LIGHTING.PL - Efektywność energetyczna cz. 4 – Światło dzienne, efektywne źródła światła i sterowanie sposobem na oszczędne oświetlenie domu

Blisko połowa respondentów biorących udział w badaniach dotyczących wiedzy nt. zagadnień oszczędzania energii docenia oszczędności finansowe związane ze zmniejszeniem jej zużycia w domach i mieszkaniach, w których zastosowano energooszczędne rozwiązania. W praktyce wyraża się to najczęściej w stosowaniu nowoczesnych okien i termicznych izolacji ścian zapobiegających zbędnym stratom energii cieplnej. Jednak gdy zabezpieczymy już dom przed stratami ciepła, warto pomyśleć także o racjonalizacji zapotrzebowania na energię, także energię elektryczną. Jednym ze źródeł takich oszczędności może stać się oświetlenia domowych pomieszczeń.

Największe oszczędności energii elektrycznej w oświetleniu domów i mieszkań można osiągnąć łącząc harmonijnie trzy działania:

maksymalne wykorzystanie światła dziennego w porze dnia, tak by w tym czasie wyeliminować konieczność doświetlania wnętrz światłem sztucznym,
wykorzystanie źródeł światła i opraw oświetleniowych o wysokiej efektywności energetycznej,
zastosowanie systemu automatycznego sterowania oświetleniem.

Źródła światła i oprawy oświetleniowe
Jeszcze do niedawna głównymi i przez wiele lat praktycznie jedynymi źródłami światła używanymi w oświetleniu domowym były tradycyjne żarówki, ewentualnie żarówki halogenowe. Obecnie żarówki w tradycyjnej postaci są już całkowicie wycofane z rynku, a spotykane w sklepach wersje specjalne o tzw. wzmocnionej konstrukcji, są w istocie próbą obejścia obowiązujących przepisów. Zalety żarówek pod względem jakości światła są niepodważalne. Przede wszystkim jest to miły ciepły odcień światła białego oraz wygląd oświetlanych przedmiotów określany jako naturalny. Żarowe źródła światła miały jednak również istotne wady – były bardzo energochłonne i miały niewielką trwałość. Popularna żarówka o mocy 100 W emitowała strumień świetlny około 1350 lm, miała trwałość około 1000 godzin i była kwalifikowana do niskiej klasy efektywności energetycznej, zaledwie E. Bardzo ważnym czynnikiem sprawiającym, że chętnie je stosowano była też niska cena, którą przy wysokim zużyciu energii elektrycznej i jej koszcie należy jednak uznać za kryterium krótkowzroczne. Nieco nowocześniejsze i bardziej ekonomiczne żarówki halogenowe mają wyższą trwałość od 2000 h do 4000 h. Charakteryzują się wyższą efektywnością energetyczną i są zaliczane do klasy C, ale i one są stopniowo wycofywane z rynku.

Począwszy od lat 80-tych ubiegłego stulecia, popularność w oświetleniu domów i mieszkań zyskiwały stopniowo świetlówki kompaktowe, często lecz nieprawidłowo nazywane żarówkami energooszczędnymi. Początkowo duże i ciężkie, z upływem czasu były systematycznie doskonalone, aż do obecnej zoptymalizowanej postaci. Dziś są to źródła światła, które doskonale mogą zastępować żarówki we wszystkich zastosowaniach domowych. Świetlówki kompaktowe o dobrej konstrukcji, oferowane przez renomowanych producentów, pobierają jedynie około 20 proc. energii elektrycznej zużywanej przez tradycyjne żarówki emitując równocześnie taki sam strumień świetlny. Na ogół są przyporządkowywane do klasy energetycznej A. Zapewniają światło o doskonałych właściwościach barwowych, zbliżonych do światła żarówkowego. Ich średnia trwałość wynosi zwykle od 6000 do 10 000 h, czyli 10 razy więcej niż żarówki tradycyjnej. Wadą jest pewien niewielki czas po zaświeceniu, od kilkunastu sekund w dobrych konstrukcjach do 1 minuty w gorszych, potrzebny na osiągnięcie pełnego strumienia świetlnego lampy. Ze względu na zawartość rtęci, choć niewielką, świetlówki kompaktowe muszą być chronione przed rozbiciem, a po zakończeniu eksploatacji bezwzględnie oddawane do specjalnej utylizacji. Na szczęście system zbiórki i utylizacji takich źródeł światła, podobnie jak innych elektro-śmieci, jest już w Polsce rozwinięty. W przypadku zakupu świetlówek kompaktowych warto pamiętać, że na rynku dostępne są wprawdzie tańsze wersje, ale mogą one charakteryzować się gorszymi parametrami.

