 |
Эволюция освещения: энергосберегающие светильники на полупроводниковых источниках света
|
|
|
|
Энергосбережение в системах освещения
Освещение помещений
Освещение помещений складывается из естественного и искусственного.
В помещения, окна которых выходят на север и частично на запад и восток, попадает лишь рассеянный свет. Для улучшения естественного освещения комнат отделку стен и потолка рекомендуется делать светлой. Естественная освещённость зависит также от потерь света при попадании через оконные стёкла. Запылённые стёкла могут поглощать до 30% света. Наличие в настоящее время различных химических препаратов для чистки стёкол позволяет без особых физических усилий содержать их в надлежащей чистоте.
Значительное количество электроэнергии напрасно расходуется днём в квартирах первых, а некоторых домах - вторых и третьих этажей. Причина этому – беспорядочные посадки зелени перед окнами, затрудняющие проникновение в квартиры естественного дневного света. Согласно существующим нормам деревья высаживаются на расстоянии не ближе 5 м от стен жилого дома, кустарник – 1,5 м.
Искусственное освещение создаётся электрическими светильниками. В современных квартирах широко распространены три системы освещения: общее, местное и комбинированное.
При общем освещении можно заниматься работой, не требующей сильного напряжения зрения. Светильники общего освещения обычно являются самыми мощными светильниками в помещении, их основная задача – осветить всё как можно более равномерно. Для этого обычно используют потолочные или подвесные светильники, установленные в центре потолка. Общую освещённость можно считать достаточной, если на 1 кв.м площади приходится 15-25 Вт мощности ламп накаливания.
|
|
|
В одном или нескольких местах помещения следует обеспечить местное освещение с учётом конкретных условий. Такое освещение требует специальных светильников, устанавливаемых в непосредственной близости к письменному столу, креслу, туалетному столику и т.п. Так, например, достаточное освещение листа ватмана при черчении обеспечит светильник с лампой накаливания мощностью 150 Вт на расстоянии 0,8-1 м. Штопку чёрными нитками (что требует очень высокой освещённости) можно выполнять при лампе мощностью 100 Вт на расстоянии 20-30 см. Для продолжительного чтения рекомендуется светильник с лампой накаливания в 60 Вт.
Комбинированное освещение достигается одновременным использованием светильников общего и местного назначения, а также при помощи светильников комбинированного освещения. К ним относятся многоламповые светильники (например, люстры), имеющие 2 группы ламп, одна из которых обеспечивает местное, а другая – общее освещение. Местное создаётся световым потоком, направленным вниз (одна лампа накаливания в 100, 150, 200 Вт), а общее – световым потоком, рассеянным во всех направлениях (несколько ламп в 15-40 Вт).
Наиболее рациональным является принцип зонального освещения, основанный на использовании общего, комбинированного или местного освещения отдельных функциональных зон. Если при освещении этих зон использовать лампы направленного света, настольные лампы, торшеры, бра, то в квартире станет уютнее, а следовательно, и комфортнее. Для такого зонального освещения подходят лампы в 1,5-2 раза менее мощные, чем в подвесных светильниках. В результате на комнату 18-20 кв. м экономится до 200 кВт*ч в год.
Лампы накаливания являются традиционными и широко применяемыми источниками света. Весьма ощутимую экономию электроэнергии при использовании ламп накаливания могут дать следующие мероприятия:
применение криптоновых ламп накаливания, имеющих световую отдачу на 10% выше, чем у ламп накаливания с аргоновым наполнением;
|
|
|
замена двух ламп меньшей мощности на одну несколько большей мощности. Например, использование 1 лампы мощностью 100 Вт вместо 2 ламп по 60 Вт каждая экономит при той же освещённости потребление энергии на 12%;
поддержание допустимого напряжения. Для нормальной работы электрических ламп необходимо, чтобы отклонение напряжения не выходило за пределы –2,5% и +5% от номинального. Световой поток ламп зависит от уровня напряжения. Так, при снижении напряжения на 1% у ламп накаливания световой поток уменьшается на 3-4%;
периодическая замена ламп к концу срока службы (около 1000 ч). Световой поток ламп накаливания к концу срока службы снижается на 15%;
периодическая чистка от пыли и грязи ламп, плафонов и осветительной арматуры. Не чистившиеся в течение года лампы и люстры пропускают на 30% света меньше, даже в сравнительно чистой среде. На кухне с газовой плитой лампочки загрязнятся намного быстрее;
снижение уровня освещённости в подсобных помещениях, коридорах, туалетах и т.п.;
широкое применение светорегуляторов, позволяющих в широких пределах изменять уровень освещённости;
применение реле времени для отключения светильника через определённое время.
Более совершенными источниками света являются люминесцентные лампы. Это разновидность газоразрядного источника света, в котором используется способность некоторых веществ (люминофоров) светиться под действием ультрафиолетового излучения электрического разряда. Люминесцентные лампы изготовляются в виде стеклянных трубок с двумя металлическими цоколями, наполненных парами ртути под низким давлением. Такая лампа имеет по сравнению с лампой накаливания в 4-5 раз более высокую световую отдачу и в 5-8 раз больший срок службы. Например, светоотдача люминесцентной лампы 20 Вт равна светоотдаче лампы накаливания 150 Вт.
