Дипломная работа: Анализ энергоэффективности системы освещения учебных помещений корпуса Т (I этаж)

Дипломная работа: Анализ энергоэффективности системы освещения учебных помещений корпуса Т (I этаж)

Реферат

Пояснительная записка 60 с, 7 табл., 18 источников.

Объект исследования - система освещения учебных помещений технического корпуса Т СумГУ (I этаж).

Целью работы является анализ энергоэффективности системы освещения, разработка организационных и технических мероприятий по энергосбережению и их финансовая оценка.

Графические материалы: схема размещения источников освещения с таблицей замеров параметров, плакат организационных и технических мероприятий по энергосбережению и финансовая оценка - всего 2 листа формата А1.

Приведено описание основных показателей освещения, описание осветительных систем административных зданий и применяемое оборудование, описание состояния помещений и системы освещения технического корпуса Т, нормирование освещенности, методика проведения аудита системы освещения и применяемое при этом оборудование, необходимые расчеты экономии электроэнергии в существующих осветительных установках.

Ключевые слова: ОСЕЩЕНИЕ, ОСВЕТИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА, ФОТОМЕТР, ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ, МЕРОПРИЯТИЕ, ЭКОНОМИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ.

Тема работы «Анализ энергоэффективности системы освещения учебных помещений корпуса Т (I этаж)».

Содержание

Техническое задание

Реферат

Введение

1    Показатели освещения

2    Описание осветительных систем административных зданий и применяемое оборудование

3    Описание помещений и состояния системы освещения

4    Нормирование освещения

5    Методика проведения аудита системы освещения

6    Оборудование, необходимое для аудита системы освещения

7    Расчет экономии электроэнергии в действующих осветительных установках

8    Повышение качества и энергоэффективности осветительных установок (Индивидуальное задание)

Выводы

Список используемой литературы

Введение

Создание необходимого светового климата для эффективного восприятия зрительной информации - это основная задача освещения, в том числе и искусственного, электрического.

На цели освещения тратится значительная часть вырабатываемой электроэнергии. В последнем десятилетии ХХ-го века осветительные установки ряда стран потребляли следующую часть вырабатываемой электроэнергии: ФРГ - 9 %, Франция - 11 %, Великая Британия - 12 %, Италия - 13 %, Украина - 13 %, Япония - 18 %, США - 20 %. Поэтому осветительные электропотребители представляют важный объект и поле для экономии энергетических ресурсов [18].

Приведенные цифры не дают представления об эффективности использования электроэнергии на освещение, но показывают насколько значимым является снижение затрат на искусственное освещение при ограниченности и исчерпаемости энергоресурсов, а также ухудшении экологической обстановки. Экономия электрической энергии может быть достигнута как за счет уменьшения установленной мощности, так и за счет уменьшения времени наработки за год. Номинальная мощность осветительного оборудования рассчитывается на стадии ее проектирования исходя из нормированных значений освещенности и качественных характеристик освещения, выбранной системы освещения и принятого способа размещения светильников, начальной световой отдачей используемых комплектов "лампа - пускорегулирующий аппарат (ПРА), коэффициента использования светового потока осветительной установки относительно рабочей поверхности, коэффициента запаса, зависящего от изменения светового потока ламп и КПД светильников во времени, снижения отражающих характеристик поверхностей помещения во времени [10].

1 Показатели освещения

Устройство, предназначенное для превращения электрической энергии в оптическое излучение, называется искусственным электрическим источником излучения. При диапазоне оптических измерений в пределах длин волн от 380 до 760 нм в органах зрения вызывается ощущение света. Если электрический источник вызывает электромагнитные колебания в пределах указанных длин волн, то он называется электрическим источником света [1].

К световым величинам относятся: сил света, световой поток, освещенность, светимость, яркость, световая энергия [12]:

I – сила света, единица измерения - кандела [кд]; 1 кд - это сила света, излучаемая в перпендикулярном направлении с поверхности черного тела площадью 1/6×10-5 м2 при температуре затвердевания платины (Т=2045 °К) и давлении 101325 Па;

Ф – световой поток – эффективный поток излучения, определяемый спектральной чувствительностью глаза, единица измерения – люмен [лм]; для точечного источника характеризуется силой света, 5 равномерно распределенной в пространственном угле в стеррадиан, ;

Е – освещенность – плотность светового потока по освещаемой поверхности, Е = Ф / S, единица измерения - люкс [лк];

М – светимость – плотность светового потока, проходящего через поверхность или отраженного от нее, единица измерения – люмен на квадратный метр [лм/м2];

L – яркость – плотность силы света по площади проекции излучаемого (отражающего) тела в заданном направлении, единица измерения кандела на квадратный метр [кд/м2];

Q – световая энергия, определяемая произведением светового потока на время его действия, единица измерения – люмен на секунду [лм*с].

