Elu elektrivalguse ajastul on toonud kaasa uusi lahendusi, aga ka mitmeid probleeme nii siseruumides kui tänaval, isegi parkides: kas on valgust liiga palju või liiga vähe või on see hoopis ebasobiva värvusega. Eestis on koht, kus seda valdkonda uuritakse ja lahendusi pakutakse: see on Tallinna Tehnikaülikooli valgustehnika labor. Kirjutab Ants Vill.

Ajast, kui ülemöödunud sajandivahetusel elektervalgustuses Thomas Alva Edissoni patenteeritud hõõglamp oma pikka triumfikäiku alustas, pole maailm enam endine, vaid oluliselt valgem. Praegu võime elektrieelse hämarilma hõngu tunda vaid elektrikatkestuse ajal. Kaasaegne maailm on suuresti elektrivalgustite (ning üha enam ka ekraanide kuma) valguse värvi ja ka nägu.

Pimeda aja tuleku eel

„Kuidas kalli elektri ajal voolu pealt kokku hoida nii, et see silmanägemist ei kahjusta?“ oli üks asi, mida küsida valgustuse alal doktorikraadi omavalt Toivo Varjaselt (55), kes on Tallinna Tehnikaülikooli valgustehnika labori mõõtespetsialist. „Lihtne vastus on, et kaasaegsed leedvalgustid on nii suure valgusviljakusega, tarbides samal ajal nii vähe elektrit, et selle arvelt ei ole küll mõtet proovida kokku hoida. Keskmise korteri leedidega lahendatud valgustus tarbib peaaegu 80% vähem energiat kui varasemad lahendused. Esimene soovitus – vaadake oma majapidamine üle ja lülitage välja seadmed, mida teil parasjagu vaja ei ole. Meil on võrgus igapäevaselt palju seadmeid, mis on ooterežiimis ja tarbivad elektrit. Peamine reegel on lihtne: kui oma tegevuse juures kahe tunni jooksul silmad ei väsi, on valgust parasjagu, kui väsivad, tuleb valgust lisada,“ ütles doktor Varjas.

Kolm valdkonda, mis vajavad korrastamist

„Tehnikaülikooli valgustehnika labor on akrediteeritud mõõtelabor ja seda mitte ainult laboratoorseteks, vaid ka siseruumide ja välisvalgustuse ehk tänavavalgustuse mõõtmiseks,“ tutvustas Varjas, kelle doktoritöö teema oli „Mõõtelahenduse ja -metoodika uurimine ning arendamine pindadelt valguse peegeldumise hindamiseks“. Samal teemal ja vastava mõõtevahendi väljatöötamise eest on Varjas koos kolleegide Rein Laaneotsa ja Argo Rosinaga saanud patentse leiutise tunnustuse.

„Labori algusaegadel oli peasuund just tänavavalgustuse mõõtmine, erinevalt enamikest teistest laboritest, mis on kasvanud ümber sisevalgustuse mõõtmise teemade,“ märkis Varjas. „Lähiriikides polegi sellist akrediteeritud laborit, mis tegeleks kõigi kolme alaga: laboratoorsed, sise- ja tänavavalgustuse mõõtmised.“

Tänavavalgustuse mõõtmisteks läheb vaja teistsuguseid töövahendeid ja mõõteriistu kui siseruumides. „Me alustasimegi välisvalgustuse mõõtmisteks vajalike mõõteriistade hankimisega. Nüüdseks on meil lisaks tavapärastele ka heledust pildistavad-filmivad tehnoloogiad ehk võime valgustust hinnata liikumise pealt. Me hankisime sellised seadmed juba enne, kui nende kohta mõõtemetoodikad kinnitati ehk standardid loodi.“

Varjus sõidab lähiajal täienduskoolitusele Saksamaale Ilmenausse, kus sealsest ülikoolist välja kasvanud töögrupp on loonud patentidega kaitstud pildistava valguse mõõtetehnika. „Selle ala tehnikaga olen jõudnud tegeleda 15 aastat, kokku olen valguse ja värvide mõõtmisega tegelenud enam kui 25 aastat, alustades eraettevõtjana, nüüd siis tehnikaülikoolis,“ rääkis ta.

