LED VE KONVANSİYONEL IŞIK KAYNAKLI YOL AYDINLATMA ARMATÜRLERİNİN IŞIKSAL, ELEKTRİKSEL VE EKONOMİK AÇIDAN İNCELENMESİ

Tez Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye

Tez Danışmanı: Dr. Öğr. Üyesi Adem Ünal

Tezin Onay Tarihi: 2018

Tezin Dili: Türkçe

Desteklendiği Program: Diğer

Özet:

Günümüzde, artan enerji tüketimine bağlı olarak fosil yakıtlar azalmakta, küresel ısınma ve karbon emisyonları giderek artmaktadır. Bu nedenle enerji verimliliği ve enerji tasarrufu alanında yapılan çalışmalar önem kazanmaktadır. Aydınlatmanın dünyada elektrik enerjisinin önemli bir tüketim alanı olmasından dolayı, bu alandaki enerji verimliliği iyileştirmeleri toplam enerji tüketiminde belirgin azalmalara neden olabilecek potansiyeldedir. Aydınlatma alanında da gelişen teknolojiye paralel olarak yeni nesil ürünler ortaya çıkmakta ve mevcut sistemlerde iyileştirmeler yapılmaktadır.

Gelişmekte olan bir toplum, ilerleyen teknoloji ve artan enerji tüketimiyle birlikte trafik yükü de giderek artmaktadır. Trafik, gündüz saatlerinin yanı sıra gün ışığından yararlanamadığımız gece saatlerinde de oldukça yoğun bir şekilde devam etmektedir. Gündüzleri gün ışığından yararlandığımız ortamlarda, gece yeterli ve uygun bir aydınlatmanın yapılması oldukça önemlidir. Gece meydana gelen kazaların büyük bir kısmı yetersiz aydınlatmadan kaynaklı görme problemlerinden meydana gelmektedir. Bu nedenle trafik kazalarının azaltılması, sürücü konforunun ve sürüş güvenliğinin sağlanması için optimum yol aydınlatmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Optimum yol aydınlatmasının ekonomik açıdan değerlendirilmesi yanında, görüş performansını etkileyen yol yüzeyi yansıtma özelliklerinin de farklı koşullar altında incelenmesi önemlidir.

Her aydınlatmada olduğu gibi yol aydınlatmasında da kullanılacak ortama en uygun ışık kaynağının ve armatürün seçilmesi oldukça önemlidir. Işık kaynağının nihai ışık çıktısı, ışık dağılım eğrisi, tasarım hesapları, renksel geriverimi, renk sıcaklığı vb. etkenler dikkate alınmadan yapılan aydınlatmalarda sürücünün görüş alanı içerisinde sürüş konforunu ve güvenliğini olumsuz yönde etkileyecek durumların ortaya çıkması kaçınılmaz olmaktadır. Yağmur ve sis gibi hava koşullarında ve ayrıca yüksek ve düşük aydınlık düzeyinde ışık kaynaklarının yol yüzeylerinde oluşturdukları parıltı dağılımı, ortalama parıltı düzgünlüğü ve görülebilirlik gibi değerler değişiklik göstermektedir. Bu nedenle bu koşullar için her bir armatür ve ışık kaynağı ışık kalitesi açısından incelenerek her bir ortam için uygun yol aydınlatma armatürlerinin belirlenmesi gerekmektedir.

Bu tez çalışmasında, Işık Yayan Diyot (LED) ve konvansiyonel ışık kaynaklı yol aydınlatma armatürleri (Yüksek Basınçlı Sodyum Buharlı (YBSB) ve Metal Halide (MH)) farklı koşullar altında ışıksal, elektriksel ve ekonomik açıdan incelenmiştir.

