EMB Consultancy. Besparingsadviezen EM verlichtingssystemen Trainingen Lamp- en systeemtesten. Led s save energie

Transcriptie

1 EMB Consultancy Besparingsadviezen EM verlichtingssystemen Trainingen Lamp- en systeemtesten Led s save energie Besparingsmogelijkheden bestaande elektromagnetische TL verlichtingssystemen Led Expo Utrecht 5 & 6 februari

2 Inleiding Verlichting maakt in de utiliteitsbouw ca. 20% uit van het dagelijkse elektriciteitsverbruik. De huidige aanwezige verlichtingssystemen bestaan nog voor ca. 75% uit relatief hoge energieverbruikende elektromagnetische (EM) systemen. Retrofit van deze EM systemen door Led tubes maken op eenvoudige wijze en beperkte kosten een energiebesparing van 30% tot 60% mogelijk.

3 Solid State Light LED TL lamp Energiebesparing: tot 60% mogelijk

4 Led retrofit tubes besparen energie ja maar.? Krijg ik niet minder licht Hoe is de lichtkwaliteit Storen ze niet op mijn netwerken Waar moet ik bij installatie op letten Wat is mijn terugverdientijd Wat is de levensuur Hoe herken ik een goede kwaliteit led tube Wat zijn de voor en nadelen t.o.v. conventioneel TL 4

5 Maak uw keuze 5

6 Inhoud Lichttechnische begrippen Solid State Light, eigenschappen Besparingssystemen Systeemtechnische aspecten Samenvatting Voorbeeld besparings berekening Bijlage: toelichting energie investeringsaftrek EIA

7 Lichttechnische begrippen

8 Lichttechnische begrippen Lumen: Lm Door een lichtbron in alle richtingen uitgezonden straling gerelateerd aan de ooggevoeligheid. Candela: Cd Lichtsterkte in bepaalde richting in lumen/sr. (steradiaal) Luminantie: Cd/m 2 Helderheid van een lichtbron Lumen efficacy: Lm/watt Verhouding tussen lichtstroom en opgenomen vermogen. Lux: Lux Verlichtingssterkte in lumen/m 2. Max. Lm efficacy Theoretisch max. lumen efficacy wit licht: ca.340lm/watt bij en CCT 4000K

9 Photopische oog gevoeligheidscurve

10 Steradiaal S R 2 = R 2 Steradiaal S is ruimtehoek W met oppervlak op bol gelijk aan R 2 10

11 Kleurendriehoek (1) daglicht 11

12 Kleurendriehoek (2) Kleurenspectrum Primaire kleuren aan twee zijden van de driehoek Rood Groen en Blauw Aan de basis de overgangskleuren tussen Rood en Blauw Driehoek omgeven door curve bevattende de monochromatische golflengtes. 12

13 Kleurendriehoek (3) Kleur coördinaten Numerieke kleurwaarden langs de x en y as Kleur kan met x en y waarde worden gedefinieerd Kleurtemperatuur De kleurtemperatuur geeft de kleurimpressie aan van een gloeiend lichaam van de betreffende temperatuur Zonlicht heeft een kleurtemperatuur van ca. 6000K op een heldere dag om 12uur 13

14 Kleurendriehoek (4) Black body curve Verzameling van kleurpunten met bij behorende kleurtemperatuur. Constant Corrolated Color Temperature Lijnen van constante kleurtemperatuur Geeft kleurtemperatuur aan van lamp met kleurpunten zo dicht mogelijk bij de betreffende constante kleurtemperatuur lijn. 14

15 Lichtkleur waarneming Verband tussen kleurtemperatuur en kleur wit waarneming Kleurtemperatuur kleur impressie Minder dan 3000K warm geelachtig wit (sfeer) 3300K K neutraal wit (functioneel) 4000K K koud blauwachtig wit (activerend) 6000K K daglicht

16 Kleurweergave index Ra Kwantitatieve methode voor het weergeven van kwalitatieve kleurweergave. Kleurweergave van 8 kleur samples onder de lichtbron wordt als een percentage vergeleken met de kleurweergave onder een black body straler met gelijke kleurtemperatuur, b.v. gloeilamp. Het gemiddelde resultaat is de kleurweergave index Ra8. (min. geadviseerde waarde Ra.80)

