Işık Üretimi ELK462 AYDINLATMA TEKNİĞİ. Işık Üretimi ve Işık Kaynakları (Hafta-4) Yrd.Doç.Dr. Zehra ÇEKMEN

Transkript

1 ELK462 AYDINLATMA TEKNİĞİ Işık Üretimi ve Işık Kaynakları (Hafta-4) Yrd.Doç.Dr. Zehra ÇEKMEN Işık Üretimi Lambalarda ışık üretimi temel olarak Termik yolla Gazlar ve madeni buharlardaki deşarj sonucu oluşur Deşarj sonucunda oluşan ışımanın Tamamı veya bir kısmı görünen dalga boylarındadır yani ışımanın tamamı veya bir bölümü ışıktır. Buna doğrudan ışık üretimi denir. Tamamı mor ötesidir yani gözle görülemez. Flüoresan maddelerle görünen dalga boylarına yani ışığa dönüştürülür. Buna lüminesan ışık üretimi denir. Bu ışık üretim yöntemlerine son 30 yılda elektrik enerjisini doğrudan ışık enerjisine dönüştüren elektrolüminesan ışık üretimi eklenmiştir. Işık yayan diyotlar (LED) bu yöntemle ışık üretir. 1

2 Spektral enerji akısı yoğunluğu, p λ (W/m 2 -m) Işıma yapan bir cismin birim yüzeyinden birim zamanda çıkan radyasyon enerjisinin birim dalga uzunluğu aralığına düşen kısmına spektral enerji akısı yoğunluğu denir. Spektral enerji akısı, P λ (W/m) Işıma yapan bir cisimden birim zamanda çıkan radyasyon enerjisinin birim dalga uzunluğu aralığına düşen kısmıdır. Lambaların tip ve güçlerine bağlı olarak yüzeyleri belirli olduğundan bu büyüklük daha kullanışlıdır ve lambaların ışık renklerinin anlaşılması açısından önemlidir. Enerji akısı yoğunluğu, f (W/m 2 ) Işıma yapan bir cismin birim yüzeyinden birim zamanda çıkan radyasyon enerjisidir. f 0 p Enerji akısı, F (W) Işıma yapan bir cisimden birim zamanda çıkan radyasyon enerjisi olup elektrik enerjisindeki gücün karşılığıdır. d F fds p. d. ds S S F P d 2

3 Gözün Spektral Duyarlığı (V λ ) Göz, eşit güçlü ancak farklı dalga boylu radyasyonları (renkleri) farklı katsayılarla değerlendirir. Bu özelliğe gözün spektral duyarlığı denir. Aydınlık görmesinde sarı-yeşil renkte nm dalga boylu ışımada maksimum değerdedir V λ =1 Farklı dalga boylu radyasyonlarda ise spektral duyarlık V λ bağıntısı ile bulunur. V F 555 Spektral duyarlığın (V λ ) dalga boyuna (λ) göre değişimine spektral duyarlık eğrisi denir. Aydınlık (10 cd/m 2 den büyük parıltıda) ve karanlık (0,01cd/m 2 den küçük parıltıda) görmesindeki spektral duyarlık eğrileri farklıdır. (0,01-10 cd/m 2 de karma görme) F Işık akısı, Ф (lm) Enerji akısının ışıksal eşdeğeri; K 0 ın, F enerji akısı ile gözün spektral duyarlılığı V λ nın çarpımıdır. K0 FV K0 p. V. d. ds K 0 P V d Deşarja dayalı ışık üretiminde spektrum ayrıktır. Bu durumda çıkan ışık akısı n K P V K 683lm W 0 i 1 S i i i 0 / 3