Показателем эффективности любого источника света является его светоотдача, чем больше ее численное значение, тем более эффективен источник света. Светоотдача представляет собой отношение светового потока источника света к потребляемой мощности, Н=Ф / Р, единица измерения люмен на ватт [лм/Вт].

К качественным показателям освещения относятся: показатель ослепленности, показатель дискомфорта, спектральный состав излучения, цветовая температура, цветопередача, пульсация светового потока [10].

Показатель ослепленности – величина, характеризующая уровень ухудшения видения при появлении в поле зрения резко контрастной яркости.

Показатель дискомфорта – субъективная количественная оценка степени неприемлемости условий освещения при решении неопределенных зрительных задач.

Спектральный состав излучения – совокупность монохроматических световых потоков, генерируемых источником света, дозировка которых определяется физической природой излучателя и режимом излучения.

Цветовая температура – температура черного тела, при которой цветность его излучения совпадает с цветностью излучения реального тела при истинной температуре последнего.

Пульсация светового потока – удвоенные во времени периодические изменения светового потока источника света, питаемого переменным током.

В современных источниках света электрическая энергия преобразуется в основном двумя путями [12]:

•       посредством нагрева тела электрическим током (тепловые методы);

•       посредством электрического разряда в газах и парах металлов (разрядные).

Различают энергетические, светотехнические, электротехнические и эксплуатационные показатели источников света [10]. К энергетическим показателям относятся:

•        энергетический к.п.д. лампы hэн.л=Фп.л/Рл ,

где Фп л - полный поток излучения лампы, Вт;

Рл - мощность лампы, Вт;

•       эффективный к.п.д. потока излучения лампы hэф.л=Фэф.л/Фпл,
где Фэф.л - эффективный поток излучения лампы.

К светотехническим показателям относятся: эффективный поток излучения лампы, светоотдача лампы, спектральный состав излучения лампы, пульсация светового потока.

К электротехническим показателям относятся: номинальная мощность лампы, номинальное напряжение лампы, номинальное напряжение сети, на которое рассчитана лампа.

К эксплуатационным показателям относятся: полезный срок службы, средняя продолжительность работы до изменения одного из ее параметров сверх пределов, установленных стандартом, зависимость основных параметров лампы от отклонений напряжения сети.

Лампы накаливания имеют достоинства: простота конструкции, дешевизна, простота в эксплуатации, хорошая цветопередача, отсутствие мигания, отсутствие пускорегулирующих устройств, являются единственным источником света при напряжениях 12 - 36 В. К недостаткам ламп относится: низкая светоотдача, малый срок службы, высокая чувствительность к изменениям напряжения [8].

Лампы накаливания используются для бытового, местного, аварийного освещения, в помещениях с небольшим числом часов использования.

Люминесцентные лампы низкого давления образуют при работе ионизированные пары металла и газа, производящие ультрафиолетовое излучение, которое с помощью люминофоров на внутренних стенках трубки лампы преобразуется в излучение, ощущаемое глазом [8].

К достоинствам люминесцентных ламп относится относительная простота конструкции, большой диапазон с точки зрения цветопередачи, относительно высокая светоотдача, большой срок службы. К недостаткам можно отнести мигание лампы, старение лампы, наличие пускорегулирующего аппарата (ПРА), малый диапазон мощностей, чувствительность к снижению напряжения, ограниченный температурный диапазон работы (от 5 до 40 °С).

Трубчатые люминесцентные лампы низкого давления с дуговым разрядом в парах ртути по цветности излучения делятся на белого света (ЛБ, цветовая температура 3500 К), тепло белого света (ЛТБ 2700 °К), дневного света (ЛД, 6500 °К) и лампы дневного света с исправленной цветностью (ЛДЦ).

Мощность ламп 4-150 Вт, светоотдача достигает 75 - 80 лм/Вт, срок службы до 12000 - 25000 ч., но к концу этого срок световой поток снижается до 60 % начального.

