkovalaistukseen - UlkovalaistusSuomessa - Vaihtoehtoisetvalonlähteetjaniidenominaisuudet - LEDitulkovalaistuksessa - Valaistuksenmuutostyöt vaihtoehtoisiaratkaisuja - Valonlaatujaväriominaisuudet - Käyttäjäarviot - Julkisethankinnat - Yhteiskunnallisetvaikutukset UlkovalaistusSuomessa Vaihtoehtoisetvalonlähteetjaniidenominaisuudet LEDitulkovalaistuksessa Valaistuksenmuutostyöt vaihtoehtoisiaratkaisuja Valonjaväriominaisuudet Käyttäjäarviot Julkisethankinnat Yhteiskunnallisetvaikutukset Valaistuksenmuutostyöt vaihtoehtoisiaratkaisuja Vaihtoehtoisetmuutostyöt -125WHPM=>50WHPSvalaisinvaihto -250WHPM=>100WHPSvalaisinvaihto -125WHPM=>59WLEDuusiasennus -250WHPM=>150WHPSvalaisinsaneeraus -110WHPS=>108W,110W,133W,138WLEDvalaisinvaihto - HPS=>100WHPSvalaisinvaihto - HPS=>85Winduktio valaisinmittaukset:tehovs.lampputeho,valotehokkuus,valonjako,väri valaistustulos:luminanssimittauksetvs.(optimointi)laskelmat energiankulutusja-tehokkuus elinkaarikustannukset
Raportti: Toimintamalli- elohopealampuista energiatehokkaampaanulkovalaistukseen www.lightinglab.fi/ekovalo (lähiaikoina)