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.

 

Felemás gondolatok a led-konferencia után

Néhány év szünet után idén megint végigültem a led-konferencia előadásait. A 2016-ban hetedszer megrendezett szakmai találkozón a 200 feletti részvevő több mint 20 előadást hallgathatott meg, és tucatnyi cég újdonságait nézhette meg a konferenciához kapcsolódó kiállításon. Miután elhangzottak Nagy Jánosnak, a Világítástechnikai Társaság elnökének a záró szavai, elgondolkoztam azon, hogy a 2 nap után mennyivel lettem okosabb. Tőmondatban összefoglalva: nem sokkal. Számomra talán a legérdekesebb volt az az előadás, amelyik szembesített azzal, hogy mit vártunk 7 éve, az első led-konferencián az új technikától, és ebből mi valósult meg az azóta eltelt évek során.

Pódiumbeszélgetés a konferencián

Sokat várunk a csereszabatosságot ígérő Zhaga szabványok elterjedésétől, arra számítottunk, hogy ugyanolyan egyszerű lesz egy led-modul cseréje, mint amilyen magától értetődően csavartunk be évekkel ezelőtt egy bármilyen gyártmányú izzót egy bármilyen gyártmányú lámpatestbe. A valóság azonban az, hogy a kezdeti lendület elakadt, a rendszerben résztvevő cégek száma az első fellángolás után folyamatosan csökken, és jelenleg az egész világon mindössze 2 olyan közvilágítási lámpatest típus létezik, amelyik megfelel ezeknek az előírásoknak. Sajnos ez arra utal, hogy a gyártó cégek monopolhelyzetet szeretnének maguknak teremteni azzal, hogy termékeikbe csak az őáltaluk gyártott alkatrészeket lehet beépíteni, vagy ha ezek beszerezhetetlenek, akkor hiba esetén el kell dobni az egész lámpatestet.

A másik nagy ígéret a szerves félvezető fényforrások, az oledek elterjedése volt. Már 7 éve is, mint a jövő nagy lehetőségéről beszéltünk róluk, és ma még mindig ugyanez a helyzet. Mobil telefonok, tévé-készülékek képernyőjének háttérvilágításaként egyre többfelé használják ezeket az eszközöket, de az, hogy megfizethető árú világító tapétával borítsuk be a lakásunk mennyezetét, még mindig várat magára.

Persze az eltelt években a ledek egyre olcsóbbak lettek, paramétereik is folyamatosan javultak, és úgy gondolom, hogy már nincs értelme csupa nagybetűvel írt LED-es világításról beszélni. Elmúltak azok az idők, amikor valaki büszkén mutogathatta a félhomályba borult szobáját vagy konyháját azzal, hogy nála már ledek világítanak. Csak világítás van, az átlagembereket hidegen hagyják a technikai részletek, egyszerűen csak világítani szeretnének. Valamikor világítástechnikai konferenciákat rendeztünk, amiből mára led-konferencia lett. Lehet, hogy a közeljövő valamelyik konferenciája már azzal fog foglalkozni, hogy mit NEM érdemes ledekkel világítani.

A ledek óriási marketing hátszéllel nyomulnak. Próbálják lenyomni a torkunkon az összköltség szemléletet, vagyis azt, hogy a tervezés, kivitelezés, üzemeltetés, ártalmatlanítás költségeit együttesen vegyük figyelembe, amikor új világítást szeretnénk. Szép számok jöhetnek ki így, de nem mindegy, hogy melyik fizetnivaló kinél jelentkezik, hiszen ritkán fordul elő, hogy mindegyik feladat a teljes folyamatnak ugyanazt a résztvevőjét terheli, az időbeni elhúzódásról nem is beszélve.

Kiállítás az új ledes eszközökből

A műszaki jellemzőket tekintve is nagy a bizonytalanság. Jelszó lett az energiahatékonyság, ami műszaki nyelvre lefordítva az egységnyi energiából nyerhető fénymennyiséget, a lumen/wattot jelenti. A marketing azonban itt is közbeszól, annyiféle lm/W létezik, hogy szakember legyen a talpán, aki eligazodik közöttük. A led-chip, a led-modul és a ledes lámpatest esetében az értékek több száz százalékkal is eltérhetnek egymástól, és ráadásul számos olyan egyéb tényezőtől is függenek, mint az áram vagy a hőmérséklet, mindez jó alapot ad a ködösítésre. Az „energiahatékonyság mindenek előtt” szemlélet sok esetben azzal jár, hogy ledesítés címszóval elsötétítik településeink utcáit. Mivel a ledek fénye jobban irányítható, mint ez korábban a nátriumlámpák esetében volt, ezért gyakori, hogy szinte minden fény az úttestre vetül, a járdákat sötétségben hagyva. Vannak persze jó példák is, örömmel néztem a Rákóczi-híd új fényeit.

Megfigyeltem a konferencián, hogy az emberek kétféle véglet felé tendálnak. A szakembereket a részletek érdeklik, pl. azon vitatkoznak, hogy egy led színe (bocsánat: korrelált színhőmérséklete) ha minimálisan is, de megváltozhat, ha más irányból nézünk rá. A felhasználók többsége viszont egyszerűsíteni szeretne, nem törődik a részletekkel, és ebből néha olyan furcsaságok jönnek ki, hogy az akváriumok esetében a megvilágítást watt per literben akarják kifejezni.

Valamikor azt tanultam, hogy egy mérés nem mérés, és minden mért számértékhez tartozik egy mérési bizonytalanság is, amit a különböző hibaforrások okoznak. Több előadás is aprólékosan tárgyalta a különböző tényezők hatását, de az egész konferencia alatt egyetlen olyan előadás sem hangzott el, amelyik egy számérték mellett annak bizonytalanságát is megjelölte volna. Részben ide tartozik az is, hogy bár a hálózati feszültség értéke hazánkban már 20-25 éve 230 V, az előadók nem egy esetben azt mutatták a kivetített dián, hogy a rendszert 220 V-tal táplálták meg (ami vagy így volt, vagy nem, mindenesetre nem tett jót az adatok hitelességének).

