Világítástechnikai alapismeretek tanulmány a Pécsi Tudományegyetem Műszaki és Informatikai Karának belsőépítész és környezettervező mesterszakára
Az egyetemen a világítástechnikai alapismeretek tantárgy féléves teljesítésének feltétele egy, az egyetemen elhangzott előadás feldolgozása volt. Az ERCO világítástechnikai vállalat előadását tanszékvezetőnk, Getto Tamás vezette be.
„A fény szerepe az építészetben és a belsőépítészetben egyenértékű más szegmensekkel, például az épületszerkezetekkel, belsőépítészeti anyagokkal. A fény az építészeti koncepciótervvel azonos értékű összetevője a létrejövő műnek, hiszen a fény segítsége által válik láthatóvá minden, ami a tárgyi világban körülvesz minket. A természetes fényről az építészek tudnak többet, a mesterséges fényről a belsőépítészek, de összességében a fény esztétikájáról jóval kevesebb szó esik, mint a rendeltetéséről, pedig ugyanolyan bonthatatlan egység, mint az építészet. Az építészetet sem lehet szétszedni funkcióra és esztétikára. Ennek alapján az ezzel kapcsolatos társtudomány, a fénytan alapját képező fényt sem lehet pusztán technológiának, műszaki sajátosságnak tekinteni. A fény műszaki és esztétikai tulajdonságait egyszerre kell vizsgálnunk munkánk során.” (Getto Tamás)
A bevezetőből tehát megtudhattuk, hogy a belsőépítészeti tereket megálmodni csak a fénnyel együtt érdemes, és hogy aki a belsőépítészetben a fényt jól használja, sokkal többre viheti a szakmában, hiszen „a jó mesterséges megvilágítás kihangsúlyozza a formákat és funkciókat, javítja a közérzetet, segít hangulatot teremteni és kifejezi stílusunkat is.” (PHILIPS)
Az ERCO cég rövid bemutatása
A németországi központú ERCO globális világítástechnikai vállalat a világ élen járó világítástechnikai központjai közé tartozik. A cég 80 éves múltra tekint vissza, és a 60-as évek óta kimondottam építészeti világítási megoldásokkal vannak jelen a piacon. Nagyjából 800 embert foglalkoztat a cég, akiknek több, mint a fele külföldi munkatársat jelent. Az ERCO Magyarországon 23 éve van jelen, jelenleg 4 fővel tevékenykednek hazánkban. Fő tevékenységük az építészekkel, belsőépítészekkel, elektromos tervezőkkel való napi szintű kapcsolattartás. Projektek tervezésében partneri tevékenységet nyújtanak, részlettervezésben vesznek részt, illetve konzultációs lehetőséget nyújtanak az érdeklődő partnerek számára. Igyekszenek a Magyarországon, illetve Közép-Kelet Európában jellemző űrt kitölteni, a világítástervezőt pozícióba hozni, ugyanis a világítástervezők Nyugat-Európában, Ázsiában, az USA-ban meghatározó szereplői az építészeti projekteknek. A világítástervező az építészekkel, belsőépítészekkel és elektromos tervezőkkel szoros együttműködésben végzi a világítástervezési folyamatot. Az ERCO ezt a világítástervezői feladatot igyekszik ellátni hazánkban.
A cég rövid bemutatása után az ERCO vállalattól érkezett szakemberek az elmúlt 23 év meghatározó munkái közül soroltak fel néhányat, úgymint a Feszti körkép műtermi megvilágításának tervezését 1994-ben, ’90-es évek közepén felújított pécsi Zsolnay múzeum műterem világítását, az elmúlt két évtizedben pedig galériák, múzeumok, bemutató termek megvilágításában volt meghatározó tervezői szerepük. Az előbb felsorolt munkák mellett számos magánház, park, középület, templom és egyéb nagyméretű épület világításának megtervezésében működtek közre. 2010-ben a pécsi Zsolnay negyed felújításában is részt vettek, a Pécsi Székesegyház beltéri világításkorszerűsítésében is szerepet vállaltak, továbbá az utóbbi évek kiemelkedő munkái közé tartozott a Várkert bazár kültéri és díszvilágításának felújítása.
2015. januárjától a vezető világcégek közül elsőként kizárólag LED fényforrással szerelt termékeket gyártanak. Az analóg fényforrások, mint a halogén, félhalogén lámpák, illetve a kompakt fénycsövek, fénycsövek alkotta lámpatestek egy bátor lépés eredményeként már nem szerepelnek a portfóliójukban. Ennek oka az, hogy az elmúlt egy évtizedben komoly paradigmaváltás zajlott le a világítástechnika egész területén.
Az előadásból megtudhattuk azt is, hogy miért forradalmi a LED technológia. A LED technológia azért forradalmi, mert míg a hagyományos fényforrások esetében 40-50 év alatt kísérletezték ki az optimális megoldásokat, a LED technológiával 5 év alatt jutottak el ugyanoda, illetve pillanatnyilag éppen megelőzi a LED a hagyományos technológiákat, minek következtében kiszorulni látszanak a hagyományos fényforrások az építőipar egész területéről.
Az előadás folytatásában a belsőépítészet, az építészet és a LED technológia szempontjából fontos világítástechnikai alapfogalmakat ismerhettünk meg. Az alapfogalmak ismertetése előtt azonban még fontos megemlíteni, hogy a világításunk és főként a fény minősége sok szempontból fontos az emberek számára mind éjjel, mind nappal, a fény minősége pedig nem luxus, hanem megfelelő termékekkel könnyűszerrel hozzáférhető.
De mi is a fény igazából?
A fény egy sugárzásfajta. Az elektromágneses sugárzás látható tartományba eső része a látható fény, az infravörös, az UV, a mikrohullám, a rádióhullám, vagy a röntgensugárzás pedig a nem látható tartományba tartozik.
A különböző hullámhosszú sugárzásokhoz különböző színek tartoznak. Az ablakon beszűrődő fehér fény egy kevert fény, különböző uránuszok összessége. A sárga tartományra érzékenyebb a szemünk, a piros és kék tartományra kevésbé, ezért látjuk kevésbé a szivárvány piros és kék színét. Ezt azért fontos tudni belsőépítészeti szempontból, mert ha rossz minőségű fényt viszünk be egy belső térbe, akkor hiába használunk gyönyörű anyagokat és felületeket, abból csak annyi fog látszódni, amennyit az a bizonyos fényforrás láttatni tud. Tehát nem csak az a fontos, hogy világítsunk, hanem hogy tudjuk, hogy a világításból mennyit fogunk végül érzékelni.
A különböző hullámhosszok tekintetében a szemünknek van egy nappali és egy éjjeli érzékenységi görbéje. Más karakterisztikán működik tehát a szemünk nappal és máson éjszaka. Más hullámhosszokat látunk jól este és reggel. Az éleslátás tartozik a nappalhoz, az esti látás során pedig sokkal inkább a periférikus látásunk kezd működni, és a kék színt egyre jobban kezdjük látni. Ez a két érzékenységi görbe felelős például azért, ha országúton vezetünk és a szembejövő autó után rosszabbul látunk. Akinek a szeme rosszul alkalmazkodik a két görbe között, az farkasvakságban szenved.
A következő fontos fogalmunk a megvilágítás. Amikor belső teret tervezünk, akkor fontos tudni, hogy éjjel vagy kevés természetes fénynél milyen világításra van szükség ahhoz, hogy nappali állapotban lássuk a belső teret. A szabvány a megvilágításra határozza meg ezeket a szükséges lux értékeket.
A megvilágítási értékek skáláján a napfény 100.000 luxot tud, miközben a világítástervezők, elektromos tervezők értékei 100 meg 1000 luxokról szólnak. Amikor egy havas hegyen fotózunk, a fotóinkon azt fogjuk látni, hogy az árnyékban sokkal kékebb a fény, mint ahova odasütött a Nap, mert az agyunk sokkal jobban korrigál, mint a fényképezőgépünk. A munkahelyi világítás ideális esetben 3-500 lux, de maximum 1000 lux, a folyosó világítása 100 lux, a holdfény pedig 1 lux értékű. Egy szép, holdfényes éjszakán még elboldogul az ember, hála a szemünk alsó karakterisztikájának.
Ami a megvilágításnál azonban sokkal fontosabb, hogy a szemünk fénysűrűséget érzékel. A kettő között a reflexív a kapocs, ugyanis mi nem a fényt látjuk, hanem azt, ami a felületekről visszaverődik, és a szemünkbe jut. A fénysűrűség azt mutatja meg, hogyha ránézünk egy felületre, akkor az adott pontján milyen fényerősséget látunk, tehát ez a felület fényessége tulajdonképpen. Ez az érték mindenhol fontos számunkra, gondoljunk például a homlokzatvilágításokra vagy tagolt faburkolatok megvilágítására. Ilyenkor mindegy, hogy milyen erős vagy gyenge a fény, mindegy, hogy hány luxszal világítunk, a fénysűrűség lesz a fontos, azért, mert a felület is beleszól a látványba. Összegezve: a megvilágítás és a fénysűrűség között a felületben van a különbség, ugyanis a sima fehér felületről sokkal több fény verődik vissza, sokkal kevésbé kell megvilágítani, mint egy sötétebb felületet.
A fénysűrűségi értékek skáláján is a Nap vezet, de rögtön utána a LED következik.
A LED előtti fényforrásokban többnyire mindig valami izzott, hol a gáz, hol egy izzószál, a LED-ek esetében viszont félvezető technika hozza létre a fényt. A fényáram azért szintén egy fontos adat, mert a LED-eket fényáramban, lumen mértékegységben adják meg. Ez mutatja meg, hogy egy bizonyos fényforrásból mennyi fényt tudunk kinyerni. Korábban egy 50 Wattos izzólámpa jelentett 100 lument, most viszont egy 8-10 wattos LED is tudja ugyanezt.
Következő fogalmunk, a színhőmérséklet tulajdonképpen a fénynek a színét jelenti. Különböző színek jelennek meg a fényben naplementekor, napfelkeltekor és délben. Naplementekor és napfelkeltekor sárgább a fény, de akkor is ugyanolyan jó minőségű, csak megtörik, színessé válik. Az ember mivel tűzhöz szokott, beltérben sokkal melegebb fényt használ, mint kültéren. A nap színhőmérséklete 5-6.000 kelvin, de ha bevinnénk beltérbe, jéghidegnek éreznénk. Beltérben mi 3.000 kelvines, semleges meleg fehér fényforrásokat használunk, ilyenkor érezzük semleges fehérnek a fényt. 2.700 kelvin az izzólámpa színhőmérséklete, amely kicsit sárgásan, meleg fénnyel világít, és 4.000 kelvin a hidegebb, kékesebb fehér fény színhőmérséklete.
Belsőépítészeti szempontból további nagyon fontos fogalom a színvisszaadási index (CRI). Nem az a fontos, hogy milyen színű a fényünk, hanem az hogy ne legyen rossz színvisszaadási indexű a fényforrásunk fénye, mert a rossz színvisszaadási indexszel rendelkező fényforrás a fáknak, bőrünknek nem az eredeti színét adná vissza. Beltérben a 80-as színvisszaadási indexű fényforrás az elfogadható, és a 90 feletti értéket érdemes preferálni olyan helyeken, ahol nekünk ez fontos (pl. képtárban, festmények esetében). Ez utóbbi érték biztosítja, hogy este is színhelyesen lássuk a tárgyakat.
A fényhasznosítás értéke a fényforrásunk energiatakarékosságának szempontjából fontos. A komfortnak, a minőségnek a fényminőség is része. A fényhasznosítás azt mutatja, hogy hány lumenből hány Watt fényt állít elő a fényforrásunk. Az izzólámpa színvisszaadási indexe 100%, mivel az izzószál spektrumképe teljes, folyamatos, tehát fénye bármihez ér, a visszavert fény színe reális lesz. A mesterséges fényforrások, tehát a LED, fénycső, kompakt fénycső… esetében vegyszerekkel, kémiai alkotóelemekkel, mesterségesen kerül kikeverésre a színvisszaadás, tehát nem tud tökéletes lenni. Ez mindig egy kompromisszum. Azonban ha túl jó a termék színvisszaadása, akkor rossz a fényhasznosítása. Miközben az izzónak 100%-os a színvisszaadása, addig a fényhasznosítása mindössze 14 lumen/Watt, míg egy 3.000 kelvines LED fényforrásé 100 lumen/Watt.
Az elektromágneses kompatibilitás (EMC) nagy épületeknél fontos. Amennyiben egy irodaházban 500 vagy 1.000 lámpatestet helyezünk el, és nem megfelelő az EMC érték, akkor súlyos kompatibilitási problémák léphetnek fel. Ha minden egyes lámpatesthez tartozó működtető egység elkezd, mint egy mini adótorony zavaró jeleket küldeni, a rendszerek összeomolhatnak. Összeomolhat például az épületfelügyeleti rendszer, a biztonsági rendszer vagy a WIFI. Ezért fontos, hogy odfigyeljünk az EMC értékekre, és arra, hogy milyen elektronikát és működtető egységeket használunk.
A LED technológia elvének és előnyeinek bemutatása
A LED technológia iránti igényt a piac diktálja, évről évre mind nagyobb szeletet hasítva magának a világítástechnikai iparban. 10 évvel ezelőttig a konstrukciós osztályokon villamosmérnökök, gépészmérnökök és építészek határozták meg a világítótestek milyenségét. Az építészek részesei voltak a formatervezésnek, ők álmodták meg a formákat, amik aztán termékek, termékcsoportok lettek. A LED terjedésével a régi szakembergárdát újak váltották fel, fizikusok, matematikusok. Az építészekre továbbra is szükség van, de mellettük megjelentek a formatervezők is. Ez a történet már nemcsak a világítástechnikáról, hanem a kapcsolódó társtudományokról is szól. A belsőépítészek, építészek életében a LED kikerülhetetlen tényező lett.
A jó működéshez azonban szükség van egy jó lámpatestre, jó tervezésre és egy jó belsőépítészre, építészre is. Ha van egy 3D modellünk a bevilágítani kívánt épületről, akkor a világítási tervet hozzá lehet adni a tervhez és elég jó közelítéssel be lehet fényezni és renderelni a tereket, mint ahogy az előző képeken láthattuk is. A világítástervező tud segíteni abban, hogy mindezt hogy jelenítsük meg, például hogy hogyan hozzunk létre nappali fényviszonyok között bár hangulatot.
LED és LED, valamint lámpa és lámpa között viszont óriási különbségek vannak, ezáltal lehet egy fényforrás nagyon hatékony is, de lehet akár értelmetlen is. Drámai különbségek lehetnek fényforrások között, ha nem megfelelően méretezzük őket, ezért fontos a méretezésre nagyon odafigyelni. Kültérben például nagyon fontos a megfelelő káprázás korlátozás, a szemünkbe jutó fény mennyiségének korlátozása, mert ellenkező esetben semmit nem fogunk látni a sötétben, csak a lámpát, annak fényét.
A LED technológiának, fényforrásnak több különböző komponense van: LED modul vagyis chip, hőmenedzsment, optikai rendszer, lámpatest, működtető egység, világításvezérlés. Ha tudunk rendszerben gondolkodni, akkor ezekből az összevetőkből nagy valószínűséggel jó lámpát is tudunk tervezni és készíteni.
Az ERCO lámpáiban található nyomtatott áramkörökre csak egyedileg válogatott, kellően jó minőségű chip kerülhet. Az ERCO vállalat a chipeket egyedi LED gyártóktól vásárolja meg, az ERCO-nál aztán egy nagyon alapos válogatáson esnek át. Ezek a chipek több száz méter hosszú hordozólapokon, tekercsben érkeznek egymástól 1-1 cm távolságra. A nagyon hasonló tulajdonságú LED diódákat használják csak fel lámpáikhoz, a többit kidobják. Elsősorban a fényhasznosítás alapján történik a válogatás. Az ERCO sokkal szűkebb tartományban válogat chipeket, mint amit a szabvány megenged, ezáltal az ERCO termékek fényminősége sokkal jobb. Az élettartamot tekintve általánosságban elmondható, hogy a LED élettartama 50.000 óra, ami használattól függően 10-12 év használatot is jelenthet. Az 50.000 üzemórás LED lámpák 100%-ról induló fényáram átlagos gyártóknál az 50.000 óra elérése után a lámpatestekben alkalmazott chipek legalább 50%-ában 70 % alá esik. Az ERCO-nál a chipek 10%-ának fényárama esik 80% alá, így a komfortérzet szinte változatlan 10-12 év után az újszerű állapothoz képest, ugyanis az emberi szem nem érzékeli ezt a minimális változást.
