GENEL AYDINLATMA TESİSLERİNDE IŞIK KAYNAKLARININ DEĞİŞTİRİLMESİ İÇİN YÖNTEMLER

GENEL A Y D I N L A T M A TESİSLERİNDE

IŞIK K A Y NA K L A RI NI N DEĞİŞTİRİLMESİ İ Çİ N Y ÖNTEMLER

Dr. Jozsef, Horvath

1. GİRİŞ

Genel aydınlatma tesislerinde çalışma güvenliği bazı arı zalar nedeniyle azalabilmesine rağmen, bu tesislerin sü rekli çalışmalarının sağlanmasında ışık kaynağının değiş tirilmesinin önemi büyüktür. Genel aydınlatma tesislerinin en önemli öğeleri, ışık kay nakları, sıklıkla ve rastgele olaylar nedeniyle arızalanan önemli bileşenleridir. Sonuç olarak, bozuk lambaları sis tematik biçimde değiştirmek gereklidir. önceleri ışık kaynağı değiştirme yöntemi yalnızca ça lışma koşulları ile belirlenirdi. Şimdi önalan eğilim bu çalışmaların tutumlu ve elverişli biçimde yapılmasıdır. Trafiğin büyük gelişme göstermesi ve yolların aşırı kala balıklığı önemi artan bir konu olmaktadır. Bu, bazı du rumlarda genel yerlerde çalışmayı olanaksız kılabilir. O nedenle yerel etkileri en az düzeye indirmek zorunlu bir gerek olmaktadır. Genel aydınlatma tesislerinde gaz bo şalımlı lambalara göre enkandesan lambaların rolü, sürek li azalma eğilimi göstermektedir. 2. IŞIK KAYNAKLARININ DEĞİŞTİRİLMESİNİ

ETKİLEYEN TEKNİK FAKTÖRLER Uygun değiştirme yönteminin seçiminde ışık kaynakla rının iki teknik değişkeni önemlidir. Zamana bağlı olan bu değişkenler şunlardır : Işık kaynağının aydınlatma akısının giderek azalması ve lambaların bozulmalarının zamana göre dağılımı.

2.1. Işık Kaynaklarının Aydınlatma Şiddetinin Düşmesi

Tamamen temiz bulundurulan ve gerekli gerilimle bes lemen, bu ideal bir durumdur, bir ışık kaynağını ele ala lım. Bütün bunlara rağmen yanma süresince yayılan ışık akısında düşme gözlenecektir. Bu olaya neden, ışık kay nağının ortamında sürüp gitmekte olan fiziko kimyasal olaydır.

Gaz boşalımlı ışık kaynaklarındaki aydınlatma şiddeti nin düşme grafiği, genelde, aşağıda verilen eksponensiyel bağıntı ile çizilebilir:

bt <p /t / ~ (fi n . e 0/t/ aydınlatma akısının (lumen olarak) zamanın

fonksiyonu olarak değişmesi;

0n

100 saat yanma süresinden sonra aydınlatma

akısı (lumen olarak);

b

103 yanma saatindeki özgül aydınlatma şiddeti

—3

—1

düşüşü (10 de saat )

103 yanma saati ile ilgili (saat olarak) çalışma

süresi

Bazı tıpiK aydınlatma şiddeti düşüş eğrileri Şekil 1 de gösterilmiştir.

Y üksek basınçlı sodyum lambalar

Şekil 1

Doğru biçimde tasarımlanmış genel bir aydınlatma tesi sinde, aydınlatma akısının % 30'unu yitirmiş ancak yan makta olan lambalar ile hiç çalışmayan lambalar arasın da bir ayrım yapılmaması, iki grubun da işe yaramaz ola rak kabul edilmesi gereklidir. Işık kaynaklarının çoğun lukla ömürlerinin; belirli aydınlatma akısı sınırına ulaş madan önceki "aydınlatma ömrü" ile bu sınır geçildikten sonraki "ölü aydınlatma dönemi" olarak iki döneme ay rılmasının nedeni budur.

