P O Z N A N UN I VE R S I T Y O F T E C HN O L O G Y AC A D E MI C J O UR N A L S
No 73 Electrical Engineering 2013
__________________________________________
* Politechnika Poznańska.
Tomasz STANKOWIAK*
Konrad DOMKE*
ILUMINACJA OBIEKTÓW SAKRALNYCH – TRADYCYJNE LAMPY WYŁADOWCZE VS LAMPY LEDOWE
Współczesny rynek oświetleniowy koncentruje się na produkcji opraw LED.
Wykorzystuje się je do oświetlania hal produkcyjnych, sklepów, mieszkań, biur, placów, ulic parkingów czy obiektów architektonicznych. Niezaprzeczalnym atutem tego typu opraw jest niskie zużycie energii, jednak czy innowacyjna technologia i niskie koszty eksploatacyjne są w stanie poradzić sobie z estetycznym i wizualnym wymaganiom obserwatora? Czy wymiana lamp wyładowczych na LEDowe będzie wystarczająca aby uzyskać ten sam efekt świetlny i estetyczny? W artykule przedstawione zostaną porównania lamp wyładowczych i ich odpowiedników LEDowych zarówno pod względem rozkładu widmowego źródeł światła jak i zużycia energii.
1. WSTĘP
Potrzeba iluminowania budowli architektonicznych wynika z faktu dążenia do zaspokojenia potrzeb estetycznych. Po zapadnięciu zmroku, projektant ma pełną władzę nad światłem, jest to idealna pora do kreowania nowego wizerunku budowli, który powinien zadziwiać i wzbudzać w obserwatorze pozytywne emocje. Jeszcze kilkanaście lat temu miasta traktowały iluminację jako źródło niepotrzebnych kosztów.
Aktualnie sytuacja zaczyna się zmieniać. Władze zaczynają dostrzegać pozytywne aspekty iluminacji. Dla wielu miast głównym źródłem dochodu mieszkańców jest turystyka. Światło może być wykorzystane do stworzenia niepowtarzalnej atmosfery oraz zwiększeniu walorów turystycznych. Podświetlany pomnik, nastrojowo iluminowany plac, czy tajemniczo oświetlony park sprawiają, że mieszkańcy i turyści czują się dobrze, bezpiecznie, a ponadto zachęcają do spacerów i aktywniego wieczorami. Dodatkowo iluminacja wysokich obiektów ułatwia orientację w przestrzeni miejskiej.
2. OPIS OBIEKTU
Do iluminacji został wybrany przycmentarny kościół pod wezwaniem św. Wita w Śmiglu, w powiecie Kościańskim. Kościół znajduje się w niewielkiej odległości od rynku. Jest bardzo ważnym i cenionym obiektem w gminie ze względu na
Tomasz Stankowiak, Konrad Domke 162
historię. W porze nocnej ginie on w otoczeniu, dlatego warto rozświetlić ten obiekt, by pokreślić jego rangę oraz piękno. Taki zabieg zwiększa bezpieczeństwo wokół kościoła, co dla tego typów obiektów jest bardzo ważne. W bezpośrednim otoczeniu kościoła nie znajdują się żadne źródła światła. Budynek umiejscowiony jest przy drodze, na której znajdują się oprawy drogowe, które rozświetlają także okolice cmentarza. Po zmroku kościół zasadniczo ginie w ciemnościach, czasami delikatnie rozświetlają go znicze. Najważniejszą częścią budynku mogącą stanowić istotny element iluminacji jest wieża z gontowym hełmem widocznym z każdego kierunku obserwacji. Z większej odległości bryła budowli jest zasłonięta drzewami. Niezasłonięte elewacje ukazują się dopiero z bliska.
3. KONCEPCJA ILUMINACJI Z UŻYCIEM LAMP WYŁADOWCZYCH
Do rozświetlenia elewacji kościoła zastosowano siedem asymetrycznych naświetlaczy o mocy 70 W (1). Wieżę oświetlono dwiema oprawami symetrycznymi, doziemnymi o rozsyle 5° i mocy 70W (2), dwiema symetrycznymi, doziemnymi reflektorami o rozsyle 20° i mocy 70W (3) oświetlającymi krawędzie wieży oraz jednym reflektorem o rozsyle 6° i mocy 35 W (4, 5) umieszczonym na słupie na wysokości 4 m, skierowanym na frontową część wieży.
Rys. 1. Plan rozmieszczenia opraw
Gontowy hełm oświetlono dwoma reflektorami o rozsyle 6° i mocy 70 W umieszczonymi na słupie (9 m) naprzeciwlegle względem środka wieży. Galeria rozświetlona jest od wewnątrz symetryczną, mleczną oprawą o mocy 70 W (6).
Zwieńczenie hełmu oświetlono dwoma reflektorami o rozsyle 6° i mocy 35 W umieszczonymi na słupie (9 m) naprzeciw siebie względem środka wieży. Dach oświetlono szerokokątnymi reflektorami o mocy 150 W (7). Oprawy o numerach 1, 2, 3 są z lampami sodowymi, pozostałe z metahalogenkowymi.
Iluminacja obiektów sakralnych – tradycyjne lampy wyładowcze … 163
4. KONCEPCJA ILUMINACJI Z UŻYCIEM LAMP LEDOWYCH
Oprawy wyładowcze zamieniono oprawami LED o podobnych jak poprzednio rozsyłach światła oraz kategorii katalogowej. Celem doboru było sprawdzenie czy oferowane przez producentów zamienniki LEDowe sprawdzą się tak samo dobrze jak wyładowcze poprzedniki[2,3]. Trudno znaleźć oprawy z diodami o parametrach identycznych do pierwotnych, ponieważ większość opraw ze źródłami LEDowymi wykazuje niższy strumień świetlny. Lampy LED umieszczono dokładnie w tym samym miejscu co oprawy wyładowcze, co oznacza że jest ich taka sama ilość.
