Budapest is sárga lehet még az űrből, nemcsak Berlin keleti fele

Műholdas felvételeken világosan kirajzolódik a hajdani berlini fal vonala, ugyanis a város nyugati részének közvilágítása vakító fehéren fénylik, míg a keleti sárgás fényt áraszt. Erről eszembe jutott, hogy a nyolcvanas évektől hazánk is sárgába borult, amiből máig sem nagyon sikerült kikeverednünk, jóllehet azóta valóságos forradalom zajlott le a világítástechnikában. Az ennek kapcsán felmerült kérdéseimmel világítástechnikai szakértőhöz, Poppe András egyetemi tanárhoz, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Elektronikus Eszközök tanszékének vezetőjéhez fordultam.

A képhez kapcsolódó írás arról is szólt, hogy a nyugat-berlini világítótestek nemcsak világosabb fényt adtak, ami ugye a közvilágítás alapvető igénye, de olcsóbbak és korszerűbbek is voltak, kevesebb karbantartást igényeltek, sőt a környezet szempontjából is előnyösebbek, mint a sötétebb fényt adó sárgás nátriumgőz lámpák.

Ezek a nátriumlámpák a hetvenes évek végén, nyolcvanas évek elején váltották fel a korábbi higanygőz lámpatesteket, azok pedig a még korábbi fénycsöves megoldásokat – magyarázza Poppe professzor, aki azonban hozzáteszi, Németországban, különösen a vidéki településeken még ma is találkozhatunk akár fénycsövekkel is.

A Tungsram ontotta a nátriumlámpákat

Az alacsony nyomású nátriumlámpákat először egyébként Angliában és a Benelux országokban kezdtek használni, mondja Poppe András, aki emlékeztet, az iskolai kémia órákon akkor látjuk ezt a sárga fényt, ha sót szór a tanár a lángba. A magas nyomású nátriumlámpa később jelent meg és a Tungsram élen járt ezek fejlesztésében és gyártásában.

A nyolcvanas években, jórészt a magyar cég tömegtermelésének köszönhetően, lassan az egész Magyarország besárgult. Eközben a fényforrás ipar tovább fejlődött. A korábban elterjedt, hideg kékes fényű higanygőz lámpának sem a fényhasznosítása, sem a színvisszaadása nem volt megfelelő, ezért olyan halogenid vegyületeket vittek a kisülési térbe, amelyekkel kiegyenlítettebb fehér fényt lehetett előállítani. Ezek lettek a fémhalogéngőz lámpák. Ilyenek világítanak például ma is a budapesti Szabadság-híd útpályája fölött.

A gázkisüléses lámpákat gázzal, fémgőzzel, vagy ezek keverékével töltik meg, amely a benne létrehozott elektromos kisülés hatására világít. Az áramot az elektromos kisülés hatására ionizálódó gáztér vezeti. A kisülési tér gerjesztett atomjai nyugalmi állapotba való visszatérésük során a rájuk jellemző hullámhosszon UV, vagy látható fényt bocsátanak ki. A higanygőz lámpa üvegbúrájában higany, a nátriumlámpában nátrium gőzével elegyítenek egy nemesgázt, például az argont, s egy nagyfeszültségű impulzus hatására az itt lévő két elektród között jön létre a kisülés. Vannak kisnyomású és magas nyomású lámpák, az előbbinél a ballonon belüli nyomás töredéke a külső nyomásnak, a második típusnál körülbelül megfelel a légkörinek.

Ezután jöttek a LED-ek, vagyis a világító diódák, amelyek a 2014-ben fizikai Nobel-díjban is részesült japán kutatóknak köszönhető technológiai újítás révén váltak alkalmassá világítástechnikai felhasználásra. Mára uralkodóvá váltak az úgynevezett fényporos fehér LED-ek, amelyeknek az alapját a már említett, Nobel-díjas félvezető-technológiai eredményeken alapuló kék fényt kibocsátó LED-ek jelentik. A fehér fényt a LED lapkából kisugárzott kék fény egy részének hullámhossz konverziójával, átalakításával érik el. A konverziót a ritkaföldfém vegyületeket tartalmazó fénypor réteg végzi. Ez emlékeztet a higanygőz lámpák, illetve a fénycsövek működésére, amelyekben szintén fényport használnak a higanygőzben történő elektromos kisülés révén keletkező UV sugárzás látható tartományba való konvertálására.

A sárga világítás fényvisszaadása szinte nulla, mégis sokan hozzászoktak

A fehér LED, de már a halogénlámpa fénye is világosabbnak hat, mint a nátriumlámpáé, ám ennek érzetét a tudomány összetett módon méri. A fényforrások két fontos, egy-egy mérőszámba sűrített jellemzője a fényhasznosítás, illetve a színvisszaadási index. Előbbi az elektromos úton történő fénykeltés egyfajta hatékonysági mutatója, utóbbi pedig a fényforrás által keltett fény egyfajta minőségi jellemzője.

