Jednym ze sposobów optymalizacji kosztów energii w zakładzie przemysłowym jest ograniczenie zużycia lub lepsze wykorzystanie mocy pobieranej przez urządzenia. Ten cel można osiągnąć m.in. dzięki modernizacji systemu oświetleniowego – zastosowaniu właściwie dobranych i energooszczędnych rozwiązań.
Przy modernizacji systemu i związanym z nią wyborze rozwiązań oświetleniowych niezbędna jest znajomość przepisów i zaleceń dotyczących parametrów oświetlenia w konkretnych zastosowaniach.
Normy i przepisy unijne
Na terenie Unii Europejskiej obowiązuje kilka aktów prawnych regulujących wymogi wobec sprzętu oświetleniowego. Jest to podyktowane realizacją polityki klimatyczno-energetycznej, której celem jest m.in. ograniczenie emisji gazów cieplarnianych oraz zwiększenie efektywności energetycznej. Wśród najważniejszych dokumentów należy wymienić:
- Rozporządzenie Komisji (WE) nr 245/2009 z dnia 18 marca 2009 r. w sprawie wykonania dyrektywy 2005/32/WE Parlamentu Europejskiego i Rady w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla lamp fluorescencyjnych bez wbudowanego statecznika, dla lamp wyładowczych dużej intensywności, a także dla stateczników i opraw oświetleniowych służących do zasilania takich lamp, oraz uchylające dyrektywę 2000/55/WE Parlamentu Europejskiego i Rady (Dz.U. UE L 76 z 24.3.2009 r., s. 17–44);
- Rozporządzenie Komisji (UE) nr 347/2010 z dnia 21 kwietnia 2010 r. zmieniające rozporządzenie Komisji (WE) nr 245/2009 w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla lamp fluorescencyjnych bez wbudowanego statecznika, lamp wyładowczych dużej intensywności oraz stateczników i opraw oświetleniowych służących do zasilania takich lamp (Dz.U. UE L 104 z 24.4.2010 r., s. 20–28);
- Rozporządzenie Komisji (UE) nr 1194/2012 z dnia 12 grudnia 2012 r. w sprawie wykonania dyrektywy 2009/125/WE Parlamentu Europejskiego i Rady w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla lamp kierunkowych, lamp z diodami elektroluminescencyjnymi i powiązanego wyposażenia (Dz.U. UE L 342 z 14.12.2012 r., s. 1–22);
- Rozporządzenie Komisji (UE) 2015/1428 z dnia 25 sierpnia 2015 r. zmieniające rozporządzenie Komisji (WE) nr 244/2009 w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla bezkierunkowych lamp do użytku domowego oraz rozporządzenie Komisji (WE) nr 245/2009 w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla lamp fluorescencyjnych bez wbudowanego statecznika, dla lamp wyładowczych dużej intensywności, a także dla stateczników i opraw oświetleniowych służących do zasilania takich lamp, oraz uchylające dyrektywę 2000/55/WE Parlamentu Europejskiego i Rady oraz rozporządzenie Komisji (UE) nr 1194/2012 w odniesieniu do wymogów dotyczących ekoprojektu dla lamp kierunkowych, lamp z diodami elektroluminescencyjnymi i powiązanego wyposażenia (Dz.U. UE L 224 z 27.8.2015 r., s. 1–9).
Przepisy dotyczące ekoprojektu są obowiązkowe dla prawie wszystkich lamp sprzedawanych w UE. Określają one wymogi w zakresie efektywności energetycznej oraz inne parametry, takie jak żywotność żarówki czy czas nagrzewania. Z przepisów tych wyłączone jest oświetlenie awaryjne i lampy przeznaczone do szczególnych zastosowań.
Należy zaznaczyć, że od 1 września 2021 r. przepisy zawarte w rozporządzeniach (WE) nr 245/2009 i (UE) nr 1194/2012 zostaną uchylone i zastąpione nowymi wymogami dotyczącymi źródeł światła i oddzielnego osprzętu sterującego na podstawie rozporządzenia Komisji (UE) 2019/2020 z dnia 1 października 2019 r. ustanawiające wymogi dotyczące ekoprojektu dla źródeł światła i oddzielnego osprzętu sterującego na podstawie dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE (Dz.U. UE L 315 z 5.12.2019 r., s. 209–240).