„Üks esimesi akrediteeritud labori mõõteriistu oli valgusvoo fotomeetriline sfäär ehk Ulbrichti kera. Selle tööpõhimõtte töötas enam kui sajand tagasi välja Saksa raudteeinsener Friedrich Ulbricht, kes soovis välja selgitada kõige efektiivsemad elektrilised valgusallikad raudteerongide jaoks.“

„Selle fotomeetrilise sfääriga saame laboris mõõta näiteks laiatarbes olevaid valgusallikaid ehk lampe – kas nende valgusvoog ja ka mitmed teised parameetrid vastavad ikka sellele, mis pakendil kirjas. Kas ikka 810 luumeniline lamp ka tegelikult nii palju välja annab? Juhtub, et mitte alati. Nii on mitmedki valgustitootjad ja maaletoojad tellinud meie laborist kontrollmõõtmisi  toodetele, millega turule tulla. Käiakse ka uurimas, kas ostjate kaebused on põhjendatud.“

„Valgusallikate puhul ongi suures probleemiks see, et nende kvaliteedi üle on n-ö palja silmaga vaadates raske otsustada. Mõni aasta tagasi lahendasime probleemi, kus fotograafid kurtsid, et ostsid stuudiovalgustuse jaoks ühe tuntud firma sooja valgusega leedlampe, aga fotod ei õnnestunud. Mõõtmistega selgus, et 2700 kelvinilise valguse värvsustemperatuuri asemel see näitaja kõikus 2200 ja 2900 kelvini vahel. Silm ei eristanud muud kui, et see valgus oli punakam, aga mõõtmistega selgus, et lisaks veel muutus. Toote partii võeti müügist maha. Pisteliselt on soovitav ka laiatarbe tooteid kontrollida veendumaks müüdava kauba kvaliteedis,“ märkis Varjas.

Uued kunstpäikesed

„Praeguseks on leedlampide kasutus saanud valdavaks nende kõrge valgusviljakuse (luumenit vati kohta, lm/W) ehk madala energiakulu tõttu, kümnendik kunagistest hõõglampidest. Samuti on neil oluliselt pikem eluiga: 10 000 tundi on tavaline, on isegi 100 000 töötunniga tooteid. Ühtne mõõtemetoodika (standardid) leedtoodete hindamiseks täieneb pidevalt. Valgusallikaid tuleb testida kindlate reeglite järgi ning need peavad vastama ka ohutusstandardi nõuetele. Pikemad eluead, kompaktsemad ja mitmekülgsemad lahendused esitavad väljakutsed muutusteks aastakümneid püsinud soklikinnituste standarditele (nn Edissoni sokli tüüp – E14, E27 jne). Uued tehnoloogiad ja materjalid võimaldavad aina lähemale liikuda ühtlase spektriga valge valguse poole, mille valgusviljakus on ligikaudu 250 lm/W. Kuigi valgusviljakuse teoreetiline piir on ligikaudu 680 lm/W, siis selles valges valguses ei näe me värve.“

„Ütlen leed, mitte LED (light-emitting diode ehk valgust kiirgav pooljuht), sest nüüdsest on see sõna eesti keelde mugandatud ja eestikeelse terminoloogia loomisel suurte teenetega professor Endel Ristheina eestvedamisel ka eestikeelsetes standardites kasutusele võetud,“ täpsustas Varjas.

„Põhiline probleem tehisvalgusallikate puhul on sageli nende nähtava valguse elektromagnetkiirguse (mis on inimsilmale nähtav valguse spektri lainepikkuse skaalas vahemikus 380–780 nm) spektri piigiline kuju. Ka leedvalguse spektris on mõned alad lainepikkuse skaalast, kus on domineeriv osa – olenevalt kas tegemist on soojema või külmema valgusega. Leede iseloomustab tavaliselt sinises spektriosas domineeriv nn „piik“, mis tuleneb leedide ülesehitusest.“