2.2. Işık Kaynaklarının Bozulması Lambaların ömürlerine ilişkin değişkenler yalnızca ista tistiki olarak incelenebilir ve özellikleri, belirli sayıdaki ışık kaynağı ile ilgili bilgilere bağlı olarak elde edilebilir.

Işık kaynaklarının bozulmaları yıpranmaya bağlı olup merkezi limit dağılımı kuramına uyar. O nedenle bozul

maların dağılım fonksiyonu Gauss Olağan Dağılımı ol makta ve bu kullanılarak yanmalar zamanın bir fonksiyo nu olarak elde edilmektedir, r^ sayıda ışık kaynağı bulu nan bir aydınlatma tesisinde, tesisin verilen bir zaman noktasında çalıştırılmaya başlanıp herhangi bir yanma süresinden sonra, verilen bir zaman noktasında ve herr hangi bir _t^ zamanında, yanmaya devam eden lambaların oranı şu bağıntı ile verilir:

n/t/

r/t/ =

1 F/t/

n/t o/

Burada f/t/ n/t/

ilgili frekansın (sıklığın) fonksiyonu;

t zaman noktasında yanmakta olan lamba sayısı /pes/ ;

n/t = o/ başlangıçta yakılan lamba sayısı /pes/ve

F/t/

normal dağılımın veya arıza olasılığının

fonksiyonu.

İlgili frekans (sıklık) f/t/'nin limit değeri, ışık kaynağı nın yaşam süresi olasılığına eşittir. Şekil 2'de, verilen her hangi bir t^ zaman noktasında çalışan lamba sayısını yani çalışma olasılığını veren (çoğunlukla tükenme eğrisi ola rak bilinen) yaşam fonksiyonu f/t/verilmiştir. Tükenme eğrileri genelde üreticiler tarafından empirik (deneysel) olarak belirlenir ve katologlarına basılır.

Sürekli olağan dağılım için beklenen değer, ışık kaynağı nın /Ta/ ortalama ömrüdür ve bu, şu andaki konumuz i çin en önemli ışık kaynağı değişkenidir. Ortalama ömür aynı anda yakılan lambalardan % 50'sinin bozulmuş,% 50' sinin ise yanıyor olduğu zaman noktasıdır. Işık kaynak larının zamana bağlı ömürlerindeki standart sapma da ö nemli diğer bir değişkendir. Olağan dağılım koşulun da ve kabul edilebilir değer çevresinde, 2 5 çift standart sapma tarafından belirlenen zaman aralığında % 68 arıza bulunmuştur. Öyleyse yaşam fonksiyonunun standart sapması, zaman ekseninin ortalama ömrürr % 16 sağ ve % 84 soluna rastlayan arıza aralıklarına orantılıdır. /Şe kil 2'ye bakın/ Öte yandan standart sapma çoğu kez eş değer faktörü olarak da verilmektedir:

Burada

»16

UF =

. 100

»84

UF eşdeğer faktörü /%/ ;

t 1 6 ve t 8 4 sırasıyla % 16 ve % 84 arızalara rastlayan yanma saatleridir.

Yukarıda tanıtılan değişkenler bilindiğinde, lamba bozul maları veya ömürleri, bilinen veriler olarak varsayılabilir ve ortalama ömür ile eşdeğer faktörüne dayanılarak ilk tasarımlar yapılabilir.

3. IŞIK KAYNAĞININ DEĞİŞTİRİLMESİ İÇİN

uı

YÖNTEMLER

v~\

periyodunda bozuk lam ûaların oranı

Bozuk lambaların değiştirilmesi ve ışık şiddetindeki dü şüşler, ışık kaynaklarının değiştirilme işlemi ile gerçek leştirilir. Işık kaynaklarının değiştirilmesine ilişkin üç ana yöntemin kısa birer özeti aşağıda verilmektedir. As

lında değişik ülkelerde kullanılan yöntemler bu üçünden

birisi veya bunların karışımıdır.