Разновидностью ламп являются малогабаритные люминесцентные лампы (КЛЛ), имеющие цоколь, как и у ламп накаливания. Небольшие размеры достигаются за счет сгибания газоразрядной трубки. Срок службы ламп в пять раз больше, чем у ламп накаливания, потребление электроэнергии в четыре раза меньше при 1 том же световом потоке [8].

Люминесцентные лампы используются для внутреннего освещения помещений.

Осветительные приборы содержат источник света и оптическую систему со вспомогательной арматурой и предназначены для освещения различных объектов. Основная функция осветительного прибора - перераспределение светового потока источника света в требуемом направлении окружающего его пространства. Вспомогательными функциями являются: коммутация и стабилизация электрической энергии, защита источника света от механических повреждений, изоляция источника света от взрывоопасных, пожароопасных, влажных, химически агрессивных и пыльных сред, изменение спектрального состава излучения источника света (при необходимости), установочное крепление прибора по месту эксплуатации, выполнение специфических функций (например, при подводном или космическом освещении, технологическом излучении и пр.) [8].

Основными показателями светильников являются: мощность, напряжение питающей сети, габаритные размеры, кривая силы света, световой к.п.д. - h = Фп.с / Фл, где Фпс полезный световой поток прибора, Фл – световой поток лампы [12].

Светильники можно классифицировать по степени защиты от проникновения пыли и влаги, по исполнению в зависимости от среды использования. Светильник должен удовлетворять требованиям соответствующих технических стандартов.

Одним из основных элементов светильника является его отражатель. Высокоэффективные отражатели используют поверхность, покрытую серебром, которая обладает исключительно высоким зеркальным отражением, обеспечивая максимальное отражение светового потока лампы. Высокоэффективные отражатели обеспечивают увеличение коэффициента использования осветительной установки, в результате чего большая часть светового потока, излучаемого лампами, достигает рабочей поверхности [8].

Для обеспечения пробоя газового промежутка и ограничения дугового разряда в цепь газоразрядных ламп включаются реактивные (чаще всего индуктивные) сопротивления, которые совместно с компенсирующими конденсаторами для повышения коэффициента мощности и блокирующими конденсаторами радиопомех образуют пускорегулирующие аппараты (ПРА). Простейшие элементы управления представляют собой стартер и дроссель, используются также схемы полу резонансного и трансформаторного запуска, наиболее эффективными являются электронные схемы пуска [8, 12].

2 Описание осветительных систем административных зданий и применяемое оборудование

Наиболее массовыми источниками света в течение ближайшего десятилетия, позволяющими получить значительную экономию энергоресурсов и находящими все более широкое применение для освещения административных зданий, будут ЛЛ и КЛЛ. Это обусловлено их достоинствами: высокими световыми отдачами (до 87 лм/Вт для мощных ламп), хорошей цветопередачей (общий индекс цветопередачи более 80), компактностью их светящих тел, позволяющую уменьшить материалоемкость светильников, а также возможностью прямой замены ЛН на КЛЛ со встроенными пускорегулирующими аппаратами (ПРА) и цоколем Е-27 [7, 8].

Достоинства современных источников света в полной мере могут быть реализованы с соответствующими пускорегулирующими аппаратами. В настоящее время для включения источников света используются: как электромагнитные ПРА (ЭМПРА: обычные, с пониженными потерями, с минимизированными потерями), так и электронные пускорегулирующие аппараты (ЭПРА: неуправляемые и управляемые). Сравнительная дороговизна ЭПРА делает оправданным в настоящее время использование также ЭМПРА.

К достоинствам ЭМПРА следует отнести чрезвычайно высокую надежность и относительно низкую стоимость.

К достоинствам комплектов "лампа-ЭПРА" следует отнести [8]:

•     практически полное отсутствие пульсаций светового потока ламп, что позволяет использовать данные комплекты для освещения помещений с тяжелой зрительной работой;

•     высокие световые отдачи комплекта " КЛЛ-ПРА", достигающие световой отдачи самих ламп при их работе на частоте 50 Гц, что позволяет обеспечить экономию электроэнергии в осветительной установке на 25 %;

•     больший на 30-40 % срок службы ламп при их работе с ЭПРА, по сравнению с ЭМПРА;

•     возможность регулирования световым потоком ламп при работе с ЭПРА.

