Koncepce veřejného osvětlení měst a obcí – Část 6

Poslední díl seriálu o veřejném osvětlení (VO) je věnován vývojovým trendům ve světelných zdrojích a některým důležitým tématům z oblasti veřejného osvětlení, jako je energetická náročnost a náklady ve veřejném osvětlení.

Světelné diody ve veřejném osvětlení

Světelné diody (LED) jsou v oblasti všeobecného osvětlování považovány za světelný zdroj budoucnosti. Jsou však opravdu vhodným a perspektivním zdrojem také pro oblast veřejného osvětlení? Pro zodpovězení této otázky je vhodné si připomenout hlavní charakteristiky VO a na jejich základě pojmenovat vlastnosti světelných zdrojů, které jsou pro tuto aplikační oblast důležité. Veřejné osvětlení je charakteristické dlouhou dobou provozu okolo 4 000 h/rok. Současně v průběhu jeho provozu nastává v rámci jednoho dne, resp. noci, změna využití. Největší využití je na začátku a konci noční doby, v její střední fázi (přibližně od 22:00 do 6:00) je výrazně utlumeno. Míra využití VO je jedním z důležitých parametrů, který ovlivňuje požadovanou úroveň osvětlení a tím i energetickou náročnost VO. Existuje množství dalších charakteristik, jako např. klimatické podmínky, specifická geometrie pozemních komunikací apod., ale charakteristiky zmíněné v úvodu jsou nejdůležitější. Z těchto charakteristik lze odvodit důležité parametry světelných zdrojů pro veřejné osvětlení:

• měrný výkon (účinnost),
• doba života,
• možnost regulace.

Obr. 1. Hořice na Šumavě, nové veřejné osvětlení s LED svítidly

V současné době je nejrozšířenějším světelným zdrojem ve veřejném osvětlení v České republice sodíková výbojka [1]. Podíl tohoto světelného zdroje v celkovém počtu světelných zdrojů ve VO činí téměř 90 % (6 % kompaktní zářivky, 4 % rtuťové výbojky). Proto následující porovnání parametrů LED bude provedeno vzhledem k vysokotlakým sodíkovým výbojkám. Budou porovnávány parametry nejlepších výrobků na trhu. Z hlediska běžné praxe je takové srovnání teoretické a mírně nadhodnocené. Je to dáno tím, že se na trhu vyskytují světelné zdroje obou typů v provedeních různé kvality (účinnost, doba života), které se liší cenou. Vzhledem k tomu, že v současné době je jedním z hlavních kritérií při nákupu čehokoliv pro státní správu i samosprávu cena díla, služby či výrobků, je logické, že v běžné praxi budou používány méně účinné a méně kvalitní typy světelných zdrojů.

Měrný výkon h je parametr, kterým je honocena účinnost přeměny elektrické energie na světlo, a jeho jednotkou je lm/W (lumen/watt). Pro představu: u běžné žárovky byl měrný výkon 13 lm/W, u moderních lineárních zářivek je až 100 lm/W. U vysokotlakých sodíkových výbojek, používaných ve veřejném osvětlení (70, 100, 150 W), dosahuje měrný výkon až 115 lm/W. Světelné diody použitelné pro VO dosahují v současné době měrného výkonu až 200 lm/W. Laboratorně bylo u světelných diod dosaženo měrného výkonu 303 lm/W [2]. Doba života (charakterizovaná 10% výpadkem světelných zdrojů z testovaného souboru) dosahuje u vysokotlakých sodíkových výbojek hodnoty až 30 000 h. U světelných diod, při dobře navrženém chlazení, je doba života až 100 000 h. Je třeba poznamenat, že měrný výkon i doba života u LED závisejí na několika parametrech, jako je teplota okolí, provozní proud, teplota chromatičnosti apod. Co se týče regulace, sodíkové výbojky lze regulovat s určitým omezením v rozsahu od 100 do 60 % příkonu, světelné diody v rozsahu od 100 do 0 % příkonu. Tento rozdíl se na první pohled zdá významný, ale v praxi je regulace pod 70 % používána výjimečně. Naproti tomu stmívaní vysokotlakých sodíkových výbojek není běžné, a přistoupí-li se k němu, znamená to výrazné zvýšení ceny svítidel, což je v současné době poslední výhoda svítidel s vysokotlakými sodíkovými výbojkami v porovnání s LED svítidly. Vedle těchto hlavních provozních parametrů jsou další parametry, např. barevné vlastnosti vyzařovaného světla. Ve světle světelných diod v porovnání se standardními vysokotlakými sodíkovými výbojkami jsou lidé schopni lépe rozeznávat barvy. U světelných diod je také možné volit barevný tón světla od teple přes neutrálně po chladně bílou (2 700 do 6 500 K), na rozdíl od vysokotlakých sodíkových výbojek, kde je teplota chromatičnosti pouze jedna: 2 000 K. U světelných diod je do budoucna očekáváno další zlepšování parametrů, hlavně v oblasti měrných výkonů (až 250 lm/W) [3] a doby života (přibližně 200 000 h). V případě vysokotlakých sodíkových výbojek nejsou žádné náznaky, ze kterých by bylo možné vyvozovat výrazné zlepšení zmíněných technických parametrů. Na základě uvedeného srovnání lze konstatovat, že světelné diody jsou vhodným zdrojem pro VO.

