Natūralią dienos šviesą atstojantis dirbtinis apšvietimas turi būti kokybiškas ir taupantis energiją, ypatingai pramonėje

Šviesa, taip pat kaip ir oras bei vanduo, yra neatskiriama mūsų planetos dalis, be kurios Žemėje nevyktų jokių biologinių procesų. Šviesos reikia ir augalų, ir gyvūnų, ir žmonių gyvybės procesams užtikrinti. Žmogaus gyvenime šviesa atlieka itin svarbų vaidmenį. Jeigu prieš porą šimtų metų žmonės kėlėsi su saulės spinduliais ir gulėsi leidžiantis saulei, šiuolaikiniame ritme tai, dažniausiai, neįmanoma. Todėl padeda technologijos – dirbtinis apšvietimas, kuris tokią reikalingą šviesą mums teikia ir namuose, ir darbe. Ypatingai svarbus apšvietimas yra pramonėje, kur žmonės iki šiol vykdo neautomatizuotas funkcijas. Itin svarbu, kad pasirinkti šviestuvai būtų kokybiški ir, tuo pat metu, taupytų energiją.

Ne paprasta lemputė

LED – tai pavadinimo light emiting diode arba šviesą imituojančio diodo akronimas. Šis diodas – tai puslaidininkis, kuris skleidžia šviesą gaudamas elektros impulsus. Tai vadinama elektros liuminescencija. Būtina atsižvelgti į tai, kad LED veikimui reikalinga nuolatinė, o ne kintamoji įtampa, kaip tai yra, pavyzdžiui, kaitinamosiose lemputėse, todėl LED šviestuvai negali būti laikomi įprasta lempute, bet tikra elektros prietaisų sistema, kurios veiklą užtikrina keli komponentai.

Svarbiausias komponentas yra balastas arba maitinimo blokas, arba – kalbant supaprastintai – draiveris, kuris tiekiamą kintamąją srovę keičia į diodo veikimui reikalingą nuolatinę srovę. Maitinimo blokas – tai tas komponentas, kuris tiesiogiai turi įtakos LED šviestuvo darbo trukmei ir veikimo kokybei. Todėl kokybiško šviestuvo kaina dažniausiai didesnė, negu žemos kokybės LED sistemų. Tiesa, ne tik šviestuvo kaina turi įtakos jo kokybei. Yra eilė parametrų, kurių būtina reikalauti iš gamintojo ir kritiškai vertinti prieš perkant pasirinktą LED šviestuvą.

Apšvietimo energijos taupymas

Pirminiai LED apšvietimo sistemos kokybės kriterijai yra energijos efektyvumas ir darbo trukmė. LED šviestuvo efektyvumas nustatomas santykiu tarp perduoto šviesos srauto kiekio liumenais (lm) (su optikos praradimais, o ne tik LED matricomis) reikalingos galios vatais (W) atžvilgiu, arba lm/W. Aukštos kokybės šviestuvo efektyvumas prasideda nuo 130 lm/W. Svarbu įsitikinti, kad šviestuvo dokumentuose būtų nurodytas visos konfigūracijos efektyvumas, tai yra, bendras LED šviestuvo efektyvumas, o ne tik LED arba LED modulių efektyvumas. Kartais gamintojai naudojasi tokiu triuku ir nurodo tik LED efektyvumą, kad konkretus šviestuvas turėtų aukštesnius rodiklius, tačiau realybėje rodikliai yra daug žemesni. Siekiant išvengti tokios situacijos vartotojas gali reikalauti papildomos informacijos su bandymų apžvalgomis, kurios sudarytos pagal EN 13032:1 ir/arba LM-79-08 standartus.