A végére hagytam azt a területet, ahol a legigényesebb megoldásokra van szükség: ez a múzeumvilágítás. Egy egész szekció foglalkozott ezzel a témával: mi a kedvezőbb a múzeumlátogatóknak, és mi a kedvezőbb a műtárgyaknak. Hogy a saját szememmel győződjek meg arról, hogyan állnak helyt a ledek a gyakorlatban, a konferencia után elmentem a Magyar Nemzeti Galériába körülnézni. Az első benyomásom az volt a led-világítású termekben: lehet, hogy ide csupa frissen restaurált festményt tettek? A festmények színei annyira ragyogónak tűntek, hogy nem lehetett nem észrevenni a megjelenésbeli különbséget. A drámai hatást az is fokozta, hogy míg a fénycsövekkel megvilágított termekben gyakorlatilag nem volt különbség a képek és a háttérül szolgáló fal megvilágítása között, a ledekkel világított termekben a falakat sötétre festették, és a képek sokkal erősebb megvilágítást kaptak. Amikor az első általános benyomások után közelebbről is megnéztem a képeket, akkor jött a csalódás. Az olajfestmények felületéről visszatükröződő csillogás helyenként - főleg a sötét tónusú képeknél - annyira zavaró volt, hogy szinte élvezhetetlenné vált a kép. 

Ádám (Ferenczy Károly képe) ledekkel megvilágítva, MNG

Érdemes lenne a nagy fénysűrűségű ledek által okozott csillogást is olyan tudományos alapossággal megvizsgálni, mint ahogyan ezt a színtani tulajdonságokkal tették, akkor talán elkerülhetővé válnak az ilyen bosszantó jelenségek. 

Világítástechnika – múlt, jelen, jövő

A világítás talán a legősibb alkalmazott tudomány. A fénykeltés évezredeken át valamilyen szilárd, folyékony vagy légnemű halmazállapotú tüzelőanyag elégetésével járt együtt, és a fejlődő világ nagy részében mind a mai napig a láng jelenti az egyedüli fényforrást. Még a villamos elven működő fényforrások felfedezése után is évtizedek teltek el, mire a gáz- és a villamos világítás versenye az utóbbi javára dőlt el. Érdekes adalék, hogy az ország fővárosának vezetése is a gázvilágításban látta a jövőt, így az első elektromos árammal működő utcai lámpákat Budapesttől távol eső városokban, Temesváron (1884), illetve a mai Magyarország területét tekintve Mátészalkán (1888) szerelték fel. Nem kis büszkeséggel emlékezhetünk arra, hogy a temesvári világítás egyike volt a világ első villamos üzemű utcai világításainak.

Az ívlámpától a kompakt fénycsövekig

A villamos világítás megjelenését sokan – tévesen – Edison nevével kötik össze. Az elektromos fénykeltés fizikai hátterét sokáig kétféle jelenség adta: az elektródák között létrejövő villamos ívkisülés, illetve az áram hőhatása által felizzított vezető hőmérsékleti sugárzása. Az első jelenségből a kisülőlámpák, a másodikból az izzólámpák családja fejlődött ki. A világításra használt első villamos fényforrás az ívlámpa volt, amely azonban erős fénye miatt csak szabadtéren vagy nagy csarnokokban volt használható. A fényforrás fejlesztésében a magyar Ganz gyár is részt vett. A gyakorlati alkalmazás egyik legnagyobb problémája ugyanis az volt, hogy a szénelektródok leégésétől függetlenül állandó távolságot kellett tartani közöttük. A Zipernowsky Károly által kifejlesztett szabályozó berendezés a feszültség rákapcsolásakor önműködően összeérintette a szénrudakat, és azután stabilizálta a széthúzással létrehozott ívet. A villamos világítás szélesebb körű elterjedéséhez arra volt szükség, hogy az erős fényű és nehézkesen kezelhető ívlámpák helyett kisebb teljesítményű, és könnyen használható fényforrások készüljenek. Hosszú évtizedeken át Edison találmánya, az 1880-ban szabadalmaztatott izzólámpa jelentette a megoldást.

Az eredetileg szénszállal készült izzólámpát Magyarországon is sok vállalkozás elkezdte gyártani, de a versenyben csak a tömeggyártásra berendezkedett cégek tudtak talpon maradni. Közülük az Egyesült Villamossági Rt. emelkedett ki. Az izzólámpák fejlesztésében új fejezetet nyitott az a felismerés, hogy szén helyett nagy olvadáspontú fémekből is kialakítható az izzószál. Fém izzószálat először tantálból, majd ozmiumból sikerült előállítani, de a tömeges felhasználást gátolta e ritka fémek magas ára. A volfrám nagyobb mennyiségben fordul elő a természetben, és olvadáspontja is magasabb, ami nagyobb hőmérsékleten izzó és ezért fényesebb izzószál kialakítását tette lehetővé. Sajnos a volfrám meglehetősen rideg fém, keménysége miatt nehéz volt belőle vékony szálat előállítani. A világon elsőként Just Sándornak és Hanaman Ferencnek sikerült 1906-ban volfrámszálas izzólámpát előállítaniuk úgy, hogy szénszálra volfrámkloridból fémes volfrámot csapattak ki, majd a szénszálat elégették. Az ekkor már Egyesült Izzólámpa és Villamossági Rt. néven működő újpesti gyár azonnal megvásárolta a szabadalmat és a feltalálók közreműködésével megkezdte a volfrámlámpa gyártási eljárásának kikísérletezését.

Közben az amerikai General Electric Co. laboratóriumában Coolidge eljárásával 1908-ban sikerült húzott volfrámszálat előállítani, ami forradalmasította az izzólámpák gyártását. Az Egyesült Izzó elég gyorsan megszerezte a gyártási jogot, és 1909-ben a volfrám angol (tungsten) és német (Wolfram) nevét összevonva bevezette a Tungsram márkanevet, majd 1913-tól teljesen áttért a húzott volfrámszálas lámpák gyártására. A szálhúzás technológiáját Perczel Aladár dolgozta ki. Az Egyesült Izzó fejlődésében jelentős szerepe volt a kezdeti korszakban Pintér József műszaki igazgatónak, később pedig az izzólámpagyártást, majd az egész gyárat irányító Aschner Lipótnak. Az ő előrelátásukat mutatja, hogy már 1918-ban kutatólaboratóriumot kívántak létrehozni a gyáron belül. Ennek vezetésére Hanaman Ferencet, a volfrámlámpa egyik feltalálóját szemelték ki, de az első világháború időszakában őt nem sikerült a katonai szolgálat alól mentesíteni. Végül 1921-ben alakult meg a Kutató Laboratórium, a korábbi műegyetemi tanár, Pfeifer Ignác vezetésével. A laboratórium kiemelkedő munkatársai közé tartozott Bródy Imre és Selényi Pál, később a vezetést Bay Zoltán vette át.  