Однако потенциал снижения установленной мощности искусственного освещения в административных зданиях весьма ограничен. Например, лучшие из применяемых в настоящее время для внутреннего освещения административных зданий источники света по характеристикам световой отдачи практически достигли максимально возможного значения в 96-104 лм/Вт, а для современных типов светильников реальные значения КПД составляют 70-80 % и резерв его повышения практически исчерпан. Все шире применяются отделочные материалы с высокими (до 0,8) коэффициентами отражения [18].

Тем не менее, возможно значительное уменьшение потребления электроэнергии в осветительных установках. Анализ показывает, что в структуре энергопотребления административных зданий доля расхода энергии на цели освещения достигает 80 %, четкая же персональная ответственность и материальная заинтересованность в экономии электроэнергии трудно реализуемы. В этом случае оптимизировать энергопотребление можно за счет применения автоматизированных систем управления. Системы управления освещением (СУО) поддерживают требуемые (нормируемые) уровни освещенности в процессе эксплуатации осветительной установки в соответствии с заданной программой, исключая перерасход электроэнергии [14].

При использовании СУО экономия электроэнергии достигается за счет нескольких факторов.

Во-первых, в начальный период эксплуатации люминесцентных ламп, а также при избыточном количестве светильников создаваемая в помещении освещенность завышена и может автоматически уменьшаться до требуемого значения, что снижает энергопотребление на 15-25 %.

Во-вторых, наиболее значительную экономию электроэнергии позволяет обеспечить рациональное использование естественного освещения (переход от искусственного освещения к совмещенному), так как в течение достаточно большого времени суток освещение может быть вообще отключено либо включено на минимальную мощность (1-10 % от номинальной). Экономия может достигать 25 - 40 %.

В-третьих, часовая наработка осветительной установки при отсутствии автоматического управления также превышает рациональные значения, так как при стихийном управлении искусственное освещение остается включенным при достаточном естественном освещении и отсутствии в освещаемых помещениях людей, а также в нерабочее время из-за забывчивости персонала.

Автоматизированные СУО выполняют следующие функции:

•    контроль состояния помещений, а именно: контроль количественных и качественных характеристик освещения в различных зонах помещения;

•     контроль наличия людей в помещении;

•    контроль состояния органов ручного управления освещением; контроль исправности светильников и режима их работы, контроль напряжения, тока, энергопотребления осветительной установки, а также характеристик качества электроэнергии;

•    управление освещением помещений, а именно: автоматическое и/либо ручное управление (сценарий устанавливается с пульта управления);

•    включение и выключение освещения в помещении полностью или по группам светильников; плавная регулировка светового потока каждого светильника или отдельных групп светильников.

3 Описание помещений и состояния системы освещения

В данном разделе приведено описание помещений и состояния системы освещения лабораторного корпуса Т (I этаж, правое крыло) СумГУ. Во всех ниже перечисленных помещениях были произведены замеры освещенности в двух рабочих местах. Результаты замеров приведены в таблице (черт. 1). Замеры наружной освещенности проводились с южной и северной стороны здания.

При обследовании было принято, что лампы накаливания имеют мощность 60 Вт, а люминесцентные газоразрядные лампы дневного света - 40 Вт.

Помещение №106 – мастерская, площадь 66,5 м2. Оконные проемы площадью 16 м2. Оконные проемы не занавешены гардинами. Окна частично заслонены станками. На стенах кафель желтого цвета, потолок побелен. На потолке установлены 8 двухламповых светильников, предназначенных для люминесцентных газоразрядных ламп. Четыре лампы отсутствуют. Из 12 ламп 6 нерабочих.

Помещение №108 – учебная аудитория, площадь 34,2 м2. Оконные проемы площадью 8 м2. Оконные проемы занавешены тонкой гардиной. Стены оклеены светло-желтыми обоями, потолок побелен. На противоположной от окна стороне одна из панелей частично перекрыта учебной доской. На потолке установлены 3 трехламповых светильника, предназначенных для ламп накаливания. При обследовании помещения было выявлено 4 неработающих лампы.

Помещение №109/1 – мастерская, площадь 33 м2. Площадь оконных проемов 8 м2.Оконные проемы не занавешены. Остекление оконных проемов имеет частичное загрязнение. На окнах имеются решетки. Панель окрашена в зеленый цвет, потолок побелен. На потолке установлены 4 одноламповых светильника, предназначенных для ламп накаливания.