17 De 8 testkleuren gebruikt bij bepaling van de Ra8 index 10 11

18 Kleurweergave index Ra, Lm/watt Lamptype Ra Lm/watt (lichtbron excl.driver) Gloeilamp Halogeen TL kleur TL kleur TL kleur T5/ Led QL

19 Kleurweergave index Ra, Lm/watt Lamptype Ra Lm/watt (lichtbron excl.driver) Led QL Low pressure sodium SOX High pressure sodium SON High pressure master SDW-T High pressure mercury HPL Metal halide HPI Mastercolor CDM-T

20 Solid State Light eigenschappen

21 Werking wit licht LED ANODE LED: Light Emitting Diode Led straalt monochromatisch licht uit: Rood, Groen, of Blauw. KATHODE BLAUW LICHT Blauw LED licht wordt door fosfor omgezet in geelachtig licht Geelachtig licht van fosfor wordt met blauw led licht gemengd tot wit licht. Variatie in fosfor samenstelling en hoeveelheid bepaalt kleurtemperatuur Warmer licht vereist meer fosfor, lagere licht opbrengst. Minder fosfor geeft meer blauw (koud 6500K) licht, met hogere lichtopbrengst. 21

22 Opbouw witte led epoxy met fosfors blauwe led chip heldere epoxy verbindingsdraad actieve laag, lichtproductie leadframe anode kathode koelplaat Blauw led licht + geel fosfor licht = wit licht Efficacy Led op dit moment tot ca.140lm/watt exclusief driver

23 Witte led Licht eigenschappen Wit licht door omzetting van blauw ledlicht dmv. fosfor. Ra waarde blauwe fosfor led ca. Ra 70 80/95. Kleurtemperatuur ca. 3000K tot 6500K. Variatie in aanbrengen fosfor proces resulteert in variatie lichtkleur. Lichtkleur variatie wordt opgelost door selectie, z.g.n. binning. (binning nauwkeurigheid: +/- 100K, tot +/- 200K). Efficacy witte fosfor leds, ca Lm/W (incl. driver).

24 Spectrum TL led tube 20W 0,070 PROTON 25W 0,060 0,050 Power (W/nm) 0,040 0,030 0,020 0,010 0, Wavelength (nm) EMB #

25 Witte led Licht opbrengst Afname lichtopbrengst bij lagere kleurtemperatuur, ca. 5% per 1000K. Zonder diffuser contrastrijk (verblindend?) licht, geeft details scherp weer Lichtopbrengst afhankelijk van omgevingstemperatuur. Hogere lichtopbrengst bij lage omgevingstemperatuur < 0C Lagere lichtopbrengst bij hogere omgevingstemperatuur > 35C Opstarten led, lichtopbrengst direct op vol (ca.105%) lichtvermogen, geen aanloop zoals bij TL verlichting. Na ca. 30min op nominaal (100%) lichtvermogen.

26 Witte led Levensduur Levensduur (Lichtterugval en uitval percentage) sterk afhankelijk van bedrijfstemperatuur (Tq) led systeem. Halvering led levensduur bij elke 10C stijging omgevingstemp. Levensduur opgave als functie van lichtterugval (Lx) en led uitval % (Fy) bij bedrijfstemperatuur (Tq) Levensduur uur/ (L 70 F Tq30C) = 70% lichtopbrengst na uur t.g.v. led lumen terugval en 10% led/unit uitval bij 30C led omgevingstemperatuur. Levensduur uur/ (L 80 F Tq30C) = 80% lichtopbrengst na uur t.g.v. led lumen terugval incl. 10% led/unit uitval bij 30C omgevingstemperatuur.

27 Voordelen witte LED Geen UV straling voordeel bij kunststof armatuur Geen infrarood warmte straling Trilling bestendig Geen kwik Toepasbaar bij lage temperaturen tot -/-40C

28 Nadelen LED Nog relatief grote variatie in led kwaliteit. Spreiding in lichtkleur (CCT) en lichtstroom (Lm/watt), door variaties in productieproces. (selectie door binning). Lichtterugval ca. 7% per uur (L 70 ) Lagere Lm/W bij lagere kleurtemperaturen ca. 5%/1000K Hoge aanschaf kosten, hoge./klm ratio.