„Egy lámpa esetén sosem az érdekel minket, hány wattnyi látható sugárzást bocsát ki, hanem az, hogy a fényt soknak, kevésnek, vagy éppen megfelelőnek érezzük. Ennek a mértékegysége a fényáram, amit lumenben mérünk” – magyarázza Poppe András.

„A fényhasznosítás azt mondja meg, hogy 1 watt betáplált teljesítményből hány lumen fényáram keletkezik. Az sem mindegy persze, hogy a fény milyen színű. Az emberi szem az 555 nanométeres hullámhosszú zöld színre a legérzékenyebb. Itt érhető el a fényhasznosítás maximuma.

Ahogy a vörös hullámhossz felé tolódik el a spektrum, az érzékenységünk csökken, vagyis az 1 watt által betáplált teljesítményből előállított ilyen hullámhosszú fényt kevésbé érezzük fényesnek. Ugyanígy a kék felé haladva, szintén csökken az emberi szem érzékenysége.

A fehér fény több, a kékes, a zöldes és a vöröses hullámhossz tartományokban kibocsájtott sugárzás keveréke, ezért a fehér fényű fényforrások fényhasznosítása értelemszerűen csak kisebb lehet, mint a fent említett 555 nm-es monokromatikus zöld sugárzóé. A fényhasznosítás a LED lapka energiakonverziós hatásfokán kívül attól is függ, milyen hullámhosszból mennyi van a kikevert fehér fényben.

Fehér LED-ek esetében, ha a spektrum sárga-vörös tartományának a súlya kisebb és a zöldes-kékes tartomány a dominánsabb, az emberi szem által érzékelt fényességérzet nagyobb lesz, azaz nő a fényáram, a fehér fényt kékesebbnek érezzük. Ezt nevezzük hideg fehér fénynek. Ezzel szemben, ha a kékes-zöldes tartomány relatív súlya csökken, sárgásabbnak és egyben kevésbé világosnak látjuk a fényt. Ezt nevezik meleg fehérnek.

A színvisszaadás ugyanakkor azt mondja meg, hogy egy fényforrás fényével megvilágított tárgy színe mennyivel változik meg ahhoz képest, mintha mondjuk a természetes napsugárzással világítanánk meg. Az úgynevezett színvisszaadási index egy dimenziómentes szám, aminek az értéke klasszikus izzólámpák fénye esetében 100.

Monokromatikus megvilágítás esetében gyakorlatilag nem látunk színeket, ezért például a majdnem teljesen monokromatikus nátriumlámpánál ez az érték nagyon alacsony. A wolframszálas izzólámpával az volt a gond, hogy az izzószál sugárzásának maximuma nem a látható, hanem az infravörös tartományba esett, s ezért a kisugárzott optikai teljesítmény nagyobb része hőként jelent meg, így értelemszerűen egységnyi fényáram előállításához az izzólámpák veszik fel a legnagyobb elektromos teljesítményt, azaz az izzólámpák fényhasznosítása a legkisebb, ezért is vezették ki ezeket a kereskedelemből. Mára a LED-es fejlesztések oda vezettek, hogy a LED-ek fényhasznosítása már az összes gázkisülő lámpatípus, így a nátriumlámpák fényhasznosítását is felülmúlja. (Az elmúlt napokban zajlott Budapesten a 13. hazai LED konferencia is.)

Fényforrás	Fényhasznosítás
Normál izzólámpa	10-15 lm/W
Halogénlámpa	18-25 lm/W
Fénycső	80-90 lm/W
Higanylámpa	40-52 lm/W
Fémhalogéngőz lámpa	60-90 lm/W
Nagynyomású nátriumlámpa	80-120 lm/W
Világító dióda (LED)	50-200 lm/W
Forrás: Wikipedia

A LED-es fényforrások tehát nemcsak fényhasznosítás, hanem színvisszaadás szempontjából is jobbak a nátriumlámpáknál. Érdekes, hogy ugyanakkor az elmúlt évtizedek alatt sokan hozzászoktak ehhez a sárga fényhez. Amikor elkészült a Parlament LED-es díszkivilágítása, sok képviselő reklamált ez ellen, s jóllehet sokkal élőbb képet kapna az épület és nagyságrendekkel jobb fényben lehetne látni a kupolát, meg a szobrok természetes mészkő színét, a lehetőségek közül a képviselők mégis a legrosszabb színvisszaadású, de a megszokott színű megoldást választották, több esetben a fehér LED-ek elé helyezett sárga szűrővel, elrontva a LED-ek jobb fényhasznosítását.

Budapest a mai tempóval több emberöltő alatt fehéredne ki

Azért országszerte elindult a változás, néhány helyen kicserélték a nátriumlámpákat. A Budai Várban a Szent István termet rejtő épületrészt kívülről már LED-ekkel világították meg, ki is tűnik messziről az egyensárgából – említ egy jó példát Poppe András.

