Η χρήση των φωτο-διόδων (leds) στον σύγχρονο αρχιτεκτονικό φωτισμό

Οι πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις στο τομέα των LEDs και των ηλεκτρονικών γενικότερα έχουν συμβάλλει αποφασιστικά στην ολοένα και αυξανόμενη χρήση των νέων αυτών πηγών φωτισμού όχι μόνο σε φωτεινές ενδείξεις αλλά και σε ευφάνταστες εφαρμογές αρχιτεκτονικού φωτισμού. Σήμερα και στη χώρα μας δεν είναι λίγες οι εγκαταστάσεις φωτισμού κυρίως εξωτερικών χώρων που χρησιμοποιούν πρωτίστως μπλε αλλά και πράσινα, κόκκινα και κίτρινα LEDs. Αν ρίξει κανείς μια πιο προσεκτική ματιά στα φωτιστικά αυτά, που συνήθως είναι χωνευτά είτε στο έδαφος είτε σε κάποιο τοίχο, θα παρατηρήσει ότι η φωτεινή πηγή δεν είναι ένας συμβατικός λαμπτήρας πυράκτωσης ή εκκένωσης αερίων αλλά περιέχει μια σειρά από πολύ μικρά φωτεινά σημεία διατεταγμένα άλλοτε σε κυκλική και άλλοτε σε ευθύγραμμη μορφή.

Για το φωτισμό του Apollo Victoria Theatre χρησιμοποιήθηκαν LEDs τέλεια ενσωματωμένα στην αρχιτεκτονική του θεάτρου για να προσφέρουν τη ζητούμενη πανδαισία χρωμάτων.(Lighting Design: Hoare Lee Lighting)

Σταθερές και ευέλικτες διατάξεις LEDs.

Τα LEDs είναι μικρές ηλεκτρονικές διατάξεις ημιαγωγών που όταν ενεργοποιούνται από ηλεκτρικό ρεύμα χαμηλής τάσης παράγουν φως σε ένα περιορισμένο τμήμα του ορατού φάσματος, σε κόκκινο, πράσινο, κίτρινο και μπλε χρώμα.Αρχικά παρουσιάστηκαν στις αρχές της δεκαετίας του 1970 και χρησιμοποιήθηκαν στις φωτεινές ενδείξεις των ηλεκτρικών και ηλεκτρονικών συσκευών, στα ταμπλό και στα stop φώτα των αυτοκινήτων, στο φωτισμό ασφαλείας των αεροσκαφών, στους φωτεινούς σηματοδότες των δρόμων και στις φωτεινές πληροφοριακές ή διαφημιστικές πινακίδες.

Τα κύρια χαρακτηριστικά των LEDs που παρουσιάζονται στη συνέχεια αποτελούν ταυτόχρονα μια πλήρη λίστα των πλεονεκτημάτων των νέων αυτών πηγών φωτισμού:

• Μεγάλη διάρκεια ζωής (αρχικά ειπώθηκε ότι είναι 100,000 ώρες αλλά η πρόσφατη εμπειρία μας από τη λειτουργία των LEDs σε πραγματικές και όχι εργαστηριακές συνθήκες έδειξε ότι η διάρκεια ζωής τους ποικίλλει ανάλογα με το χρώμα τους και ρεαλιστικά είναι γύρω στις 50,000 ώρες).

• Χαμηλό κόστος συντήρησης.

• Μικρό μέγεθος (μικρότερο από 5 χιλιοστά).

• Εξαιρετικά χαμηλή κατανάλωση ενέργειας.

• Σταθερότητα χρώματος καθ’ολη τη διάρκεια ζωής του ηλεκτρονικού συστήματος.

• Δυνατότητα κατεύθυνσης της φωτεινής δέσμης, χωρίς τη χρήση ανακλαστήρων, κάτι που διευκολύνει τη χρήση τους για φωτισμό ανάδειξης.

• Παραγωγή φωτός χωρίς υπεριώδη (UV) ή υπέρυθρη (IR) ακτινοβολία.

• Ευκολία φωτορύθμισης και έλεγχου.

• Δυνατότητα μίξης χρωμάτων για την παραγωγή ενδιάμεσων αποχρώσεων και άλλων εφε με χρήση χρώματος.

Σταθερές και ευέλικτες διατάξεις LEDs.