4 Spektroradyometrik diyagram ve spektral güç dağılımı Bir cisimden çıkan enerji akısının ve ışık akısının hesabı için, P λ, spektral enerji akısı yoğunluğunun λ ya göre değişimini veren bir diyagrama ihtiyaç duyulur. Bu eğriye spektroradyometrik diyagram denir. Termik yolla ışık üretiminde bu diyagram bir sürekli eğridir, deşarja dayanan ışık üretiminde ise ayrıktır. Lambalarda aynı amaçla, P λ, spektral enerji akısının, λ, dalga boyuna göre değişimi eğrileri kullanılır. Bu eğrilere spektral güç dağılımı denir. Özellikle deşarja dayalı ışık üreten lambaların ışık renginin anlaşılması için bağıl spektral güç dağılımı kullanılır. Bu eğriler bir lambanın spektrumunda bulunan dalga boylarının paylarını gösterir. Aşağıdaki resim sodyum buharlı lambaların bağıl spektral güç dağılımını göstermektedir. Buradan ışımanın büyük çoğunluğunun 589nm, kalan kısmının ise nm olduğu görülmektedir. Yani ışık rengi turuncumsu sarıdır. 4

5 Işımanın verimi Işıma yapan bir cisimde ışımaya dönüşen enerji akısının toplam enerji akısına oranıdır. Işıksal verim, η ışık Bir ışık kaynağının göz tarafından ışık olarak algılanan ışık akısının toplam enerji akısına oranıdır. ışık 780nm 380nm 0 P V d P d Teorik olarak en büyük verime λ 0 =555nm olan tek dalga boylu bir ışıma durumunda erişilir. (Bu durumda V λ =1) Işıksal etkinlik, e 1 (lm/w) Işıyan cisimden çıkan ışık akısının (Ф), cisme verilen toplam enerji akısına (F) oranıdır. e 1 F Termik ışık üretiminde K 0 P V d Deşarja dayalı ışık üretiminde K n 0 i 1 P i V i i K0 683lm/ W 5

6 Etkinlik faktörü, e (lm/w) Bir lambadan çıkan toplam ışık akısının (Ф), lambanın gücüne oranıdır. Lambalar elektrik enerjisi ile çalıştıkları için lambanın enerjisi akısı (F), yerine lambanın gücü (P) terimi kullanılır. (Bunlar aynı büyüklüklerdir. F, radyasyon enerjisinde P, elektrik enerjisinde kullanılır.) Sürekli spektrum halinde e e Ayrık spektrum halinde K0 P iv i i i 1 e K0 683lm/ W P Etkinlik faktörü bir lambayı karakterize eden en önemli kıstaslardan biridir. Bunun değeri ne kadar büyükse, eşit ışık enerjisi üretmek için o kadar az elektrik enerjisi harcanır. P K 0 n P V d P Teorik olarak en büyük etkinlik faktörüne dalga boyu λ 0 =555nm olan tek dalga boylu bir ışıma durumunda erişilir. Bu durumda ışımanın tamamı için V λ =1 dir ve e=683lm/w bulunur. Ancak uygulamada 200lm/W seviyesine ulaşılabilmiştir. Bunun sebebi lambadaki ısı kayıpları ve ışımanın dalga boyunun 589 nm olmasıdır. (589 nm de V λ =0.76 dır.) Lambaların Işıksal Etkinlik Faktörleri Akkor telli lamba 12 lm/w Yüksek basınçlı civa buharlı 50 lm/w Standart flüoresan (38 mm) 60 lm/w TL-D flüoresan (26 mm) 70 lm/w Metal halinde 80 lm/w TL-D yeni nesil flüoresan (26 mm) 90 lm/w TL-5 flüoresan (14 mm) 104 lm/w Yüksek basınçlı sodyum buharlı 120 lm/w Alçak basınçlı sodyum buharlı 180 lm/w 6