Normy i przepisy krajowe
Krajowe przepisy uściślają zarówno specyfikację sprzętu, jak i warunki, w jakich ma być użytkowany. Są to przede wszystkim normy, z których dla przemysłu najważniejsze to:
- PN-EN 15193-1:2017-08 – „Efektywność energetyczna budynków. Wymagania energetyczne dotyczące oświetlenia. Część 1: Specyfikacje, Moduł M9”,
- PN-EN 1837+A1:2009 – „Bezpieczeństwo maszyn. Integralne oświetlenie maszyn”,
- PN-EN 12464-1:2012 – „Światło i oświetlenie. Oświetlenie miejsc pracy. Część 1: Miejsca pracy we wnętrzach”.
Ponadto dobór i eksploatację systemów oświetleniowych regulują rozporządzenia:
- Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (t.j. Dz.U. z 2019 r., poz. 1065) – Rozdział 2 „Oświetlenie i nasłonecznienie” tego rozporządzenia zawiera wytyczne co do warunków, w jakich pomieszczenia przeznaczone do stałego pobytu ludzi i komunikacji mogą być oświetlane światłem dziennym oraz światłem sztucznym;
- Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 7 czerwca 2010 r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych obiektów budowlanych i terenów (Dz.U. z 2010 r. nr 109, poz. 719, ze zm.) – zawiera ono wymóg zapewnienia oświetlenia awaryjnego (ewakuacyjnego i zapasowego) w pomieszczeniach i na drogach ewakuacyjnych wymienionych w przepisach techniczno-budowlanych. Określa też czynności zabronione, takie jak instalowanie opraw oświetleniowych oraz osprzętu instalacji elektrycznych (np. wyłączniki, przełączniki, gniazda wtyczkowe) bezpośrednio na podłożu palnym, jeżeli ich konstrukcja nie zabezpiecza podłoża przed zapaleniem;
- Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z dnia 26 września 1997 r. w sprawie ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy (t.j. Dz.U. z 2003 r., nr 169, poz. 1650, ze zm.) – Rozdział 2 tego dokumentu – „Oświetlenie” – zawiera podstawowe wymagania dotyczące oświetlenia miejsc pracy, które musi być zgodne z rodzajem wykonywanych prac, ich wymaganą dokładnością oraz polskimi normami;
- Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Socjalnej z dnia 1 grudnia 1998 r. w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy na stanowiskach wyposażonych w monitory ekranowe (Dz.U. z 1998 r. nr 148, poz. 973) – w myśl tego dokumentu, oświetlenie powinno zapewniać komfort pracy wzrokowej, a szczególnie:
– poziom natężenia oświetlenia powinien spełniać wymagania określone w polskich normach;
– należy ograniczyć olśnienie bezpośrednie od opraw, okien, przezroczystych lub półprzezroczystych ścian albo jasnych płaszczyzn pomieszczenia oraz olśnienie odbiciowe od ekranu monitora, w szczególności przez stosowanie odpowiednich opraw oświetleniowych, instalowanie żaluzji lub zasłon w oknach.
Modernizacja – od czego zacząć?
Modernizacja systemu oświetleniowego musi być poprzedzona audytem instalacji (wraz z inwentaryzacją wszystkich elementów wchodzących w jej skład oraz pomiarami natężenia oświetlenia na płaszczyznach roboczych). Dopiero na podstawie wyników audytu można zaprojektować optymalne, energooszczędne oświetlenie, które będzie spełniało wymagania stawiane przez polskie normy, a dotyczące m.in.:
- poziomu średniego natężenia oświetlenia na płaszczyznach roboczych,
- równomierności oświetlenia,
- wskaźnika oddawania barw,
- ograniczania zjawiska olśnienia.
Wymagania te, których spełnienie decyduje nie tylko o komforcie pracy, lecz także bezpieczeństwie jej wykonywania, są różne w zależności od przeznaczenia pomieszczenia. Np. na stanowiskach, na których wykonywane są prace wymagające dużej dokładności, zalecane jest zastosowanie lamp zapewniających natężenie oświetlenia na poziomie 500 lx; przy wymaganej jeszcze większej dokładności prac wartość tego parametru powinna wynosić 750 lx, a nawet 1000 lx.
Te i inne aspekty, jak chociażby kwestie sterowania oświetleniem (które może w istotny sposób wpłynąć na energooszczędność systemu), muszą być uwzględnione w projekcie modernizacji oświetlenia. Taki projekt stanowi podstawę rzetelnie przeprowadzonej modernizacji.