29 Bron: CREE Led Lumen depreciation (25C)

30 TLD Lumen depreciation TL5 HF/ TLD EM Super 80 TLD Standaard EM ballast 30

31 Besparingssystemen

32 Methoden van energiebesparing op bestaand EM systeem 1. Toepassing energiezuinige TL-D-eco en T5-eco lamp. (besparing ca. 8% - 10%) 2. Verlagen netspanning met 10% van 230V naar 207V (besparing ca. 20%) 3. T5 bespaaradapter met geïntegreerde HF ballast in serie met bestaande EM ballast en T5 lamp. (besparing ca %) 4. Bewegingsdetectie met gebruik van elektronische starter. (besparing ca. 30%-80%) 5. Toepassing LED-TL (besparing ca. 30% - 60%)

33 Toepassing retrofit Led TL Energiebesparing ca. 30% tot 60% 33

34 Retrofit Led-TL LED-TL bestaat uit een verzameling LED s gemonteerd in kunststofbuis met gelijke afmetingen als TL lamp. LED-TL is uitwisselbaar met bestaande TL lamp op EM systeem. 5ft LED-TL 30W, afmetingen overeenkomstig 58W/TL 4ft Led TL 20W, afmetingen overeenkomstig 36W/TL Lichtopbrengst 5ft 30W LED-TL ca. 2850Lm Lichtopbrengst 4ft 20W Led-TL ca. 1900Lm Efficacy ca. 95Lm/W (inclusief driver). 34

35 Besparingen 5ft 30W/LED-TL Lamp vermogen W Lamp type TLD-33 TLD-840 LED-TL Omgevingstemperatuur 30 0 C 30 0 C 30 0 C Lumen output Afname light output tov.tld % Lamp efficacy Lm/W EM losses W ,5 EL. driver losses ca. 10% included W Total system losses W Energy saving tov. TLD 56% System efficacy Lm/W Lumen maintenance % Service life 80% hrs ws 3hcycle

36 Voor en nadelen retrofit Led TL 36

37 LED-TL Voordelen Energie besparing tot ca. 60% mogelijk Lange levensduur tot L 70 ca uur Instant start, lichtoutput direct op volle sterkte Geschikt voor frequent aan en uitschakelen en dimmen. Energieverbruik evenredig met dimniveau. Armatuur rendement (LOR) 100% Geschikt voor lage temperaturen Eenvoudige ombouw/ lage kosten 37

38 Run-up at 230V/50Hz 1900 Run-up TL Led tube 20W Light output (Lm) Time (sec) EMB #

39 Lichtopbrengst v.s. lamp omgevingstemperatuur Philips LED TL 20W, 4000K ,5 Light output (Lm) ,5 21 Lamp power (W) Flux Power , Ambient temperature ( C)

40 Armatuurrendement (LOR) 25C 5000Lm 2850Lm 75% 100% TLD 58W/840 TL 5ft LED 30W 5ft Uitstralingshoek ca Uitstralingshoek ca LM 2850Lm 40

41 LED-TL Nadelen Nog relatief lage lichtopbrengst, 4ft 20W ca. 1900Lm, (36WTL ca. 3350Lm), 5ft 30W ca. 2850Lm (58WTL ca. 5000Lm) Lichtafname ca. 7% per hr (TLD max. 10% gedurende levensduur) Levensduur uur gebaseerd op 70% lichtopbrengst (L 70 ) Parallel condensator moet uit systeem verwijderd worden 41

42 Invloed op lichtopbrengst Led tube vermogen. Lamp efficatie Lumen/watt Omgevingstemperatuur Led tube Lichtrendement armatuur (LOR waarde)

43 Speciale Led tube uitvoeringen Led tube uitvoeringen: Led tube met geïntegreerde bewegingsdetectie. Levensduur toename tot hr mogelijk, max. detectiehoogte ca. 8mtr Continue en in 20% stappen dimbare Led tube d.m.v remote control. EVSA compatible uitvoering, elektronisch voorschakel apparaat hoeft niet verwijderd te worden. Uitvoering met 180gr. draaibare lampvoet. 43

44 Systeemtechnische aspecten 44

45 Lamp en systeem aspecten (1) Powerfactor correctie Een eventuele in bestaand circuit aanwezige EM ballast is inductief (L) deze veroorzaakt een positive fase veschuiving tussen spanning en stroom. Om dit te corrigeren,(stroom en spanning terug in fase brengen) is een tegengestelde fase verschuiving vereist d.m.v. een condensator. (C). 45