7 Renk Sıcaklığı İnsanlar çevrelerini yalnızca aydınlık ve karanlık, ışıklı ve gölgeli olarak değil renkler ile de algılar Bir lambanın ışık rengi, Kelvin (K) cinsinden renk sıcaklığı (Tc) ile tarif edilir. Bir ışık kaynağının ışığının renk sıcaklığı bir siyah cismin rengi ile karşılaştırılmak suretiyle belirlenir. Siyah cisim üzerine düşen her türlü ışığı yutan yani yansıtma ışınımının sıfır olduğu varsayılan herhangi bir maddeden katı bir cisimdir. Bir siyah cisim yavaş yavaş ısıtıldığında koyu kırmızıdan başlayarak kırmızı, turuncu, sarı ve beyazdan açık maviye kadar uzanan bir renk tayfı içindeki renkleri alır. Sıcaklığı ne kadar arttırılırsa siyah cismin rengi de o kadar beyazlaşır ve maviye döner. 7

8 Isıtılan bir siyah cismin renginin, ölçümü yapılan ışık kaynağıyla aynı rengi aldığı Kelvin cinsinden sıcaklığa ışık kaynağının renk sıcaklığı denir. Renk sıcaklığında bir ters orantı söz konusudur. Örneğin, 2700 K sıcak, 6000 K çok soğuk bir renktir. Uluslar arası aydınlatma komisyonu (CIE) tarafından ışık kaynaklarının ve cisimlerin renklerinin sınıflandırılacağı bir renk üçgeni belirlenmiştir. Bu üçgenin x=y=0,333 noktasında renkleri doğal haliyle algılanan yani parlaklık durumuna göre beyaz, gri veya siyah olarak algılanan renkler yer alır. Diğer bütün renkler bu noktanın çevresinde yer alır. 8

9 Renksel Geriverim Işık ve renk bir mekanın havasını belirler. Bir mekanı sıcak ya da soğuk olarak algılamamız ve buna bağlı olarak ruh halimiz de mekandaki ışık ve renk ile bağlantılıdır. Işık kaynaklarının renk etkilerini terif etmede renksel geriverim özellikleri kullanılır. Bu amaçla ışık kaynakları, genel renksel geriverim endeksi, Ra çerçevesinde sınıflandırılır. Çok iyi renksel geriverim özelliğine sahip lambalar (Ra>90) kullanılarak yapılan yapay bir aydınlatma, nesne renklerinin tümünü geri verir. Işığın spektrumu, ışığın hangi dalga boyunu hangi oranda içerdiğini gösteren grafik yapısıdır. Gün ışığı görünür aralıktaki dalga boylarını hemen hemen aynı oranda içerir. Işık kaynaklarının renk spektrumlarının gün ışığınınkine yakın olması istenir. Işık kaynağına ait renk spektrumundaki belli dalga boylarının zayıf olması, kaynağın zayıf olduğu dalga boylarını barındıran renkleri iyi yansıtamayacağı anlamına gelir. 9

10 1A ve 1B sınıfı lambalar hassas renk eşleşme, renkli baskı, müze ve sanat galerileri gibi renk ayrım ve vurgularının çok önemli olduğu yerlerde kullanılırlar. 2A ve 2B sınıfı lambalar doğru renk görmenin önemli olduğu hacimlerde kullanılır. 3. sınıf renksel geriverime sahip lambalar, doğru renk görmenin önemli olmadığı fakat belirgin renk farklılıklarının istenmediği ortamlarda kullanılır. 4. sınıf lambalar doğru renk görmenin önemli olmadığı ve renk farklılıklarının kabul edilebildiği ortamlarda kullanılır. 10

11 Bir lambanın renginden yola çıkılarak renksel geriverim kalitesi hakkında bir sonuca varılamaz. Ra değeri 100 olan bir ışık kaynağı altındaki tüm renkler, referans ışık kaynağında olduğu gibi optimal halleri ile gözükürler. Ra değeri ne kadar düşükse söz konusu ışık kaynağı ile aydınlatılan nesnelerin renksel geriverimi de o derece kötüdür. Işık Üretimi-Termik Işık Üretimi Termik Işık Üretimi Özellikle katı cisimler ve sıvılar kızgın duruma gelirse ışık yayarlar. Enkandesan lambalarda ışık üretimi bu esasa dayanır. Bu ışığın spektrumu süreklidir yani ışık sonsuz sayıdaki monokromatik (ışığın tek bir dalga boyundan oluşması) ışınlardan meydana gelir. Termik ışık üretimine yönelik önemli yasalar Kirchoff Planck Wien Stefan Boltzmann tarafından ortaya atılmıştır. Bu yasaları anlamak için önce ışık yayan cisimleri inceleyelim. 11