Obr. 2. Původní veřejné osvětlení s výbojkovými svítidly v obci Vlasatice

Ve sdělovacích prostředcích se objevilo několik kauz, ve kterých byly nově vybudované soustavy veřejného osvětlení s LED svítidly kritizovány jako nekvalitní. Je třeba poznamenat, že tato kritika byla oprávněná, nicméně příčinou nevyhovujícího stavu nebyly vlastní světelné diody, ale nevhodně zvolený typ světelných diod (barevný tón světla) nebo nekvalitní návrh osvětlovací soustavy (nevhodná geometrie soustavy či nevhodný charakter vyzařování svítidel). Světelné diody a LED svítidla nabízejí více možností volby technických parametrů, než tomu bylo u svítidel se sodíkovými výbojkami. Pro vytvoření kvalitního veřejného osvětlení s LED svítidly je třeba kvalitní předprojektová a projektová dokumentace, jejíž podoba byla popsána v předchozích číslech seriálu. Příklad vhodně navržené osvětlovací soustavy s LED svítidly je uveden na obr. 1. Osvětlení komunikace je dostatečné a rovnoměrné, svítidla mají dobré clonění a bezprostřední okolí komunikace je dostatečně osvětleno. Vzhled osvětlení prostředí z pohledu barevných vlastností působí přirozeně.

Obr. 3. Nové veřejné osvětlení s LED svítidly v obci Vlasatice

Energetická náročnost a náklady na veřejné osvětlení

Veřejné osvětlení je ve většině menších měst a obcí ve špatném stavu. Osvětlovací soustavy VO jsou na konci morální a fyzické životnosti, někdy i za ním. U takových soustav může být narušena mechanická stabilita nebo elektrická bezpečnost a v důsledku toho může být i ohroženo jejich okolí.

Jedním z významných problémů veřejného osvětlení je skutečnost, jak je vnímáno. Velmi často je problematika VO redukována na energetickou náročnost osvětlovací soustavy, resp. na energetickou náročnost svítidel. Toto zjednodušení je velmi zavádějící a nebezpečné, jelikož odvádí pozornost od problematiky VO jako celku. Nicméně pokusme se vyhodnotit energetickou náročnost VO. V současné době je průměrný příkon svítidla veřejného osvětlení v České republice přibližně 123 W/svítidlo [1]. V rámci pilotního projektu Energie pod kontrolou, obecně prospěšná společnost [4], byl zjištěn průměrný příkon svítidel u původní soustavy VO 114 W/svítidlo a u nové soustavy VO 45 W/svítidlo (tab. 1). Měrný výkon LED použitých ve svítidlech (130 lm/W) odpovídal přibližně poloviční hodnotě předpokládaného cílového stavu (asi 260 lm/W). V budoucnu by tedy mohl být průměrný příkon svítidla veřejného osvětlení okolo 25 W/svítidlo. Oproti současným výbojovým svítidlům lze u LED svítidel relativně snadno využít autonomní regulaci světelného toku, umožňující snížit úroveň osvětlení v době nižší míry využití VO. Pomocí této regulace lze docílit dalších úspor okolo 20 % elektrické energie. Tomu by přibližně odpovídalo sní- žení průměrného příkonu na 20 W/svítidlo. Budou-li výše uvedené údaje brány jako výchozí, lze v současné době při obnově VO v průměru ušetřit 78 W/svítidlo, což při předpokládané ceně energie 2,50 Kč/kW·h a 4 000 h provozu představuje úsporu přibližně 780 Kč/svítidlo/ /rok. Na konci vývoje LED lze teoreticky předpokládat úsporu až 103 W/svítidlo, což odpovídá úspoře 1 030 Kč/svítidlo/ /rok. Je však třeba poznamenat, že většina osvětlovacích soustav v malých městech a obcích byla budována jako orientační. Jestliže má VO zajišťovat dostatečnou bezpečnost dopravy na hlavních komunikacích v obci, je třeba zvýšit počet svítidel, čímž vzroste příkon a klesnou potenciální úspory. Uvažujme, že potenciální úspora je tedy 900 Kč/svítidlo/rok.