Помещение №109/2 – мастерская, площадь 47,7 м2. Площадь оконных проемов 8 м2. На окнах установлены решетки. Панели окрашены в зеленый цвет, потолок побелен. Противоположная оконному проему панель частично перекрыта станком и шкафом. На потолке установлены 6 одноламповых светильников, предназначенных для ламп накаливания. Из четырех ламп одна не рабочая.

Помещение №110 – мастерская, площадь 67,7 м2. Площадь оконных проемов 16 м 2. На окнах имеются легкие желтые занавески. Помещение расположено с солнечной стороны. На потолке имеются 8 двухламповых светильников с люминесцентными газоразрядными лампами. Одна лампа отсутствует, из 15 ламп 3 не рабочих.

Помещение №111 – помещение для дежурной, площадь 20,9 м 2. Площадь оконного проема 4 м2. Оконный проем занавешен тонкой гардиной. Стены выложены черным кафелем. Окно наполовину закрыто шкафом коричневого цвета. Потолок побелен. На потолке установлены два двухламповых светильника, предназначенных для люминесцентных газоразрядных ламп дневного света. Из четырех ламп 3 не рабочие.

4 Нормирование освещения

Современное нормирование осветительных установок базируется на детальных исследованиях зрительной работоспособности в зависимости от различных условий освещения. Одним из основных световых параметров, который легко поддается объективным измерениям, является освещённость. Под зрительной работоспособностью понимается способность зрительного анализатора выполнять работу заданной сложности (в зависимости от размера объекта, его контраста с фоном и т.п.) с определенной скоростью и надежностью различения [1]. С целью выбора необходимых уровней освещённости пользуются различными критериями: видимостью различаемого объекта, субъективной оценкой наблюдателей, технико-экономическими показателями, зрительной работоспособностью. Регламентируемое значение освещённости является, как правило, первым исходным параметром при проектировании любой осветительной установки [9]. Наиболее распространена регламентация освещённости в плоскости объекта различения или на условной расчетной плоскости (наиболее часто – горизонтальной, на высоте 0,8 м от пола), совпадающей с рабочей поверхностью [6]. В действующих отечественных нормах и в проекте норм для общественных зданий, регламентируется наименьшая освещённость от общего освещения, для отдельных случаев предлагается дополнительное местное освещение. В последние годы все чаще указывается диапазон рекомендуемых значений освещённости. Это позволяет в зависимости от экономических возможностей и характерных особенностей данной установки обеспечить уровни, более или менее близкие к оптимальным. Необходимо учитывать назначение и значимость помещения, размещение в нём оборудования, характер и последовательность зрительных работ, время, затрачиваемое на каждую работу [9]. Уровень освещенности должен быть тем выше, чем сложнее вид выполняемой работы. В результате работы, выполненной Всесоюзным научно-исследовательским светотехническим институтом (ВНИСИ) и Институтом общей и коммунальной гигиены АМН СССР [18], было установлено, что для административных зданий нижний предел оптимального уровня освещенности на рабочей поверхности составляет: при работе за компьютером около 200 - 300 лк, при чтении около 300 - 400 лк. Верхний предел можно считать близким к 1000 лк.

Во всех помещениях с постоянным пребыванием в них людей для работ в дневное время следует предусматривать естественное освещение как более экономичное и отвечающее медико-санитарным требованиям [6].

Естественное освещение подразделяется на боковое, верхнее и комбинированное. Характеризовать естественное освещение абсолютным значением освещенности на рабочем месте невозможно. В качестве нормируемой величины принята относительная величина – коэффициент естественной освещенности (КЕО), который представляет собой отношение освещенности в данной точке внутри помещения Ев к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности Ен, создаваемой рассеянным светом полностью открытого небосвода [6]:

                                                                  (4.1)

Все значения коэффициентов, необходимых для расчета нормированного и фактического КЕО, взяты из [6].

Нормированное значение коэффициента естественной освещенности ен

с учетом характера зрительной работы, светового климата, солнечности климата, зависящее от географического расположения здания на территории страны, определяется по формуле [6]:

eн=енІІІ×m×c, (4.2)

где еIIIн - значение КЕО (%) при рассеянном свете от небосвода, определяемое с учетом характера зрительной работы;

m - коэффициент светового климата (без учета прямого солнечного света), определяемый в зависимости от района расположения здания на территории страны;

с - коэффициент солнечности климата (с учетом прямого солнечного света), определяемый в зависимости от пояса светового климата и ориентации здания относительно сторон горизонта.

