Fény- és világítástechnikai szabványok

A Magyar Elektrotechnikai Egyesület szabványosítási bizottságának felkérésére 2017. december 14.-én tartott előadás felvétele.

Meddig tovább, LED?

A világítástechnika már jó néhány éve szinte csak a ledekről szól. Egyre-másra jelennek meg az új termékek, amelyekben csak az a közös, hogy valamilyen szempontból mindegyik jobb az elődjénél. Nyilvánvalóan adódik a kérdés: hol a határ, meddig tarthat a fejlődés? A cikk a legfrissebb kutatási eredmények és a kereskedelmi forgalomba került fényforrások műszaki adatai alapján próbál választ keresni erre a kérdésre.

Sokan úgy gondolják, hogy a led az led, mindegyik fajta lényegében ugyanúgy működik, legfeljebb a fényszín, a színvisszaadás és a teljesítmény szempontjából vannak különbségek közöttük. Valójában a fehér fény előállítására különböző módszerek léteznek, mindegyiknek megvannak a maga előnyei és korlátai. A történeti fejlődést tekintve az első fehér ledeket úgy állították elő, hogy egyetlen tokba szereltek egy vörös, egy zöld és egy kék ledet, és a fehér fényt - a tévékészülékeknél használt megoldáshoz hasonlóan - ezek keverésével állították elő. Ezeket az eszközöket hívják (a színek angol kezdőbetűi után) RGB, vagy a színkeverése utalva CM (colour mixing) ledeknek.

A fehér fény előállításának másik alapvető megoldása az úgynevezett fénypor-konverzió (angol rövidítéssel: PC, phosphor conversion). Ennek a módszernek az eredete a fénycső-technikáig nyúlik vissza: ott a fénypor az UV sugárzást alakítja át látható fénnyé, az ilyen ledeknél viszont egy kék led fényének egy részét alakítja át a fénypor sárga fénnyé. Mivel a kék és a sárga ún. kiegészítő színek, ezért a keverésük fehéret eredményez. Napjainkban ez a legáltalánosabban használt technológia.

A korai ledek színvisszaadása még meglehetősen gyenge volt, aminek az az oka, hogy fényükben egyes színképvonalak gyengék voltak, vagy teljesen hiányoztak. Tökéletes, 100%-os színvisszaadása a természetes fényforrásoknak van, hiszen a napfényben a teljes színkép megtalálható. A színvisszaadási tulajdonságokat százalékban szokás megadni, 0% esetében egyáltalán nem látunk más színt, mint amit a fényforrás kisugároz (pl. a kisnyomású nátriumlámpák sárga fényét). Az európai szabvány a beltéri munkahelyek világítására legalább 80%-os színvisszaadási indexet követel meg.

A 100%-hoz közeli index elérésére a két ledes alaptípus esetében más módszereket használnak, amelyekben az a közös, hogy a fényforrás tokjába további, olyan fényben világító led csipeket szerelnek, amelyek kitöltik a spektrum hiányzó vagy csökkent részeit. A színkeveréses ledeknél az alapszínek mellé tehetnek pl. egy borostyánsárga fényt adó csipet, ezeket hívják RGBA ledeknek (a borostyánsárgát jelentő angol Amber-ből rövidítve). A fényporkonverziós ledeknél a vörös összetevő csökkent értéke ronthatja a színvisszaadást, amit egy vörös led-csip beépítésével javítanak. Az ilyen eszközöket hívják hibrid (HY) ledeknek, mert itt mind a fénypor-konverzió, mind a színkeverés lehetőségeit kihasználják.