Darbo trukmė

LED šviestuvų darbo trukmė nurodama naudojant ženklinimus L_XB_Y vai L_XC_Y, kur L procentais parodo šviestuvo skleidžiamos šviesos srauto sumažėjimą po gamintojo nurodyto galiojimo laiko. Dažniau aptinkamos vertės L₇₀, L₈₀ ir L₉₀. Toliau jos kombinuojamos su B₁₀ arba B₅₀, kas procentais apibūdina diodų skaičių, kurie po gamintojo nurodyto galiojimo laiko išdegs arba skleis mažesnį šviesos kiekį, negu nurodyta esant L vertei. Jeigu nurodyta C vertė, ji procentais nurodo diodų skaičių, kurie visiškai nustos veikti po nustatyto galiojimo laiko. Pavyzdžiui, jeigu šviestuvui nurodyta darbo trukmė yra L₈₀B₁₀ 50 000 h, tai reiškia, kad po 50 000 darbo valandų ne daugiau kaip 90% diodų šviesos kritimas bus 80% nuo nominalo. Jeigu nurodyta L₇₀C₃₀ 10 000 h, po 10 000 darbo valandų 70% diodų šviesos kritimas bus bent 70% nuo nominalo, o 30% diodų visiškai nustos skleisti šviesą.

Pavyzdžiui, šviestuvui arba lemputei nurodyti šie duomenys: 10 W, 1000 lm, 35 000h L₇₀B₅₀.

Iššifravimas – šviestuvo arba lemputės, kurių galia yra 10 W, pradinis šviesos srautas 1000 liumenų ir pradinis energijos efektyvumas yra 100 lm/W, per apibrėžtą 35 000 h laiko tarpą 50% atvejų išėjimo srautas bus 700 liumenų, o sistemos energijos efektyvumas ne daugiau kaip 70 lm/W.

Jeigu gamintojai nurodo tik L veiksnį, nenurodami B arba C veiksnių, tai rodo, kad yra didesnis sugadintų atvejų procentai skaičius.

Spalvos temperatūra

Energijos efektyvumas ir darbo trukmė yra svarbūs LED šviestuvų techniniai parametrai, tačiau labai svarbūs ir šviesos kokybę apibūdinantys parametrai. Tam įtakos turi įvairūs veiksniai, o vienas iš jų – skleidžiamos šviesos spektras.

Pagal sandarą šviesos diodas yra mėlynos šviesos šaltinis, ant kurio yra geltonų atspalvių sluoksniai. Sluoksnių sudėtis ir storis leidžia išgauti reikiamą šviesos spalvą, pradedant nuo melsvai baltos iki gelsvai baltos šviesos. Šią šviesos temperatūrą matuoja Kelvino laipsniais (K). Iš pradžių Kelvinais matuodavo įkaitusio kūno spalvą ir kaitinamosioms lemputėms ją buvo lengva nustatyti, nes reali temperatūra atitiko šviesos spalvos temperatūrą.

Šviestuvams be  kaitinamojo siūlo, šiuo atveju LED, šviesos spalvos temperatūra arba correlated colour temperature (CCT), yra skaičiuojama. Skirtingų gamintojų ši paskaičiuota temperatūra gali skirtis, netgi jeigu yra vienoda vertė Kelvino laipsniais. Ir kuo daugiau Kelvino laipsnių, tuo šviesa yra mėlynesnė. LED šviestuvas su 2700 K laipsniais skleidžia šiltą baltą arba gelsvą šviesą, o esant 5000 K laipsnių šviesa yra melsvai balta. Įdomu yra tai, kad karštesnė temperatūra yra mėlynos spalvos, o ne raudonos, kaip tai įprasta žymėti ir karštesnės žvaigždės kosmose yra mėlynos, o ne geltonos arba raudonos.

Vienas sėkmingiausių LED šviestuvų naudojimo pavyzdžių yra gatvių apšvietimas, kad vairuotojai nepavargtų ir aiškiai matytų kelią netgi tamsiuoju paros metu. Kodėl taip? Moksliškai įrodyta, kad tamsoje arba esant sutemoms žmogaus akis mato šviesą tomis ląstelėmis, kurios yra nutolusios nuo akies centro ir yra jautresnės mėlynai šviesai. Kaitinamųjų lempučių ir aukšto slėgio natrio lempučių  (HPS arba High Pressure Sodium) skleidžiamas šviesos spektras koncentruotas arčiau geltonos ir raudonos šviesos, kurias žmogaus akis mato silpniau. Taigi tamsoje mėlynos šviesos spektras LED šviestuvuose leidžia matyti daugiau ir geriau, taip pat mėlyna šviesa žmogaus organizme neleidžia išskirti melanino, kuris dažnai vadinamas „miego hormonu“. Tuo tarpu, LED šviestuvuose su geltona šviesa, pavyzdžiui, 3000 K, mėlynos spalvos kiekis sumažintas ir tai netrukdo organizmui išskirti melanino.