„Väsimuse ja nägemisprobleemide korral on soovitatav päeva teises pooles puhkeruumides kasutada madalama valgusvärvsustemperatuuriga ehk soojema tooniga lampe. Kaasajal on sellised lahendused või liiteseadmed, millega saab valgustite valgusrežiimi ning värvsustemperatuuri muuta, nii kellaajast, inimese tunnetuslikest eripäradest jne sõltuvalt. Kui looduslik valgus kujundab inimesele juba aastatuhandetega kujunenud keskkonna, siis tehisvalgusega peame me seda ise kujundama. Kuigi hõõglambid esitavad meile kõike värve, ei saa me nende valguse värvsustemperatuuri sobivaks ajas muuta. Hõõglambid on madala valgusviljakusega ning sageli me ei kasuta neid enam valgustamiseks. Kõigil teiste lahenduslampidega on parema valguskeskkonna loomisel meil vajalik leida lahendused,“ rääkis Varjas ning demonstreeris uuema aja B-klassi luksmeetrit, mis lisaks valgustustiheduse mõõtmisele näitab ära ka selle spektri jaotuse, värviesitusindeksi, värvsustemperatuuri jpm. Jah, tõesti, luminofoorlambi valgus on üsna piigiline kogu spektrigraafiku ulatuses.

„Leede aga ei saagi vanakooli luksmeetriga mõõta, see annab valed tulemused, sest leedide spektraaljaotus on sageli väljaspool seda ala, millele need seadmed on kalibreeritud,“ seletas Varjas. „Siin on ka põhjus, miks ei maksa usaldada laiatarbe valgusmõõtjaid, nende tulemused võivad kõikuda kuni kolmandiku ulatuses.“

Lamp heitku asjadele õiget valgust

„Looduslähedane valguse spektraaljaotus tagab ka kõigi värvide õigesti tajumise. Kui tehisvalguse mingis spektri osas on tugev kõikumine, siis inimene tajub juba alateadvuses, et miskit on valesti. Me ei näe värve õigesti. Üritame justkui kompenseerida seda, mis puudu jääb ning silmad väsivad. Nii väsivad laste silmad, kes teevad kunsti- ja kirjatöid puudulikus tehisvalguses. Sageli on probleeme puhta punase värvi esitusega. Nagu ütlesin, hõõglambi puhul seda probleemi ei esinenud,“ rääkis ta.

„Lampidel, mida laiatarbes kasutame, on tegelikult kolm olulist parameetrit. Üks on tarbitav võimsus, see on vattides (W), teine on valguse värvsustemperatuur, see on kelvinites (K), kolmas aga on värviedastusindeks (Ra/CRI). Ka seda viimast tasub tähele panna, sest just selle järgi saame veenduda, et näeme maailma õigetes värvitoonides. Värviedastuse eriindeks CRI peaks olema üle 80, paremal juhul 90. Sellist lampi soovitan näiteks kööki, et veenduda toituainete värskuses või küpsuses. Ka trükitööstuses ja tekstiilitööstuses on see parameeter väga oluline. Tegelesime näiteks ühe Rootsist pärit trükitööde tellijaga, kes tahtis enne tellimuse esitamist meie labori kinnitust, et trükikojas on värvusedastusega asjad normis. Tegime sertifitseeritud mõõtmised ja alles siis sai trükikoda oma tellimuse.“

Ka väljas peab õige valgus olema

Varjase sõnul on valgustitega tihti probleeme. „Võib öelda, et esmalt tuleb veenduda kas toode ja esitatud dokumentatsioon kokku lähevad. Kontrollida olulisemaid valgustehnilisi parameetreid, milleks on valgusvoog luumenites ja värviedastusindeks Ra, mis võrdleb erinevaid värve ja ka pooltoone. Lisaks ka värvsustemperatuur. Välisvalgustuses mõõdame sageli heledust ning hindame räigust. Kõigeks selleks on olemas pildistavad ning filmivad heledusmõõtekaamerad ehk ILMD-kaamerad, millega saab teha mõõtmisi fotode või ka videona. See loob usaldusväärsust mõõtmiste kohta, kuna kirjeldab visuaalselt tehtud mõõtmisi ning kõike seda tulevasteks hinnanguteks digitaalselt säilitades. Need mõõteriistad on küll hinnalised, kuid leiavad rakendamist ka sellistel keerulistel objektidel, kus tavaheledusmõõturitega on mõõtmine pea ilmvõimatu. Näiteks üsna keerulise Järvevana tee tunneli valgustust võib mõõta autost kiirusel kuni 70 km/h.“