Во всех обследуемых помещениях выполняется работа средней точности и естественный свет проникает через боковые оконные проемы, поэтому ен составит 1,5 %. Коэффициент светового климата принимаем равным 0.9,а коэффициент солнечности – 0.8, так как г. Сумы расположен в IV световом поясе, 50°53" северной широты. Определяя нормированное значение коэффициента естественной освещенности ен по формуле (4.2), получим:

ен= 1,5%×0,9×0,8 = 1,1%.

Для оценки естественного освещения также необходимо рассчитать фактическое значение коэффициента естественной освещенности еф, зависящее от площади световых проемов и от некоторых других факторов. При боковом освещении фактическое значение КЕО определяется по формуле [1,2]:

                                                                                (4.3)

где So – площадь окон в рассматриваемом помещении, м ;

к3 – коэффициент запаса, принимаем к3=1,3;

r1 – коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и подстилающего слоя, прилегающего к зданию;

Sn – площадь пола помещения, м2;

h0 световая характеристика окон;

кзд – коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зданиями;

t0 – общий коэффициент светопропускания, определяемый по формуле:

t0=t1×t2×t3×t4×t5,                                                                                 (4.4)

где t1 – коэффициент светопропускания материала (для двойного стекла t1=0,8);

t2 коэффициент, учитывающий потери света в переплетах светопроема;

t3 коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях (при боковом освещении t3=1);

t4 коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах (при их отсутствии t4=1, при наличии солнцезащитного устройства «Жалюзи» t4=0,9);

t5 коэффициент, учитывающий потери света в защитной сетке, устанавливаемой под фонарем (при боковом освещении t5=1).

Результаты расчетов фактического значения КЕО сведены в таблицу 4.1. Проанализировав фактическое и нормируемое значения КЕО, приходим к выводу, что в тех помещениях, в которых фактическое значение меньше нормированного, необходимо применять совмещенное освещение.

Таблица 4.1 - Результаты расчетов фактического значения КЕО.

5 Методика проведения аудита системы освещения

В последнее время, в связи с ростом цен на энергоносители, актуальной становится их экономия. Первым этапом процесса экономии энергии является проведение комплексного энергетического обследования объекта (энергоаудит) и разработка на его основе экономически целесообразных мероприятий по экономии энергии. Данные мероприятия разрабатываются для каждого отдельного типа потребителя энергии: отопление, технология, освещение, вентиляция и т.п. Сначала производится анализ состояния систем энергопотребления, а затем расчет экономии энергии по определенным методикам [13, 16].

Подавляющее большинство осветительных установок можно улучшить в отношении общих денежных затрат и сокращении потребления электроэнергии, если применить усовершенствованные технологии и более эффективное оборудование. Некоторые изменения для реализации значительных выгод могут потребовать лишь очень небольших либо вообще нулевых капитальных затрат. В других случаях могут понадобиться инвестиции капитала в новое оборудование, и тогда необходимо сопоставлять требуемые капитальные затраты с экономией эксплуатационных расходов. Часто срок окупаемости оказывается на удивление малым [17].

Система освещения является весомым потребителем электроэнергии, особенно в административных зданиях (до 80 %). Поэтому применение предлагаемой методики приобретает большое значение при энергоаудите.

Для анализа состояния системы освещения обследуемого объекта необходимо собрать следующую информацию [16]:

•       тип и количество существующих светильников;

•       тип, количество и мощность используемых ламп;

•       режим работы системы искусственного освещения;

•       характеристики поверхностей помещений (коэффициенты отражения);

•       год установки светильников;

•       периодичность чистки светильников;

•       фактический и нормированный уровень освещенности;

•       значения напряжения электросети освещения в начале и в конце измерений освещенности;

•       размеры помещения;

•       средний фактический срок службы ламп;

•       фактическое и нормированное значение коэффициента естественной
освещенности.

Затем, производится расчет показателей энергопотребления на основании вышеперечисленных данных полученных в результате инструментального обследования объекта.

Фактическая мощность:

Рфі=Рл×Кпpа×Nр. (5.1)

Установленная мощность:

Pyi=Pл×Knpa×N,       (5.2)

где Рф – фактическая мощность осветительной установки i-ro помещения в обследуемом объекте;

Pyi – установленная мощность осветительной установки i-ro помещения в обследуемом объекте;

Рл – мощность лампы, Вт;

Кпра – коэффициент потерь в пускорегулирующей аппаратуре осветительных приборов (данный коэффициент учитывается только при расчете мощности осветительной установки, в которой используются газоразрядные лампы);

Np – количество работающих однотипных ламп в осветительной установке i-ro помещения;

N – количество всех однотипных ламп в осветительной установке i-ro помещения.