MacAdam elipsai

Be šviesos spalvos temperatūros vertės  gamintojas turi nurodyti, koks šviesos spalvos temperatūros nukrypimas galimas esant vienodoms Kelvino vertėms. Šis nukrypimas vadinamas standartiniu spalvų temperatūros nukrypimų arba Standard Deviation of Colour Matching (SDCM), ir, vadovaujantis CIE 1964 standartu, jis matuojamas MacAdam elipsais. MacAdam sistema sukurta JAV ir ja vertinamas spalvų atsparumas skalėje nuo 0 iki 10. Ribose nuo 1 iki 3 „plika“ akimi faktiškai neįmanoma pamatyti skirtumo, tačiau vertei padidėjus gali atsirasti ir akivaizdi neigiama įtaka apšviečiamiems paviršiams bei objektams. Paveiksle matoma, kaip padidėjus SDCM vertei padidėja ir šviesos spalvos temperatūros skirtumas. Todėl kai kurioms vietoms nustatomas maksimalus leistinas SDCM. Pavyzdžiui, muziejuose ir meno galerijose jis negali viršyti SDCM2, o, tuo tarpu, mokyklose, biuruose, ligoninėje – ne daugiau kaip SDCM3.

Spalvų perteikimo indeksas

Dirbtinio apšvietimo kokybė tiesiogiai susijusi su jo atitikimu idealiai šviesai – Saulės skleidžiamai šviesai ir jos spalvų spektrui bei skiriamajai galiai. Skiriamąja galia galima vadinti šviestuvo spalvų perteikimo indeksą arba CRI (Color Rendering Index). Jis apibūdina spalvų perteikimą šviestuvo skleidžiamoje šviesoje, palyginti su tomis pačiomis spalvomis dienos šviesoje. Šį dydį nustato ribose nuo 1 iki 100, kur 100 atitinka natūralią saulės šviesą. Priklausomai nuo pasirinkto LED šviestuvo kokybės, ši vertė svyruoja nuo 60 iki 95. Būtina atsižvelgti į tai, kad šviestuvai su didesne CRI verte skleidžia sumažintą šviesos kiekį, taigi yra mažiau taupantys energiją (lm/W). Taip pat standartiškai nustatyta, kad patalpų apšvietimo CRI vertė turi būti ne mažesnė kaip 80, tuo tarpu, gatvių ir teritorijų apšvietimo gali būti ir mažesnės vertės.

Jeigu LED šviestuvo didelis CRI, bet kuris objektas atitinkamoje LED šviestuvo skleidžiamoje šviesoje bus matomas tomis pačiomis spalvomis, kaip mes jį matytume natūralioje dienos šviesoje. Parduotuvėje šią praktiką taiko pasirenkant aukštesnio CRI šviestuvus ir atitinkamai produktus paryškinant prožektoriais, kad siūlomos prekės pritrauktų dėmesį. To galima pasiekti ir šviestuvais, kurių ryškesnė raudona, geltona arba žalia spalva, kuri papildomai paryškina produkto specifinę spalvą, pavyzdžiui, taip mėsa atrodo raudonesnė, vaisiai – geltonesni, daržovės – žalesnės ir t. t.