A laboratórium eredményei közül kiemelkedik az alaktartó volfrámszál és a kriptonlámpa kifejlesztése. Az izzólámpában belógásmentes, tehát izzó állapotban is alaktartó szálat célszerű használni, azonban a közönséges volfrámhuzal a saját súlya alatt meghajlik. Adalékokkal sikerült elérni, hogy a volfrámszálban az átmérővel közel azonos méretű kristályok helyett ennél 20–100-szor hosszabbak képződjenek. Az ilyen anyagból készült kettős spirálú izzószál az 1000 órás üzemidő alatt megtartja eredeti alakját. Ezt a célt az Amerikában dolgozó, magyar származású Pácz Aladár kezdeti eredményei után Tury Pál, Tarján György és Millner Tivadar  valósították meg az 1920-as évek közepén. A nagy kristályos anyagot GK-volfrámnak nevezték el a német elnevezés (Gross-Kristall) alapján. 

1. kép. Korabeli volfrámlámpa hirdetés

A kriptonlámpa kifejlesztése Bródy Imre nevéhez fűződik. Megállapította, hogy az izzószál körül képződő volfrámgőz molekulái a termikus diffúzió hatására annál lassabban távolodnak el, minél nagyobb a körülöttük levő töltőgáz atom-, illetve molekulasúlya. A nemesgázok családjába tartozó kripton alkalmazásával sikerült egyrészt megjavítania lámpa fényhasznosítását, másrészt csökkenteni a bura térfogatát. A legnagyobb gondot a kriptongáz beszerzése jelentette, a csillagászati összegekbe kerülő gázból Bródynak mindössze 0,5 liter állt a rendelkezésére. Az első hat kísérleti lámpa 1931-ben ennek ellenére fényesen igazolta a várakozást. A gyártás megindításához azonban szükséges volt a kriptongáz üzemi méretekben történő előállítása. Mivel az ajánlattételre felkért cégek ezt megoldhatatlannak tartották, végül az Egyesült Izzó maga létesített Ajkán kriptongyárat.

Az izzólámpák fejlődésének jelenlegi csúcsát a halogénlámpák jelentik. Nagyon leegyszerűsítve, a lámpa burájába zárt halogénatomok kölcsönhatásba lépnek az izzószálról elpárolgó volfrámatomokkal, majd egy körfolyamat eredményeként az így keletkezett volfrámhalogenidek a szál legmelegebb pontján disszociálnak, visszaszállítva így a volfrám atomokat arra a helyre, ahol a szál a legvékonyabb. Ezzel a módszerrel az izzólámpa szinte minden műszaki jellemzője javul: a magasabb hőmérsékletre felizzítható szál fehérebb fényt ad, javul a fényhasznosítás, csökkenthető a bura térfogata, és nő az élettartam. Bár az első szabadalmak már az 1930-as években megszülettek, a piacérett halogénlámpák megjelenésére egészen 1959-ig várni kellett.

Az elmúlt néhány év a mintegy 130 éves fejlődést megélt izzólámpák pályafutásának a végét jelentette. A világ számos országa - beleértve az Európai Unió országait, közöttük Magyarországgal - az izzólámpák forgalmazásának fokozatos megszüntetése mellett döntött. A világítástechnika történetében ez az első eset, hogy egy gyártmánycsalád kihalása nem a piaci követelmények változása, az eladhatóság csökkenésének következménye volt, hanem erre politikai döntés eredményeként került sor. A halogénlámpákra a korlátozás nem terjedt ki, ezek a megtűrt kategóriában maradtak. Jelenleg is folynak olyan kísérletek, hogy az izzólámpák burájára felvitt, a fénysugarakat áteresztő, de a hősugarakat visszaverő bevonat segítségével csökkentsék a fényforrás hőveszteségét, javítva ezzel a fényhasznosítást. Ilyen elven alapuló fényforrások azonban még nem kerültek kereskedelmi forgalomba.

Közben a kisülőlámpák fejlesztésével foglalkozó kutatók sem tétlenkedtek. A főképpen beltéri világításokhoz használt fénycső megalkotójának a General Electric munkatársát,  George Inmant tekintik, az első fénycsöveket és fénycsöves lámpatesteket az 1939-es New York-i világkiállításon mutatták be. Az 1973-as olajválság érlelte meg azt a gondolatot, hogy a hosszú, egyenes alakja miatt jobbára csak ipari világításokhoz használt fénycsőnek elkészítsék a kisebb méretű, „összehajtogatott” kompakt változatát, ami már a lakások világításában is használhatónak bizonyult.

A külső terek megvilágítása a legfeljebb néhányszor 10 W teljesítményű fényforrások helyett nagyobb fényáramú lámpák kifejlesztését igényelte. Ezt az igényt elégítették ki a nagynyomású fényforrások, kezdetben a higanylámpa. Ezt a fényforrást Magyarországon ma már csak elenyésző mennyiségben használják, és napirenden van a forgalmazásuknak az izzólámpákhoz hasonló módon történő megszüntetése. A higany helyett a nátrium alkalmazása ugrásszerű javulást hozott a fényhasznosításban. A nagy nyomás és a fém agresszív kémhatása miatt már a higanylámpák sem kerülhettek közönséges üvegburába, erre a célra kvarcüveget alkalmaztak. A nátrium még a higanynál is jobban megtámadja a fényforrás buráját, ezért különleges alumíniumoxid kerámia anyagot kellett kifejleszteni erre a célra. Az első nátriumlámpákat az 1930-as években a Philips cég hozta forgalomba. 