Wyjątek stanowi oświetlenie elewacji. W tym przypadku nie znaleziono asymetrycznych odpowiedników, oprawy doziemne pochylono o kąt 38 w stosunku do płaszczyzny ziemi, w celu uzyskania zbliżonego efektu do wersji pierwotnej.
5. PORÓWNANIE OBU PROJEKTÓW ILUMINACJI
W tabeli 1 znajduje się zestawienie wszystkich użytych opraw. W przypadku lamp wyładowczych całkowita zainstalowana moc opraw wynosi 1 765 W, a całkowity koszt to około 63 tysięcy zł. Średnie natężenie oświetlenia na dachu wynosi 58 lx, elewacji 66 lx, a wnętrze galerii wieży 102 lx. W drugiej koncepcji (lampy LED) cena wszystkich urządzeń jest wyższa o 75%. Moc zainstalowanych opraw wynosiłaby w tym przypadku 584 W. Średnie natężenia oświetlenia na wybranych powierzchniach wynosi: dach – 9 lx, elewacja – 19, galeria – 50 lx.
Tabela 1. Zestawienie cen, oraz parametrów zastosowanych urządzeń
Oprawy wyładowcze Oprawy LED
Nr oprawy Ilość Cena [zł]
Koszty [zł]
Moc [W]
źródła
[lm] Nr oprawy Ilość Cena [zł]
Koszty [zł]
Moc [W]
źródła
[lm]
Oprawa 6 1 2677 2 677 70 6 816 Zamiennik 6 1 5774 5 774 24 2 880 Oprawa 1 7 4190 29 330 70 7 673 Zamiennik 1 7 5774 40 417 24 2 880 Oprawa 3 2 2594 5 187 70 7 400 Zamiennik 3 2 5774 11 548 24 2 880 Oprawa 2 2 2594 5 187 70 7 400 Zamiennik 2 2 3147 6 293 17,5 1 715 Oprawa 4 2 2883 5 765 70 6 600 Zamiennik 4 2 8556 17 112 80 7 840 Oprawa 5 3 2585 7 756 35 3 280 Zamiennik 5 3 6046 18 139 17,5 5 145 Oprawa 7 4 1702 6 808 170 14 000 Zamiennik 7 4 2509 10 036 24 1 000
cena zestawu 62 711 zł cena zestawu 109 318 zł
różnica kosztów 46 607 zł całkowita różnica mocy 1 182 W
Warianty iluminacji różnią się pod względem rozkładu widmowego. Do oświetlenia żółtawej elewacji wykorzystano lampy sodowe, gdyż w rozkładzie widmowym jest wiele odcieni żółci. Aby podświetlić dach i wieżę posłużono się lampami metahalogenkowymi, w których dominują barwy niebieskie – podkreślające patynowy dach i drewnianą wieżę. Postrzeganie barw jest kwestią bardzo subiektywną. Nie mniej jednak widmo z lamp wyładowczych jest bardziej zrównoważone od LED i bardziej nadaje się do oświetlania elewacji.
Tomasz Stankowiak, Konrad Domke 164
6. WNIOSKI
Niewiele firm oferuje diodowe oprawy doziemne asymetryczne. Ponadto we wspomnianych katalogach nie znaleziono opraw LED o rozsyle większym niż 25.
Tego typu urządzenia idealnie nadają się do punktowego akcentowania świetlnego.
Zakładając, że pierwotny projekt iluminacji ze źródłami wyładowczymi jest poprawny pod względem estetycznym i wizualnym możemy porównać go z wariantem LEDowym. Przy istniejącym i nie zmienianym układzie zasilania bezpośrednia wymiana lamp wyładowczych, na lampy LEDowe jest o 74%
droższa od tradycyjnych, ale zużywa o 2/3 mniej energii. Czy niskie zużycie energii i wysoka cena za oprawę jest na tyle opłacalna, aby inwestować w zamianę źródeł światła? Zakładając, że cena 1kWh średnio wynosi 0,6 zł, a średni czas świecenia oprawy to 12 godzin, to czas zwrotu inwestycji będzie trwał 35 lat.
Ponadto, przy wymianie lamp wyładowczych na LEDowe źródła światła uzyskujemy dużo niższe wartości natężeń oświetlenia na powierzchniach, tym samym efekt iluminacji jest gorszy. Niekorzystnym argumentem dla doziemnych opraw LEDowych jest też ich zwiększona awaryjność.
LITERATURA
[1] Żagan W. Iluminacja obiektów. Warszawa: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2003.
[2] http://www.simes.it
[3] http://www.thornlighting.pl/
ILLUMINATION OF SACRAL OBJECTS. TRADITIONAL DISCHARGE LAMPS VERSUS LED LAMPS
Modern lighting industry is mainly focused on LED luminaries. Those luminaries are used for all kinds of ilumination like; production halls, shops, housing and architectural.
The undeniable advantage LED luminaries has, is very low power consumption. However, do the innovative technology and low operating costs are able to meet the demands of aesthetic and visual observer? Is the replacement of the high pressure discharge lamps for LED will be sufficient enough to achieve the same light and aesthetic effects? All those question are rised and answered in this article. In addition, the comparisons of high pressure discharge lamps and LED counterparts both in terms of the spectral distribution of light sources and energy efficiency, will be presented.