Energetikai szempontból a fényforrások legfontosabb tulajdonsága a fényhasznosítás, amit lumen/watt egységben mérnek. Izzólámpák esetében az érték 12-15 között volt, a fénycsövek, kompakt fénycsövek ennél kb. ötször hatékonyabbak voltak. A legújabb ledek fényhasznosítása már 100 felett van. A fény minőségének javítása mellett a kutatás-fejlesztés legfontosabb célja a fényhasznosítás javítása, hiszen egy hatékonyabb fényforrás magasabb beszerzési ára az energiamegtakarításból megtérülhet. A lehetőségeknek azonban vannak korlátai, egy elméleti határ megközelíthető, de túl nem léphető. Hogy hol lehet az elméleti határ, azt az 1. ábrán szürkével jelölt sáv mutatja. 

1. ábra. Ledek fényhasznosításának fejlődése és az elméleti határok, szürkével jelölve.

A diagram az idő függvényében ábrázolja, hogy hogyan fejlődött a legáltalánosabban használt fényporkonverziós ledek fényhasznosítása. Az ábrán látható az adott időpontban már piacérett legjobb ledek fényhasznosítása, és az extrapolált várható érték. A trendet követve azt a következtetést lehet levonni, hogy várhatóan 2025 és 2035 között éri el a ledek fényhasznosítása az elméleti határt.

Az ábrán az is látható, hogy energetikai szempontból különbség van a hidegfehér és a melegfehér ledek között. Ennek az a magyarázata, hogy amint a 2. ábrán látható, egy melegebb – sárgásabb – fényszín eléréséhez a kék alap-led fényének nagyobb részét kell sárgává alakítani, és mivel minden átalakítás óhatatlanul veszteséggel jár, így valamivel rosszabb lesz a lm/W érték. 

 

2. ábra. A napfény és a led-fények színképi eloszlása.

Érdemes-e kivárni, amíg jobb, gazdaságosabb ledek jelennek meg a piacon? A lámpatest gyártók két úton járnak. Egy részük úgy véli, hogy olyan lámpatesteket kell készíteni, amelyekben a jelenleg kapható ledek egy későbbi időpontban majd hatékonyabbra cserélhetők. Ennek érdekében szabványosították a csereszabatosságot érintő jellemzőket, a mechanikai, villamos, fény- és hőtechnikai paramétereket. A tulajdonságokat ún. Zhaga-könyvekben foglalják össze, és az abban foglalt, gyártófüggetlen követelményeket kielégítő termékek egymással helyettesíthetők.

A gyártók másik része úgy gondolkodik, hogy a ledek élettartama összemérhető a lámpatestek élettartamával, és ezért a felhasználóknak soha nem kell a fényforráscserével bajlódni. Az ilyen gyártók lámpatestjeiben a fényforrások nem cserélhetők, vagy ha mégis, akkor csak ugyanolyan gyártmányú alkatrészeket lehet beszerelni. A Zhaga előírások első megjelenése után tapasztalt kezdeti fellángolás alábbhagyóban van, jelenleg úgy tűnik, hogy a második irányzat fog általánossá válni.

(Megjelent az Elektroinstallateur folyóirat 2017. júniusi számában)

Évtizedek a fény bűvöletében (megjelent a 2017-es Világítástechnikai Évkönyvben)

Iskolapadtól a fénylaborig

Egyetemi tanulmányaimat BME villamosmérnöki karán végeztem, és 1969-ben, az ötödik év második félévében, amikor már a diplomaterv készítéssel voltunk elfoglalva, fel kellett venni néhány fakultatív tárgyat. Hogy gondolkozik ilyenkor egy rendes egyetemista? Azt a tárgyat választja, amiből az elképzelése szerint a legkönnyebben le lehet vizsgázni. Én is így tettem, amikor felvettem a Fényforrások tárgyat. Az előadónk a fizikus végzettségű Somkúti Adolf volt, aki külsősként adott elő az egyetemen, főállásban pedig a Magyar Elektrotechnikai Ellenőrző Intézetben, azaz a MEEI-ben dolgozott. Csak később jöttem rá, hogy a világítástechnika mégsem egy olyan szakterület, amit egy félév alatt, heti 2 órában tokkal-vonóval el lehet sajátítani, de a félévet azért sikerült egy jelessel abszolválni.