A nagynyomású nátriumlámpa mellett megjelent a fénycsőhöz hasonló kisnyomású változat is, ennek monokromatikus sárga fényében azonban a színeket egyáltalán nem lehet észlelni. Ez a tulajdonság rendkívüli mértékben korlátozza a lámpa felhasználhatóságát. A nagynyomású nátriumlámpa fénye is sárga, a fényforrás színvisszaadása rossz, ezért elsődleges felhasználása a közvilágításban, ipari szabad területek világításban van.

A nagy teljesítményű, jó színvisszaadású fényforrások iránti igényt a stadionok világítása keltette fel, a színes televíziózás elterjedésekor. Elsődlegesen erre a célra fejlesztették ki a nagynyomású fémhalogénlámpákat, amelyekben ritka földfém adalékok gerjesztésével érték el azt, hogy a lámpa fénye a színek teljes spektrumát tartalmazza. Míg az első fémhalogénlámpák több kW teljesítményűek voltak, a fejlesztés a teljesítményskála alsóbb tartományának kihasználására, a beltéri világításokhoz is használható típusok kifejlesztésére irányult. Jelenleg az alsó határ 20 W körül van.

A nagy ígéret, a LED

A félvezető anyagból készült fényforrások összefoglaló neve az angol Light Emitting Diode (fénykibocsátó dióda) kifejezés rövidítéséből származik. A dióda által kibocsátott fény színe az alkalmazott félvezető anyag ún. tiltott sávszélességétől, végső soron a 3 és 5 vegyértékű atomok minőségétől és arányától függ.  A fénykibocsátás jelenségét meglehetősen korán, már 1907-ben felismerték, és az orosz Oleg Loszev 1927-ben el is készítette az első ledet, de a felfedezés hasznosítása évtizedekig váratott magára. 1962-ben szabadalmaztatták az első gyakorlati célra, távirányítók infravörös jeladójaként használható félvezető diódát. Az infravörös, vörös, sárga és zöld ledek kifejlesztése után 1994-ben sikerült első ízben nagy fényerejű kék ledet előállítani, a felfedezés a japán Shuji Nakamura nevéhez fűződik. Ezzel megnyílt az út a fehér fény, a világítástechnikai célra is alkalmazható ledek előállítására. A fehér fény létrehozására két út bizonyult járhatónak: az első megoldás szerint a színes televíziók képcsövéhez hasonlóan vörös, zöld és kék ledek fényét keverték össze. A másik módszer szerint kék ledet, és a gerjesztés hatására sárgán világító fényport használtak. Mivel a kék és a sárga kiegészítő színek, a keverésük fehéret ad.  Az első megoldással színváltó ledeket is létre lehet hozni, azonban ma már a fehér ledek túlnyomó többségénél a második módszert alkalmazzák.

Világítástechnikai célra gyártott ledek „lámpává” való fejlesztése tekintetében két megoldással találkozunk: készülnek retrofit fényforrások, melyekbe a ledek mellett a meghajtó áramköröket is beépítik, és szokásos izzólámpa vagy fénycső fejjel látják el, hogy a meglévő lámpatestekben lehessen azokat használni.  Az újszerű megoldások esetében nem szükséges a régi formákhoz ragaszkodni, a félvezető diódákkal a fénynek gyakorlatilag tetszés szerinti spektrális és/vagy térbeli eloszlását meg lehet valósítani. A led-modulok esetében egy többnyire jó hővezetőképességú nyomtatott áramköri lapon helyeznek el több fényforrást, a meghajtó áramköreikkel együtt.  A csereszabatos eszközök alkalmazása lehetővé teszi, hogy a klasszikus foglalathoz hasonlóan ugyanabban a lámpatestben mindig a legkorszerűbb fényforrást lehessen alkalmazni. Míg a hagyományos fényforrásoknál elegendő volt a lámpafej és a foglalat méreteit egyeztetni, az előremutató megoldások esetében a mechanikai méreteken kívül a fény- és hőtechnikai jellemzőket is össze kell hangolni. Jelenleg a legjelentősebb gyártókat összefogó Zhaga konzorcium keretében intenzív szabványosítási munka folyik ezen a területen, a követelményeket ún. Zhaga-könyvekben teszik közzé. Az előírásoknak megfelelő eszközöket a szervezet logójával jelölik meg. 

2. kép. Ledes világító egység, és Zhaga előírásainak való megfelelőséget igazoló jel

Tekintettel a ledek várható igen nagy élettartamára, joggal merülhet fel az a kérdés, hogy szükség van-e a fényforrás és a lámpatest közötti oldható kötésre? Már ma is kaphatók fixen szerelt ledes fényforrásokkal működő komplett világítótestek és a led technológia további fejlődésével az ilyen megoldások teljesen kiszoríthatják a cserélhető LED-ekkel tervezett lámpatesteket. A fixen szerelt ledek esetében mindig sokkal jobb hűtés biztosítható, mint a cserélhető led modulok vagy retrofit led lámpák esetében. Ennek az a jelentősége, hogy egy led félvezető lapkájának növekvő üzemi hőmérsékletével csökken a kibocsátott fényáram, és drasztikusan csökken a led várható élettartama.

A szilárdtest világítástechnikában teljesen új lehetőségeket teremtenek a szerves anyagból készülő OLED-ek (Organic Light Emitting Devices – organikus fénykibocsátó eszközök). A nagyfelületű síküveg hordozón kialakított, vagy újabban fólia- vagy tapétaszerű eszközök segítségével nagy, diffúz fényforrások készíthetők; a flexibilis (fólia alapú) OLED-ekkel bármely felület világító eszközzé alakítható. Az OLED-ek alkalmazása még gyerekcipőben jár, műszaki paramétereik elmaradnak a szervetlen testvéreik által elért tulajdonságoktól, az igazi nagy áttörés még várat magára.

