aneb kudy by chodit nemělo
Žijeme ve zvláštním světě. Ve světě, kde se podvodníkům říká podnikatel, kde se komukoliv, kdo pronese nějaký rádoby učený blábol, říká vědec. Kde se kdokoli může pasovat na experta. Posledně jmenovaných se v posledních několika málo letech vyrojilo jak hub po dešti i v tak opomíjeném oboru jako je osvětlování. Opomíjeném zlatokopy. Vše se však změnilo – otevřelo se nové naleziště perspektivních světelných diod protkané žílami neperspektivních indukčních zdrojů.
Jednou z oblastí, kterou prospektoři začali hojně navštěvovat, je záměna klasických světelných zdrojů za jejich náhražky na bázi LED. Ať už je to ve venkovním nebo průmyslovém osvětlování, kde nahrazují výbojky, nebo kancelářské osvětlení se záměnou zářivek za LED trubice.
Je málo důvodů pro takové náhrady, je mnoho důvodů proti.
Pokusím se porovnat klasický světelný zdroj s diodovou náhražkou na příkladě zářivky. Že se nejedná o náhrady, ale opravdu náhražky, vyplyne z dalšího textu.
„Prostá“ záměna se obvykle, v případě, že je ve svítidle použit klasický předřadník, provádí pouhým vyzkratováním startéru. V případě, že je ve svítidle elektronický předřadník, tak je nutné jej odpojit.
Samy o sobě jsou popsané zásahy nepřípustné. Změní se (nejen) elektrické vlastnosti svítidla – to pak ztrácí prohlášení o shodě ve smyslu zákona [1]. Bez tohoto prohlášení je nepřípustné svítidla používat. Ostatně, nepřípustná by byla i taková záměna při které by nedošlo k žádnému zásahu do svítidla. Svítidlo je homologováno pro jiný světelný zdroj. Změní se elektrické, světelné i tepelné poměry ve svítidle, patrně dojde ke změně elektromagnetické kompatibility a úrovně radiového rušení. Svítidlo vyrobené pro klasickou trubici je nutné po její záměně podrobit novému měření. Jinak se uživatel takového výrobku vystavuje nebezpečí pokuty až do dvaceti milionů. Samozřejmě nepostačí prohlášení o shodě pro použitou náhražku, to musí platit pro sestavu svítidlo – světelný zdroj.
Budu předpokládat, že problematiku popsanou v předešlém odstavci uživatel zdárně vyřešil a nové, resp. repasované, svítidlo se může pyšnit prohlášením o shodě. Tím je překonána první překážka. Ale ani ostatní nejsou zanedbatelné.
Další překážkou je, že se většinou zcela změní fotometrické vlastnosti svítidla. Zapomíná se na to, že původní svítidlo bylo vybráno, nebo alespoň mělo být, právě proto jak svítí. LED trubice směřují všechno světlo jedním směrem, obvykle do dolního poloprostoru. Nemusí to vadit u hlubokozářičů, ale spíše bude. U svítidel, která mají širokou křivku svítivosti to již vadit bude zcela jistě. U svítidel, která svítí i do horního poloprostoru ani nemluvím. Jistě zde nemusím vysvětlovat proč mají svítidla rozdílné optické vlastnosti, že nepřímá složka osvětlení je nesmírně významná pro naplnění prostoru světlem a pro dosažení zrakové pohody. Ke zhoršení vnímání osvětlovaného prostoru přispěje i to, že se nejspíš zhorší rovnoměrnost osvětlení a rozložení jasů v prostoru. Sníží se jas stěn a ještě drastičtěji jas stropu. Vzhledem k tomu, že jas jednotlivých diod je značně vyšší než jas povrchu zářivky, tak hrozí i vyšší míra oslnění. To se snaží výrobci náhražek vyřešit použitím rozptylných difuzorů. Samozřejmě za cenu nižší účinnosti. Měření ukazují, že difuzor LED trubic může pohltit i 20% světelného toku (i víc).