Akkor még olyan világ volt, hogy nem a végzősök kerestek maguknak munkahelyet, hanem a munkahelyek keresték a végzősöket. Én is több ajánlatot kaptam, így többek között Somkúti bácsi (mert így hívtuk) is megkeresett, hogy volna-e kedvem a MEEI-ben dolgozni.



Somkúti Adolf a monokromátornál

Nem sokkal korábban alakították ki ugyanis az intézetben az önálló fénytechnikai osztályt. Ennek közvetlen előzménye az volt, hogy Magyarország csatlakozott az ENSZ Európai Gazdasági Bizottságának a gépjármű tartozékok vizsgálatára és a vizsgálati eredmények kölcsönös elismerésére vonatkozó egyezményhez. A csatlakozás feltételei között szerepelt, hogy többek között létre kellett hozni egy olyan nemzeti laboratóriumot, amely alkalmas az autólámpák gyártótól független vizsgálatainak elvégzésére. Az osztály munkája három csoportba volt szervezve, volt egy fényforrás, egy lámpatest, és egy különleges vizsgálatokkal foglalkozó fejlesztési csoport. Az autólámpákkal a fényforrás csoport foglalkozott, én a lámpatest csoportba kerültem. Somkúti bácsi nem szépítette a dolgot, elmondta, hogy ott soha nem fogok egy új világítási rendszert kifejleszteni, de olyan széles körű rálátásom lesz az egész világítástechnikai iparágra, mint amilyent sehol máshol nem érhetek el. Elmentem, körülnéztem, és igent mondtam, mert megtetszett az osztály felszereltsége, a helyben rendelkezésre álló magyar és külföldi szakirodalom széles választéka, az abban az időben még ritkaságszámba menő nyugati szakmai folyóiratok gyűjteménye. Az akkor még létező munkakönyv bejegyzése szerint 1969. szeptember 1-jével beosztott ügyintézői munkakörbe, havi 1550 Ft fizetésért vettek fel, ami abban az időben a kezdő mérnökök szokásos fizetése volt.

Első tapasztalatok

Kezdetnek a kezembe nyomták a vaskos lámpatest szabványt, hogy olvasgassam. Életemben akkor láttam először szabványt. A szabványok ismerete sem akkor, sem napjainkban nem képezte részét az egyetemi oktatásnak, pedig a tömör megfogalmazású, részben műszaki, részben jogi természetű szövegek ismerete és helyes értelmezése nem egyszerű feladat, hiszen ott sokszor egy vesszőnek, vagy egy kötőszónak is fontos jelentése lehet.

Az osztályon akkoriban kevés mérnök dolgozott, a csoportvezetők egyike sem volt az. A villamos labor műszerezettsége az ötvenes évek szintjén állt: fekete bakelitházas, mutatós volt- és ampermérőket használtunk, az ellenállást Wheatstone-hidas műszerrel mértünk. A melegedésmérés valamivel modernebb volt, a mérést termisztoros tapintóhőmérővel, és vékony huzalátmérőjű Ni-CrNi hőelemekkel végeztük, a műszerhez egy többcsatornás mérőhely átkapcsoló is tartozott.

A fénylabor felszereltsége korszerűbb volt. Volt egy 5 m-es optikai padunk (ami a mai napig használatban van), és egy sorozat Osram etalonlámpánk. Mivel a fénymérés alapegysége a kandela, ezért az elsődleges etalonjaink is fényerősség etalonok voltak. Az etalonlámpák különleges izzólámpák voltak, feketére festett burával. A fény a burán kialakított átlátszó, négyszögletes ablakon keresztül lépett ki.

Fényerősség etalonlámpa

Fénymérésre az emberi szem érzékenységének megfelelően szűrőzött szelén fényelemeket használtunk, a szilícium fényelemek csak később jelentek meg. Mai szemmel nézve érdekesség, hogy használaton kívül - az öregedés hatásainak elkerülése érdekében - a fényelemeket rövidre zárva, sötét helyen kellett tartani.