Grupą domowych źródeł światła o najwyższej efektywności energetycznej są obecnie nowoczesne lampy wykorzystujące technikę półprzewodnikowych diod świecących LED (ang. Light Emitting Diode). Diody LED są elementami świecącymi o miniaturowych rozmiarach. Pojedyncze diody emitują wprawdzie stosunkowo niewielki strumień świetlny, jednak charakteryzują się wysoką efektywnością przetwarzania energii elektrycznej na światło. Łącząc wiele takich diod w zespoły można budować bardzo efektywne źródła światła o formie, kształtach i rozmiarach zbliżonych do lamp tradycyjnych, np. do żarówek popularnych w oświetleniu domowym. Czołowi producenci opracowali już ledowe zamienniki żarówek tradycyjnych o mocy 100 W. Jednak w praktyce na półkach polskich sklepów można znaleźć lampy LED o strumieniu świetlnym odpowiadającym żarówkom 75 W. W zależności od wykonania charakteryzują się one mocą 11-12-13 W i mają skuteczność świetlną do 95 lm/W przy ciepłej barwie światła i bardzo dobrym oddawaniu barw. Są kwalifikowane do klasy energetycznej A+. Oszczędności energii możliwe do uzyskania dzięki stosowaniu źródeł światła LED dochodzą do około 80 proc. lub niewiele więcej, są więc mniej więcej analogiczne jak w przypadku świetlówek kompaktowych. Jednak lampy LED mogą świecić znacznie dłużej. Ich trwałość deklarowana jest na poziomie 15-25 tys. godzin pracy przy 50-100 tys. załączeń. Wyższe trwałości deklarowane przez niesprawdzonych wytwórców należy uznawać obecnie jedynie za złe praktyki marketingowe. Dodatkowo domowe źródła światła LED, jako urządzenia półprzewodnikowe, mogą być skutecznie sterowane, np. ściemniane. Niestety na tym, jeszcze nie ostatecznym, etapie rozwoju w sklepach zdarzają się również produkty, których niska cena jest okupiona niskimi parametrami, przede wszystkim chłodną barwą światła źle akceptowaną w oświetleniu domowym, a także dużą zawodnością. Powtarza się więc historia z początkowego etapu wprowadzania świetlówek kompaktowych, kiedy to słaba jakość tanich produktów zraża konsumentów do nowej technologii. Z pewnością jednak dobrej jakości domowe lampy LED już na tym etapie rozwoju są konstrukcjami dojrzałymi i mogą być z powodzeniem stosowane w oświetlaniu domów i mieszkań z korzyścią ekonomiczną w postaci dużych oszczędności energii elektrycznej.

Coraz powszechniej w handlu pojawiają się też różne rodzaje domowych opraw oświetleniowych do oświetlenia ogólnego, miejscowego i dekoracyjnego, które zamiast wykorzystywania wymiennych źródeł światła LED, zostały wyposażone w panele z diodami LED zintegrowane na stałe z konstrukcją oprawy. Dzięki bardzo wysokiej trwałości diod zintegrowanych z takimi oprawami, mogą być one eksploatowane bardzo długo i wymieniane w całości dopiero przy kolejnej modernizacji pomieszczenia.

Sterowanie oświetleniem domowym
Sterowanie oświetleniem jest najpopularniejszą i najtańszą funkcją tzw. inteligentnego budynku stosowaną w lokalach mieszkalnych. Do najprostszych funkcji automatycznego sterowania oświetleniem w domach i mieszkaniach należą:

centralne załączanie i wyłączanie oświetlenia w poszczególnych pomieszczeniach,
użycie zaprogramowanych scen świetlnych,
automatyczne zapalanie i gaszenie światła w zależności od pory roku i natężenia światła naturalnego na zewnątrz,
automatyczne zapalanie i gaszenie w przypadku wejścia użytkownika do rzadko używanych pomieszczeń,
symulacja obecności w domy dla zabezpieczenia przed włamaniem i kradzieżą.