Warunki modernizacji i optymalizacji systemu
Marcin Rybaczewski, koordynator w firmie Luxmat Investement
Przede wszystkim należy zdawać sobie sprawę z tego, że aby modernizacja była możliwa, obiekt musi mieć sprawną instalację elektryczną. Drugim bardzo ważnym warunkiem jest poprzedzenie modernizacji starannie przeprowadzonym audytem. Każda praktycznie dziedzina produkcji charakteryzuje się specyficznymi wymaganiami dotyczącymi oświetlenia, dlatego niezbędny jest audyt, który zbierze wszystkie charakterystyczne cechy danej gałęzi produkcji. Zebrane informacje staną się zbiorem wytycznych i wymogów dla projektanta oświetlenia, na podstawie których zaprojektuje on optymalne i energooszczędne oświetlenie.
Dobrze dobrane i zaprojektowane oświetlenie musi uwzględniać także występujące w zakładzie szczególne okoliczności. Przykładowo na hali obrabiarek, czyli maszyn z elementami wirującymi, oświetlenie nie może wywoływać zjawiska stroboskopowego, które może powodować wypadki. Lampy zaproponowane do takiej instalacji oświetleniowej muszą mieć bardzo niski współczynnik tętnienia światła.
Modernizacja oświetlenia oznacza zawsze zmniejszenie mocy elektrycznej poszczególnych lamp (opraw), dlatego często nie zachodzi potrzeba przerabiania instalacji.
Zdarza się, że przy okazji modernizacji dokonywana jest optymalizacja oświetlenia. Weźmy przykład instalacji, w której w linii znajduje się 20 opraw wyładowczych z dwiema świetlówkami o mocy 36 W. Można je zastąpić, w stosunku 1:1, nowoczesnymi energooszczędnymi diodami LED o podobnym strumieniu świetlnym. Lepszym rozwiązaniem jest jednak zastosowanie mniejszej liczby lamp, np. 15, ale o wyższym strumieniu i lepszej skuteczności świetlnej. Taka zmiana będzie wymagała niewielkich modyfikacji instalacji elektrycznej (czyli np. dołożenia puszek instalacyjnych w miejscu ujętych czy też zlikwidowanych tradycyjnych opraw itp.).
Wymagania w zależności od zastosowania
W różnych gałęziach przemysłu bardzo często zachodzą szczególne uwarunkowania, którym musi sprostać nowoczesne energooszczędne oświetlenie.
Rozwiązania oświetleniowe dla przemysłu muszą przede wszystkim charakteryzować się odpowiednim stopniem ochrony (szczelnością), określanym za pomocą klasyfikacji IP. Pierwsza cyfra po literach kodu – IPx0 – oznacza, że obudowa zapewnia ochronę ludzi przed dostępem do niebezpiecznych części umieszczonych wewnątrz i równocześnie ochronę przed wnikaniem obcych ciał stałych, druga – IP0x – że obudowa zapewnia ochronę przed skutkami wnikania wody. W większości wypadków od takich lamp wymaga się stopnia IP powyżej 65.
Innym parametrem, istotnym np. w przemyśle ciężkim, jest stopień odporności na uderzenia, oznaczany klasyfikacją IK. Oznaczenie składa się z liter IK oraz dwóch cyfr w 11-stopniowej skali (od „00” do „10”).
Zdarza się, że instalacja oświetleniowa musi spełniać wymóg odporności na reakcje chemiczne zachodzące w oświetlanej przestrzeni. Przykładowo w obiektach hodowli zwierząt lampy muszą być odporne na amoniak. Z kolei przy produkcji roślinnej lampy muszą emitować światło o odpowiednim spektrum – należy uwzględnić odpowiednie długości i częstotliwość fali elektromagnetycznej, co sprzyja procesom fotobiologicznym zachodzącymi w roślinach.
Lampy stosowane w branży spożywczej powinny być łatwe w utrzymaniu czystości. Podobnie jest z oświetleniem wykorzystywanym w zakładach branży kosmetycznej czy farmaceutycznej. Ponadto do takich aplikacji oraz wszędzie tam, gdzie obowiązuje najwyższy reżim sanitarny, przeznaczone są lampy bakteriobójcze, emitujące promieniowanie ultrafioletowe UV-C, które usuwa mikroorganizmy z powierzchni i powietrza. Z kolei w gałęziach przemysłu, w których występują strefy zagrożenia wybuchem (strefy Ex), lampy muszą być dopuszczone do stosowania w takich warunkach (mieć deklarację zgodności producenta potwierdzającą wypełnienie zasadniczych wymagań dyrektywy ATEX – dyrektywy 94/9/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 23 marca 1994 r. w sprawie zbliżenia ustawodawstw Państw Członkowskich dotyczących urządzeń i systemów ochronnych przeznaczonych do użytku w przestrzeniach zagrożonych wybuchem (Dz.U. UE L 100 z 19.4.1994 r., s. 1-29)), a także być właściwie dobrane do sklasyfikowanych stref zagrożenia.