Технология освещения на базе светодиодных ламп в данном разделе не рассматривается, в силу малой распространенности и непригодности для освещения жилых помещений.
Освещение на промышленных предприятиях
По статистическим данным, энергопотребление на освещение пром. предприятий занимает 15% и стремительно падает.
|
|
|
В первую очередь это связано с упадком производства в России.
Вторая причина, не смотря на кризис, это переход на полностью автоматизированные линии технологического процесса. Такие производства могу работать сутками без вмешательства человека, следовательно освещение можно отключать за ненадобностью.
Уличное освещение
Появление новых технологий в системах уличного освещения позволяет получить большой экономический эффект. Практика показывает, что при их внедрении потенциал экономии электроэнергии в большинстве муниципальных систем уличного освещения может составлять более 50 %.
В рамках разработанной Федеральной целевой программы "Энергосбережение России" многие регионы разработали свою концепцию энергосбережения, отличающуюся отдельными разделами, отражающими специфику региона, муниципального образования. Но во всех программах присутствуют мероприятия по совершенствованию светильников и светотехнического оборудования, эксплуатации и модернизации городского электроосветительного хозяйства.
В большинстве муниципальных образований РФ имеет место сильный физический износ осветительного оборудования, освещенность дорог ниже нормы в 2-3 раза, светильники имеют устаревшую конструкцию (эксплуатация отражателя без защиты от попадания влаги и пыли приводит к потере светотехнических характеристик и снижению КПД), в светильниках используются низкоэффективные лампы накаливания (светоотдача 12 лм/Вт) и ртутные лампы типа ДРЛ (светоотдача 55 лм/Вт).
Большую экономию электрической энергии дает модернизация уличного освещения, основанная на замене светильников с ртутными лампами и лампами накаливания на более эффективные натриевые (ДНаТ).
Основу существующих сетей уличного освещения УО составляют автономно функционирующие фрагменты, управление которыми осуществляется с применением фотореле или таймеров. В качестве коммутационной аппаратуры для всей линии УО обычно используются контакторы или магнитные пускатели. Приборы учета электроэнергии - практически повсеместно однотарифные. Кроме того, достаточно часто, особенно в сельских районах, встречаются варианты сетей УО, совмещенные с сетями электроснабжения коммунально-бытового сектора (воздушные линии напряжением 0,38 кВ). В таких сетях УО управление осветительными приборами осуществляется индивидуально ручным выключателем, установленным на опоре воздушной линии, а оплата за потребленную электроэнергию взимается по усредненному количеству часов горения светильников, как правило, не соответствующему реальному режиму их работы. Контроль текущего расхода электроэнергии, режимов работы электрооборудования в таких сетях УО не ведется. Как следствие, значительные нерациональные затраты бюджетных средств на оплату электроэнергии и дополнительные эксплуатационные расходы.
|
|
|
Автоматизация процессов управления в сетях УО часто сводится к введению функций внешнего централизованного компьютерного управления с использованием проводных каналов связи, прокладываемых от центра управления до каждого шкафа управления линией освещения, а при невозможности такового – использование выделенных радиоканалов или сетей операторов мобильной связи для передачи команд управления. В этом случае включение и отключение сетей УО происходит централизованно и, как правило, объектом управления является вся линия освещения. Информативность диспетчерского персонала здесь связана с неоправданным ростом затрат на централизованную систему управления, а сбои в канале связи могут привести к полной потере управления линией освещения или фрагментом сети УО.
Мероприятия по энергосбережению в сетях УО в основном связаны с заменой ламп светильников на энергосберегающие и пофазным управлением линиями освещения (при этом светильники, подключаются на разные фазы линий освещения через один). Следует отметить, что замена ламп в светильниках на энергосберегающие приносит ощутимый экономический эффект, а способ экономии электроэнергии за счет отключения одной фазы линии освещения в определенный период времени делает неравномерным освещенность территории и недопустим по существующим СНиП для сельской местности.
Эффективное дистанционное управление режимами работы сетей УО основано на применении GSM/GPRS технологий и позволяет оперативно получать информацию о текущем состоянии оборудования и режимах его работы.
На сегодняшний день на рынке систем управления светотехническим оборудованием имеются отечественные и зарубежные разработки с широким диапазоном функциональных возможностей, в которых используются силовые провода для передачи команд управления светильниками, а для управления шкафами – GSM/GPRS каналы операторов мобильной связи.
|
|
|
Эволюция освещения: энергосберегающие светильники на полупроводниковых источниках света
Светодиоды являются полупроводниковыми приборами, преобразующими электрический ток непосредственно в световое излучение, при этом они характеризуются низким энергопотреблением, а значит, обладают хорошим потенциалом в области энергосбережения.
До настоящего времени одним из существенных препятствий на пути массового внедрения светодиодов в освещении была их высокая стоимость по сравнению с традиционными источниками света. Однако, постепенное удешевление и повышение технических характеристик светодиодных изделий, а также насущная необходимость снижения энергопотребления, позволяют уже сегодня применять эти энергосберегающие технологии.