12 Işık Üretimi-Termik Işık Üretimi Işık yayan cisimler Işık yayan cisimler Siyah cisim Gri cisim Renk sıcaklıklı cisim olmak üzere 3 ana gruba ayrılır. Siyah Cisim Spektral yutma faktörü dalga uzunluğuna bağlı olmayan ve değeri α λ =1 olan cisimdir. Pratikte yutma faktörü tam 1 olan cisim yoktur ancak buna yakın cisimler vardır. İsin %95 ve 2042 K sıcaklığındaki platinin yutma faktörü %97 dir. Gri Cisim Spektral yutma faktörü dalga uzunluğuna bağlı olmayan ve değeri 1 den küçük olan cisimlerdir. α λ =sabit<1. Mum alevi, kömür teli, saf kömür elektrot gri cisme örnektir. Işık Üretimi-Termik Işık Üretimi Renk sıcaklıklı cisim Gerçek sıcaklığı Tg iken Tg den büyük Tr sıcaklığındaki bir siyah cisim gibi ışık veren cisimdir. Renk sıcaklıklı cismin spektral yutma faktörü α λ dalga boyuna göre değişir. Tungsten, platin, tantal gibi madenler bu sınıfa girer. Günümüzde enkandesan lambalarda kullanılan tungsten teller renk sıcaklıklı cisimdir. 12

13 Işık Üretimi-Termik Işık Üretimi Kirchoff Yasası T sıcaklığında ışık yayan bir cismin, p λg spektral enerji akısı yoğunluğunun, α λg spektral yutma faktörüne oranı siyah cismin spektral enerji akısı yoğunluğu p λs ya eşittir. p g g p s T Işık Üretimi-Termik Işık Üretimi Plank Yasası Siyah cismin spektral enerji akısı yoğunluğunu dalga boyu ve sıcaklığa göre veren yasadır. Plank a göre, p C e 5 1 C 2 / T 1 Burada C 1 =3.74x10-16 Wm 2, C 2 =1.432mK, λ(m), T(K) ve p λ (W/m 2 -m)dir. 13

14 Işık Üretimi-Termik Işık Üretimi Wien Yasası Maksimum spektral enerji akısı yoğunluğuna karşılık olan λ max dalga uzunluğu ile T sıcaklığı arasındaki ifade dp λ /dλ=0 ile bulunabilir. Bu yöntemle Wien aşağıdaki bağıntıyı çıkarmıştır. max mK T Işık Üretimi-Termik Işık Üretimi Stefan-Boltzann Yasası Spektral enerji akısı yoğunluğu sıcaklıkla logaritmik olarak artmaktadır.stefan-boltzman a göre siyah cismin birim alanından çıkan enerji, Q S (J/m 2 ) Q S 4 T Burada σ, Stefan-Boltzmann sabiti olup değeri 5.67x10-8 W/(m 2 K 4 )dir. T kelvin cinsinden sıcaklıktır. Buna göre belirli bir siyah cisimden ışınlanan enerji sıcaklığın 4. kuvvetiyle orantılıdır. 14