Годовое и удельное энергопотребление:

 (5.3)

где WГ – суммарное годовое потребление электроэнергии;

WГі – годо вое потребление ОУ i-ro помещения;

ТГi – годовое число часов работы системы i-ro помещения;

KИi – коэффициент использования установленной электрической мощности в ОУ i-ro помещения, который вычисляется по формуле:

, (5.4)

, (5.5)

где WГуд – годовое удельное потребление электроэнергии;

Sі – площадь i-ro помещения в исследуемом объекте.

Удельные показатели энергопотребления или установленной мощности (Вт/м2) позволяют на основе норм приближенно (±20 %) оценить общий потенциал экономии энергии.

Для более точной оценки по каждому мероприятию необходимо выполнить расчет экономии электроэнергии по нижеприведенной методике.

Сначала необходимо определить фактическое среднее значение освещенности с учетом отклонения напряжения в сети от номинального по формуле:

 (5.6)

где Еф – измеренная фактическая освещенность, лк;

k – коэффициент, учитывающий изменения светового потока лампы при отклонении напряжения питающей сети (к=4 для ламп накаливания, к=2> для газоразрядных ламп);

UH – номинальное напряжение сети, В;

Ucp – среднее фактическое значение напряжения Ucp = (U1 - U2) / 2 [В] (U1 и U2 – значения напряжения сети в начале и конце измерения).

Для учета отклонения фактической освещенности от нормативных значений определяем коэффициент приведения:

kni=Eфі/Ені   (5.7)

где kni – коэффициент приведения освещенности i-ro помещения;

Еф – фактическое значение освещенности в i-ом помещении;

Ені – нормируемое значение освещенности в i-ом помещении.

Потенциал годовой экономии электроэнергии в ОУ обследуемого помещения рассчитывается по формуле:

, (5.8)

где  - потенциал экономии электроэнергии в кВт×ч/год для i-ro помещения и k-ro мероприятия.

К основным мероприятиям относятся:

1.         Переход на другой тип источника света с более высокой светоотдачей (лм/вт). Экономия электроэнергии в результате данного мероприятия определяется по формуле:

, (5.9)

где kИСі – коэффициент эффективности замены типа источника света;

k3Пi – коэффициент запаса учитывающий снижение светового потока лампы в течение срока службы (при замене ламп с близким по значению кзп но с разной эффективностью кзп исключается или корректируется, кроме случая когда обследование проводилось после групповой замены источников света).

, (5.10)

где h - светоотдача существующего источника света [лм/вт];

hN светоотдача предлагаемого к установке источника света [лм/вт].

2.         Повышение КПД существующих осветительных приборов вследствие их чистки. Экономия электроэнергии в результате данного мероприятия определяется по формуле:

, (5.11)

где kЧi – коэффциент эффективности чистки светильников.

 , (5.12)

где gс, bс, tc – постоянные для заданных условий эксплуатации светильников;

t – продолжительность эксплуатации светильников между двумя ближайшими чистками.

Несвоевременная чистка светильников может снизить освещенность на 15 - 30 % и более, что приводит к снижению производительности труда и качества продукции, ухудшению психофизиологического состояния работающих, повышению травматизма. В связи с этим на каждом предприятии должен быть график чистки светильников, который подтверждается документально [2]. 3. Повышение эффективности использования отражённого света.

Для повышения коэффициента использования естественного и искусственного освещения поверхности помещений общественных зданий следует окрашивать в светлые тона, что позволит:

•       снизить число установленных светильников при условии обеспечения за данных норм освещенности;

•       повысить освещенность до нормированных значений при существующем числе или незначительном увеличении числа светильников.

Все поверхности в определенной степени поглощают свет. Чем меньше их отражательная способность, тем больше света они поглощают. Из этого следует, что поверхности, окрашенные в светлые цветовые тона, являются более эффективными, однако их следует регулярно красить, мыть либо заново оклеивать с тем, чтобы обеспечить экономичное использование освещения. Отражение от цветных поверхностей в комнате может сказаться на количестве и цветовом составе света на рабочих поверхностях [16].