Fotobiologinis saugumas

Fotobiologija – tai optinės radiacijos tyrimas, kuris apibrėžtas kaip elektromagnetinė radiacija nuo ultravioletinių iki infraraudonųjų spindulių. Yra standartų, kuriuose LED apšvietimo pavojingumas klasifikuotas rizikos grupėse nuo 0 iki 3, kur 0 nurodo tai, kad nėra fotobiologinio užterštumo, o 3 byloja apie tai, kad šviesos šaltinis pavojingas netgi esant trumpalaikiam poveikiui. Žmogaus akims ir odai pavojus dėl skleidžiamo apšvietimo padidėja priklausomai nuo šviesoje praleisto laiko ir nuo jos spalvos temperatūros – kuo šviesos spalva aukštesnė arba melsvesnė, tuo didesnę žalą gali padaryti. Visuotinės apšvietimo asociacijos (Global Lighting Association) tyrime išaiškinta, kad LED mėlyna spalva nėra pavojinga ir, esant vienodai šviesos spalvos temperatūrai, ypatingai nesiskirs nuo panašių technologijų, pavyzdžiui, kaitinamųjų lempučių.

UGR arba akinimas

Bendrasis akinimo koeficientas arba UGR (Unified Glare Rating) – tai būdas, kaip skaičiais nurodyti šviestuvo galimai sukeltą akinimą konkrečioje vietoje. Jo šaknys yra biuruose, kur stipriai apsunkindavo matymą dienos šviesos lempučių spindesys stalo kompiuterių ekranuose. Taip atsirado „žaliuziniai“ šviestuvai su paraboliniais reflektoriais, kurie sumažino šviesos spindėjimą ekrane. Šiuo metu, kai šviestuvais vis dažniau pasirenkami LED šviestuvai, kurie šviesą skleidžia nuo išsklaidančių šviestuvų paviršių arba skydų ir nėra paslėpti žaliuzinėse lemose, UGR aktualumas padidėja. Jeigu LED šviestuvas pasirinktas su per dideliu šviesos srautu (lm), jo skleidžiama šviesa gali apsunkinti regėjimą. Rekomenduojama maksimali UGR vertė biuro šviestuvams yra 19.

Tiksliausiai akinimo vertę galima nustatyti tik fizinei patalpai su konkrečiomis šviestuvų vietomis ir stebėtojo buvimo vieta. Tačiau gamintojai privalo tikrinti LED šviestuvo skleidžiamos šviesos intensyvumą, skleidimo kampo ir geometrijos tyrimus, todėl techniniuose dokumentuose turi būti nurodyta UGR vertė.

Signify kokybės patvirtinimas

Vienas pasaulinių lyderių apšvietimo srityje – Signify – 2018 metais Philips prekės ženklo LED apšvietimo produktams sukūrė technologiją EyeComfort, kuri patvirtina, kad konkrečios lemputės yra saugios žmogaus akiai. EyeComfort keliami tokie kokybės reikalavimai: lempučių mirgėjimas, stroboskopinis efektas, fotobiologinis saugumas, akinimo, spalvų perteikimo indeksai, girdimas triukšmas, taip pat tai, kaip elgiasi lemputė, sumažinant jos apkrovą ir reguliuojant jos šviesos spalvą.

Iš pradžių EyeComfort technologija bus pritaikyta LED lemputėse su E27 cokoliu. Nuo 2018 metų birželio mėnesio jų yra Kinijoje, Honkonge, Malaizijoje, Korėjoje ir Singapūre, tačiau šiais metais jos jau bus siūlomos ir pasaulio rinkoje.

Šiuolaikinės apšvietimo sistemos

Kad darbuotojų savijauta būtų gera esant patalpose, JAV įmonė Delos, kuri save pozicionuoja kaip nekilnojamojo turto ir technologijų geros savijautos kompaniją, šiais metais atidarė naują korporatyvinę buveinę, kuri atitinka WELL sertifikato reikalavimus. WELL sertifikatu patvirtinama, kad patalpose sukurtos žmogui sveikos ir patogios sąlygos. Delos korporatyviniame pastate yra įrengta apšvietimo sistema, kuri dirbtinio apšvietimo intensyvumą ir šviesos spalvą automatiškai pritaiko prie natūralios dienos šviesos, žmogaus organizmui užtikrindama paros ciklą – iš ryto melsvą ir intensyvią šviesą, dieną – baltą ir intensyvią, o į vakaro pusę šiltai baltą mažesnio intensyvumo šviesą. Tokiai apšvietimo sistemai įrengti buvo pasirinkta įmonė Ketra, kuri sugebėjo įvykdyti ir WELL, ir LEED sertifikatų reikalavimus.