3.1. Işık Kaynağının Tek Tek Değiştirilmesi

Bu en yaygın ve geleneksel yöntemdir. Tek tek değiştir

me, genel bir aydınlatma tesisinde her bir ışık kaynağı

nın bozulduktan sonra değiştirilmesi demektir. Bu bo

\ I"

:^d

iV

*(

|i

I

zukluklar daha önce ae değinildiği gibi (% 68'i 2 5 stan dart sapma aralığında bulunur) ortalama ömür süreleri dolayında olur. Lambalar bozuldukça tek tek değiştiri lirler. Bu yöntem kullanıldığında yalnızca hiç çalışma yan lambalar bozuk kabul edilir, düşük aydınlatma akısı olan lambalar ise çalışıyor olarak sınıflandırılır. Bozuk lambalar tek tek değiştirildiğinde yeni takılanlar, tüken me eğrisi ve standart sapma açısından farklı zamanda ça lışmaya başlarlar.

S ?6> // j

7~'n

Böyle gidildiğinde tesisat değişik yanma zamanları olan ışık kaynakları ile çalışır. Takılan yeni lambalar, bozul

madan az önce veya bu zaman süresi içindeki iki nokta

arasındaki herhangi bir yanma saatinde istatistiki bir da

Şekil 2

ğılım gösterir. Bu verilen herhangi bir At zaman aralığında relativ bozulma sıklığının belirlenebileceği anlamını taşır:

At v= Ta

.100

Burada,

v yanmanın (bozulmanın) relativ sıklığı /%/;

At arzulanan zaman aralığı /saat/ Ta ortalama ömürdür, /saat/

Tek tek değiştirmede zaman sırası, uygulamada, yukarı daki formülün düzenlenmesi ile hesaplanabilir. Bunun için sokak aydınlatmasında izin verilebilen en yüksek arıza oranı alınır, /gerçek gereksinimlere dayanarak 1^=3 10%/. Sonra;

ula At =

Sonuç olarak, belirli sokak veya bölgelere, bozuk.lamba ların değiştirilmesi için hesaplanan At zaman aralığında gidilmesi gerekir. Bu zamanlamaya sadık kalındığında, bozuk lambaların oranının önceden belirlenen en yüksek değeri geçmemesi beklenir. Yanma saatleri olarak veri len değiştirme zamanlama sırasının, yazları kışlara göre daha uzun olan günlük yanma sürelerinin değişmesi ile il gili olduğu dikkate alınmalıdır. Uzun yanma süreleri olan kış aylarında arıza sıklığı, yaz aylarına göre daha yüksek tir. Arızalara müdahale için verilen zaman sırasının gün lük veya haftalık verilmesi ve değiştirme zaman sırasını yıllık olarak gösteren bir diyagram çizilmesi yaygın ola rak kullanılan bir yoldur. Buna bir örnek Şekil 3'de veril mektedir.

Aylara göre yanmış ışık kaynaklarının oranı

tem olup son yirmi yıldır artan bir yaygınlıkla kullanıl maktadır. "Grup değiştirme" deyimi şunları kapsar. Bel li bir yerdeki ışık kaynaklarının belli bir süre çalıştırıl masından sonra bütün ışık kaynaklarının, önceden belir lenen değiştirme zamanında ve çalışma koşullarına ba kılmaksızın /çalışmakta olan lambalar dahil/ gruplar ha linde değiştirilmesi.

Sorun bu grup değiştirmesinin zamanlamasının yapıl masında çıkmaktadır. Basit çözüm, bu zamanın belirlen mesinde yalnız teknik gereklerin dayanak alınmasıdır. Bölüm 2'de değinildiği gibi, ana değişkenler lamba arıza ları ve yayınlanan aydınlatma akısının zamanla azalması dır. Bununla ilgili iki yöntem kullanılmaktadır.