46 Methoden van compensatie 1 parallel compensatie inductief 46

47 Methoden van compensatie 2 Serie/ duo compensatie capacitief inductief 47

48 Methoden van compensatie 3 parallel meerlamps compensatie inductief 48

49 Lamp en systeem aspecten (2) Powerfactor correctie Powerfaktor Verhouding tussen systeemvermogen (W) en aangeleverde stroom x spanning (VA) Min. vereiste powerfaktor PF 0.90 PF = Psyst/(Unet x Inet), = W/(V.A) Bij te lage powerfaktor Inet te hoog Bij elektronic energy savers (o.a. Led tubes) parallel condensator altijd verwijderen, bij niet verwijderen PF <

50 Power factor Led tube met parallel compensatie Imains 495mA 230V 6.5uF Icap 475mA EM ballast + = Ploss 0,5W Ptube 30W Psyst. 30,5W Led tube I led tube 135mA Power factor met = par. condensator system power Mains voltage x mains current 30,5W = 230 x = 0.27 Power factor. = 30,5W zonder par condensator Power factor = 70W Bestaand EM systeem 230 x = x 0,360 = % hogere netstoom 50

51 Harmonics Current % THD eis >25W H3: < 30% normaal <15% Harmonic Current (%) Harmonic THD 153% PF 0,55 THD, totaal hogere harmonischen. Veelvoud van 50Hz grondgolf 3 e harmonische (H3) cummuleerd bij3fasen systeem in nulleider Harmonic Current (%) Harmonic 1 is 50Hz Harmonic THD 14% PF 0.97 H3 current cumuleerd in nulleider Max. toegestane waarde H3 3*PF ca. 30%) Veroorzaken lage PF 51

52 EMC conductive interference CISPR15 TV Line & Neutral Level in dbµv CISPR15 QP Mains CISPR15 AV Mains k k M 2M 3M 5M 10M 20 30M Frequency in Hz EMB #

53 EMC conductive interference CISPR15 TV Line & Neutral Level in dbµv CISPR15 QP Mains CISPR15 AV Mains 0 9k k M 2M 3M 5M 10M 20 30M Frequency in Hz EMB #

54 Veligheid Led tube circuits LINE EM ballast driver PCB NEUTRAL dubble side powered unsafe circuit no starter open circuit housing LINE EM ballast singele sided powered safe circuit driver PCB fused bridge closed circuit housing NEUTRAL NEN 3140 Single Sided Power

55 Inschakelstromen Inschakelstroom is de stroom gedurende de eerste paar msec. na inschakelen Led tube. Deze stroom is belangrijk voor bepalen juiste waarde van de circuit zekering. De max inschakelstroom ontstaat wanneer tube ontsteekt op de topwaarde van netspanning.(90gr sinus) Ten gevolge van het nagenoeg gelijktijdig inschakelen van de Led tubes kunnen kortstondig (0,3msec) zeer hoge netstromen ontstaan. Een eventueel nog aanwezige EM ballast in het circuit kunnen de inschakelstromen aanzienlijk verlagen 55

56 Inschakelstromen EM v.s. HF/Led msec. msec. TL/EM, EM+LED TL/HF, LED 56

57 Kwaliteits eigenschappen TL led tubes 57

58 Systeemlevensduur led units Applicatie temperatuur Led unit bestaat uit driver + led strip Applicatie temperatuur en toepassing open of gesloten armatuur, heeft grote invloed op unit temperatuur c.q. levensduur, driver + led. Levensduur driver en leds worden v.n.l. bepaald door temperatuur. Elke ca.10c hogere unit temperatuur halveert de levensduur.

