Vplyv znečistenia optických častí svietidiel na zmeny ich fotometrických parametrov

 

 

Pri vypracovávaní návrhu osvetľovacích sústav má kľúčový význam stanovenie správneho udržiavacieho činiteľa. Metodický návod na jeho určenie poskytuje publikácia CIE 97, na ktorú sa odvolávajú aj technické normy. Udržiavací činiteľ pozostáva z viacerých zložiek. Jednou z najvýznamnejších, ktorá patrí do skupiny vratných (alebo čiastočne vratných) strát svetelného toku, je činiteľ vyjadrujúci pokles svetelného toku v dôsledku znečistenia svietidla, pričom jeho určenie o. i. závisí od čistoty prostredia v rámci troch možných kategórií. Dokument CIE však neuvádza presnú špecifikáciu jednotlivých kategórií, čo sťažuje použitie tohto dokumentu v praxi. V príspevku sú obsiahnuté tézy aktuálnych výskumov v oblasti udržiavacieho činiteľa. Cieľom prác je definovanie kategórií čistoty, skúmanie vplyvu znečistenia na rôzne optické časti svietidiel, a to nielen z pohľadu zníženia optickej účinnosti, ale aj zmeny kriviek svietivosti znečistených svietidiel.

 

Všetky osvetľovacie sústavy sa od okamihu uvedenia do prevádzky postupne znehodnocujú (obr. 1). Straty sú spôsobené usadzovaním nečistôt, starnutím svetelných zdrojov, svietidiel atď. Ak tento jav nebude braný do úvahy, osvetlenosť sa postupne zníži na veľmi nízke hodnoty a sústava sa stane energeticky neúčinnou, neestetickou až nebezpečnou. Keďže znižovanie osvetlenosti je postupné, užívatelia priestoru ho nemusia registrovať. To však za nejaký čas môže vyvolávať zrakovú únavu, zvýšiť chybovosť, a dokonca aj spôsobovať úrazy. Časovú stratu svetelného toku treba odhadnúť už v etape projektovania osvetľovacej sústavy a do výpočtu zahrnúť príslušnú opravu vo forme udržiavacieho činiteľa. Svetelnotechnický projekt musí byť vypracovaný tak, aby bral do úvahy celkový udržiavací činiteľ vypočítaný pre zvolenú osvetľovaciu sústavu, dané prostredie a stanovený plán údržby. Udržiavací činiteľ závisí od pracovných charakteristík svetelných zdrojov a predradníkov, svietidiel, charakteru prostredia a plánu údržby.

Nevratné zmeny sú vlastné osvetľovacej sústave, nedajú sa zlepšiť bežnou údržbou a nie je ekonomické ich zlepšovať. K nevratným zmenám patrí napr. Starnutie a degradácia materiálov (žltnutie plastov, korózia kovových povrchov, strata odrazivosti hliníkových plechov). Sú všeobecne nevýznamné (<3 %), ale pri vypracúvaní projektovej dokumentácie OS ich treba zohľadniť spolu s plánom údržby a s výberom zariadenia pre dané prostredie. V niektorých prípadoch, keď sú tieto zmeny významné a nie je hospodárne prevádzkovať ďalej osvetľovaciu sústavu ani uviesť svetelnočinné časti do pôvodného stavu, svietidlo treba vymeniť (alebo vymeniť optické časti na náhradné diely). Príklad: Svietidlá prevádzkované v špinavom a mastnom prostredí, kde sa častice prachu a oleja zapečú do povrchu reflektora. Ako ukázala prax, výmena optických častí s použitím náhradných dielov je neekonomickým riešením.

Vratné zmeny možno zlepšiť rutinnou údržbou. Patrí sem znečistenie svietidiel, znečistenie povrchov miestností, pokles svetelného toku zdrojov atď. V pláne údržby je potrebné presne špecifikovať tieto zmeny a spôsob ich odstránenia (vrátane časového plánu).

 

 

Udržiavací činiteľ je potrebné stanoviť použitím týchto dokumentov:

 

CIE 97 (2002): Údržba vnútorných osvetľovacích sústav (interiérové osvetlenie).

CIE 115 (1995): Odporúčania na osvetlenie ciest pre motorovú a pešiu premávku (verejné osvetlenie).

 

Udržiavací činiteľ sa skladá z týchto zložiek:

Celkový udržiavací činiteľ je násobkom jednotlivých zložiek:

 

MF = LLMF × LSF × LMF × RSMF      (1)

 

Činiteľ poklesu svetelného toku vplyvom znečistenia svietidla LMF sa uvádza v závislosti od miery znečistenia prostredia a stupňa krytia svietidla v publikácii CIE. Pokles svetelného toku vplyvom nevratných zmien (podľa publikácií CIE sa nerozlišuje medzi vratnými a nevratnými zmenami a na obidve sa aplikuje zložka LMF) je v súčasnosti ešte málo preskúmanou oblasťou, zatiaľ sú spoľahlivé a hodnoverné údaje len otázkou budúcnosti. Dá sa uvažovať s poklesom toku 2 % počas života, čo však platí len pre moderné svietidlá konštruované z moderných materiálov a postupmi v zmysle normy pre svietidlá, nie pre existujúce staré typy svietidiel!