Az idősebbek emlékezhetnek rá, hogy a múlt század 50-es, 60-as éveiben a híradástechnika gyökeresen átalakult: a vákuum technológiát, alkalmazó elektroncsöveket, „rádiólámpákat” néhány év alatt teljesen kiszorították a félvezető eszközök: diódák, tranzisztorok, integrált áramkörök. Napjainkban hasonló átalakulás zajlik a világítástechnikában: a ledek megjelenése hasonló forradalmi változással jár, a szakemberek bizonyosra veszik, hogy néhány éven belül a törékeny üvegburás fényforrások helyét teljesen átveszik a ledek. Jelenleg azonban még sokszor felemás a helyzet, és egy találó megfogalmazás szerint a ledek marketingje előbbre tart, mint a technikája. Felelőtlen, szakmailag felkészületlen forgalmazók olyan területeken is erőltetik a ledek alkalmazását, ahol ma még valamelyik hagyományos fényforrás alkalmazása műszakilag és gazdaságilag is kedvezőbb. A MEE Világítástechnikai Társasága több, a vilagitas.org oldalon szabadon hozzáférhető állásfoglalást is közzétett ezzel kapcsolatban.

A fényforrásfejlesztés irányai

A fejlesztési célok kitűzésekor a mennyiségi és minőségi jellemzőket egyaránt figyelembe veszik. A legfontosabb mennyiségi mérőszám a fényhasznosítás, amely azt mutatja meg, hogy 1 W villamos teljesítményből a lámpa mekkora fényáramot állít elő. A mértékegység ennek megfelelően lm/W. A legelterjedtebb fényforrások fényhasznosításának fejlődését a 3. ábra mutatja be. Az ábrán jól követhető, hogy a technikai lehetőségek határát elért fényforrások esetében a görbe ellaposodik, míg a fejlődőképes lámpák esetén a jelen időponthoz a görbe meredek szakasza tartozik. A diagramról is látható, hogy napjainkban a ledek fejlődése mutatja a legmeredekebb tendenciát. 2013. decemberében már léteznek 160 lm/W feletti fényhasznosítású ledek, laboratóriumi példányokon már 200 feletti értékeket is mértek. A ledek mellett más irányban is folynak kutatások (pl. elektródák nélküli indukciós lámpák), ezek gyakorlati jelentősége azonban egyelőre elmarad a félvezető fényforrásokétól.

3. kép. Fényforrások fényhasznosítása az idő függvényében

A fény minőségi jellemzői közül legfontosabb a színvisszaadás (jele: R_a). Ezt relatív léptékben, egy 100-ig terjedő skálán mérik, ahol a 100 a tökéletes, színtorzítás nélküli fényt jelöli. A százas értéket a folyamatos színképpel rendelkező fényforrások, a természetes fény és az izzólámpa színvisszadása éri el. A kisülőlámpák fényének színképében egyes spektrumvonalak erősebben vannak jelen, mások hiányoznak. A nagynyomású nátriumlámpák színvisszadása 40 körül, a régebbi típusú fénycsöveké 60-70, a jelenleg gyártott ún. háromsávos típusoké 80-90 körül van. Ledekkel már 97-es értéket is sikerült megvalósítani, igaz, hogy a fényhasznosítás rovására. A jelenleg érvényes európai szabvány szerint állandó emberi munkavégzés célját szolgáló belső terekben csak olyan fényforrásokat szabad használni, amelyek R_a értéke 80 felett van.

4. kép. Színképvonalak egy háromsávos fénycső spektrumában

A fény minőségi jellemzői között a színvisszaadás mellett a színhőmérsékletet kell megemlíteni. Ezt Kelvinben mérik, az izzólámpák fénye 2800 K körüli, az északi égbolt kékes fénye 8000 K feletti értékű. A fényforrásokat színhőmérsékletük alapján meleg, semleges, ill. hideg csoportokba sorolják. A fényforrásgyártó ipar már évtizedekkel korábban is képes volt bármilyen színhőmérsékletű fényforrás előállítására, napjaink kihívását a változtatható (hangolható) színhőmérsékletű lámpák előállítása jelenti.

Működtető eszközök, lámpatestek

A korszerű fényforrások – az izzólámpától eltérően – nem kapcsolhatók közvetlenül a kisfeszültségű hálózatra. A kisülőlámpák esetében a kisülés megindításához általában gyújtókészülék, a megindult kisülés áramának stabilizálásához pedig áramkorlátozó eszköz, pl. fojtótekercs szükséges. A korábbi elektromechanikus eszközök helyét ma már néhány kivételtől eltekintve elektronikus eszközök vették át. Az induktív fénycsőelőtétek esetében hasonló, csak időben jobban elhúzódó folyamatnak vagyunk tanúi, mint ami az izzólámpák eltűnéséhez vezetett: a nagy veszteségű előtétek forgalmazását az EU országaiban fokozatosan megszüntetik.

Az elektronikus működtető eszközök nemcsak energetikailag kedvezőbbek, hanem általában a műszaki jellemzőik is jobbak. Miután a gázkisülő fényforrások táplálása jellemzően nem 50 Hz-es váltakozó árammal, hanem néhányszor 10 kHz-es frekvenciával történik, elmarad a fényforrások villogása, a lámpatestek zúgása. A fényszabályozás lehetőségének megteremtése módot ad arra, hogy a világítási komfort javulásával egyidejűleg energiát is meg lehessen takarítani. Példának megemlíthető a mesterséges fényforrások fényének szabályozása a rendelkezésre álló természetes fény, vagy a helyiségben tartózkodók jelenlétének függvényében. A korábban elterjedt analóg szabályzási megoldásokat egyre inkább a digitális rendszerek váltják fel (pl. DALI, PWM, DMX).

Vannak azonban olyan műszaki szempontok, amelyek napjainkban is indokolhatják a fojtótekercs rendszerű előtétek alkalmazását. A legjelentősebb ilyen szempont az élettartam: az induktív előtétek gyakorlatilag elpusztíthatatlanok. Élettartamuk még a legnagyobb megengedett határhőmérsékleten történő folyamatos üzemeltetés esetén is legalább 10 év, hőállóságuk és a külső behatásokkal szembeni állékonyságuk is meghaladja az elektronikus eszközökét.