Işıksal olarak, konvansiyonel ışık kaynakları ve farklı spektrumlara sahip LED ışık kaynaklarının yol kaplamalarının yansıma özellikleri üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bu etkiler yüksek ve düşük aydınlık düzeyinde ve yağmurlu ve sisli hava koşullarında incelenmiş olup her bir kaplama türü için ışıksal açıdan en uygun spektrumlar ortaya konulmuştur. Ayrıca yol aydınlatmasında kullanılan spektrumların değişen sis yoğunluğunda geçirgenlikleri incelenmiş ve bu hava koşullarında farklı spektrumlar altında sisin hedef görülebilirliği üzerine etkisi, kullanıcı tercihli testler neticesinde ortaya konulmuştur. Sonuçlar, agregaların renginin, açıklık ve koyuluğunun kaplamaların yansıtma özellikleri üzerine önemli bir etkisinin olduğunu göstermiştir. Ölçülen kaplamaların çoğunda spektral bağıl yansıma, kısa dalga boylarına göre uzun dalga boylarında daha yüksek çıkmıştır. Farklı renk sıcaklığı (CCT) ve renksel geriverime (CRI) sahip LED spektrumlarında yansıma özellikleri üzerine etkili olduğu görülmüştür. Ayrıca, değişen hava koşullarında ve aydınlık düzeyi seviyelerinde kaplamalar üzerindeki parıltı değişim oranlarının spektrumlara göre değiştiği görülmüştür. Sisli hava koşullarında da spektrumların geçirgenliklerinin birbirinden farklı olduğu ve kullanıcıların bu koşullarda cisimlere verdiği tepki sürelerinin renk ve spektruma göre değiştiği görülmüştür.

Elektriksel olarak, LED ve konvansiyonel ışık kaynaklı yol aydınlatma armatürlerinin farklı durumlar için güç, güç faktörü ve harmonik ölçümleri yapılmış ve elde edilen sonuçlar yol aydınlatma teknik şartnameleri ve standartlar açısından karşılaştırılarak ortaya konulmuştur. Sonuç olarak, çeşitli firmalardan temin edilen farklı yol aydınlatma sınıflarına ait konvansiyonel armatürlerde aynı ışık kaynağı kullanılması durumunda, harmonik bileşenleri ve Toplam Harmonik Distorsiyon değerleri (THD) birbirinden farklı değerlere sahip olup standartlarda belirtilen limit değerleri aştığı görülmüştür. Benzer şekilde aynı armatürde aynı teknolojiye sahip farklı ışık kaynaklarının kullanılması harmonik değerlerini değiştirmektedir. LED armatürlerde ise her ne kadar harmonik bileşen değerleri limit değerleri sağlamış olsa da, hiçbir LED armatür THD değeri TEDAŞ şartnamesinde belirtilen limit değeri sağlamadığı görülmüştür.

Ekonomik olarak, ilk önce mevcut bir yol aydınlatmasında YBSB ve MH ışık kaynaklı armatürlerin LED armatürler ile değiştirilmesi durumunda enerji maliyetleri karşılaştırılarak analiz edilmiştir. İkinci olarak, tüm maliyetler (kurulum, enerji ve bakım maliyetleri) ve hurda değerleri dikkate alınarak LED ve konvansiyonel armatürlerin ömür maliyet etkinlikleri incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. Sonuç olarak, M2 yol aydınlatma sınıfında LED armatürlerin YBSB ve MH armatürlerle değiştirilmesi durumunda sırasıyla %36,6 ve %51,1 oranında enerji tasarrufu sağlandığı görülmüştür. Ayrıca geri dönüşüm sürelerinin de sırasıyla 13,4 ve 9,3 yıl olduğu belirlenmiştir. LED ve konvansiyonel armatürler için yapılan ömür maliyet analizleri göstermiştir ki, M2 yol sınıfı için LED ve YBSB armatürlerin toplam maliyetleri hemen hemen aynı iken MH armatürün toplam maliyeti diğerlerinden daha yüksek olmaktadır. M1 yol sınıfı için ise LED armatürün toplam maliyetinin konvansiyonel armatürlerin her ikisinden de daha yüksek olduğu görülmüştür.