„Sellised mõõteriistad sobivad eriti hästi ka tänavavalgustuse mõõtmiseks. Ise olen uurinud näiteks ülekäiguradasid. Probleem ei ole selles, et rajad oleksid valgustamata, vaid selles, et valgus langeks ülekäigurajal nii, et inimene kogu ulatuses vertikaalselt oleks nähtav nii ülekäigul kui ootealal. Rakendatakse ka mitmeid vilkuvaid erilahendusi, mis tõmbavad küll endale tähelepanu, kuid samas jääb ülekäigurajal paiknev inimene märkamata või teinekord tekitatakse pimestav olukord. Mõneti aitab ülekäiguraja valgustust projekteerida, välja ehitada ja mõõtmisi läbi viia Euroopas teise riigina ülekäiguradade valgustuslahendust reguleeriv Eesti standard aastast 2017. Mõõtmisrakendused võimaldavad meil olemasolevaid lahendusi hinnata ning ka vajadusel regulatsioonidesse parandusi sisse viia,“ rääkis Varjas.

„Sageli võib täheldada, et valgustust hindavad normdokumendid-standardid on ajast maha jäänud. Välisvalgustuses kasutatavad valgustuslahendused, teekatendite uued materjalid ning sideained – kõik need muudavad keskkonda, kus autojuhi vaates teekatendilt peegeldunud valgus ning seda iseloomustavad suurusi on vaja hinnata, projekteerida ning mõõta kaasaegsete vahenditega õigetel alustel. Välisvalgustuses aastakümneid tagasi tehtud teekatendite määratlused, soovitused võivad anda projekteerimisega lähedasi tulemusi reaalse olukorraga, kuid kaasaegsete leedvalgustitega projekteeritud valgustuse omadused on teised. Teekatenditelt peegeldunud valguse seos valguse hämardamise võimaluste juures, seos valguse värvsustemperatuuriga ning selle muutmise võimalustega, erinevate ilmastikuoludega pakutavate eri valgustuslahenduste loomise võimaluste juures leedvalgustusega oleme täiesti uues olukorras,“ märkis Varjas.

„Peaaegu kolmveerand sajandit tagasi saime teadlikuks, et inimene tajub silma sensoritega sinises-rohelises spektrialas valgust pimeajal ja hämarates oludes tundlikumalt. Leedvalgustus pakub nüüd selles valguse spektrialas välisvalgustuses parimat lahendust. Selle õigesti kasutamiseks tuleb rakendada kaasaegseid mõõtevahendeid ning uutel alustel, täiustatud mõõtemetoodikaid rakendades ja sõltuvalt keskkonnast valgust juhtides. Seega leiame kindlasti parimad valgustehnilised lahendused heledate betoonkatenditega või mustade asfaltkatenditega teelõikudele. Uurisin seda teemat ka oma doktoritöös, tuues välja valguse värvsustemperatuuri seoseid valguse heledusega. Uuringud jätkuvad, kuna uued, reguleeritavad valgustid alles võetakse välisvalgustuses kasutusele. Neist esimesed on katsetamiseks jõudnud Tartu tänavavalgustusse.“

„Lisaks teedele ja tänavatele oleme tegelnud ka näiteks ajalooliste hoonete valguslaheduste väljatöötamisega ning valgusreostuse vähendamisega. Rohkem kui kümme aastat tagasi sai osaletud katsetänavate valgustehnilistes mõõtmistes. Panustatud sai ka seitsme linna valgustushanke tehniliste kirjelduste väljatöötamisse, kus koostöös Keskkonnainvesteeringute keskusega 2015. aastal rekonstrueeriti pea täies ulatuses Haapsalu, Keila, Kuressaare, Jõhvi, Paide, Valga ja Võru tänavavalgustussüsteemid, viidi need üle leedvalgustusele. Euroopas ainulaadse projekti käigus, mille maksumus oli 18 miljonit eurot, paigaldati ligi 12 000 energiasäästlikku leedvalgustit. Linnad said omale nutikad juhtimissüsteemid, mis aitavad valgusteid jälgida ja juhtida vastavalt etteantud profiilidele,“ meenutas ta.

 „Teha on aga palju, sest tihti selgub mõnegi tee-ehitusprojekti lõppfaasis, et valgustusosa ei ole korralikult läbi töötatud. Kui see avastatakse liiga hilja, on kuri karjas. Nii et – teadlikkust valgustuse osas saab veel tugevasti tõsta,“ võttis valgustehnika ekspert Toivo Varjas laiaulatusliku teema kokku.