LED svítidla pro výstavní prostory

 

Dynamika vývoje parametrů světelných diod (LED) zásadně ovlivňuje vývoj celého oboru světelná technika. Proměňuje nejen oblast světelných zdrojů, ale dotýká se i dalších oblastí, jako je fotometrie, kolorimetrie, fotobiologická bezpečnost, konstrukce svítidel apod. Technologický vývoj LED je doprovázen růstem jednotkových světelných toků i měrných výkonů, zkvalitňováním barevných vlastností (např. index podání barev) a zlepšováním provozně-technických parametrů (např. doba života). Vývoj uvedených parametrů umožňuje postupně rozšiřovat oblasti jejich použití, ve kterých lze svítidla s LED využít.

 

Do nedávné doby se světelné diody ve všeobecném osvětlení používaly hlavně v nouzových svítidlech a ve svítidlech pro místní nebo architektonické osvětlení. V posledních dvou letech se velmi pozvolna začaly využívat v soustavách veřejného osvětlení. Zájem o použití svítidel s LED ve veřejném a architektonickém osvětlení souvisí nejen s dlouhou dobou života, ale také s neustále rostoucím měrným výkonem, který na konci loňského roku dosáhl u sériově vyráběných diod již 160 lm/W [5], čímž významně překročil měrný výkon výbojových zdrojů běžně používaných v této aplikační oblasti.

 

Vedle zmiňovaných venkovních aplikací se v loňském roce začala rozšiřovat nabídka svítidel s LED pro vnitřní osvětlení. Mezi použitím světelných diod ve venkovních a vnitřních prostorech však existuje jeden podstatný rozdíl. Zatímco ve venkovním osvětlení, jako je architektonické osvětlení a osvětlení pozemních komunikací, není kvalita rozlišování barev normativním parametrem, ve vnitřních prostorech s trvalým pobytem osob je pro celkové i směrové osvětlení vyžadováno, aby index podání barev, kterým je posuzována kvalita podání barev, byl R_a ≥ 80. V prostorech, kde je vjem barev opravdu zásadní (např. výstavní prostory), je doporučováno, aby index podání barev byl ještě větší, tj. R_a ≥ 95. U současně používaných výrobních technologií LED je velmi výrazná závislost měrného výkonu na indexu podání barev, popř. teplotě chromatičnosti.

 

Zatímco světelné diody, které jsou použitelné pro venkovní instalace, mají měrný výkon již běžně přibližně 120 lm/W a nejlepší 160 lm/W, světelné diody s lepším podáním barev a nižší teplotou chromatičnosti vhodné pro vnitřní prostory dosahují měrného výkonu běžně asi 80 lm/W, nejlepší 90 lm/W (tab. 1). Z toho je zřejmé, že při posuzování úrovně technických parametrů LED je třeba vždy brát ohled na jejich účel.

 

Jednou z oblastí, kam začínají pronikat svítidla se světelnými diodami, jsou výstavní prostory. Již několik let se v těchto prostorech úspěšně používají svítidla s LED pro vnitřní osvětlení vitrín, a to buď jako bodové zdroje pro směrové osvětlení (obr. 1), např. v solitérních vitrínách, nebo jako lineární zdroje pro plošné osvětlení (obr. 2), např. v pultových vitrínách. Mezi nejpoužívanější svítidla v muzeích a galeriích patří směrová svítidla do napájecích lišt. V průběhu posledních dvou let zařadili někteří přední výrobci do svého sortimentu tato svítidla s LED, která mají být náhradou za svítidla s halogenovými žárovkami. V následující části článku jsou porovnána směrová svítidla; pro tyto účely byla použita svítidla Express pro halogenové žárovky 50 W (obr. 3) a svítidla Primopiano pro světelné diody 16 W (obr. 4) v provedení s úzkým (úhel poloviční svítivosti asi 10°) a středně širokým (úhel poloviční svítivosti asi 35°) svazkem. Náhradní teplota chromatičnosti porovnávaných světelných diod odpovídala teplotě chromatičnosti halogenových žárovek, tj. T_c = 3 000 K. Pro hodnocení svítidel bylo zvoleno několik následujících kritérií, jež jsou shrnuta v tab. 2 a tab. 3.

 

Pro osvětlení exponátů ve výstavních prostorech je významnou předností světelných diod oproti halogenovým žárovkám spektrální složení vyzařovaného světla. Zatímco halogenové žárovky vyzařují vedle viditelné části spektra také velmi významně v IR oblasti a v omezené míře v UV oblasti, vyzařování světelných diod je omezeno na oblast viditelného záření. Tato skutečnost je velmi významná při osvětlování vzácných exponátů citlivých na IR nebo UV záření.

 

Spektrální složení v oblasti viditelného spektra souvisí s barevnými vlastnostmi vyzařovaného světla, a tím i s věrností vjemu barev osvětlovaných předmětů. Halogenové žárovky mají teplotu chromatičnosti T_c ~ 3 000 K a index podání barev R_a = 100. V současné době nabízí většina výrobců u směrových svítidel do lišty s LED dvě základní teploty chromatičnosti, teple bílou (asi 3 000 K) a neutrálně bílou (asi 4 000 K), popř. chladně bílou (asi 5 500 K). Index podání barev LED se u těchto svítidel pohybuje v rozsahu 80 až 95, přičemž u diod na srovnatelné technologické úrovni mají diody s větším indexem podání barev R_a (–) menší měrný výkon η (lm/W), tedy účinnost přeměny elektrické energie na světelnou.U světelných diod se ukazuje jako problematické věrné podání barev z oblasti červené barvy [1].