A kisebb lámpatestek, főleg autólámpák fényeloszlás mérésére volt egy kisebb goniométerünk. A nagyobb lámpatestek fényeloszlás mérését először külső helyszínen, az EKA gyár fénylaborjában végezték egy candelograph nevű készüléken, ami fényérzékeny fotopapírra rögzítette a fényeloszlási görbéket. Amikor én odakerültem, már volt egy saját fejlesztésű lámpatest goniométerünk is, ez polárkoordinátás milliméterpapíron rögzítette a görbéket, amiket később kézzel skáláztunk be. Mindig problémát okozott, hogy az autófényszórók fényeloszlását az előírások szerint 25 m távolságból kell mérni. A labor összes helyiségét egybenyitva sem jött ki ez a távolság, ezért egy falat áttörve, a szomszédos raktárban kellett elhelyezni az érzékelőt.

A lámpák fényáramát belülről matt fehérre festett, integráló Ulbricht-gömbökben mértük. A kisebb fényforrásokhoz volt egy 0,5 és egy 1 m-es átmérőjű gömbünk, de ezekkel nagyobb lámpatesteket nem lehetett mérni, ehhez legalább 3 m-es gömbre lett volna szükség. Egy ekkora gömböt már csak helyhiány miatt sem tudtunk volna felállítani, ezért csak egy 30°-os gömbcikket készítettünk el, ezzel 12 rész-mérésből tudtuk meghatározni a lámpatestek hatásfokát.

A sugárzások spektrális eloszlásának mérésére egy fotoelektron-sokszorozóval egybeépített kettős monokromátort használtunk, a színmérés Somkúti szabadalmazott találmányával, egy tristimulusos színmérővel történt. Az autólámpák belső méreteire igen szigorú előírások vonatkoznak, ezek betartását egy nagyméretű mérőmikroszkóppal ellenőriztük. A fénysűrűség mérésére a szubjektív összehasonlítás elvén működő ősrégi, Schmidt+Haensch gyártmányú készüléket használtunk, ahol egy két részre osztott mérőmező világosságát kellett azonosra beállítani.





A fénysűrűségmérőt még a XIX. század végén fejlesztették ki

Közjáték az EKA-ban, MEEI másodszor

1972-ben úgy gondoltam, hogy az első munkahelyen eltöltött 3 év után máshol is kipróbálom magam. Visszatekintve érdekesnek tűnik, hogy ezalatt a 3 év alatt a fizetésem közel megduplázódott, a kilépéskor a munkakönyv tanúsága szerint havi 3.052 Ft-ra jött ki az átlagjövedelmem. A világítási szakmát nem hagytam ott, 2 évig lámpatest fejlesztőként dolgoztam tovább az Elektromos Készülékek és Anyagok Gyárában. A főkonstruktőr Vadas Gábor volt, a gyártmányszerkesztési osztályt Jenőfi László vezette. Akkor még egy cég volt a főleg közvilágítási és ipari lámpatestekkel foglalkozó Füzér utcai törzsgyár, és a később EMIKA néven önállósult kalocsai üzem, ahol a beltéri fénycsöves lámpatestek gyártása folyt. Egy-egy új típus nullszériájának beindításához néhány napra, akár egy hétre is leköltöztünk Kalocsára.