15 Işık Üretimi-Deşarja Dayalı Işık Üretimi Deşarja Dayalı Işık Üretimi Bu ışık üretimi, uyarılan atom ve moleküllerin temel duruma geçerken daha önce aldıkları uyarılma enerjisini ışıma enerjisi şeklinde geri vermelerine dayanır. Işıma frekansı f h: Plank sabiti h=6.626x10-34 Ws 2 Işığın spektrumu çizgili (ayrık) veya bantlıdır. Işıma tayfın herhangi bir bölgesinde olabilir. E h Uyarılan bir atomun temel enerji seviyesine dönerken ışımasının şematik açıklaması Işık Üretimi-Deşarja Dayalı Işık Üretimi Dalga boyu açısından iki türlü ışıma olur. Işımanın tamamı veya bir kısmı görünen dalga boylarındadır. Örneğin alçak basınçlı sodyum buharında ışımanın tamamı, yüksek basınçlı civa buharında ışımanın bir kısmı görünen dalga boyundadır. Bu türde ışık yayımı doğrudan elektrodeşarja dayanır. Deşarj lambaları ve yıldırım boşalmasının ışık yayması buna örnektir. Işımanın tümü veya bir kısmı morötesidir. Örneğin alçak basınçlı civa buharında ışımanın tamamı, yüksek basınçlı civa buharında ise bir bölümü morötesidir. Bu türde morötesi ışınlar, lamba tüpünün veya balonunun iç duvarına sürülen flüoresan maddelerle daha uzun boylu dalga boylarına yani ışığa dönüştürülür, buna lüminesan denir. 15

16 Işık Üretimi-Elektrolüminesan Işık Üretimi Elektrolüminesan Işık Üretimi Elektrik enerjisinin doğrudan ışık enerjisine dönüştürülmesine dayanan ışık üretimidir. Bir p-n jonksiyon yarıiletkenin bir tarafına enjekte edilen elektron yüzeye yakın bir yerde sıkışır ve yarıiletkenin diğer tarafından enjekte edilen delik ile birleşir ve ışık yayan bir foton oluşur. LED ler elektrolüminesan ışık kaynaklarıdır. Lambalara Giriş Yapay aydınlatma lambalarla yapılır. İyi ve ekonomik bir aydınlatma için lambaların seçimi çok önemlidir. İdeal bir lambadan beklenen özellikler; Büyük etkinlik faktörü Uzun ömür Ucuz fiyat İşletmesinin basit olması Büyük renk ayırt ettirme yeteneği Biçiminin kompakt ve estetik çözümlere uygun olması Bu özelliklerin tümüne sahip bir lamba yoktur. Yapılan aydınlatmanın cinsi ve yerine göre, amacına ve kullanım süresine bağlı olarak bu özelliklerden bazıları öncelik kazanır. 16

17 Lambalara Giriş Örneğin renk ayırt ettirme yeteneği boya imalat atölyesinde çok önemli olmasına karşılık yol aydınlatmasında aranmaz. Yıllık yapay ışık kullanım süresi 100 saatten az olan bir yerde etkinlik faktörü küçük, ömrü kısa ancak ucuz lamba seçimi doğru iken, yıllık suni ışık kullanım süresi 4000 saat olan bir yerde etkinlik faktörü yüksek, ömrü uzun ve pahalı lambanın seçimi isabetli bir çözüm olur. Bir konut aydınlatmasında işletmesi basit lamba seçmek doğru iken, yol aydınlatmasında işletmesi karmaşık bir lamba seçmek yanlış olmaz. Önemli olan ihtiyaca cevap veren, ekonomik aydınlatmayı sağlayacak ve ışık rengi uygun lambanın seçilmesidir. Tüm lambalarda Lamba başlığı Çeşitli biçimlerde cam balon veya tüp vardır. Lamba Başlıkları Lamba başlığı, lambanın elektrik tesisatına bağlanmasını sağlayan kısmıdır. Lamba başlıkları Vidalı (Edison-Galiath tipi) Bayonet (süngü) (swan tipi) Çubuk enkandesan lamba başlıkları (S tipi) Çıkıntılı başlıklar (Fa-Fc tipleri) Yuvalı başlıklar (R tipi) İğne (G tipi) Başlığın elektrik tesisatı tarafındaki karşılığına duy denir. 17