 

Pri skúmaní schopnosti svietidiel odolávať znečisteniu treba zohľadniť konštrukčné riešenie svietidla (miera otvorenosti svietidla, poloha otvorov atď.) na jednej strane a charakteristiky prostredia na druhej strane. Kategorizáciu konštrukčných riešení svietidiel z hľadiska údržby uvádza tab. 1. Kategórie čistoty prostredia podľa dokumentu CIE 97 sú uvedené v tab. 2. Zmienené orientačné kategorizácie sú príliš všeobecné a pre použitie v praxi často nejednoznačné. V praxi by bol veľmi užitočný jednotný a najmä jednoznačný klasifikačný systém, ktorý by mal nadväznosť na iné technické normy zaoberajúce sa charakteristikami prostredia a schopnosti svietidiel či iných elektrických zariadení týmto vplyvom odolávať.

 

Najčastejšou formou znečistenia optických častí svietidiel je usádzanie prachu. Prach je všeobecné označenie pre pevné častice s priemerom menším ako 500 μm. Prach v atmosfére Zeme pochádza z rôznych zdrojov. Prachom sa rozumejú aj drobné čiastočky pevných materiálov rozptýlené v ovzduší alebo usadené na predmetoch a stenách. Tieto čiastočky vznikajú aj pri ťažbe, vŕtaní, mletí a opracovávaní rôznych pevných materiálov. V ovzduší zamorenom prachom sa najdlhšie udržujú čiastočky prevažne priemeru do 2 μm. Tieto čiastočky sú z hygienického hľadiska najnebezpečnejšie, pretože prenikajú hlboko do dýchacích ciest a spôsobujú vážne respiračné ochorenia.

 

CIE 97 vzťahuje zložku LMF a požadované intervaly údržby iba na štyri kategórie čistoty, ktoré bližšie nedefinuje a uvádza len orientačné príklady priestorov, ktoré sú považované za typických predstaviteľov jednotlivých kategórií. Projektant má ťažkú úlohu odhadnúť, do ktorej kategórie riešený priestor práve spadá.

 

Projektant v prvom rade stanovuje požiadavky na osvetlenie podľa príslušných technických noriem. Napríklad pre pracoviská použije normu STN EN 12 464-1 (vnútorné pracoviská), popr. STN EN 12 464-2 (vonkajšie pracoviská). Pre daný riešený priestor z tabuľky vyberie požiadavky na intenzitu osvetlenia, rovnomernosť osvetlenia, požiadavky na UGR/GR, popr. ďalšie (podľa poznámok k tabuľkám). Iste by bolo užitočné, keby pracovné priestory podľa uvedených noriem boli zosúladené s dokumentmi CIE, čo sa týka kategórie čistoty.

 

Pri klasifikácii prostredí možno zohľadniť rôzne vplyvy, ktoré majú na znečistenie svietidiel vplyv. Tu sa dá oprieť o technickú normu STN 33 2000-5-51, ktorá rieši problematiku vonkajších vplyvov. Napríklad prach ako najdôležitejšia forma znečistenia svietidiel je definovaný prostredníctvom vonkajšieho vplyvu AE. Pri návrhu osvetľovacej sústavy by vonkajšie vplyvy pre jednotlivé miestnosti či priestory mali byť známe, stanovujú sa komisionálne v úvodných fázach riešenia projektu (resp. v predprojektovej príprave). Vonkajšie vplyvy sú odstupňované podľa miery výskytu prachu (tab. 3). Schopnosť zariadení odolávať určitej miere výskytu prachu je daná ich stupňom krytia, ktorý sa v zmysle noriem klasifikuje systémom IP (Ingress Protection).

 

Vlastnosti prostredia definuje aj skupina noriem STN EN 60721 na základe suspenzie a sedimentácie prachu. Približný prevod medzi rôznymi systémami uvádza tab. 4.

 

Súčasné údaje o znížení svetelného toku svietidiel v dôsledku ich znečistenia podľa dokumentov CIE sú založené na prácach Clarka a Ajzenberga (a ďalších), ktoré boli uskutočnené v šesťdesiatych a neskôr v osemdesiatych rokoch. Dnešné podmienky pracovných prevádzok sú však už podstatne lepšie, s podstatne menším znečistením.