Birinci durumda genel aydınlatma tesisinin belli bir yüz desi olan ışık kaynağının bozuk olacağı kabul edilir. Bu yüzde, aydınlatma mühendisliği dikkate alınarak belirle nir. İzin verilebilecek bozuk ışık kaynağı sayısı, yolun aydınlığına ve uygun aydınlık dağılımındaki azalma tole ransına göre belirlenir. Genelde bu % 10'u geçmez ve % 3'den daha küçük olamaz. Işık kaynaklarının imalatçı tarafından hazırlanan tükenme eğrilerinin /Şekil 2'ye ba kın/ kullanılması, bozuk ışık kaynakları için izin verilen yüzdeye rastlayan yanma sürelerinin okunmasına ola nak verir, bu nedenle de bu süre grup değiştirilmesi için zaman sıralamasını verir. Değiştirme zamanının belirlen mesinde kullanılan diğer bir yöntem de ışık kaynakları nın aydınlatma şiddetlerinin azalmasını temel alır. Bu durumda değiştirme zamanı, ışık kaynağının yayınladığı aydınlatma akısının, başlangıçtaki aydınlatma akısına gö re önceden hesaplanan bir oranda azalmasına kadar ge çen zaman olarak tanımlanır. Işık kaynağı verilen eşik değerine ulaştığında yanma saati aydınlatma şiddeti düş me eğrilerinden okunabilir /Şekil Ve bakın/. Bu zaman noktasında tüm ışık kaynakları periyodik olarak değişti rilmelidir. Grup değiştirme zamanı olarak kabul edilebi lecek eşik değerlerine ilişkin nümerik veriler Tablo 1'de gösterilmiştir.

TABLO 1

Yolun özelliği

İlk aydınlatma akısına bağlı olarak aydınlatma akısı yüzdesi

Motorlu araç ve karayolları

Ay

Sınırlı trafik olan sokak ve caddeler

İkincil ve sakin sokaklar

3.2. Teknik Değişkenlere Bağlı Olarak Grup Değiştirmeleri Grup değiştirmeleri /sistematik değiştirme de denmekte dir/ ışık kaynaklarının değiştirilmesi için başka bir yön

Genel aydınlatma işlerinde sokak aydınlatma düzeyinin azalmasının en önemli sorun olduğu hatırlanmalıdır. Arı zalar ve aydınlatmanın azalması olmak üzere bu düşüşün iki nedeni aynı zamanda dikkate alınmalıdır. Zamanın

herhangi bir jt noktasında, aydınlatma şiddetindeki dü şüş ve lamba arızalarının birleşik etkisi, iki fonksiyonun çarpımı olarak elde edilebilir.

V M • 0 /t/

Bu durumda t>/t/ fonksiyonu aydınlatma akısını ifade edecek biçimde düzenlenmelidir. Yukarıdaki çarpım, ge nel bir aydınlatma tesisinde aynı anda çalışmaya başla yan ışık kaynaklarının ömürlerinin p/t/ tükenme eğrisine bağlı olduğunu ve bu sürede (/>/t/ fonksiyonuna göre aza lan aydınlatma akısı yayınladığı anlamını taşır. Şimdi, Tablo 2'de uluslararası deneylere bağlı olarak kullanılan standart değiştirme zamanları gösterilmektedir. Bu de ğerlerin iyi birer yaklaşık değer olduğu kabul edilmeli ve başkaca hesaplamaların olanaksız olduğu durumlarda kul lanılmalıdır.

relativ yanma süresi 1 0 3 saat

ve

N = A + Sz + M lf>l

A ışık kaynağının kendi fiatı /$/ montaj maliyeti ücretler / $/

M makinaların tutarı / £ /

Bu fonksiyon aşağıda Şekil 4'de gösterilmiştir.