59 Systeemlevensduur led units warmte ontwikkeling/koeling Led levensduur. Led met hoge Lm/watt verhouding heeft minder warmte ontwikkeling waardoor langere levensduur. Led levensduur wordt sterk beïnvloed door warmte afgifte naar omgeving.(led uitval + lumen terugval) 59

60 Systeemlevensduur led units Driver levensduur. Des te hoger het driver rendement des te minder warmte ontwikkeling resulterend in hogere driver betrouwbaarheid/ langere levensduur. 85% driver eff. v.s. 95% resulteert halvering van driver levensduur en 3 x meer watt verlies, 15% t.o.v. 5% 60

61 Kwaliteitsaspecten TL Led tubes Leds Lichtopbrengst: Lumen Kleur variatie led: Variatie in kleurtemperatuur Tc/K Kleurweergave: Ra en kleurpunt (x,y waarden) black body curve Lichtterugval: L 70, 30% lichtterugval gedurende levensduur led Lichtverdeling: Spreidingshoek bij 50% lichtopbrengst Verblinding: Toepassing diffuser

62 Kwaliteitsaspecten TL Led tubes Driver Driver performance: THD %, PF, EMC, constant power. Systeemvermogen: Opgenomen systeemvermogen Systeem efficacy: Lumen/watt Veiligheid: Single Sided Power (SSP) met gezekerde starteroverbrugger. EEI: Energy Efficiëntie Index A+

63 Bepalen Energy Efficiëntie Index Voorbeeldberekening voor lampen met lichtopbrengst >1300Lm EEI = Punit W/ (Lichtopbrengst Lm x 0.07) Led tube 30W, 2850Lm: EEI = 30/(2850 x 0.07) = 0.15 EEI = A+ (> 85Lm/watt) (EEI = A++ >130Lm/watt) EU Nr. 874/

64 64

65 Samenvatting en conclusies

66 Keuzecriteria besparingssysteem Acceptatie eventueel lager lichtniveau Soort in gebruik zijnde lamp; T12, T8 standaard of T8 super 80 Soort armatuur; open balk, open of gesloten armatuur, licht rendement armatuur, aanwezige airco. Leeftijd bestaande installatie Industriële omgeving, omgevingstemperatuur. Schakelfrequentie van installatie Investering Vereiste terugverdientijd

67 Samenvatting Met retrofit TL led is op eenvoudige wijze tegen relatief lage kosten een energiebesparing realiseerbaar op EM TL systemen tussen de 10% en 60%. Afhankelijk van het aanwezige lamptype, TLD-33 of TLD-840, en lampvermogen, varieert de lichtopbrengst (lux) van +20% tot - 30% Led tube levensduur van ca uur, wordt in belangrijke mate bepaald door temperatuur van driver en leds. (10C temp. verhoging >> halvering levensduur) Toepassing Led tubes vooral gunsig bij lage omgevings temp. (<0C) Instant light output maakt led tube geschikt voor vaak en kortstondig aan/ uit schakelen (bewegingsdetectie). Terugverdientijd afhankelijk van energietarief en uren/jr ca. 3jr-5jr

68 Aandachtspunten Led energy savers (1) Controleer bestaand verlichtingssyteem, op aanwezig type TLD lamp en toegepaste ballast, EM of HF. Bepaal PF correctie methode, serie of parallel. Verwijderen aanwezige parallel compensatie condensator vereist. Herkenbaar aan ca. 250V gestempelde spanningswaarde. Verwijderen seriecondensator niet vereist, seriecondensator herkenbaar aan ca. 420V gestempelde spanningswaarde. Powerfactor Led tube met verwijderde parallel condensator > Bij niet verwijderen parallel condensator power factor < 0.3). Verdrievoudiging van netstroom. 68

69 Aandachtspunten Led energy savers (2) Tubes kunnen nagenoeg gelijktijdig starten, attentie voor hoge stroompiek tijdens inschakelen verlichting. (inrush current) Check gebruiksruimte temperatuur, Led tube minder geschikt voor hoge omgevingstemperatuur. Bepaal licht output en lichtverdeling oorspronkelijke en nieuwe situatie. (rekening houdend met branduren bestaande TL lamp) Bepaal energieverbruik bestaande en nieuwe situatie. 69

70 Voorbeeld besparingsberekening

71 Besparingsberekening Led t.o.v T8 EM huidige situatie In gebruik zijnde lamptype: T12, T8/33 of master T8/80series Toegepast driver systeem: EM (starter) of HF Gebruikt armatuur, balk, open of gesloten armatuur, airco-afzuiging Omgevingstemperatuur. Bepalen huidig systeemvermogen. Huidig lichtniveau: Lux, (branduren aanwezige lampen) Min vereist lichtniveau: Lux