18 Lamba Başlıkları Vidalı Başlıklar Tümüne Edison, 40 mm çapında olanlarına Goliath başlıklar denir. Kısaca E ve mm cinsinden çapı ile gösterilir. E10, E14, E27, E40 olmak üzere 4 ana tipte ve her tipte iki farklı uzunlukta imal edilir. Uzunluk da belirtilmek istenirse ana tip/mm cinsinden uzunluk yazılır (E40/45: 40 mm çapında, 45 mm uzunluğunda vidalı başlık) Lamba Başlıkları Bayonet Başlıklar (Swan) İç ve dış aydınlatma lambalarında kullanılır ve kısaca B ve mm cinsinden çapı ile gösterilir. B15 ve B22 olmak üzere iki tiptir. (B15/24x17: 15 mm çapında, 24 mm uzunluğunda ve 17 mm ağız çaplı swan) Taşıt far lambalarında kullanılanlar BA ve mm cinsinden çapı ile gösterilir. BA 9/13, BA15/20, BA20/27 gibi çok çeşitli tipleri vardır. Bunlar sarsıntıya maruz kalacak ve lambanın tek pozisyonda montajı gereken lambalar için uygun olup, alçak basınçlı sodyum buharlı lambalar ve sarsıntılı yerlere tesis edilecek enkandesan lambalarda ve taşıt sinyal, far lambalarında kullanılır. 18

19 Lamba Başlıkları Çubuk Enkandesan Lamba Başlıkları Dikdörtgen ve daire biçimindedir. Tek ve çift kontaklı olmak üzere iki tiptir. Dikdörtgen olanlar ralina lambalarda, daire olanlar sofit lambalarda kullanılır. Didörtgen olanlar S harfi, dikdörtgenin mm cinsinden eni ve kontak adedi(s: tek, d:çift) ile gösterilir.(s14s veya S14d gibi) Dairesel olanlar S harfi ve mm cinsinden çapı ile gösterilir. (S19 gibi) Tek kontaklı dikdörtgen Çift kontaklı dikdörtgen Dairesel Ralina Sofit Lamba Başlıkları Çıkıntılı Başlıklar 2000W çubuk tungsten halojen lambaların bazı tiplerinde ve startersiz tek uçlu flüoresan lambalarda kullanılır. Çıkıntı silindirik, yivli veya diğer biçimdedir. Kısaca F, çıkıntının biçimi(a:silindirik, b:yivli, c:diğer), mm cinsinden kontak çapı ile gösterilir. Fa 4 Fa 6 19

20 Lamba Başlıkları Yuvalı Başlıklar Çubuk tungsten halojen lambalarda kullanılır. Kısaca R, en geniş kısmın mm cinsinden çapı ve kontak adedi ile gösterilir. (R 7s gibi) Lamba Başlıkları İğne Başlıklar Bu başlıklarda 2(d) veya 4(g) uç bulunur. Kısaca G harfi, mm cinsinden iğneler arasındaki mesafe ile gösterilir. (G 5 gibi) 20

21 Cam Balonlar Reflektörlü: Balonun iç yüzeyi yansıtıcı malzemeyle kaplanarak ışık dağılım eğrisi kontrol edilir. Standart reflektör (R), eliptik reflektör (ER) ve parabolik reflektör (PAR) olmak üzere üç tiptir. Glop: Balon küre şeklinde olup G harfi ile gösterilir. Deforme Glop: Cam balon deforme edilmiş küredir P harfi ile gösterilir. Mantar veya Eliptik: Balon mantar biçiminde veya eliptiktir. E harfi ile gösterilir. Buji: Mum alevi veya deforme edilmiş mum alevi biçimindedir. B, BW veya BA ile gösterilir. Tüp:Cam balon tüp şeklindedir vet harfi ile gösterilir. Silindir: Balon silindir şeklinde olup düz silindirler L, bükülmüş silindirler LL harfiyle gösterilir. Lambaların Anma ve Ekonomik Ömrü Lambalar, elektrik enerjisi ve lamba fiyatlarına bağlı olarak belirli bir ömre sahip olacak şekilde tasarlanır ve imal edilirler. Lambanın çalışmaz hale geldiği ortalama süreye anma ömrü denir. Fiyatı ucuz olan lambalar anma ömrü kısa olacak şekilde tasarlanır. Günümüzde normal enkandesan lambaların anma ömrü 1000 saattir. Lambaların etkinlik faktörleri, kullanıldıkça azalır yani birimi lm-s olan ışık enerjisi maliyeti artar. Bu nedenle lamba ve elektrik enerjisi fiyatları göz önüne alındığında lamba çalışır durumda olsa bile değiştirilmesinin daha ekonomik olduğu bir süre vardır. Buna ekonomik ömür denir. Anma ömrünün ekonomik ömre eşit olması idealdir ancak lambaların ekonomik ömrü anma ömründen kısadır. 21