Se změnou fotometrické charakteristiky svítidel se pochopitelně změní také účinnost svítidla. Není ani překvapivé, že se obvykle zvýší. To vyplývá z charakteristiky vyzařování LED trubic. Světlo z nich jde tou nejkratší cestou ven ze svítidla. Ke ztrátám dochází pouze průchodem případným difuzorem. U klasické zářivky je světlo nejen vyzařováno přímo, ale také nepřímo odrazem od reflektorových ploch svítidla. Samozřejmě, každý odraz je ztrátový, úměrný velikosti činitele odrazu. Ovšem tato ztráta je bohatě vyvážena tím, že je možné světlo přesměrovat do žádoucích směrů. Ztráta to ostatně není nijak závratná – když budu předpokládat, že polovina světla je vyzářena přímo (mísou, která pohltí 10% světla) a druhá polovina opustí svítidlo po jednom odrazu (od reflektoru s odrazností 80%), tak bude teoretická účinnost takového svítidla 0,5×0,9+0,5×0,8×0,9=0,81, tedy 81%. Totéž svítidlo s náhražkou by mělo účinnost, též teoretickou, 90%. V praxi to může být o něco víc, ale také méně.
Ale změna fotometrie, pochybně vyvážena mírně zvýšenou účinností, není jediným nepříznivým dopadem záměny světelných zdrojů. Nesmí se zapomenout ani na časové změny, které popisuje udržovací činitel. Činitel stárnutí a znečištění svítidel se patrně nezmění, nebo zanedbatelně. Co je však nezanedbatelné je pokles světelného toku vlastních LED trubic.
Pro kvalitní zářivky udává výrobce pokles během života v průměru na 95% [2]. Pro světelné diody je toto číslo zatím velmi hypotetické. Běžně se udávalo, že je velmi pravděpodobný pokles světelného toku o 30%. V posledních studiích firmy CREE je optimistická vize, že to bude jen 20%. Z uvedených čísel tedy plyne, že vlivem stárnutí světelného zdroje poklesne využitý světelná tok v jejich poměru, tedy 0,8/0,95 = 0,84. Srovnám-li toto číslo s teoretickou změnou účinnosti svítidla (81 a 90%), pak se dostaneme k tomu, že ze zářivkového svítidla bude emitováno 0,81×0,95 = 0,77, tedy 77% „vyrobeného“ světla, z téhož svítidla osazeného náhražkou to bude 0,9×0,8 = 0,72, tedy jen 72% světla emitovaného LED trubicí. Zvýšená účinnost je tím více než anulována. Pro zastánce „pokroku“ to je nepříjemné zjištění.
Ale ani to není všechno.
Dostávám se k největšímu (pseudoliterát by napsal k nejpalčivějšímu) problému světelných diod – k teplu. Zejména v uzavřených svítidlech. U takových svítidel je zcela běžné, že se po ustálení teplota pohybuje kolem 60°C, často i výše. Není možné, aby světelný čip byl ochlazen na nižší hodnotu, naopak, lze předpokládat, že jeho teplota se bude pohybovat kolem bodu varu. Důsledek je devastující. Střední doba života LED klesne z proklamovaných desítek tisíc hodin na zlomek katalogového údaje; na 10÷15%, tedy méně než deset tisíc hodin. Poklesne i světelný tok. Více než o polovinu. Stejně poklesne i osvětlenost v prostoru. Přitom nemusí jít jen o uzavřená svítidla. Značné teploty mohou být i ve vlastní LED trubici, pokud její konstrukce nebude dobře navržena pro odvod tepla. Dostaly se mi do ruky výsledky měření zkušební instalace LED náhražek. Byly mnohem méně příznivé – za cca 500 hodin provozu poklesla osvětlenost až na neuvěřitelných 28% původní hodnoty.
Ale ani to není všechno.