 

Okrem zníženia svetelného toku je však mimoriadne dôležitý aj iný dôsledok, a to rozptyl svetla na vrstve usadeného prachu. Táto skutočnosť sa pri návrhu osvetlenia vôbec neberie do úvahy, čo je zásadná chyba v sústavách so zrkadlovými optikami – napr. v kanceláriách a podobných zrakovo náročných priestoroch so svietidlami s parabolickou mriežkou. Na konci cyklu údržby nebudú dosiahnuté požadované parametre osvetlenia nie tak v dôsledku zníženia svetelného toku, ale zmenou jeho priestorového prerozdelenia.

 

Okrem odrazných povrchov však rozdiely existujú aj v materiáloch difúzorov, na výrobu ktorých sa používa predovšetkým polykarbonát, polymetylmetakrylát a polystyrén. Rôzne materiály vykazujú rôznu priľnavosť prachu. Dôležitá je ale aj štruktúra povrchu – pri prizmatických difúzoroch sa v úzkych drážkach prach usádza a při čistení svietidla ho nie je možné plne odstrániť, čím rastie miera nevratných strát.

 

Cieľom aktuálne prebiehajúcich výskumných úloh je podrobne analyzovať vplyv znečistenia prostredia na zníženie a rozptyl svetelného toku zo svietidiel. V súčasnosti sú započaté iba úvodné práce. Na skúmanie znečistenia rôznych prostredí boli navrhnuté vzorky materiálov, ktoré sa najčastejšie používajú pri výrobe optických častí svietidiel. Boli navrhnuté konkrétne prevádzky, kde sú, resp. Budú tieto vzorky umiestňované. V súčasnosti je už prvá sada vzoriek inštalovaná a prebieha proces ich prirodzeného znečistenia. V budúcnosti sa uvažuje aj s umelým naprašovaním v špeciálnej komore.

 

Na obr. 2 sú nákresy špeciálneho zariadenia na zachytávanie prachu v prirodzenom prostredí. Zariadenia budú inštalované

vo vybraných priestoroch podobne ako svietidlá. V každom zariadení budú uložené materiály, ktoré sa najčastejšie používajú

v danom priestore. Interval zberu vzoriek je navrhnutý v závislosti od použitia. Odobraté vzorky sa podrobia meraniu

vrstvy prachu a fotometrickým meraniam.

 

V jednotlivých úlohách sa budú sledovať rôzne okrajové podmienky, ktoré môžu mať vplyv na výsledky. Ide napr. o mieru znečistenia okolia objektu, t. j. polohu objektu (pokojná časť mesta, centrum mesta, blízkosť hlavných ciest, priemyselná

zóna atď.), spôsob vetrania (prirodzené, klimatizované priestory) a ďalšie. Súčasťou analýz bude aj podrobný popis prevádzky so sledovaním tvorby, výskytu a pôsobenia znečisťujúcich látok.

 

V tomto príspevku sú načrtnuté tézy výskumu vplyvu znečistenia prostredia na zníženie a zmenu rozloženia svetelného toku zo svietidiel. Cieľom práce je:

Uvedené úlohy sú v súčasnosti len v úvodných fázach. Zistenia budú postupne publikované v ďalších príspevkoch.

 

Po doriešení úloh sa predpokladá, že projektant osvetlenia by pri návrhu mohol plne vychádzať z protokolu o určení vonkajších vplyvov, na základe ktorého by klasifikoval čistotu prostredia a mohol by jednoznačnejšie určiť príslušnú zložku LMF udržiavacieho činiteľa.

[1] CIE 97 (2002): Údržba vnútorných osvetľovacích sústav (interiérové osvetlenie).

[2] CIE 115 (1995): Odporúčania na osvetlenie ciest pre motorovú a pešiu premávku (verejné osvetlenie).

[3] STN EN 12 464-1: Svetlo a osvetlenie. Osvetlenie pracovných miest. Časť 1: Vnútorné pracovné miesta.

[4] STN EN 12 464-2: Osvetlenie pracovísk. Časť 2: Vonkajšie pracoviská.

[5] STN 33 2000-5-51: Elektrické inštalácie budov. Časť 5-51: Výber a stavba elektrických zariadení. Spoločné pravidlá.

[6] STN EN 60721-3-3: Klasifikácia podmienok prostredia. Časť 3: Klasifikácia skupín parametrov prostredia a stupňov ich prísnosti. Oddiel 3: Stacionárne použitie na miestach chránených proti poveternostným vplyvom.

[7] STN EN 60721-3-4: Klasifikácia podmienok prostredia. Časť 3: Klasifikácia skupín parametrov prostredia a stupňov ich prísnosti. Oddiel 4: Stacionárne použitie na miestach nechránených proti poveternostným vplyvom.

[8] STN EN 60529: Stupne ochrany krytom (krytie – IP kód).

Recenze: prof. Ing. Karel Sokanský, CSc., VŠB-TU Ostrava, FEI - Katedra Elektroenergetiky