A ledek működtető eszközei általában elektronikus elven működő stabil egyenáram-generátorok. A ledek élettartamáról szólva gyakran irreális számok is elhangzanak, nem egy hirdetésben említenek „akár” 100.000 órát is. Valójában a ledek élettartama igen erősen függ a ledek lelkét jelentő félvezető lapka hőmérsékletétől, amit viszont az üzemi áram, az alkalmazott hűtési megoldás (a led lámpa, illetve a lámpatest kivitele, a természetes konvekciós viszonyok) és a környezeti hőmérséklet befolyásol. Egy nagyobb árammal működő led élettartama jelentősen elmarad attól, mint ami egy kevésbé igénybevett üzemmód esetén tapasztalható. Sokszor nem is maga a led, hanem a működtető elektronika élettartama határozza meg a világítóeszköz tartósságát.

A 20. század második felében a fényforrások működtető eszközeinek gyártását Vácon, a Híradástechnikai Anyagok Gyárában összpontosították. Ma már a hazai lámpatestgyártók igényeit nemzetközi világcégek látják el.

Ami a lámpatesteket illeti, itt külön kell választanunk a műszaki (ipari, közvilágítási) lámpatesteket a divat változásainak jobban kitett lakásvilágítási és dekorációs lámpatestektől. Maga a lámpatest fogalom is változóban van. A klasszikus megfogalmazás szerint megkülönböztették a fényforrást (a lámpát), és a lámpatestet. A ledek alkalmazásának elterjedésével ez a felosztás értelmét veszti, hiszen a fényforrás már sok esetben nem is cserélhető, azt nem lehet elválasztani a lámpatesttől, a lámpatest előbb válik divatjamúlttá, mintsem a benne működő ledek üzemképtelenné válnának. A lámpatest és a fényforrás együttesét világítótestnek nevezik.

A műszaki lámpatestek hazai gyártása korán megkezdődött. A sok kis cég közül az 1888-ban Engel Károly által alapított Elektromos Készülékek és Anyagok Gyára (EKA) vált ki, amely később a szocializmus időszakában a VBKM tröszt kertén belül működött tovább, saját fénytechnikai laboratóriumukban kísérletezték ki a legjobb megoldásokat. A lakásvilágítási lámpatestek gyártása az ugyanehhez a tröszthöz tartozó Világítástechnikai Gyárban történt, mellette több szövetkezet is foglakozott lámpatestek előállításával. Napjainkban a hazánkban forgalomba kerülő lámpatestek legnagyobb része importból, vagy licensz alapján történő gyártásból származik.

Kutatás, tervezés

A világítástechnikai alap- és alkalmazott kutatások összehangolását a Nemzetközi Világítási Bizottság (Comission Internationale de l’Eclairage, CIE) végzi, amelynek Magyarország az 1913-as megalapítása óta tagja. A munkát 7 divízió keretén belül végzik, a következők szerint:

1 – Látás és szín

2 – A fény és a sugárzás fizikai mérése

3 – Beltéri környezet és világítástervezés

4 -  Közlekedési világítás és fényjelzés

5 – Kültéri világítás és egyéb alkalmazások

6 – Fotobiológia és fotokémia

7 – jelenleg szünetel

8 – Képalkotó technológiák

A CIE az évek során mintegy 200 technikai jelentést és több mint 20 szabványt adott ki a fény- és színmérés, alkalmazás minden területéről. Ezek képezik ma a nemzetközi méréstechnikai, tervezési és szabványosítási gyakorlat alapjait.

A látásfiziólógiai alapkutatások terén a közelmúlt legjelentősebb eredménye a szem harmadik fotoreceptorának felfedezése volt. A nappali és színlátást lehetővé tevő csapok, valamint az éjszakai látásban szerepet játszó pálcikák mellett az emlősök szemében olyan fényérzékeny sejtek is találhatók, amelyek szerepe nem a látás elősegítésében, hanem a szervezet napi, ún. cirkadián ritmusának szinkronizálásában áll. A főleg a kék fényre érzékeny ganglion sejtek a melatonin termelés gátlásával irányítják a szervezet hormonháztartását. Ez a felismerés, és a változtatható spektrumú ledes világítás elérhető közelségbe kerülése megteremtette a lehetőségét annak, hogy a világítás segítségével ne csak jó látási viszonyokat, hanem jó közérzetet is lehessen teremteni.

Szükségesnek látszik a továbbiakban egy olyan komplex színmérési rendszer megalkotása, ami a jelenlegi R_a érték helyett jobban és pontosabban írja le a színtechnikai jellemzőket. Emellett indokolt a káprázás fogalmának egységes tárgyalása is, mivel jelen pillanatban legalább 3 különféle káprázási fogalom és legalább 5 fajta számítási módszer létezik.

Hazánkban a legjelentősebb kutatómunka a veszprémi Pannon Egyetemen folyik. Az egyetem munkatársai részt vesznek abban a LED4Art munkacímet viselő kísérleti projektben, amelyet a Versenyképességi és Innovációs (PSP-CIP) keretprogramon belül az Európai Információs és Kommunikációs Technológia Támogatási Program indított. A támogatási program célja, hogy bemutassák a ledes technológia új lehetőségeit az energiahatékonyság és a jobb minőségű fény tekintetében, elérve ezzel az új technológia gyorsabb piaci bevezetését. A német Osram cég koordinálásával folyó munka során megújul a mindenkori pápák magánkápolnájának, a római Sixtus-kápolnának a világítása. A Michelangelo által a mennyezeti freskó készítése során használt festék pigmentjeinek vizsgálata alapján az egyetem kutatói kiválasztották azokat a led típusokat, amelyek használatával eddig soha nem látott részletességgel tekinthetik meg a látogatók a világhírű műalkotást. A ledek termikus tulajdonságainak vizsgálata tekintetében a Budapesti Műszaki Egyetem említendő meg jelentős kutatóhelyként.

A kül- és beltéri világítások tervezését korábban erre szakosodott nagy tervezőirodákban végezték. A rendszerváltás utáni időszakban inkább kisebb tervezőirodák, magántervezők folytattak ilyen tevékenységet. A közelmúlt időszakára jellemző, hogy a jelentős nemzetközi világítási díjpályázatokon nemhogy magyar díjazott, de még résztvevő sem volt. A VTT által folyamatosan kiírt Az év világítástervezője díjat több alkalommal értékelhető pályázat hiányában nem tudták odaítélni.