Область применения светодиодных прожекторов:
· Подсветка зданий, домов и других объектов архитектуры (особенно художественная подсветка);
· Подсветка рекламных конструкций;
· Освещение пешеходных переходов;
· Освещение мостов, туннелей и других, сложных для замены ламп объектов;
Основные отличия светодиодной технологии освещения от ламповой:
Известно, что почти все лампы, традиционно используемые в уличных светильниках, дают излучение в радиусе 360о. Эти лампы расходуют 80% энергии на собственный нагрев. Светильники с такими лампами имеют рефлекторы для создания необходимой направленности излучения, где теряется порядка 35% светового потока, за счёт потерь света излучаемого в рефлектор.
Часто встречающееся последнее время техническое перевооружение светильников путём замены ламп ДРЛ на лампы ДНаТ или ДНаЗ при их аналогичной мощности и заявленной высокой экономичности, не приводит к реальной экономии электроэнергии. Так, при включении новой лампы ДНаТ или ДНаЗ освещённость увеличивается, превышая нормативную в 3-5 раз, что ведет к ослеплению водителей и пешеходов.
На практике зафиксировано значительное снижение светового потока ламп ДНаТ, ДНаЗ в процессе их эксплуатации. Снижение светового потока достигает 40-60% от показателей новой лампы. Причем наибольшая скорость спада светового потока наблюдается в первые 100-200 часов эксплуатации лампы, т.е. в течение первого месяца работы. Основываясь на данной особенности работы ламп ДНаТ, ДНаЗ, в различной литературе рекомендуют производить их замену еще до выхода их из строя через 4-6 месяцев. Т.е. реальный срок жизни этих ламп определен 4-6 месяцами.
Светодиодный светильник создает освещенность с более высокой контрастностью (в 400! раз выше, чем у газоразрядных ламп), что улучшает качество освещения объекта.
Сегодня для освещения улиц и дорог наиболее широко используются лампы ДРЛ, ДНаТ, ДНаЗ, обладающие узким спектром излучения, который не обеспечивает приемлемой цветопередачи. Их свет имеет характерную желтую окраску, что является существенным недостатком ламп этого класса.
Многие исследования показали, что белый свет имеет преимущества перед другим освещением:
- улучшает ночное видение от 40 до 100% относительно освещения другого спектра;
- улучшает цветовое восприятие (цветопередачу), что в свою очередь увеличивает контраст изображения и восприятия глубины пространства.
Светодиодные светильники являются экологически чистыми и не требуют специальных условий по обслуживанию и утилизации. Срок их службы значительно превышает существующие аналоги (срок непрерывной работы светильника не менее 80 тыс. часов, что эквивалентно 25 годам эксплуатации, при 10 часовой работе в день). При чем, это не срок когда светодиод выходит из строя, а примерно в это время снижение его светового потока достигнет 50%.
В ночное время, для дополнительной экономии электроэнергии, допускается снижение освещённости улиц в два раза (пункт 7.44 СНиП 23-05-95). Светодиодные светильники позволяют регулировать освещённость снижением питающего напряжения (традиционные светильники на газоразрядных лампах этого не допускают, при снижении напряжения они выключатся). Наличие переключателя потребляемой мощности на подстанции позволяет, без расширения номенклатуры светильников, получать различные нормы освещённости в соответствии со СНиП 23-05-95.
При оценке экономии электроэнергии необходимо учитывать потери на проводах линий питания светильников. Потребляемый лампами ДРЛ и ДНаЗ ток составляет 2.1-2.2 А, потребляемый ток светильника LZ составляет 0.6-0.9А в зависимости от режима работы. Таким образом, рассеиваемая на проводах питания мощность уменьшается в 4-9 раз.
Так же не требуется ввод новых мощностей, т.к. энергопотребление светодиодных светильников меньше, а срок полной окупаемости 90 Вт светильника в среднем составляет 3-4 года.
Свойства светодиодов, которые в ближайшем будущем сделают их самыми экономичными по сравнению с другими источниками света:
· высокая световая отдача (100 - 150 лм/Вт);
· малое энергопотребление (единицы ватт);
· высокие значения КПД световых приборов и коэффициентов использования светового потока в осветительных установках;
· малые габариты (точечные или плоские приборы);
· высокая долговечность (более 10 лет непрерывной работы);
· отсутствие пульсации светового потока;
· возможность получения излучения различного спектрального состава;
· возможность снижения коэффициента запаса осветительных установок благодаря стабильности характеристик и высокому сроку службы;
· возможность использования для освещения выцветающих объектов (произведений искусств, продукции полиграфии, текстильного производства);
· высокая устойчивость к внешним воздействиям (температуре, вибрации, ударам, влажности);
· электробезопасность и взрывобезопасность;
· возможность резкого уменьшения размера, материалоемкости и трудоемкости производства световых приборов;
· возможность создания необслуживаемых светильников;
· высокая степень управляемости (возможность построения систем многоуровневого управления освещением);
· высокая технологичность при массовом производстве;
· низкие затраты на упаковку и транспортировку.
|
|
|