Rozwinięciem sterowania oświetleniem typu załącz/wyłącz jest ściemnianie oświetlenia. Ściemnianie pozwala dopasować natężenia oświetlenia do nastroju i warunków, a w ten sposób zwiększyć komfort świetlny. Światło może być np. automatycznie załączane zaraz po zmroku, ale z niepełną mocą, a następnie rozjaśniane w miarę pogłębiania się ciemności na zewnątrz. Włączenie ściemnianych obwodów oświetleniowych w sceny świetlne pozwala komponować naprawdę przyjemne oświetlenie, a dzięki płynnym zmianom natężenia światła odczucie komfortu jest jeszcze większe.

Z kolei źródła światła wspierające technika oświetlenia RGB (Red - czerwony, Green - zielony, Blue - niebieski) umożliwiają sterowanie światłem o tych trzech barwach podstawowych. Mieszanie światła kolorowego RGB w odpowiednich proporcjach pozwala na uzyskanie oświetlenia w dowolnej barwie, nawet białej. Taki rodzaj sterowania stał się szczególnie użyteczny w połączeniu z najnowszą techniką źródeł opartych o technikę barwnych diod świecących LED. Sterując diodami o trzech podstawowych kolorach możemy uzyskać światło dowolnej barwy. Dzięki układom sterowania takie barwne oświetlenie może być włączone w zaprogramowane sceny świetlne. Kolory mogą się zmieniać płynnie lub gwałtownie w zależności od tego czy scena zostanie zaprogramowana na relaksacyjny wieczór, czy na zwariowane przyjęcie ze znajomymi. Możliwe jest także zaprogramowanie różnych barw oświetlenia w różnych porach dnia, relaksujących na wieczór, a pobudzających na ciemny zimowy poranek lub popołudniową pracę umysłową.

Tradycyjne systemy sterowania oświetleniem domowym
Najstarszym, lecz nadal stosowanym sposobem sterowania domowym oświetleniem, są obwody kablowe. Wymagają one wykonania odpowiedniej, dość skomplikowanej sieci przewodowej pomiędzy centralą sterowniczą, a elementami wykonawczymi usytuowanymi przy sterowanych oprawach oświetleniowych. Obecnie dostępne są jednak znacznie prostsze i wygodniejsze systemy bezprzewodowe. Zasada ich działania polega na sterowaniu standardowymi źródłami światła za pomocą niewielkich elementów wykonawczych podłączanych w przełącznikach światła. Po otrzymaniu sygnału radiowego elementy te zapalają lub gaszą światło, albo regulują jego natężenie. Sterowanie odbywa się za pomocą odpowiedniego oprogramowania zainstalowanego w tablecie.

Sterowalne źródła światła LED
W ostatnich latach liderzy branży oświetleniowej, przy okazji wprowadzenia źródeł światła wykorzystujących technikę diod świecących LED, zaoferowali kolejną ciekawą możliwość sterowania oświetleniem domowym. Wykorzystano tu szerokie możliwości sterowania pracą diod jako elementów półprzewodnikowych. Takie sterowalne domowe źródła światła LED mają rozmiary, kształt i trzonek tradycyjnych żarówek, zatem mogą być używane w dotychczasowych domowych oprawach oświetleniowych. Oprócz możliwości sterowania ich zaletą jest znacznie wyższa trwałość i zdecydowanie niższe zużycie energii elektrycznej w porównaniu z lampami tradycyjnymi.