Oktatás, ismeretterjesztés

A fényforrások fejlesztése és gyártása mellett jelentős a magyar szakemberek munkája a világítástechnika más területein is. Bemutatóterem, illetve ismeretterjesztő előadások céljára Zipernowszky Ferenc már 1927-ben megszervezte a Tungsram szervezetén belül a budapesti Eötvös utcában működött Világítástechnikai Állomást, amelyet Európában csak a hasonló berlini intézet előzött meg. A világítással foglalkozó szakembereket korábban a MEE világítástechnikai szakosztálya tömörítette, majd 1995-ben létrejött az Egyesület keretein belül, de önállóan működő Világítástechnikai Társaság.  Az Állomás 2003-ban történt felszámolása után a Társaság a működéséhez székházat vásárolt, amelyet alkalmassá tett rendezvények szervezésére. A Világítás Háza azóta is folyamatos, élénk szakmai közélet színhelye.

A világítástechnika elméletével eleinte Urbanek János foglalkozott, aki önálló tantárgyat is oktatott a BME-n. Ezt azután Gregor Aladár vette át, a későbbi oktatók között meg kell említeni Somkúti Adolf, dr. Lantos Tibor és Dr. Schanda János nevét.  A Budapesti Műszaki Egyetem mellett az Óbudai Egyetemen és a veszprémi Pannon Egyetemen is folyik világítástechnikai oktatás.

A világítástechnika hazai művelői folyamatosan tartották a nemzetközi kapcsolatokat és nem maradtak el a külföldi eredményektől. Magyarország a Nemzetközi Világítástechnikai Bizottság (CIE) mellett a kezdetektől tagja a többek között a világítási eszközök szabványosításával is foglalkozó Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottságnak (IEC). A nemzetközi és regionális (LUMEN V4) konferenciák mellett a magyar szakembereknek is rendszeresen szerveznek konferenciákat, ezek közül kiemelkednek a Világítástechnikai, illetve Közvilágítási Ankétok és a LED Konferenciák.

Köszönetnyilvánítás

A szerző ezúton is köszönetet mond Major Gyulának, Nagy Jánosnak, Dr. Poppe Andrásnak, Dr. Schanda Jánosnak és Schwarcz Péternek a cikk összeállításához nyújtott értékes segítségéért.

Irodalom

1. Magyarország a XX. században. IV. kötet: Tudomány 1. Műszaki és természettudományok. Babits kiadó, Szekszárd (1996-2000)

2. A Tungsram Rt története. Aschner Lipót alapítvány (2004)

3. Surguta László: A Tungsram márka története. In: Holux Hírek, Nr. 43-71, http://www.lampamuzeum.clanbazis.com/Tungsram_Surguta.pdf

4. Bright, Arthur Aaron (1949). The Electric-Lamp Industry: Technological Change and Economic Development from 1800 to 1947. Macmillan Co.

5. de Groot, J J; van Vliet, J A J M (1986). The High-Pressure Sodium Lamp. Kluwer Technische Boeken BV.

6. http://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode

7. MEE-VTT: LED a közvilágításban. (2010)  http://vilagitas.org/images/stories/stuff/LED_kozvil_kis_a.pdf

8. CIE 82-1990 Publikáció: History of the CIE. http://www.slideshare.net/tengkuputehtippi/history-of-cie

9. Leon Kreitzman; Russell G. Foster (2004). Rhythms of life: the biological clocks that control the daily lives of every living thing. New Haven, Conn. Yale University Press

10. Clemens J M Lasance, András Poppe (szerk.) (2013) Thermal Management for LED Applications. Springer, New York.  (ISBN: 978-1-4614-5090-0) 

Arató András

MEE Világítástechnikai Társaság

(megjelent az Elektrotechnika folyóirat 2014. áprilisi számában) 

Fény az alagútban

Pontosabban a négyes metró alagútjában. A nyitás napján fényképezőgéppel felszerelkezve megnéztem, hogy mi érdekeset láthat a világítási megoldások iránt érdeklődő ember a Luca széke módjára elkészült új metróvonalon. Bár a Luca széke nem igazán jó hasonlat, hiszen míg a boszorkánylátó szék alig két hét alatt elkészül, az M4 ötlete - ha a Wikipediának hinni lehet - több mint 30 éve, 1972-ben merült fel először. A felszíni munkák 2006-ban kezdődtek, és az alagutak építése egy évre rá indult meg.

Egy ilyen hosszan elhúzódó építésnél óhatatlanul előfordul, hogy a tervezés időszakában élenjáró megoldások a projekt átadásának idejére túlhaladottá válnak. Így ez az új metróvonal ma már egyfajta műszaki múzeumnak is tekinthető: miben látták a világítási szakemberek a jövőt akkor, amikor a tervek készültek. Ez magyarázza, hogy a metróban a ledeknek miért nincs komoly világítástechnikai szerepük. Jelzőfényeknek, a mozgólépcsők korlátvilágítására, útbaigazító táblák megvilágítására használják őket.

Ledes korlátvilágítás

Amit az 1990-es években csúcstechnikának hittek a világítástechnikusok (főleg a németek), az a kifordított lámpa, szaknyelven szólva a szekunder tükrös világítás. Ennél a megoldásnál a fényt a megcélzott területre irányító tükör nem a lámpatestben, hanem attól jó messze helyezkedik el. Az első ilyen, és mára látványosan megbukott megoldás a Rákóczi-híd világítása volt, aztán később a Keleti pályaudvar csarnokába is felszereltek néhány ilyen célt szolgáló tükröt. Az új metró tobzódik a nem kevés pénzbe kerülő tükrökben. Előre borítékolható, hogy karbantartás hiányában néhány év alatt annyira elkoszolódnak a lámpák és a tükrök, hogy az üzemeltetők választhatnak: hagyják az utasokat a sötétben botorkálni (ennek van nagyobb esélye), vagy szemétbe kerülnek a tükrök, és másfajta lámpákat szerelnek fel.