72 Besparingsberekening Led t.o.v T8 EM kosten Energie besparing met nieuw systeem Jaarkosten: energiekosten + installatie + lamp vervangingskosten Besparingen op jaarkosten Investering: units + installatie kosten + rentekosten -/- investeringsaftrek (EIA) Terugverdientijden: investering/besparing jaarkosten Opbrengsten gedurende systeem levensduur

73 Input data in blauw vak, berekende waarden in zwart hrs / dag 10 Vloer oppervlak kantoor m 2 72 Voorbeeld besparingsberekening dagen / jaar 250 Jaarlijkse rente kosten 3% branduren / jaar 2500 Investerings aftrek % 10% Euro / kwh 0,20 leeftijd bestaande installatie jaren 20 Aantal lampen / kantoor 10 TLD 58W/840 Aantal kantoren 10 Lumen output 58W/840 30C 4800 Totaal aantal lampen 100 Lumen output 58W/33 30C 4140 Besparingssyteem T8 EM (ref.) T8 ECO T8 EM T5 adapter T5 adapter LED-TL T8 HF T5 HF T5 HF Nominaal lampvermogen W 58W 51W 58W 32W-eco 45W-eco 30W 58W 45W-eco 45W-eco 58W/840 Retro fit line 207V Retro fit Retro fit Retro fit upgrade upgrade nieuw Nominaal Lumen output Lm 30C Luminair rendement 75% 75% 75% 80% 80% 100% 75% 80% 85% Netto lumen output Afname/ toename lumen output 0 0% -10% -23% 3% -21% -1% 3% 10% Systeemverliezen / lamp W 70,0 64,0 58,0 37,0 52,0 31,0 57,0 51,0 51,0 Energie besparing 0,0 9% 17% 47% 26% 56% 19% 27% 27% Opgenomen systeem vermogen (W) Watts per m Gem. verlichtingsniveau Lux Energie kosten per jaar (Euro) Energie besparing per jaar (Euro) % service life lamp hrs kosten lamp (EURO) incl S10 starter arbeidskosten lamp wisselen (EURO) Lampkosten / jaar Jaarlijkse rente kosten van investering Jaarlijkse running costs Levensduur EM ballast / electrical unit hrs Besparingen running cost per jaar (Euro) Installatie kosten / lampunit (EURO) 0 0 nvt Installatie kosten systeem (EURO) additionele hardware investering/ lamp 0 4 nvt Hardware investering systeem Netto Energie Investerings Aftrek( EIA) % 10% 10% 10% 10% 10% 10% 10% 10% Total netto investment (EURO) Terugverdien tijd jaren 1,3 11,0 2,0 4,5 2,6 6,0 4,2 9,7 restant levensduur installatie in jaren 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 16,0 20,0 20,0 20,0 Besparing gedurende levensduur

74 Besparingen systeemvermogen op lampniveau 60% 60% 50% 50% 40% 40% 30% 30% 20% 20% 10% 10% 0% -10% -20% 58W/33 Retro fitline 207VRetro fitretro fitretro fitupgradeupgrade nieuw T8 EM (ref.) T8 ECO T8 EM 58W 51W 58W 32Weco 45Weco 30 58W 45Weco 45Weco T5 T5 LED-TL T8 HF T5 HF T5 HF adapter adapter 0% -10% -20% 58W/840 Retro fit line 207V Retro fit Retro fit Retro fit upgrade upgrade nieuw 58W 51W 58W 32W-eco45W-eco 30W 58W 45W-eco45W-eco T8 EM (ref.) T8 ECO T8 EM T5 adapter T5 adapter LED-TL T8 HF T5 HF T5 HF -30% Licht af/toename (Lm) op lampniveau Energie besparing Licht toename Licht afname

75 Besparingen systeemvermogen op lampniveau TLD 36W/33 TLD 36W/840 Licht af/toename (Lm) op lampniveau Energie besparing Licht toename Licht afname

76 Systeemverbruik EM en HF TLD systemen 76

77 Ballast losses per classification TLD EM T8 77

78 Toelichting Energie Investerings Aftrek verlichting Helpdesk

79 EIA Elektronische verlichtingssytemen Energielijst 2013

80 EIA Led-verlichtingssyteem Energielijst 2013