Az ott eltöltött 2 év után korábbi főnököm lámpatest csoportvezetőnek hívott vissza a MEEI-be. Osztályvezetőnkről, Hauser Imréről megoszlottak a vélemények, sokan nem kedvelték lobbanékony, szangvinikus természete miatt, én azonban legtöbbször jól kijöttem vele, bár néhányszor a kiabálásig fajult az eszmecserénk. Amiért a mai napig hálás vagyok neki, az az, hogy szívén viselte a munkatársai szakmai fejlődését. Ő vett rá, hogy lépjek be a Világítástechnikai Társaság elődjébe, a MEE világítástechnikai szakosztályába, járjak el a klubnapokra az Eötvös utcai Világítástechnikai Állomásra, tartsak előadást szakmai konferenciákon, és évente legalább egyszer jelentessek meg publikációt az Intézet kiadványaiban, vagy a MEE folyóirataiban. Nemcsak noszogatott, hanem jó példával is járt elől, vezetőségi tagja volt a világítási szakosztálynak, szerkesztette a Villamosság c. lap világítástechnikai rovatát.


Hauser Imre

Emlékezetes maradt az első nemzetközi konferencián való részvételem, a bulgáriai Várnában. Vonattal utaztunk, de lekéstünk egy csatlakozást, és csak másnapra értünk volna oda, így aztán más lehetőség híján kiálltunk az országútra stoppolni. Egy kátrányt szállító teherautó vett fel, így sikerült végül megtartani a német nyelvű előadást a nátriumlámpák gyújtási folyamatairól. Életemben először ekkor beszéltem nagy nyilvánosság előtt idegen nyelven, ehhez mérhető lámpalázzal. Az előadást követő vitába bele is zavarodtam, Poppe Magdi volt az, aki kijött mellém a pódiumra, és segített megválaszolni a kérdéseket.

Az 1970-es évek vége, a 80-asok eleje jelentette az osztály csúcspontját, ekkor közel 20-an dolgoztunk a fénytechnikán. Nemcsak a létszám, hanem a műszaki felszereltség is ugrásszerűen javult, ekkor jelentek meg az első számítógépek. Az osztályunk országosan is elől járt a számítógépes mérésadat-gyűjtő rendszerek alkalmazásában. Az első mérésvezérlő számítógépnek ma már nevetségesnek tűnő 8 kB memóriája, és 64 karakteres, egysoros LED pontmátrix kijelzője volt. Amerikai gyártmány lévén, embargó alá esett, rajta volt a hírhedt COCOM listán, ezért Ausztrián keresztül, mindenféle ügyeskedésekkel lehetett csak beszerezni, horribilis pénzért. Mai szemmel nézve is meglepő, hogy milyen bonyolult feladatok megoldására sikerült megtanítani, főleg úgy, hogy minden programot magunknak kellett megírni hozzá egy forráskód szintű programnyelven.



HP 9825, az első mérésvezérlő számítógép

A gyorsan növekvő intézet kinőtte a Váci úton, a mai Lehel, korábbi nevén Élmunkás téren álló épületet, további bővülésre volt szükség. A Victor Hugo utcára néző egykori óvodaépületet, ahol a fénytechnikai osztály működött, lebontották, és átmenetileg az újonnan kialakított Alig utcai szárnyban kaptunk ideiglenes elhelyezést, amíg fel nem épült a régi épület helyére a ma is ott álló négyemeletes ház, amelynek a 2.-3. emeletét foglaltuk el. Csodálkoztunk is rajta, hogy a fénylabornak a világos, nagy ablakos 3. emeleten találtak helyet, hatalmas fekete deszkalapokkal elzárva a külső fényt. A 25 m-es fényutat itt is csak a ház falából kinyúló vastag csővel sikerült megvalósítani.