Μέχρι πρόσφατα η χρησιμοποίηση των LEDs σε εφαρμογές αρχιτεκτονικού φωτισμού υπήρξε περιορισμένη, κυρίως για το διακοσμητικό φωτισμό εξωτερικών χωρων ως ‘marker lights’, εξαιτίας τόσο της χαμηλής φωτεινής τους απόδοσης όσο και της δυσκολίας παραγωγής ‘λευκού’ φωτός. Η αξιοσημείωτη ομως πρόοδος που επιτεύχθηκε τα τελευταία χρόνια στη τεχνολογία των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων και των LEDs κατάφερε με επιτυχία να προσφέρει LEDs που εκπέμπουν ‘λευκό’ φως και έχουν ικανοποιητική φωτεινή απόδοση. Η παραγωγή ‘λευκού’ φωτός επιτυγχάνεται κυρίως με το συνδυασμό μπλε (InGan) LEDs με επιστρώσεις από φωσφόρο αλλά και με μικρότερη επιτυχία, με τη μίξη κόκκινου, πράσινου και μπλε LEDs που στις κατάλληλες αναλογίες παράγουν ‘λευκό’ φως. Το παραγόμενο με τον πρώτο τρόπο λευκό φως έχει θερμοκρασία χρώματος περίπου 7,000 με 8,0000Κ και θα μπορούσε να περιγράφει ως ψυχρό. Ένα ζεστότερο λευκό φως μπορεί να παραχθεί με το δεύτερο τρόπο και με τη χρήση ενός αδιαφανούς γυάλινου δίσκο που διαχέει το φως πάνω από LEDs. Τα πρώτα LEDs με λευκό φως έχουν ισχύ 1W, φωτεινή απόδοση 15- 20 lumens per watt, θερμοκρασία χρώματος 4000Κ και δείκτη χρωματικής απόδοσης (CRI) 65. Πρόσφατα, η εταιρία Lumileds ανακοίνωσε ότι μέσα στο 2003 θα παρουσιάσει ένα νέο ‘λευκό’ LED πολύ υψηλής φωτεινής απόδοσης (Luxeon V, 5W, 120 lumens) με διάρκεια ζωής 50.000 ώρες.

Σταθερές και ευέλικτες διατάξεις LEDs.

Τα LEDs με κατευθυνόμενη στενή δέσμη 4ο με χρήση φακών μπορούν να χρησιμοποιηθούν για το φωτισμό ανάδειξης αντικειμένων και αρχιτεκτονικών στοιχείων.

Από την ίδια εταιρία ανακοινώθηκε μια νέα έκδοση LED με εκπομπή φωτός από τα πλάγια, κάτι που θα επιτρέψει τη χρήση του σε συμβατικά φωτιστικά με ανακλαστήρες αλλά και το φωτισμό μεγάλων αδιαφανών επιφανειών. Τα νέα αυτά LEDs έχουν ήδη χρησιμοποιηθεί σε ποίκιλλες εφαρμογές αρχιτεκτονικού φωτισμού για έμμεσο φωτισμό, για φωτισμό ανάδειξης αντικειμένων ή γυάλινων επιφανειών, για δυναμικό φωτισμό με εναλλαγή χρωμάτων και για το φωτισμό προθηκών. Οι νέες αυτές τεχνολογίες προσφέρουν στους μελετητές φωτισμού και στους αρχιτέκτονες ένα δυναμικό εργαλείο που όχι μόνο τους επιτρέπει για πρώτη φορά να δημιουργήσουν μοναδικά φωτιστικά εφέ αλλά και εξασφαλίζει εγκαταστάσεις φωτισμού όπου τα φωτιστικά έχουν μικρό μέγεθος, μεγάλη διάρκεια ζωής, απαιτούν σχεδόν μηδενική συντήρηση αφού δεν υπάρχουν πλέον λαμπτήρες που θα πρέπει να αλλαχτούν, καταναλώνουν ελάχιστη ενέργεια και προσφέρονται σε σχήματα και χρώματα όχι μόνο πέρα από κάθε φαντασία αλλά και κατά παραγγελία. Επιπλέον, με δεδομένη την ευελιξία στο σχήμα τους, μπορούν διακριτικά να ενσωματωθούν στην αρχιτεκτονική ενός κτιρίου όπως για παράδειγμα σε προσόψεις ή για το φωτισμό μεγάλων γυάλινων επιφανειών ή πλαστικών πλαισίων.

Η τεχνολογία στις νέες πηγές φωτισμού ακολουθεί σε ρυθμούς τις ταχύτατες εξελίξεις στην τεχνολογία των ηλεκτρονικών συστημάτων.

Θα πρέπει εδώ να υπογραμμισθεί ότι μιλάμε για ένα τελείως νέο τρόπο παραγωγής φωτός από ένα ηλεκτρονικό πλέον σύστημα που περιλαμβάνει ένα μεγάλο ή μικρό αριθμό φωτεινών πηγών (LEDs), τα αντίστοιχα φωτιστικά που είναι ειδικά κατασκευασμένα για τις πηγές αυτές και τα συστήματα ελέγχου τους.