22 Lambaların Anma ve Ekonomik Ömrü Lamba ve armatürlerde biriken toz ve kirler çıkan ışık akısını büyük oranda azaltır öte yandan temizlik bir işçilik maliyeti gerektirir. Dolayısıyla lamba ve armatürlerin optimum temizlik süresi tespit edilmelidir. Ülkemizde lamba ve armatürlerin temizliği çok ihmal edilen bir konu olup ciddi ekonomik kayıplara sebep olmaktadır. Tüm mühendislik uygulamalarında ekonomi çok önemlidir. Aydınlatma ekonomisinde en genel halde teçhizatıyla birlikte (lamba+armatür+elektrik tesisat) yatırımın yıllık sabit maliyeti, yıllık enerji maliyeti, lamba değiştirme süresi ve lamba armatür temizlik süresi göz önüne alınmalıdır. Bunları kapsayan ekonomik hesaplar aydınlatma hesapları başlığı altında önümüzdeki haftalarda anlatılacak olup bu kısımda sadece lamba ve varsa teçhizatına ait ekonomik hesaplar üzerinde durulacaktır. Lambalara İlişkin Ekonomik Hesaplar Birim Işık Enerjisi Maliyeti Hesabı Sadece lamba ve enerji fiyatı göz önüne alınarak yapılan hesaptır. Bu yaklaşımda toplam maliyet, 1lm-h ışık üretimi için yapılan lamba ve ışık enerjisi harcaması olmak üzere iki kısımdan oluşur. 1lm-h ışık üretimi için yapılan lamba harcaması; lamba fiyatının lamba ömründe üretilecek toplam ışık enerjisine bölünmesiyle bulunur. Lambanın fiyatı A(TL), gücü P(W), etkinlik faktörü e(lm/w), ömrü T(saat) olmak üzere, birim ışık enerjisi üretimi için lambadan kaynaklanan maliyet F 1 (TL/lm-h); A F l P. et. 22

23 Elektrik enerjisi harcaması; elektrik enerjisi birim fiyatı B(TL/kWh) olmak üzere, birim zamanda (1 saat) lambanın tüketeceği elektrik enerjisi maliyetinin (PB/1000), birim zamanda üreteceği ışık enerjisine (1xPxe) bölünmesiyle bulunur. F e (TL/lm-h); F PB B e 1000(1. P. e) e 1lm-h ışık enerjisi maliyeti: F F l F e A P. et. B e Lambalara İlişkin Ekonomik Hesaplar Yıllık Maliyet Lamba yatırımının yıllık maliyeti göz önüne alınarak yapılan hesaptır. Yıllık yapay (suni) ışık kullanım süresi t(saat), yıllık enflasyon dışı net faiz r/100 olmak üzere, aydınlatmanın lambadan kaynaklanan yıllık maliyeti, M(TL/yıl); M M r A 100 r A 100 At T A T BPt 1000 BP 1000 t Bu ifadenin bir sabit ve bir de yıllık ışık kullanım süresi t ye bağlı kısmı vardır. M nin t ye bağlı değişimi; t=0 da değeri Ar/100 olan bir doğrudur. 23