LED trubice se sice připojují na síťové napětí. Nikoliv však vlastní čipy. Ty je nutné proudově napájet. A zde nastává velký problém. Tím je život vlastního napájecího zdroje (chcete-li, předřadníku). Ten se pohybuje podle kvality použitých prvků a kvality zpracování na hranici 20 000 hodin. Jen velice kvalitní předřadníky mohou dosáhnout dostatečně dlouhé doby života. Jsou však drahé, v LED náhrážkách sotva použitelné. K čemu potom teoretické údaje o délce života LED trubic 50 a více tisíc hodin? Pokud není možné jednoduchým způsobem vyměnit předřadník, tak je život náhražky limitován délkou života napájecí části. Připomínám, že zářivky dosahují podobných délek života, v provedení XXT dokonce (prokázaných) 75 tisíc. A to je řeč o servisní době života, která je výrazně kratší, než střední doba života [2].
Ale ani to není všechno.
I kdyby nějakým zázrakem byla teplota na čipech v náhražkách optimální a nezkracoval se ani život, ani neklesal měrný výkon, ani „neodcházeli“ napájecí prvky, tak přesto by nebylo možné jejich použití doporučit. Z prostého důvodu – již v základu nedostatečný světelný tok vystupující z LED trubice.
V těchto dnech jsem se pokusil zmapovat situaci na trhu. Výsledek je uveden v tabulce 1. Opravdu ho mám komentovat?
Tabulka 1 – LED trubice, stav prosinec 2011 – v prvé řádce je uvedena náhražka s nejvyšším světelným tokem, ve druhé průměrná hodnota mě známých
Tak jen význam posledních dvou sloupců.
Ve sloupci „Pokles průměrné osvětlenosti“ je uvedeno na jakou úroveň pravděpodobně klesne osvětlenost pracovního úkolu. Přitom jsou zanedbány všechny nepříznivé vlivy, ale je zahrnuto „navýšení“ účinnosti o 15%. Přes tuto benevolenci i v tom nejpříznivějším případě (18W zářivky „nahrazena“ 8W LED trubicí) poklesne průměrná osvětlenost na tři čtvrtiny, v nejméně příznivém případě to je téměř na třetinu. Podotýkám, že jde o průměrné osvětlenosti. Pod vlastním svítidlem osvětlenost může dokonce vzrůst díky charakteristickému vyzařování LED trubic. Této skutečnosti také prospektoři využívají. Laickému zákazníkovi předvedou, jak vzroste (nebo alespoň zůstane zachována) osvětlenost po záměně klasické zářivky za jejich produkt. „Opomenou“ vzít v potaz, že v době „experimentu“ je obvykle zářivka starší, tedy se sníženým světelným tokem, zatímco náhražka je nová, tedy svítící pravděpodobně vyšším než jmenovitým světelným tokem. I LED se „zahořují“ stejně jako zářivky (100 hodin). Když je ještě zlatokop dostatečně rychlý, tak luxmetr strčí pod svého favorita ihned po rozsvícení, aby se nestačil zahřát a neklesl jeho světelný tok. Není problém „prokázat“, že LED trubice poskytují více světla než původní zářivky.
Poslední sloupec „Pokles udržované osvětlenosti“ uvádí opět průměrnou hodnotu osvětlenosti, avšak respektuje stárnutí světelných zdrojů. I toto číslo je oprati realitě velice shovívavé. Zahrnul jsem „navýšení“ účinnosti, nezahrnul jsem vliv teploty, který může mít opravdu drastické dopady. Do výsledku jsem tedy promítl pouze pokles světelných toků porovnávaných zdrojů (připomínám pokles 5% pro zářivku, resp. 20% pro LED trubice).
Uvedené hodnoty průměrných osvětleností platí pro obvyklé osvětlovací soustavy. Mohou být atypické situace, kdy LED trubice budou sto konkurovat, alespoň kvantitativně, klasickým zářivkám. Bude to však velmi vzácné.