Η δυνατότητα του ελέγχου και προγραμματισμού των φωτιστικών αυτών από έναν μικρό-επεξεργαστή επιτρέπει όχι μόνο τη δημιουργία σκηνών φωτισμού όπου η ένταση του φωτισμού μπορεί να αυξομειώνεται αλλά και τη δημιουργία μυριάδων χρωμάτων και αποχρώσεων με την προσθετική μίξη των βασικών χρωμάτων. Ένα πρόσφατο παράδειγμα τέτοιας εγκατάστασης έγινε στο θέατρο Apollo Victoria στην Αγγλία όπου 3.500 συμβατικοί λαμπτήρες πυράκτωσης αντικαταστάθηκαν από 987 τέλεια ενσωματωμένα στην αρχιτεκτονική του χώρου, φωτιστικά που περιέχουν 85.000 έγχρωμα LEDs και ελέγχονται από 643 κανάλια DMX, τα οποία δημιουργούν μια πανδαισία χρωμάτων με εξαιρετικά χαμηλό κόστος κατανάλωσης ενέργειας και συντήρησης.

Στο κοντινό μέλλον και καθώς η φωτεινή απόδοση των LEDs θα αυξάνεται ολοένα και περισσότερο, η φωτεινή απόδοση ανά μονάδα επιφάνειας των φωτιστικών σωμάτων θα αυξάνεται εξίσου δραματικά. Το γεγονός ότι η φωτεινή πηγή δεν είναι πλέον μια αλλά πολλές και συχνά διαφορετικού χρώματος και ότι για το καθορισμό της κατεύθυνσης της φωτεινής δέσμης δεν απαιτούνται πλέον ανακλαστήρες, προσφέρει νέο πεδίο για ερευνά και σχεδιασμό για τη βιομηχανία κατασκευής φωτιστικών.

Άποψη της εντυπωσιακής εγκατάστασης φωτισμού στην Finsbury Avenue Square στο Λονδίνο όπου 650 IP68 φωτιστικά με 100,000 RGB LEDs, ελεγχόμενα από σύστημα DMX, προσφέρουν τη δυνατότητα εναλλαγής αμέτρητων χρωμάτων.(Architect: SOM, Lighting Design: MBLD)

Τα φωτιστικά μπορούν πλέον να έχουν οποιοδήποτε σχήμα και να ενσωματώνονται στη δομή ενός κτιρίου. Η παντελής έλλειψη εκπομπής UV ακτινοβολίας μειώνει το κίνδυνο αλλοίωσης των πλαστικών μερών τους. Επίσης, σημαντική επίδραση στο σχεδιασμό νέων φωτιστικών έχει η ικανότητα των LEDs να εκπέμπουν φως προς οποιαδήποτε επιθυμητή κατεύθυνση. Αυτό σημαίνει ότι μια σειρά από LEDs μπορεί να σχεδιαστεί και να κατασκευαστεί για το φωτισμό ανάδειξης και προβολής συγκεκριμένων αντικειμένων όπως για παράδειγμα έργων τέχνης σε ένα μουσείο ή εμπορευμάτων σε ένα κατάστημα, χωρίς τη χρήση ογκωδών ανακλαστήρων.

Finsbury Avenue Square στο Λονδίνο

Όπως όλες οι νέες τεχνολογίες έτσι και τα LEDs έχουν προβληθεί ως η ιδανική λύση για όλα τα τρέχοντα προβλήματα φωτισμού όπως για παράδειγμα το υψηλό κόστος κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας και συντήρησης των συμβατικών εγκαταστάσεων φωτισμού, την αξιοπιστία τους, τη διάρκεια ζωής των φωτεινών πηγών, την εκπομπή υπεριώδους ακτινοβολίας κλπ.

Είναι γεγονός ότι η νέα αυτή τεχνολογία προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα και παρουσιάζει εξαιρετική δυναμική για περαιτέρω εξέλιξη στο κοντινό μέλλον κάτι που κάνει τη χρήση της εξαιρετικά δελεαστική. Από την άλλη πλευρά, υπάρχουν αρκετοί μελετητές φωτισμού που είναι επιφυλακτικοί στη χρήση των νέων αυτών τεχνολογιών για μια σειρά από λόγους που αναφέρονται στη συνέχεια.