Fot. Philips

W źródłach światła LED wchodzących w skład takiego nowoczesnego systemu sterowalnego oświetlenia domowego zamontowano diody świecące w trzech podstawowych barwach –czerwonej (R), zielonej (G) i niebieskiej (B). Sterując odpowiednio poszczególnymi diodami, w wyniku zmieszania ich światła można uzyskać zarówno oświetlenie białe o różnych odcieniach – ciepłym, neutralnym lub chłodnym, jak i światło barwne w dowolnym kolorze. Lampa taka może być zaświecana i gaszona w sposób standardowy, zwykłym wyłącznikiem ściennym. Świeci wtedy z pełną mocą, światłem białym w odcieniu ciepłym. Jednak dzięki kolejnym elementom systemu może być także sterowana, bowiem bezpośrednio w lampie umieszczono także miniaturowy układ elektroniczny odbierający sygnały radiowe i sterujący pracą poszczególnych diod. Dzięki temu, drogą bezprzewodową można załączać i wyłączać źródło światła oraz regulować natężenie i barwę świecenia. W skład systemu wchodzi także niewielki nadajnik podłączany do domowego rutera internetowego z funkcją Wi-Fi. Dzięki specjalnej aplikacji komputerowej zainstalowanej w smartfonie lub tablecie z systemem operacyjnym iOS lub Android, łączymy się z nadajnikiem podłączonym do rutera i możemy wydawać polecenia, które zmienią świecenie lamp. Jeśli znajdujemy się w obszarze działania rutera Wi-Fi polecenia wydawane są drogą radiową. Jeśli jesteśmy gdziekolwiek poza domem, mamy połączenie z Internetem i ma je także ruter, do którego podłączyliśmy system, wtedy także mamy kontrolę nad oświetleniem w odległym domu lub mieszkaniu. Możemy monitorować stan oświetlenia i sterować nim. Przez jeden nadajnik można sterować pracą wielu źródeł światła, każdego z osobna, co z powodzeniem wystarczy na potrzeby przeciętnego mieszkania, a nawet domu.

Najprostszą funkcją takiego systemu jest zwykłe załączanie światła białego, ręcznie lub automatycznie o zaprogramowanej porze, przy czym może się to odbywać przez włączenie światła od razu z pełną mocą albo przez stopniowe jego rozjaśnianie. Podobnie gaszenie może przebiegać natychmiastowo lub stopniowo. Możliwe jest sterowanie pojedynczymi źródłami światła, a także wybranymi grupami lub wszystkimi lampami w systemie. Dzięki temu można programować różne zachowania lamp w poszczególnych pomieszczeniach – pokoju dziennym, sypialni, pokoju dziecka lub kuchni.

System pozwala przypisywać parametry światła – jasność i barwę, indywidualnie każdemu źródłu światła lub całym grupom lamp. Można przy tym dobierać parametry samodzielnie lub korzystać z predefiniowanych ustawień odzwierciedlających różne nastroje światła sprzyjające relaksowi i zasypianiu, koncentracji do pracy, czytania i nauki lub pobudzeniu organizmu.

Przypisanie indywidualnych cech świecenia poszczególnym źródłom światła pozwala na tworzenie, zapamiętywanie i natychmiastowe odtwarzanie wielu różnych tzw. scen świetlnych, czyli układów oświetlenia we wnętrzu. Poszczególne lampy biorące udział w tak zaprogramowanej scenie mogą świecić z różnym natężeniem i barwą światła. Sceny te mogą być załączane ręcznie lub uruchamiać się automatycznie o zaprogramowanej porze dnia. Dzięki temu w ciemny zimowy poranek może nas budzić stymulujące światło załączane jeszcze przed naszym przebudzeniem i stopniowo rozjaśniane. Wieczorem w pokoju dziecięcym możemy zaprogramować delikatne relaksujące światło, które samo będzie się ściemniało w miarę zasypiania naszego milusińskiego, dodatkowo zmieniając barwę, aż w końcu wyłączy się automatycznie.

Włączanie i wyłączanie światła w całym domu lub w poszczególnych pomieszczeniach może symulować obecność właścicieli nawet podczas ich nieobecności, sprzyjając zabezpieczeniu przed włamaniem i kradzieżą.

Istotną cechą systemu jest bardzo szybka reakcja źródeł światła LED na sygnały z systemu sterowania. Dzięki temu rozjaśnianie i ściemnianie oraz zmiana barwy światła są bardzo płynne.

Autor: Marek Kołakowski (LIGHTING.PL)

Treści powiązane: