W realizacji zadania oświetleniowego w nietypowych warunkach środowiskowych jednym z najistotniejszych zagadnień techniki świetlnej jest wpływ temperatury zewnętrznej na pracę oprawy oświetleniowej, na zachowanie się źródeł światła i układu zapłonowego. Temperatura otoczenia, w której pracować ma oprawa oświetleniowa jest niejednokrotnie podstawowym kryterium, jeżeli chodzi o sam dobór sprzętu oświetleniowego. Dotyczy to szczególnie skrajnych wartości temperatury, zarówno wyższych, jak i niższych od normalnej. Problem ten opisany został w artykule w wydaniu lipcowym (nr 7/2010), w niniejszym zaś przedstawione zostaną różne rozwiązania w oparciu o asortyment firmy NORKA.

Niemiecka firma NORKA GmbH ma w swoim programie produkcji wysoce specjalistyczny sprzęt obejmujący oprawy do stosowania w niskiej temperaturze. Najbardziej wyspecjalizowaną grupę stanowią oprawy na świetlówki liniowe oraz diody LED. Sprzęt wykorzystujący wysokoprężne lampy wyładowcze oraz świetlówki kompaktowe, wykonywany jest na bazie opraw z programu podstawowego jako zmienione wersje specjalne. Wszystkie oprawy wykorzystują standardowe źródła światła.

Projektując oprawy, kierowano się chęcią eliminacji lub istotnego ograniczenia wszystkich czynników pogarszających ich pracę w niskiej temperaturze. I tak konstrukcja oprawy eliminuje „mostki termiczne” wewnątrz oprawy, w celu zapewnienia optymalnej izolacji termicznej. Ponadto firma NORKA opracowała specjalne zabezpieczenie termiczne – systemy DUPLEX i TRIPLEX, które zapewniają optymalne oświetlenie w temperaturze do -50°C. Oprawy NORKA wyposażone są w klosze ochronne, z wewnętrznym wysokowydajnym odbłyśnikiem, które chronią system optyczny oprawy przed zanieczyszczeniem i uszkodzeniem. Dostępne w szerokiej gamie z rozsyłem szerokim, wąskim lub skoncentrowanym, pozwalają efektywnie zrealizować każde zadanie oświetleniowe. Oprawy mogą być zamontowane na wysokości do 24 m.

Wychodząc naprzeciw nowoczesnym technologiom źródeł światła, oprawy NORKA wyposażone są w nowoczesne moduły LED. W długim okresie eksploatacji zapewniają wysokie poziomy strumienia światła i niskie zużycie energii. Poprzez zastosowanie soczewki liniowej Fresnela ze źródłami LED uzyskiwane są różne stopnie skupienia światła wymagane dla konkretnego zastosowania. Profil z aluminium zapewnia skuteczne odprowadzanie ciepła i chłodzenia chipów. Wszystkie przewody są wykonane z odpornych na niską temperaturę materiałów. Zapewnia to izolację przewodów, zabezpiecza przed kruszeniem i wzwiększa trwałość instalacji. Wszystkie materiały metalowe stosowane w oprawach, takie jak aluminium i stal nierdzewna są trwałe i dodatkowo zabezpieczone.

Oprawy KIRUNA i TURKU na świetlówki liniowe

Oprawy KIRUNA oraz TURKU są przykładem bardzo wysokiego stopnia specjalizacji. Skonstruowano je tylko i wyłącznie z myślą o pracy w niskiej temperaturze. Oprócz cech wspólnych dla wszystkich opraw świetlówkowych NORKA wdrożono w nich bardzo zaawansowane rozwiązania pozwalające stosować oprawę TURKU w temperaturze do -25°C, a oprawę KIRUNA aż do -50°C. Warto podkreślić, że sprawność i niezawodność tych opraw jest na bardzo wysokim poziomie dla deklarowanej temperatury pracy. Zarówno oprawa TURKU, jak i KIRUNA, współpracują ze standardowy mi świetlówkami z typoszeregu T8 (wersje 1 x 18 W, 1 x 36 W, 1 x 58 W, 2 x 36 W, 2 x 58 W). Dodatkowo oprawa TURKU produkowana jest w wersji TURKU AMALGAM na świetlówki T5 1 x 54 W, 1 x 80 W oraz 2 x 54 W i 2 x 80 W (rys. 3).

Rys. 3. Oprawa TURKU

Jak większość opraw świetlówkowych NORKA, tak i te wyposażone są w system krótkich uszczelek, co pozwala na całkowite oddzielenie części optycznej oprawy od korpusu, w którym umieszczone są wszystkie niezbędne akcesoria. Od zawsze wiadomo, że najbardziej newralgicznym miejscem w oprawie hermetycznej jest uszczelka. To jej jakość decyduje o tym, czy wnętrze oprawy jest wystarczająco chronione przed wnikaniem pyłu i wilgoci. Im mniejsza powierzchnia uszczelnienia, tym ryzyko to jest mniejsze. Tak więc, w konfrontacji z tradycyjnym rozwiązaniem, gdzie uszczelka umiejscowiona jest na całym obwodzie klosza przylegającego do obudowy, jest to korzyść ogromna. Sprzyja to bardzo zastosowaniom w warunkach chłodniczych. Poprzez krótką uszczelkę wnikanie zanieczyszczeń do wnętrza klosza jest ograniczone w sposób doskonały, a co za tym idzie, wymiana ciepła z otoczeniem tą drogą jest minimalna i lampa pracuje w korzystniejszym otoczeniu. Jakość materiałów użytych do produkcji uszczelek sprawia, że nie tracą one elastyczności na skutek starzenia i niskiej temperatury. Po otwarciu oprawy bez problemu można umieścić je na swoim miejscu bez ryzyka odkształcenia i utraty gwarantowanego stopnia szczelności. Stopień szczelności IP65 jest zupełnie wystarczający dla takich zastosowań, jeżeli jest zapewniony przez cały okres eksploatacji (przynajmniej 15 lat).

Klosze opraw TURKU oraz KIRUNA wykonane są z polimetakrylanu (PMMA). Aluminiowe, lustrzane odbłyśniki są zintegrowane z kloszem i, w zależności od wysokości montażu, mają rozsył średni lub wąski. W korpusie nie ma żadnych otworów montażowych, aby maksymalnie poprawić szczelność opraw. Uchwyty montażowe wykonane ze stali nierdzewnej i zatrzaskiwane są bez potrzeby dziurawienia obudowy. Oprawy wykonane są w II klasie ochronności elektrycznej i standardowo wyposażone w oprzewodowanie przelotowe 2 x 1,5 mm2.

Wśród cech charakterystycznych tylko dla opraw KIRUNA i TURKU wymienić należy przede wszystkim:

• „„ system ochrony źródła światła przed zimnem,
• „„ specjalną ochronę stateczników oraz wspomaganie zapłonu.

System ochrony lamp przed zimnem to kluczowe rozwiązanie pozwalające pracować standardowym świetlówkom nawet w bardzo niskiej temperaturze (rys. 4).

Rys. 4. System ochrony świetlówki przed zimnem TRIPLEX w oprawie KIRUNA

W oprawie TURKU jest to system podwójny (DUPLEX), a w oprawie KIRUNA potrójny (TRIPLEX). Składają się na niego zarówno klosz oprawy, jak i specjalne rury ochronne (1 lub 2) wykonane z odpowiedniego rodzaju polimetakrylanu (PMMA). Ponieważ oprawy współpracują ze standardowymi świetlówkami, muszą być skonstruowane tak, żeby sama lampa pracowała w temperaturze zbliżonej do normalnej. Rury ochronne pozwalają ograniczyć odpływ ciepła wydzielanego przez lampę do otoczenia, a tym samym zapewnić temperaturę pracy lampy na odpowiednim poziomie. Jest to istotne z tego względu, że świetlówki nie są źródłami tak dużych ilości ciepła jak lampy żarowe czy wyładowcze wysokoprężne. Przy takiej konstrukcji ruch ciepła w kierunku chłodnego, bądź mroźnego powietrza jest spowolniony. Wymiana ciepła jest ograniczona i niewielka jego ilość wydzielana przez świetlówkę pozostaje wewnątrz oprawy. Wszystko to składa się na fakt zaistnienia w najbliższym otoczeniu lampy mikroklimatu pozwalającego uzyskiwać parametry nominalne (20÷25°C), gdyż tylko wtedy świetlówka uzyska optymalne parametry świetlne i elektryczne.

System ochrony lamp przed zimnem gwarantuje uzyskiwanie strumienia świetlnego oprawy na bardzo wysokim poziomie nawet w bardzo niskiej temperaturze. Sprawność oprawy w ekstremalnych warunkach jest na wysokim poziomie. Dla oprawy KIRUNA ze świetlówką 58 W sprawność jest największa przy temperaturze -35°C i wynosi 100%. Dla temperatury -50°C sprawność oprawy wynosi 55%, co jest bardzo dobrym osiągiem. 100% strumienia świetlnego oprawy TURKU osiągają przy temperaturze od -15 do -20°C (rys. 5).

Rys. 5. Strumień świetlny opraw KIRUNA oraz TURKU w funkcji temperatury otoczenia

Dobór oprawy oraz obliczenia oświetleniowe muszą być korygowane w zależności od zadanej temperatury otoczenia po to, by uniknąć rozbieżności między rezultatami uzyskiwanymi podczas symulacji komputerowej, a wynikami pomiarów sprawdzających po zamontowaniu opraw.

Równie istotnym jest zastosowane w oprawach odpowiednich stateczników. Ich dobór również zależy od temperatury, w jakiej pracować ma oprawa. Stateczniki są gwarantem jakości uzyskania wymaganych parametrów oświetleniowych w niskiej temperaturze. Dobór typu układu stabilizująco-zapłonowego jest ważny, ponieważ istnieją ograniczenia w stosowaniu układów elektronicznych. Ze względu na bardzo dużą ilość komponentów tworzących taki układ, ryzyko awarii jest zwiększone. Dobrze zabezpieczony statecznik elektroniczny, tzn. odpowiednio ulokowany w oprawie i owinięty specjalną folią aluminiową, może być używany nawet przy temperaturze -30°C. Poniżej tej temperatury zaleca się stosowanie tradycyjnych magnetycznych stateczników, które chronione są podwójnie. Pierwszy stopień odizolowania statecznika od niskiej temperatury to specjalna folia ochronna, a drugi stopień to komora izolacyjna w korpusie oprawy, gdzie statecznik jest umieszczony. Taka ochrona sprawia, że statecznik konwencjonalny sprawdza się nawet w skrajnie niskiej temperaturze. Statecznik elektroniczny – mimo tych zabiegów – znacznie gorzej znosi pracę w temperaturze poniżej -15°C i prawdopodobieństwo awarii w takich warunkach rośnie. Nie zaleca się stosowania stateczników elektronicznych w temperaturze poniżej -30°C. W oprawie KIRUNA stosuje się także wspomaganie zapłonu lampy realizowane przez połączenie zacisku neutralnego z odbłyśnikiem.

Znakomitym przykładem dostosowania oprawy do nietypowych warunków pracy jest oprawa TURKU AMALGAM. Jest to oprawa łącząca w sobie najlepsze cechy konstrukcyjne zapewniające wysoką odporność na niską temperaturę (system DUPLEX) oraz zalety świetlówki T5 w technologii amalgamatowej 54 W i 80 W. Dzięki wykorzystaniu kloszy ochronnych z wysokowydajnym odbłyśnikiem gwarantującym wysoki strumień światła w temperaturze -25°C (rys. 6), oprawy są w stanie zapewnić prawidłowe oświetlenie w wysokich pomieszczeniach nawet do 24 m. Rozwiązanie to szczególnie polecane jest dla pomieszczeń o niskiej częstotliwości przełączania.

Rys. 6. Strumień świetlny oprawy TURKU AMALGAM w funkcji temperatury otoczenia

Oprawa BERLIN-TRONDHEIM na świetlówki kompaktowe (...)

Oprawy POLLUX i SIRIUS na lampy wyładowcze wysokoprężne (...)

Oprawy LED (...)

Oprawy ewakuacyjne i jednostka zasilania awaryjnego PASSAU II

Dla realizacji zadań oświetlenia awaryjnego i ewakuacyjnego, wykorzystując możliwości diod LED, stworzono oprawę ewakuacyjną TEGEL LED (rys. 20). Z systemem zasilania awaryjnego PASSAU zapewnia optymalną realizację oświetlenia awaryjnego w temperaturze otoczenia od -30 do +35°C. Piktogram jest widoczny z odległości 28 m, co spełnia normy europejskie w zakresie oświetlenia ewakuacyjnego. Oprawa dostępna jest z różnymi wersjami piktogramów.

Rys. 20. Oprawa TEGEL LED

Dla bezpieczeństwa w sytuacjach nagłych koniecznym jest, obok oświetlenia ogólnego, zapewnienie zasilania awaryjnego. System NORKA PASSAU II w połączeniu z oprawami oświetleniowymi NORKA stanowi pewny i niezależny od temperatury system oświetlenia awaryjnego. Umożliwia on osiągnięcie 100% strumienia świetlnego źródła światła (świetlówki T8 lub LED) w przypadku braku zasilania w okresie 1 lub 3 godzin. System PASSAU niezawodnie pracuje w temperaturze od -5 do +40°C, co zapewnia bezobsługowy akumulator z auto-testem. System PASSAU montowany jest w obudowie z polimeru o szczelności IP44 i klasie ochrony II w odległości do 500 m od źródła światła poza strefą niskiej temperatury (rys. 21).

Rys. 21. Jednostka zasilania awaryjnego PASSAU II

LITERATURA

[1] Materiały firmy KRULEN.
[2] Katalog opraw oświetleniowych NORKA.
[3] Materiały wewnętrzne laboratorium firmy NORKA GmbH.