[

TABLO 2

Lamba tipi

Değiştirme zamanı /saat/

Floresan Cıvalı Metal halide Alçak ve yüksek basınçlı sodyum

8,000 8,000 7,000 6,000 8,000

3.3. Teknik ve Ekonomik Elverişliliğe Dayanan grup Değiştirmesi

Grup değiştirmesi süresinin belirlenmesinde kullanılan başka bir yol da optimalizasyon için kullanılan karmaşık teknik ve ekonomik hesaplardır. Hesaplamalarda aydın latma enerji hizmetlerinin maliyet faktörleri dikkate alı nır. Burada temel yaklaşım, elektrik enerjisi tüketim ma liyeti ile doğru orantılı olan ışık enerjisi üretim fiyatla rının zamana göre doğrusal bir artış göstermesi ile, sağla nan ışık enerjisinin, aydınlatma akısı eksponensiyel ola rak azalırken, eksponensiyel azalma düzeyine yükselme sidir. Öyle ise birim maliyet aralığı için her zaman süreç içinde daha az enerji aralıkları meydana gelir. Ek olarak, lamba değiştirme maliyeti /Lamba ömrünü kapsayap/ dikkate alındığında, ışık enerji hizmetinin maliyetini en az düzeye indirecek optimum lamba ömrü belirlenebilir. Optimize edilmesi gereken fonksiyon tüketimin işe ora nıdır:

P/t/.t.p K/t/ =

/0/t/dt

K genel maliyet fonksiyonu /$/ 1m/ ; P ışık kaynağının elektrik gücü ?kW/; P elektrik enerjisinin özgül maliyeti /$/ kWS/; N ışık kaynaklarının değiştirilme bedeli /$/ ;

s

Jâj

Şekil 4

Eğrinin minimum noktası matematiksel olarak hesapla nabilir. Fonksiyonun diferansiyeli alınıp

—• ''

= o biçiminde yazıldıktan sonra aşağıdaki tran sendental denklem elde edilir:

1 e = b e /t + D/

D=

•İV

P.p. 103

Bu D formülünde payda 1000 saatlik yanma süresinde tü ketilen toplam elektrik enerjisinin bedelini /$/, pay ise ışık kaynağı değiştirilmesinin toplam bedelini göstermek tedir. Optimum ömür, tOpt, Newton seri yaklaşımı kulla nılarak, transendental denklemden elde edilebilir. Para metrik eğri seti kullanıldığında, yukarıdaki hesaplara ge rek kalmaz. Transendental denklem D'ye göre düzenlenir ve b değişken olarak kabul edilirse, değişik D değerleri için tOpf değeri elde edilebilir. Bu değerler kullanıla ra.k çizilen eğriler aşağıda gösterilmiştir (Şekil 5).

Şekil 5 kullanıldığında izlenecek yol basittir. Işık kayna ğının değiştirilme maliyetinin 1000 saatlik elektrik ener jisi bedeline oranı olan D değeri, rayiç bedellere göre he saplanır. Sonra, imalatçı katoloğu kullanılarak, 1000 sa atteki ortalama aydınlatma şiddetindeki azalma saptanır ve b faktörünün değeri bulunur. D'ye rastlayan en elve rişli değiştirme zamanı, b_ faktörüne ilişkin eğriden ko layca okunur. /Gerektiğinde eğriler arasında enterpolas yon kullanılır./

I fO

/I

/ /;

'£

¥

y

—*.

,—•— —

û

Şekil 5

Bu biçimde hesaplanan grup halinde lamba değiştirilme sürelerinde, sağlanan ışık enerjisi birim fiyatı en az değer de olur. Bu yöntem yalnızca, maliyetin en az olduğunda, bozuk lamba oranının, ışık kaynaklarının bozulmalarına ilişkin izin verilen istatistik! tolerans sınırları /% 3 10/ içinde kaldığı zaman yararlıdır. Bu, genelde 100 yanma saatinde bozulan ışık kaynaklarının belirlenmesini gerek tirir. Bunu yapmanın en basit yolu, grup değiştirmesin den 100 saat sonra bir kontrol yapmak ve varsa bozuk o lanları değiştirmektir. Bu yöntemin kullanılmasında, eş değer faktörünün /UF/ % 60'ına rastlayan tükenme eğri sinin standart sapmasında 8 =% 25'e izin verilir, öte yandan, bu yöntem kullanıldığında, ortalama ömrün sonuna kadar elde edilebilecek ışık enerjisinin /tek tek değiştirmelerde tamamen bozulma/ % 60'ının kullanıldı ğını hatırlamak gerekir. Ancak optimum değiştirme sü resinden sonra ışık kaynaklarının ekonomik çalıştırıl mamaları nedeniyle, ışık enerjisinin % 40'ının, görünüşte de olsa kaybolması /teknik açıdan kabul edilebilir olma sına rağmen/ ek bir zaman aralığından sonra /"ölü ışık döneminde"/ yanmalarını teknik nedenlerle kabul edile