Szekunder tükrök mindenütt 

A közvetett világítás is sok helyen előfordul az új állomásokon. Ez az a világítási mód, amikor a fény nem tükrökről, hanem jellemzően a csarnok beton határoló felületeiről visszaverődve jut el a rendeltetési helyére. Tudni kell, hogy mind a szekunder tükrös, mind a közvetett világítás rendkívül energiapazarló, a fénynek alig néhány százaléka hasznosul. A kezdetben világosszürke betonfelületek idővel elsötétülnek, és a felfelé fordított lámpatestek záróüvegére óhatatlanul lerakódó koszréteg is sokat el fog venni a fényből. 

Közvetett világítás. A színárnyalatok egyformaságára nem ügyeltek

Bizonyára sokan még emlékeznek, hogy valamikor a Deák téri állomáson felfordított gombákhoz hasonló, közvetett fényt adó lámpatestek voltak felszerelve. Az idő kimondta az ítéletét: a karbantartás nélkül elkoszolódott lámpatestek a szemétbe kerültek. A történetből nem tanultak az M4 tervezői, továbbra is a közvetett világítást erőltették, pedig minden világítástervezőnek alapigazságként kellene szem előtt tartani, hogy:

KARBANTARTÁS = 0

Csak egyetlen fényképet teszek ide ennek a szomorú állításnak az illusztrálására. A megnyitás napján (!) így nézett ki a Kálvin téri állomás csillogó-villogónak megálmodott, csupa üveg liftje:

Szégyen, amilyen állapotban van ez a lift. Mi lesz később?

A metróról szóló különböző híradások nem mulasztják el megemlíteni, hogy a tervezők - ahol csak tudták - bevezették a természetes fényt az állomásokra. A cél dicséretes, az eredmény annál szegényesebb. A legkirívóbb példa a Rákóczi téri állomáson látható, ahol a téren felállított és motorokkal a Nap irányába beállítható hatalmas tükrök vetítik a fényt egy hosszú tükörcsatornába, hogy azután a fény elérje a peronszintet. 

A felszínen elhelyezett tükrök, és a tükörcsatorna alsó vége

Különösebb világítástechnikai ismeretek nélkül is elképzelhető, hogy a százmilliókért bevezetett, két kisablaknyi fény mennyivel járulhat hozzá a hatalmas csarnok világításához. A Rákóczi téri megállónál szembesültem egyébként a számomra legelképesztőbb megoldással, bár ez nem kapcsolatos közvetlenül a világítással. Az állomás felszíni építménye a Körút felől nézve teljesen eltakarja az egykor gyönyörűen megépített vásárcsarnokot. Közelebb menve még brutálisabb a látvány, a liftháznak a vásárcsarnokot eltakaró betonfala leginkább a hajdanvolt berlini falra emlékeztet. Nem csodálkoznék, ha a grafitisek  hamarosan ezen élnék ki a díszítő kedvüket.

Ez a fal hogyan kaphatott építési engedélyt?

Amit mindenképpen pozitívumként kell megemlíteni, az az, hogy nagy számban kerültek fel síküveg lezárású, tömített lámpatestek. Ezek bírják legjobban a karbantartás hiányát, öregedésük minimális. Sok helyen használnak szabadon sugárzó lámpatesteket, ahol a fényforrást tömítés és védelem céljából üvegcsőbe zárták. A szabadonsugárzó fényforrások használatát sokan vitatják, mivel közvetlenül rá lehet látni a kápráztató, vakítóan fényes fénycsövekre. 

Ami teljesen hiányzik a metró világításából, azok a csarnokvilágító lámpatestek, amelyek már a tervezés időszakában is léteztek. Ezeket a világítóeszközöket kifejezetten a nagy belmagasságú csarnokok gazdaságos világítására fejlesztették ki, érthetetlen a teljes mellőzésük.

Hosszan lehetne még sorolni a jó és rossz megoldásokat, azonban befejezésül mégis csak egy képválogatást illesztek ide, hiszen egy kép száz szónál is többet mond (valamennyi kép saját felvétel).

 A Bikás parki megálló felszíni csarnoka, a Bálna kistestvére

 Kálvin tér

 Információs pult Kelenföldön

 A Kelenföldi pályaudvar hatalmas aluljárója

 Színek és fények a Móricz Zsigmond körtéren

 Világító pillérek a Rákóczi téri állomáson

Játék a színhőmérsékletekkel

Ufóinvázió legbátrabb városunkban

Civitas Fortissima, magyarul A legbátrabb város. Balassagyarmat városát tüntették ki ezzel a címmel, annak emlékére, hogy 1919. január 29-én a magyar katonák hősiessége, és a fegyvertfogó polgárok, vasutasok önfeláldozása felszabadította a várost az idegen uralom alól. A város legszebb tere a napokban kapott olyan új világítást, ami az esti órákban egy ufóhadsereg inváziójának képét kelti a gyanútlan járókelőkben.

Sajnos úgy tűnik, hogy a világ leghülyébb divatlámpáit sikerült valakinek rásózni a legbátrabb városra! Maguk a lámpák felfelé világítanak, így minden rárakódott por, bogárhulla elvesz valamit a fényből. Hogy az utca mégse legyen teljesen sötét, a lámpák ufó-szerű kalapjáról verődik vissza némi fény. A kalapok most még fehérek, de nemsokára - ismerve a hazai lámpa-karbantartások állapotát - minden bizonnyal elszürkülnek, ráadásul a fényvisszaverő képességük már most sincs sehol egy rendes tükörhöz képest. Viszont piszok drágák, a közvilágítás céljára készülő lámpatestekhez képest.

A képekről is látszik, hogy több zavaró fényt kapnak a tér két oldalán álló házak, mint maga a megvilágítani kívánt talajszint. Ráadásul ez a szórt fény rendkívül egyenetlen is, sötét-világos foltok zavarják a homlokzatok képét.

 

Nagy kár, hogy hazánkban lassan már a világítás is olyan lesz, mint a foci vagy a politika: mindenki azt hiszi, hogy ért hozzá. Az eredmény önmagáért beszél. A szegény balassagyarmatiak pedig még hosszú évekig botladozhatnak a homályba borult téren, a nyeles ufók között.

 (A képek forrása: http://ipoly.menti.hu, Horváth Attila felvételei)

Frissítés: az ufótámadás  Zuglót is elérte. Itt egy kép a Bosnyák térről: az ünnepek elmúltával a karácsonyi vásárt elbontják, az ufók maradnak.