A hőmenedzsment összetevő szempontjából egy lámpatest ára lehet x és 10x árú is, miközben a műszaki paramétereik egészen hasonlóak is lehetnek, de az 50.000 műszakóra csak abban az esetben biztosítható, ha megfelelő dobozba, megfelelő műszaki környezetbe helyezzük az alkatrészeket. Emiatt mindenképpen fém hőleadó felületre van szükség, mert a fém tudja legjobban vezetni a hőt. LED esetében a műanyag hőleadó felület nem igazán képes a keletkezett hő elvezetésére. A LED egy chip, egy viszonylag koncentrált, nagyon nagy hőmérsékletet előállító eszköz, ezért mindenképpen szükséges a fém hőleadó felületek, bordák alkalmazása.
Az ERCO-nál a lámpatestekhez több osztatú optikai moduláris rendszert használnak. Az optikai rendszer három pillérre épül fel: primer lencse (gömb forma a LED chipen), kollimátor lencse (chip közelében) és a spherolit lencse, mely a lámpatest végső fényeloszlását hivatott biztosítani számunkra. A LED technológia nem 360, hanem csak 180 fokban világít, azaz féltérben. Az optikai rendszer, a hármas integrált lencserendszer segítségével azonban a fényt 100%-ban irányítani tudjuk és a megfelelő felületre tudjuk vetíteni. Hat különböző fényeloszlást tudunk létrehozni mindössze az előtétlencse cseréjével. Ha egy enteriőrben változik a tárgyak elosztása, elhelyezkedése, akkor a lencsék segítségével a belsőépítész újra tudja osztani a fényeket a megfelelő helyekre a megfelelő lencsék felhelyezésével. Lencsecserével tehát új világítási arculatot tudunk adni a térnek.
ERCO lámpák működés közben a Pollackon
Miután megismerkedtünk a LED fényforrások főbb összetevőivel és működtetésükkel, fény derült a LED technológia erényeire is.
A LED fényforrás és alapvetően a többi fényforrás is mindenfelé világít, ezért ha használhatóvá akarjuk tenni azokat, szükségünk van tükörre vagy lencsére is. A tükör általában abban segít, hogy a fénynek valamilyen irányultsága legyen. A hagyományos fényforrásoknál található tükör hátránya, hogy a hátramenő fényt sehogy sem tudja előre csalogatni, tehát az veszteségnek tekinthető, illetve ami pont előrefelé megy, azt nem tudjuk irányítani. A LED előnye pedig, hogy bár csak féltérbe világít, de a benne található hármas optikai rendszerrel kontrollálni tudjuk a teljes fénymennyiséget.
Érdemes arra figyelni, hogy munkánk során ne csak arra törekedjünk, hogy a vízszintes munka- és járófelületek legyenek kellően megvilágítva, mert az emberi szembe érkező fény és a feldolgozható információ 80%-a függőleges, vertikális felületről érkezik, ezért fontos a függőleges felületek kihangsúlyozása. Ez onnan eredeztethető, hogy annak idején az ősember szemből várta az ellenséget, nem a lába alatt kereste azt. Erre kínál megoldást az álmennyezeti lámpatestekben található optikai rendszer.
Az előadótermekben, lépcsőházakban pedig ezen optikai rendszer segítségével nem kápráztatjuk az embereket, hiszen a szemmagasság alatt vannak a lámpatestek, illetve ha egyes lépcsőfokok szemmagasság felett is vannak, a lámpák akkor sem kápráztatnak, mert lefelé világítanak, így javítják a komfortérzetet. A lépcső oldalába integrált lámpatestekkel ráadásul a lépcső alá is tudunk fényt juttatni.