mez kılar. Böylece grup değiştirme uygulaması akılcı bir yöntem olmaktadır.

Grup değiştirme yönteminin kullanılmasında bir nokta daha hatırlanmak durumundadır. Ekonomik değiştirme zamanı topt ortalama ömür Ta'ya yakın çıkabilir, bu du rum basınçlı gaz ışık kaynaklarının karakteristik bir özel liğidir. Bununla ilgili maliyet durumu Şekil 4'de gösteril miştir. Grup değiştirme işleminin, özgül bir maliyet için tek tek değiştirmenin yapılacağı Ta zamanına eşit, Ta zamanında yapılabileceği açıkça görülür. Böylece, bozul malar için izin verilen oran nedeniyle, topt ve Ta aralığı na rastlayan ve optimum zamandan önce yapılan grup değiştirmelerinin özgül maliyeti, tek tek değiştirmeden daha ucuz olur. Bu ise ekonomik ve teknik gereklere da yalı grup değiştirmelerini önermemizin başka bir nedeni dir.

4. GRUP DEĞİŞTİRMELERİ İÇİN EK AÇIKLAMALAR

Grup değiştirmelerinde sokakların ortalama aydınlatma seviyelerinin düşmesine ve trafik güvenliğinin azalmasına neden olacak bir bölüm ışık kaynağının tesiste bir süre kalabileceği daha önce belirtilmişti. Bu nedenle, grup de ğiştirmesi uygulaması öngörülen durumlarda, tasarım ya pılırken genel aydınlatma seviyelerinin bir güvenlik fak törü ile yükseltilmesi uygun olacaktır.

öte yandan hangi değiştirme yöntemi kullanılırsa kulla nılsın, genel aydınlatma tesislerinin periyodik denetimi ihmal edilmemelidir. Bu denetimin amacı, kaza sonucu oluşan hasarların saptanması, görünen arızaların saptan ması ve onarım için bilgi edinilmesidir.

Düşük bir olasılık olmasına rağmen, izin verilen oran için de kalan bozuk lambalar birbirine yakın düşerek kabul edilemiyecek bir dağılım bozukluğu oluşturabilir. Bu da denetimin ihmal edilmemesi için önemli bir neden olup, bu durumda yapılacak olan ani müdahaledir. Sonuç ola rak grup değiştirmesi, toplam maliyet açısından, tek tek değiştirmeye göre her zaman daha pahalıdır. Buna rağ men, birim ışık enerjisi /I klmh/ özgül maliyeti dikkate alındığında, grup değiştirmesi daha ekonomik olmakta dır. Genel aydınlatma tesisinin amacı ışık sağlamak oldu ğundan, çalışması ve etkileri, sağladığı ışık ve yapılacak masraf açısından değerlendirilebilir. Böyle olduğunda, halen yanıyor olmasına rağmen aydınlatma şiddeti a zalması nedeniyle "ölü ışık dönemine" giren ışık kay naklarının değiştirilmesini de kapsayan, grup değiştirme leri ile değişik özellikte ve yüksek düzeyde genel bakım sağlanabilir. Bütün bunlar dikkate alındığında, yüksek düzeyde bir genel aydınlatma hizmetinin, teknik ve eko nomik elverişliliğe dayanan grup değiştirmesi yöntemi ile sağlanacağı kanısındayız. Sürekli artan trafiğin güven liği için genel aydınlatmanın bu yüksek düzeyde olması gerekmektedir.