Finsbury Avenue Square στο Λονδίνο

Αρχικά υπάρχει το θέμα της ταχύτητας ανάπτυξης των νέων τεχνολογιών. Όπως σε όλους τους τομείς της βιομηχανίας ηλεκτρονικών ο ρυθμός ανάπτυξης είναι εξαιρετικά ταχύς εάν συγκριθεί με το χρόνο σχεδιασμού και ανέγερσης ενός κτιρίου.Με δεδομένο ότι ένα εύλογο χρονικό διάστημα από το σχεδιασμό ενός κτιρίου μέχρι την ολοκλήρωση του είναι περίπου 2-3 χρόνια, τίθεται το ερώτημα του πως μπορούμε να προδιαγράψουμε σήμερα ένα σύστημα φωτισμού το οποίο θα είναι εκτός της τρέχουσας τεχνολογίας πριν καλά καλά ολοκληρωθεί η εγκατάσταση του. Όπως αναφέρθηκε και πιο πάνω θα πρέπει να γίνει κατανοητό ότι αναφερόμαστε σε ένα σύστημα ηλεκτρονικών με αρκετά επιμέρους εξαρτήματα. Και εάν υποτεθεί ότι η διάρκεια ζωής των LEDs είναι όντως 100,000 ώρες τι συμβαίνει με τα υπόλοιπα μέρη του συστήματος και ειδικά με τα συστήματα ελέγχου και τροφοδοσίας? Αυτά θα πρέπει να έχουν αντίστοιχη διάρκεια ζωής και αξιόπιστη απόδοση. Θα πρέπει επίσης να τεθεί το ερώτημα αν πραγματικά χρειαζόμαστε συστήματα φωτισμού με διάρκεια ζωής 100,000 ώρες όταν η διάρκεια ζωής μιας εγκατάστασης αρχιτεκτονικού φωτισμού είναι 5 - 10 χρόνια σε κτίρια γραφείων, εμπορικά κέντρα, μουσεία και σημαντικά μικρότερη για ξενοδοχεία, εμπορικά καταστήματα κλπ.

Εντυπωσιακή εγκατάσταση φωτισμού με LEDs στην πρόσοψη του εμπορικού κέντρου Galleria Fashion Mall στη Seoul.(Lighting Design: Arup Lighting)

Η χαμηλή θερμοκρασία λειτουργίας είναι ένα ακόμα σημαντικό πλεονέκτημα των LEDs. Η θερμότητα δημιουργείται από τη διαδικασία της μετατροπής του ηλεκτρικού ρεύματος σε ορατή ακτινοβολία στο chip του LED. Το θέμα είναι ότι θερμοκρασίες λειτουργίας των εξαρτημάτων θα πρέπει να είναι εξίσου χαμηλές, σίγουρα πολύ κάτω από 100ο C στο chip, για τη διατήρηση της διάρκειας ζωής του συστήματος.

Έτσι ενώ σήμερα έχουμε στη διάθεση μας μια παρά πολύ μικρή πηγή φωτός με περιορισμένη φωτεινή απόδοση, καθώς η απόδοση αυτή θα αυξάνεται στο μέλλον, κάτι που θα κάνει τα LEDs κατάλληλα για εφαρμογές γενικού φωτισμού, θα χρειαστούμε τρόπους απορρόφησης της παραγόμενης θερμότητας και επομένως μεγαλύτερα φωτιστικά.

Η πλειοψηφία των προαναφερθέντων θεμάτων αποτελούν στην ουσία προκλήσεις για τη βιομηχανία φωτισμού. Όλοι οι μεγάλοι κατασκευαστές λαμπτήρων (OSRAM, PHILIPS, GE) έχουν ήδη συνάψει συμφωνίες με κατασκευαστές ηλεκτρονικών εξαρτημάτων σε μια προσπάθεια αξιοποίησης των νέων τεχνολογιών.

Galleria Fashion Mall στη Seoul.(Lighting Design: Arup Lighting)

Είναι αλήθεια ότι οι νέες αυτές τεχνολογίες έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα αλλά είναι μόλις στην αρχή τους και χρειάζονται χρόνο για να αποδείξουν την αξιοπιστία τους και την ικανότητα τους να προσφέρουν λύσεις.

Η επιτυχία των LEDs εξαρτάται από τη ταχύτητα που η βιομηχανία φωτισμού θα αντιδράσει στις νέες τεχνολογίες και θα επιτρέψει να εκπληρώσουν τις υποσχέσεις τους. Όσο για τις δυνατότητες των νέων αυτών τεχνολογιών, αυτές περιορίζονται μόνο από τη φαντασία των μελετητών φωτισμού και των αρχιτεκτόνων.

To μικρό μέγεθος και η ευελιξία των LEDs επιτρέπει τη διακριτική ενσωμάτωση τους στην αρχιτεκτονική κάθε εσωτερικού ή εξωτερικού χώρου.(Lumiere - Paris, Lighting Design: LDI)

Θεόδωρος Δ. Κοντορήγας BSc MBA MSc
Μελετητής Αρχιτεκτονικού Φωτισμού
Μέλος IALD, ELDA, Society of Light & Lighting