Rodzaje lamp – zalety i wady
W zastosowaniach przemysłowych wykorzystuje się kilka podstawowych rodzajów lamp, z których każdy ma swoje zalety i wady. I tak lampy żarowe są proste w produkcji i dobrze oddają barwy, jednak ogromna większość energii dostarczonej do żarówki tracona jest na ciepło. Lampy halogenowe również dobrze oddają barwy, a ich żywotność jest co najmniej dwukrotnie wyższa od żarowych. Wadą jest to, że ze względu na konieczność utrzymania właściwej temperatury pracy nie powinny być stosowane w układach ze ściemniaczami, gdyż może to powodować skrócenie ich żywotności, a także ich energochłonność (choć mniejsza niż w przypadku żarówek tradycyjnych). Popularne świetlówki (fluorescencyjne źródła światła) są o wiele mniej podatne na zmianę napięcia zasilającego, ale jednocześnie wrażliwe na temperatury. Ich wydajność maleje powyżej i poniżej optymalnej temperatury roboczej (zależnej od typu świetlówki).
Priorytetem jest dziś energooszczędność, dlatego większość producentów zaleca w tej chwili stosowanie diod LED. Jeden z nich, firma Ledolux, tak charakteryzuje ich zalety:
• wysokie natężenie światła, równomierny rozkład w halach, magazynach; prawidłowe, niczym niezakłócone pole widzenia w miejscu pracy, otaczające przedmioty w naturalnej kolorystyce, bez zniekształceń;
• ochrona przed wnikaniem pyłu, brak efektu „migotania” przy zapalaniu;
• możliwość podłączenia oświetlenia z nowoczesnymi rozwiązaniami do inteligentnego sterowania oświetleniem, dzięki czemu menedżerowie zakładów mogą automatycznie dostosowywać oświetlenie w halach i magazynach do charakteru pracy czy nawet pory dnia.
Według danych tej firmy wymiana oświetlenia na diody LED może ograniczyć zużycie energii o ok. 70%, a inwestycja zwróci się po niespełna roku. Lampy przemysłowe LED-owe mogą pracować nawet 50 tys. godzin, nie wymagają więc tak częstej wymiany i konserwacji jak lampy tradycyjne. Są odporne na uszkodzenia, wstrząsy i wibracje, co ogranicza koszty wymiany diod.
Podsumowanie
Dostępność nowych technologii, wiele rodzajów rozwiązań i szerokie spektrum ich zastosowania, uwarunkowania dotyczące samego zakładu oraz potrzeb związanych z oświetleniem, a także konieczność spełnienia wymagań przepisów i norm, sprawiają, że modernizacja systemu oświetleniowego może nie być łatwym zadaniem. Aby uzyskać maksymalne korzyści z tej inwestycji, warto zwrócić się po pomoc do firm świadczących kompleksowe usługi w tym zakresie. Przeprowadzą one klienta przez cały proces modernizacji, począwszy od audytu, przez zaproponowanie optymalnych rozwiązań, przygotowanie projektu, wykonawstwo, a także pomoc w finansowaniu inwestycji.
Literatura
1. A. Ciszewska, „Ekoprojekt”, 20.12.2019, https://www.gov.pl/web/klimat/ekoprojekt.
2. „Zarządzanie energią”, Polski Komitet Normalizacyjny, https://wiedza.pkn.pl/web/wiedza-normalizacyjna/zarzadzanie-energia.
3. Strona internetowa Centralnego Instytutu Higieny Pracy – Państwowego Instytutu Badawczego, https://www.ciop.pl.
4. „goEco. Efektywność energetyczna w parkach przemysłowych”, Bałtycka Agencja Poszanowania Energii, https://www.gov.pl/web/klimat/ekoprojekt.
Aleksandra Solarewicz, publicystka, od 1997 r. współpracuje z prasą branżową.