Ha most kicserélnék az összes nyolcvanas években telepített lámpatestet, minimum egy generációs technológiai ugrást jelentene, de ha az újabb generációs LED-eket nézzük, akkor kettőt – teszi hozzá a professzor. A BME a veszprémi szín- és fénytani kutatócsoporttal együtt részt vett az első magyar LED-es lámpatest család kifejlesztését kitűző, 2012-ben sikeresen zárult KÖZLED projektben. Az itt kifejlesztett egyik megoldáson alapulnak például a budapesti Belváros Főutcájában látható LED-es világítótestek. Sajnos sok helyütt nem tudják még okosan használni a LED-es közvilágítást, ugyanis ezeknek a fénye nagyon pontosan irányítható.

Ahová irányítják, ott nagy a fény, biztosítva az útvilágítási szabványok által megkövetelt megvilágítási szintet, ahova nem jut, ott sötét van. Eközben a klasszikus fényforrásokkal működő lámpatestek esetében jut annyi fény a járdára is, amennyi a járókelők biztonságérzetéhez elegendő.

Az első LED-es közvilágítás-korszerűsítési projekteknél a világítás tervezők csak az úttestre koncentráltak, a járdák sötétek maradtak, azt az érzetet keltve a járókelőkben, hogy a régi, elavult megoldás jobb volt. Ma már a világítás tervezők igyekeznek az úttest környezetében is megfelelő világítást biztosítani. Sokszor azonban a komfort kérdései még feledésbe merülnek.  Ugyan egy új LED-es lámpatest nappal esztétikus lehet és este kellő megvilágítást nyújthat, de gyakran elvakítja az arra járót. Erre intő példák a budapesti Vörösmarty téren elhelyezett modern dizájn lámpatestek, amelyek szembe világítják a járókelőket.

A korábbi LED-es korszerűsítések során még a teljes lámpatestet és a kísérő elemet is cserélni kellett, de 2018-tól bemutatták az első olyan, úgynevezett retrofit LED-lámpát, amely a 70 W-os nagynyomású nátriumlámpák egyszerű helyettesítésére szolgál, azaz a régi kicsavarásával, s az új becsavarásával lehet fényesebb világot teremteni.

Poppe András azonban felhívja a figyelmet, Távol-Keletről sok gyenge minőségű LED-es világítótest és fényforrás is bekerült a hazai piacra. A professzor tanszékén egy hazai világítótest gyártóval együttműködve az elmúlt években olyan megoldást is kidolgoztak, amely a hőmérsékleti hatások figyelembevételével tovább tudja javítani a LED-es közvilágítási lámpatestek hatékonyságát. E megoldásukkal egy nemzetközi innovációs díjat is kiérdemeltek.

A Kelet-Berlinhez hasonlóan egyelőre még túlnyomórészt sárga Budapesten az elmúlt években volt ugyan egy LED-esítési program, amelynek keretében néhány hely kifehéredett (Petőfi híd, Árpád híd, Szentendrei út, stb), de a finanszírozási nehézségek miatt ez lelassulni látszik. A budapesti helyzetet vegyes kép jellemzi: például a fenti LED-esítéssel nagyjából egy időben a budai alsó rakpart Margit-híd és Szabadság-híd közötti szakaszán kicserélték a hetvenes évek lámpatesteit nosztalgiaszerű lámpatestekre, de maradtak a nátriumlámpák.   

A Budapesti Dísz- és Közvilágítási Kft honlapja szerint majd 186 ezer lámpatest és mintegy 200 ezer fényforrás szolgálja a főváros közvilágítását, s ezekből 2021-25 között évente mindössze 4000 közvilágítási lámpatest korszerű, okos funkciók ellátására előkészített LED-es cseréje valósul meg. Így sajnos elég sok emberöltő alatt fehéredne ki a város. Pedig az elmúlt években a 14 kerület 36 helyszínén megvalósított LED-es cserék révén a lecserélt lámpatestek fogyasztása átlagosan 40 százalékkal lett alacsonyabb, ami 2020-tól éves szinten közel 2 millió kWh energiamegtakarítást és több mint 750 tonna széndioxid kibocsátási csökkenést eredményezett.

Sajnos a magyar felsőoktatásban nincs olyan koherens program, amelyik a közvilágítás technikáival foglalkozna, említette Poppe András. Az Óbudai Egyetemen posztgraduális szinten folyik világítástechnikai szakmérnök képzés és alapszakon van világítástechnikai szakirány.

A Műegyetemen és a Pannon Egyetemen létezik világítástechnika tantárgy, de önálló mesterszakos program sehol nincs, pedig hiánypótló lenne és a világítástervezőknek sem ártana, ha a fényforrások fizikájával és a színtani alapokkal tisztában lennének. A szakértő azonban mindennek ellenére biztos benne, hogy előbb utóbb az ország és Budapest is kifehéredik, ami majd az űrből is látható lesz.