A rendszerváltás és következményei

A történészek 1989-re datálják a rendszerváltásnak nevezett folyamat kezdetét. Az Intézet életében az első időben nem sok változás következett be, a dolgok eleinte úgy mentek tovább, mintha mi sem történt volna. Változások azért voltak, egy újabb vezetési szintet hoztak létre, megalakultak az alkatrész és készülék vizsgálati főosztályok. A megbízóinkkal való kapcsolattartás megváltozott, szigorú összeférhetetlenségi szabályokat vezettek be. A vizsgálatokat megrendelő cégek műszaki emberével nem állhatott szóba az, aki a vizsgálatot végezte. Tanácsot adni, hogy egy-egy apróbb hibát hogyan lehetne kijavítani, végképp tilos lett. Helyszíni vizsgálatot egy ember nem végezhetett, legalább kettőnek kellett odamenni. A végén már a vizsgálati jegyzőkönyvet sem adtuk ki a megrendelőknek, csak a végeredményt tartalmazó minősítő iratot. Az osztályvezetőktől elvették a minősítő iratok aláírásának a jogát, és erre a feladatra létrehozták a tanúsítási osztályt, aminek legfőbb feladata a pecsételés volt. Hauser Imrétől visszavonták az osztályvezetői megbízást, ő is erre a tanúsítási osztályra került.

A helyzet egy kicsit hasonlított a léket kapott Titanichoz, a hajó még úszott, a zenészek húzták a talpalávalót, de már látszott a végkifejlet. A vizsgálati megbízások és ezzel együtt a bevételek forrását egy rendelet biztosította, ami kötelezővé tette a villamos termékek forgalomba hozatal előtti bevizsgáltatását. Mi pedig aprólékosan újra meg újra megvizsgáltuk azokat az egyre nagyobb számban beáramló import termékeket, amiket más országok intézetei előzőleg már jóváhagytak. Körvonalazódtak az Európai Unió alapelvei az emberek, az áruk, a szolgáltatások szabad áramlásáról, és ez előre vetítette a vizsgálati tevékenység drasztikus visszaszorulását. A kötelező hatályú magyar szabványok helyett önkéntességen alapuló európai szabványok jelentek meg.

Az intézet státusza is megváltozott: először közalkalmazottból köztisztviselők lettünk, ehhez előbb mindenkinek le kellett tenni a közigazgatási alapvizsgát. Később az intézet Kft-vé alakult, majd felkerült a privatizációs listára, de ezt a folyamatot én már csak külső szemlélőként figyeltem. Arra a következtetésre jutottam ugyanis, hogy addig kell váltani, ameddig fizikailag és szellemileg képes vagyok rá, és nem szabad megvárni, amíg nekem kell felmondani az osztályon dolgozó kollégáimnak, vagy netán az én munkakörömet szüntetik meg. Úgy gondoltam, hogy egy nagy világcég munkatársaként új lehetőségek nyílnak meg előttem, így kerültem a Siemens-hez. Rövidesen kiderült azonban, hogy az ASI4-nek nevezett világítási üzletág nem hozza ez elvárt nyereséget, ezért túladtak a németországi Traunreut-ban működő lámpatestgyáron, és ezzel együtt az én munkaköröm is megszűnt. Több céggel is tárgyaltam ezután a folytatásról, végül a HOLUX Kft-t választottam, ahol szakmai pályafutásom utolsó éveit töltöttem el. A változások közepette egy fix pont maradt, a Világítástechnikai Társaság, ahol több cikluson át a szűkebb vezetői stáb tagja voltam. Az itt végzett munkám azonban már nem tartozik bele ezen visszaemlékezés kereteibe, és nem is vagyok hivatott annak értékelésére.

Rövid önéletrajz

1945-ben születtem Kőszegen. Okleveles villamosmérnökként a Magyar Elektrotechnikai Ellenőrző Intézet Fénytechnikai osztályán, az Elektromos Készülékek és Anyagok Gyárában, a Siemens Rt.- nél és a Holux Kft.-nél dolgoztam. 1975 óta vagyok tagja a Magyar Elektrotechnikai Egyesületnek, 1997 és 2010 között a VTT egyik alelnöke voltam. Sok éven át gondoztam a VTT internetes honlapját, alapító szerkesztője voltam a Fény hírlevélnek. Több éven keresztül betöltöttem a világítástechnikai szabványbizottság elnöki tisztségét. Szakmai tevékenységemet a MEE Urbanek- és Déri-díjjal, a VTT Pollich-díjjal ismerte el.