Charakteristickým rysem oboru s LED svítidly pro VO je velmi velký rozptyl cen, kvality a životnosti. V současné době se ceny LED svítidel s příkonem okolo 50 W pohybují přibližně v rozmezí od 4 000 do 15 000 Kč. Tento velký cenový rozsah se odráží v kvalitě, životnosti a technických parametrech svítidel. Při úvaze, že veřejné osvětlení tvoří pouze svítidla, návratnost obnovy VO by se pohybovala od 4,4 do 16,7 roku. Je ale třeba připočítat náklady na demontáž starého a montáž nového svítidla, popř. na nový výložník a drobný materiál. Návratnost se tedy prodlouží přibližně o rok, tj. na 5,4 až 17,7 roku. Tento rozsah odpovídá provozní době v rozsahu zhruba od 22 000 do 71 000 h. Doba návratnosti ovšem platí za předpokladu, že životnost svítidla nebo jeho hlavních prvků není kratší než doba návratnosti. Vzhledem k tomu, že cena souvisí s jejich kvalitou a také s životností, je otázka, jaká je skutečná životnost jednotlivých svítidel. Zde se dostáváme na tenký led, kde jediným podpůrným bodem může být kredit výrobce a jeho reference. Nicméně úvahy o této otázce odvádějí pozornost od skutečné podstaty problému spojené se stavem VO. Svítidla jsou ve skutečnosti jen jedním z prvků veřejného osvětlení. Dalšími prvky jsou nosné konstrukce (zpravidla stožáry), napájecí vedení (vrchní, zemní) a zapínací místa (rozváděče). Cena obnovy jednoho standardního světelného místa, které tvoří svítidlo, stožár a příslušná část napájecího zemního vedení, se v průměru pohybuje okolo 40 000 Kč (liší se podle výšky světelného místa) [5]. Je tedy zřejmé, že úsporami elektrické energie nebude problematika dožívajícího VO vyřešena.

Tab. 1. Parametry původních a nových soustav VO v pilotním projektu Energie pod kontrolou, obecně prospěšná společnost

Veřejné osvětlení je nákladná technická infrastruktura s dlouhou životností (v průměru 40 let), která nejen zajišťuje bezpečnost dopravy, osob a majetku, ale také ovlivňuje vzhled veřejných prostorů měst a obcí, a to jak v noci, tak i ve dne. Ovlivňuje také identifikaci místních obyvatel s prostředím, ve kterém žijí, a způsob, jak dané prostředí vnímají, i atraktivitu obce či města z pohledu návštěvníků. Při nevhodné nebo nekvalitní obnově VO vzniká problematický stav, který má s ohledem na životnost osvětlovací soustavy dlouhodobý charakter a který se vzhledem k finanční náročnosti velmi obtížně napravuje. Je proto vhodné obnovu veřejného osvětlení promyslet a vytvořit si představu, jak by mělo vypadat, přemýšlet o jeho rozsahu, kvalitě, finanční náročnosti i limitech. Kvalita jednotlivých prvků neovlivňuje jen počáteční investiční náklady, ale také následné náklady na provoz, údržbu i obnovu veřejného osvětlení. Bez zmíněné základní představy se jen velmi obtížně hledá řešení veřejného osvětlení, které by plnilo svou primární funkci, bylo energeticky účinné, vytvářelo příjemné světelné prostředí, nerušilo svým vzhledem a investiční i provozní náklady odpovídaly jeho požadované kvalitě. Jedním z možných nástrojů pro řešení předchozích otázek je předprojektová příprava v podobě základního plánu osvětlení a plánu obnovy veřejného osvětlení. Příklad, jak velké mohou být rozdíly ve vzhledu veřejného osvětlení, je uveden na obr. 2 a obr. 3. Na snímcích je příklad veřejného osvětlení v obci Vlasatice před první etapou jeho obnovy a po ní.

Literatura a zdroje:

[1] Veřejné osvětlení pro města a obce. SEVEN, 2010
[2] Cree prolomila hranici 300 lm/W [on-line]. 16. 7. 2014. Dostupné na http://www.osvetle.cz/index.php/filtr/profesional/6-technikaprofes/809-cree-prolomila-hranici-300-lmw.
[3] Solid-State Lighting Research and DevelopmentMulti-Year Program Plan. DOE, 2014. Dostupné i na http://energy.gov/eere/ssl/solid-state-lighting.
[4] ŽÁK, P. – ŠVECOVÁ, S.: Koncepce veřejného osvětlení – Část 5. Světlo, 2014, č. 6, s. 28.
[5] POLEŠÁKOVÁ, M. a kol.: Průměrné ceny dopravní a technické infrastruktury, aktualizace 2012. UUR, MMR, 2012.

Energie pod kontrolou, obecně prospěšná společnost
Brněnská 3883/48, 695 01 Hodonín
tel.: +420 518 304 245
kancelar@energiepodkontrolou.com
www.energiepodkontrolou.com