Mi több, a LED-es fényforrás a cserélhető rátét lencse szett egyik lencséjének segítségével párhuzamos fényt is elő tud állítani, ami pici tárgyak kihangsúlyozására ideális. Ahhoz, hogy a világítás finom, komfortos legyen, ahhoz fejlesztették ki az ERCO optikai rendszert. Ez az optikai rendszer nagyon flexibilis, mivel hatféle fényelosztásban, hatféle különböző módon világít. Ez érdekes lehet például egy szobor megvilágításánál, vagy egy texturált fal esetében. Ha egy csillár világít csak a térben, akkor a szemből érkező fény miatt a texturáltságot alig fogjuk csak érzékelni, viszont ha a fal közelében is van egy fényforrás a mennyezeten, akkor elkezdjük a felület mélységét is érezni, életre kel a felület. Egy ilyen optikai rendszernél egy akár egy oldalról tökéletesen megvilágított boltív esetében nem azt látjuk, hogy milyen jól van megvilágítva, hanem azt hogy milyen szép a boltív, tehát nem a lámpa dominál, hanem a fénye.
A LED fényforrásoknál hihetetlen energiamegtakarítás érhető el. Ez ott igazán látványos, ahol nem 15-20 fényforrás van egy épületben, mint például egy családi ház esetében, hanem például múzeumokban, banképületekben, egyéb nagy középületekben. Egy hagyományos világítás élettartama 1.500-2.000 óránál kezdődik, és a legjobbak is csak 10-15.000 órát bírnak ki. LED esetében a definiált 50.000 óra 24 órás üzemidővel 5,75 évet jelent. Ez középületekben 8-10 üzemórás működtetés mellett akár 15 év karbantartásmentes üzemórát jelenthet egy fényforrás esetében. Ez így együtt energia, plusz további költségmegtakarítás is.
A LED-nek olyan tulajdonsága is van, hogy sem infra, sem UV tartalma nincs a fénynek. Az infra, például izzólámpák esetében a teret melegíti, tehát hőt sugároz, az UV pedig bizonyos anyagokat károsíthat. Mivel a LED nem bocsát ki hőt, emiatt sokkal kisebb teljesítményű légkondicionáló berendezésekre van szükség. Ez múzeumokban igazán fontos, ahol sok látogató van, de így csak az ő általuk termelt hőt kell elvinni a térből.
A LED károsító tényezője a legalacsonyabb. Múzeumoknál, műtárgyvédelemnél (pergamen) vagy bőrárunál is fontos szempontok ezek, hiszen a fémhalogén fényforrás például tönkreteszi a bőrt, papírt, szövetet.
A LED-es fényforrás korlátlanul kapcsolható ki- és be. A fémhalogén lámpának előbb le kell hűlnie, hogy be tudjon újra kapcsolni. A LED-es fényforrásoknál a végtelen számú ki- és bekapcsolás sem okoz élettartam csökkenést.
A LED-es fényforrások további előnye, hogy korlátlanul tudjuk a fényt szabályozni (dimming). A LED technológia lehetővé teszi, hogy 0,1-100%-ig úgy tudjam a fényforrásomat szabályozni, hogy az nem kezd el vibrálni, nem változik a színhőmérséklete. Napkeltében, napnyugtakor narancsos lesz körülöttünk minden, LED-nél a színhőmérséklet nem változik.
LED technológiával nem csak meleg illetve semleges fehér fényeket, hanem RGB, azaz színes fényeket is elő tudunk állítani.
Végezetül a LED technológia egy nagyszerű tulajdonsága, hogy ötvözhető a dimmelés a színezéssel. Lehet álmodni színekben! Létrehozható multifunkcionális terem, ahol nappal előadást, este partit tarthatunk, mert ugyanaz a technológia biztosítja mindkettő hatást. Eseményorientált, esemény releváns világításképeket tudok beállítani, ezeket programozni tudom, és integrálni tudom az épületfelügyeleti rendszerbe (takarítónői világítás, lila világítás, telekom magenta szín előállítása, stb…).
A rendszer határtalanul rugalmas!
Képek forrása: ERCO