Ale abych jen nežehral.
LED trubice mají i pozitivní vlastnosti. Jednou z nich je široká škála barevných teplot. na trhu jsou trubice s barevnou teplotou od 2700 K po 7000 K i více. Dlužno podotknout, že čím vyšší barevná teplota, tím vyšší měrný výkon LED trubice vykazuje (opět šance pro zlatokopy). Pro běžná pracoviště je však vhodná barevná teplota v okolí 4000 K.
Druhým kladem je možnost volby poměrně vysokého indexu barevného podání. Dosahuje se hodnot 80 a vyšších (minimum pro trvalá pracoviště), dokonce i vyšších než 90. Opět za cenu poklesu měrného výkonu (a nárůstu již tak vysoké ceny). Takže není naopak neobvyklé, že náhražky mají tento index nižší než 80, než 70…
K výhodám LED trubic se ještě řadí stabilita světelného záření (světlo nemíhá). Nevadí jim ani časté spínání (což moderním zářivkám také nevadí, pokud nebudeme brát v úvahu nějaké extrémní situace). Spínání s okamžitým náběhem – leč následným pozvolným poklesem v závislosti na zahřívání čipu. Lze je snadno stmívat (pokud jsou vybaveny odpovídajícím řízením).
Dříve vyjmenované nevýhody nejsou ani zčásti vyváženy uvedenými výhodami.
Když jsem začal psát tento text, tak jsem měl v úmyslu probrat nejen zoufalost náhrady klasických zářivek LED náhražkami. Chtěl jsem se věnovat i pochybným náhražkám za výbojky, kde je situace ještě tristnější. Ale také jsem se chtěl zaměřit na nově „objevený“ způsob prosazování LED ve veřejném osvětlování. Způsobem, který nepoužívají jen prospektoři, ale ke kterému se, k mému zděšení, začaly uchylovat i doposud korektní firmy. Tím je masové přeřazování komunikací ze tříd osvětlení ME a CE do třídy S. Tam je totiž šance poměrně snadno splnit požadavky norem. A co víc, dokonce se svítidly o příkonech menších než 50W. Tedy příkony, pod které se ani ta nejkvalitnější svítidla pro veřejné osvětlení nemohou dostat (není obvyklé svítidlo pro halogenidovou výbojku 35W). Sláva! Úspory jsou na světě a koza zůstala celá – rozuměj, normy jsou splněny. Je neuvěřitelné, že autorům takových řešení nevadí pomyšlení, že díky jejich obchodnímu úspěchu může někdo dojít zdravotní újmy. V tom lepším případě.
Závěrem této části bych chtěl prohlásit, že nejsem odpůrce pokroku. Naopak. Ale pokroku, nikoliv cest zpět. Světelné diody jsou nade vší pochybnost perspektivní světelné zdroje. Již dnes lze s nimi realizovat osvětlovací soustavy, které jsou kvalitnější a kvantitativně srovnatelné s řešením používajícím klasické prvky. Velmi často jsou již i energeticky úspornější. Často především důsledným využitím regulace – vnucuje se však otázka, co by se vlastně mělo regulovat, když i při plném světelném výkonu vyprodukuje LED trubice nedostatečné množství světla. Nelze je však při současném stavu techniky používat jako náhražky stávajících světelných zdrojů ve svítidlech konstruovaných pro klasické komponenty. Nevylučuji, že se časem najdou i rovnocenné náhrady. Může to být za pár let, ale také za pár měsíců. Pokrok v oblasti světelných diod nelze nazvat jinak, než jako překotný. Žel překotné jsou i touhy prospektorů zbohatnout teď hned a mnoho!
Literatura:
[1] Zákon č. 22/1997 Sb. o technických požadavcích na výrobky a o změně a doplnění některých zákonů
[2] Světelné zdroje a systémy, Osram 2010