24 Lambalara İlişkin Ekonomik Hesaplar Işık akısı eşit iki lamba için bu doğrular çizildiğinde doğruların kesiştiği noktaya karşılık gelen t kr süresinden daha kısa yıllık yapay ışık kullanım süresi olan yerlerde ucuz lambanın (Lamba1) kullanılması daha ekonomiktir. Örnek Problem 1 180W gücündeki alçak basınçlı sodyum buharlı lambada gücün %33.8 i 589 nm dalga boylu ışına dönüşmektedir ve spektrumda başka görünen dalga boyu yoktur. 589 nm de spektral duyarlık 0,77 dir. a) Lambanın ışıksal verimi nedir? b) Lambadan çıkacak ışık akısı nedir? c) Balast kaybı hariç lambanın etkinlik faktörünü hesaplayınız. a) Işıksal verim; ışık 780nm 380nm 0 P V d P d 380nm den 780 nm ye kadar sadece 589nm de ışıma olduğundan ve paydadaki ifade lamba gücüne eşit olduğundan, ışık P V P 0,338x180 0, x L 0,26 (%26) 24

25 b) Işık akısı L L K n 0 i 1 K P 0 P V 589 i V i 589 i K 683lm / W 683x0,338x180x0,77x lm 0 c) Balast kaybı hariç etkinlik faktörü e P L ,8lm W L / Örnek Problem 2 Konutlarda elektrik enerjisi fiyatı 0,27TL/kWh, 220V luk 60W lık standart enkandesan lambanın ışık akısı 710 lm, anma ömrü 1000 saattir. Fiyatı 0,55 TL, renk ayrım indisi 100 dür. Şebekeden 14W çeken 11W lık bir kompakt flüoresan lambanın verileri aynı sırayla 660lm, 15000saat, 5,90TL ve 82 dir. Yıllık net faiz %7dir. a) Her iki lamba için yatırım maliyetini ihmal ederek bir lm-h lik ışık enerjisi maliyetini hesaplayınız. b) Bir salonda eşit aydınlık seviyesi sağlamak için 10 adet standart enkandesan lamba veya 11 adet flüoresan lamba gereklidir.standart enkandesan lambanın ekonomik olduğu maksimum yıllık ışık kullanım süresini hesaplayınız. c) Bu salonda mükemmel bir renk ayrımı gereklidir ve yıllık ışık kullanım süresi 110 saattir, hangi lamba seçilmelidir? Neden? 25

26 a) Lambanın fiyatı A(TL), gücü P(W), etkinlik faktörü e(lm/w), ömrü T(saat), elektrik enerjisi birim fiyatı B(TL/kWh) olmak üzere, birim ışık enerjisi üretimi için maliyet F(TL/lm-h) A B A BP F, e P. et e. T P 0,55 0,27x60 5 FE 3,36x10 TL / lm 710x h Kompakt flüoresan lamba gibi kaybı olan ek teçhizatla çalışan tüm lambalarda dikkat edilmesi gereken husus lamba gücünün değil şebekeden çekilen gücün göz önüne alınmasıdır. 5,90 0,27x14 6 F K 6,323x10 TL / lm 660x x660 h b) Yıllık Maliyet M; M r A 100 A T BP 1000 t 10 adet enkandesan lamba için; 7 0,55 0,27x60 M E 10 0,55 t 0,385 0, 1675t adet kompakt flüoresan lamba için; 7 5,90 0,27x14 M K 11 5,90 t 4,543 0, 0459t M E (t) ve M K (t) nin eşit olmasını sağlayan t değeri (t kr ) enkandesan lambanın ekonomik olduğu maksimum yıllık kullanım süresidir. 0,385 0,1675t t kr 34,2saat kr 4,543 0,0459t kr c) Salonda yıllık ışık kullanımı 110 saat olduğundan SEL kullanımı ekonomik değildir ancak daha ekonomik olan kompakt flüoresan lambayla renklerin %82 si ayırt edilebilmektedir yani ihtiyacı karşılamamaktadır. Renklerin %100 ünün ayırt edilebilmesini sağlayan standart enkandesan lamba ekonomik olmamasına rağmen seçilmelidir. 26