 

 

Pro obecné porovnávání energetické náročnosti svítidel se jako poměrně vhodný parametr jeví měrný výkon svítidel η_sv, který uvádí, kolik světelného toku vyzářeného svítidlem připadá na jeden watt spotřebované elektrické energie. V současné době vykazují nejlepší svítidla pro halogenové žárovky měrný výkon až 20 lm/W a svítidla se světelnými diodami až 40 lm/W, tedy dvojnásobek. Toto porovnání je ovšem třeba vnímat v kontextu trhu a doby. Na trhu jsou svítidla pro halogenové žárovky, jejichž měrné výkony jsou v rozsahu od 10 do 20 lm/W, a svítidla pro LED s měrnými výkony v rozsahu od 20 do 40 lm/W. Uvedené porovnání proto nelze zobecnit, ale je třeba vždy porovnávat konkrétní typy. Rozptyl měrného výkonu svítidel s LED mezi jednotlivými výrobci souvisí s tím, že rychlost vývoje LED neumožňuje okamžitě reagovat na změny jejich parametrů a svítidla jsou aktualizována v určitých periodách, které se u jednotlivých výrobců liší.

 

Při porovnávání svítidel není důležité jen to, jak jsou energeticky účinná, ale také kolik světelného toku vyzařují, tedy jakého světelného účinku lze s daným svítidlem dosáhnout. Z uvedených údajů (tab. 2, tab. 3) je zřejmé, že světelný tok vyzařovaný svítidly pro halogenové žárovky je vyšší než u svítidel pro LED.

 

Měrný výkon svítidla a světelný tok svítidla jsou objektivní kritéria při porovnávání svítidel pro celkové osvětlení prostoru. Porovnávaná směrová svítidla jsou však určena k osvětlení jednotlivých předmětů nebo vymezené části prostoru a jejich světelný tok je usměrněn do určitého prostorového úhlu (svazku), který je popisován pomocí tzv. úhlu poloviční svítivosti (úhel, ve kterém je hodnota svítivosti svítidla rovna polovině maximální svítivosti). Pro směrová svítidla je proto objektivnější posuzovat světelný tok, který je vyzářen do takto specifikovaného svazku.

 

Světelný tok vyzářený do specifikovaného svazku je v případě směrových svítidel objektivnějším měřítkem než celkový světelný tok vyzářený svítidlem. Ze srovnání je zřejmé, že světelný tok vyzářený do svazku velmi významně závisí na charakteru svazku. Zatímco u úzkého svazku (tab. 2) jsou vyzařované světelné toky svítidel s halogenovými žárovkami a LED srovnatelné, u středně širokého svazku je světlený tok svítidla s halogenovou žárovkou dvojnásobný.

 

Účinnost svazku je zde definována jako poměr světelného toku vyzářeného ve svazku (určeného úhlem poloviční svítivosti) a celkového světelného toku vyzářeného svítidlem. Údaje v tab. 2 a tab. 3 ukazují, že se významně liší účinnost svazku pro úzké a středně široké svazky. U úzkého svazku se pohybuje okolo 30 %, u středně širokého svazku okolo 50 %.

 

Tento parametr se běžně neuvádí, ale u směrových svítidel má vzhledem k uvedeným skutečnostem svoje opodstatnění. Udává, kolik světelného toku ve svazku připadá na jeden watt elektrické energie spotřebované svítidlem. Z porovnání je zřejmé, že měrný výkon svazku svítidel s LED je ve srovnání se svítidly pro halogenové žárovky dvojaž trojnásobný.

 

Důležitým provozním parametrem je doba života. Ve výstavních prostorech se nejčastěji používají halogenové žárovky na malé napětí, jejichž doba života je přibližně 4 000 hodin. U světelných diod souvisí doba života s tím, jak kvalitně je vyřešeno jejich chlazení. V interiérech lze, vzhledem k vyšším teplotám okolí, očekávat kratší dobu života LED než ve venkovních prostorech. Podle deklarovaných hodnot se doba života LED ve vnitřních prostorech pohybuje v rozsahu od 30 000 do 40 000 hodin. To ve výstavních prostorech hraje důležitou roli nejen v oblasti nákladů, ale také při zachování původního výtvarného záměru výstavy. S každou výměnou světelného zdroje se totiž manipuluje i se svítidlem a vzrůstá pravděpodobnost změny původního výtvarného záměru, způsobené jiným nasměrováním svítidel po výměně světelného zdroje.

 

Jak již bylo uvedeno v předchozím textu, v dnešní době je na trhu velký rozptyl technických parametrů porovnávaných svítidel. Navíc je z porovnání obou typů svítidel zřejmé, že se jedná o řadu hledisek, které je třeba při porovnání posuzovat. Z těchto důvodu sice nelze učinit jednoznačné vyhodnocení, nicméně zahrnou-li se do posouzení i svítidla dalších firem, lze vyvodit určité obecnější závěry týkající se současné situace na trhu:

Zmíněné technické parametry i uvedené závěry odpovídají technickým parametrům současných světelných diod. Vzhledem k velmi rychlému vývoji v této oblasti je jedinou jistotou, že většina uvedených parametrů nebude příští rok již aktuální.

[1] CIE 177-2007 Colour rendering of white LED light sources.

[2] CIE 127-2007 Measurement of LEDs. 2. vydání.

[3] LM-79-08 Electrical and Photometrical Measurements of solid-state lighting products.

[4] LM-80-08 Measuring lumen maintenance of LED light sources.

[5] www.cree.com

 

Mečislavova 2, 140 00 Praha 4

tel.: +420 257 320 595,

+420 257 320 597

fax: +420 257 310 604

brána gsm: 724 912 091

e-mail: etna@etna.cz, www.etna.cz