Увеличение коэффициентов отражения поверхностей помещений на 20% и более (покраска в более светлые тона, побелка, мойка) позволяет экономить 5-15 % электроэнергии, вследствие увеличения уровня освещенности от естественного и искусственного освещения. Эффективность данного мероприятия зависит от большого числа факторов: размеры помещения, коэффициенты отражения поверхностей помещения, расположение светопроемов, коэффициент естественной освещенности (КЕО), режим работы людей в помещении, светораспределение и расположение светильников. Более точное значение экономии электроэнергии можно получить на основании светотехнического расчета методом коэффициента использования [10].

4. Повышение эффективности использования электроэнергии при автоматизации управления освещением.

Эффективность данного мероприятия является многофакторной, методика расчета экономии электроэнергии сложна для использования при энергообследовании, но может быть рекомендована при необходимости точной оценки [5].

Автоматическое управление наружным освещением, по сравнению с ручным, дает экономию электроэнергии порядка 2 — 4 % [18].

Управление освещением в помещениях с боковым и комбинированным естественным светом должно обеспечивать возможность отключения рядов светильников, параллельных окнам. Эти мероприятия могут привести к снижению расхода электроэнергии на 5 - 10 % [18].

На основании опыта внедрения систем автоматизации и экономию от данного мероприятия можно определить по следующей формуле [5]:

, (5.13)

где  - коэффициент эффективности автоматизации управления освещением, который зависит от уровня сложности системы управления. В таблице 5.1 представлены значения для предприятий и организаций с обычным режимом работы (1 смена).

Таблица 5.1 - Значения коэффициента эффективности автоматизации управления освещением.

5. Установка энергоэффективной пускорегулирующей аппаратуры (ПРА).

, (5.14)

где Knpai – коэффииент потерь в ПРА существующих светильников системы

освещения i-ro помещения;

KnpaiN – коэффициент потерь в устанавливаемых ПРА.

6. Замена светильников является наиболее эффективным комплексным мероприятием, так как включает в себя замену ламп, повышение КПД светильника, оптимизацию светораспределения светильника и его расположения. Для точной оценки экономии электроэнергии необходимо производить светотехнический расчет освещенности для предполагаемых к установке светильников методом коэффициента использования или точечным методом [10]. По расчетному значению установленной мощности (из светотехнического расчета) экономия электроэнергии определяется по формуле:

, (5.15)

где PіN – установленная мощность после замены светильников;

ТГі – годовое число часов работы системы искусственного освещения i-ro помещения.

При упрощенной оценке (при замене светильников на аналогичные по светораспределению и расположению) расчет производится по следующей формуле [16]:

, (5.16)

где kсвi – коэффициент учитывающий повышение КПД светильника:

 , (5.17)

где qі – паспортный КПД существующих светильников;

qіN – паспортный КПД предполагаемых к установке светильников.

В случае большого числа однотипных помещений в обследуемом здании со схожими по параметрам, состоянию, и мероприятиям ОУ расчет производится с помощью удельных показателей экономии электроэнергии.

, (5.18)

где  - удельная экономия электроэнергии для j - типа помещения;

  - расчетная экономия электроэнергии для i-ro помещения;

Sij – площадь i-ro помещения. Общая экономия электроэнергии в системах освещения обследуемого объекта определяется по формуле:

, (5.19)

где SJ – общая площадь помещений j-го типа;

N – количество типов помещений.

6 Оборудование, необходимое для аудита системы освещения

Для анализа системы освещения мы пользовались цифровым фотометром ТЕС 0693 (люксометр-яркомер). Фотометр предназначен для измерения освещенности, формируемой естественным и искусственным светом, источник которого расположен произвольно от головки фотометрической, и для измерения яркости несамосветящихся объектов в нормальных климатических условиях: температура окружающей среды от 5 до 40 °С; относительная влажность воздуха от 60 до 95 %; атмосферное давление (100±4) кПа (760±30 мм рт.ст.). Диапазон измерения освещенности составляет: от 10 до 105 лк с косинусной насадкой и от 0,1 до 104без косинусной насадки. Диапазон измерения яркости – от 10 до 2-10 Кд/м". Нестабильность измерений фотометра составляет не более 1 % и обеспечивается конструкцией. Питание фотометра осуществляется от встроенной аккумуляторной батареи напряжением 9В или от блока питания, работающего от сети напряжением (220±22) В и частотой (50±0,5) Гц в двух режимах: режим источника напряжения 9 В; режим заряда аккумуляторной батареи. Время непрерывной работы от аккумуляторной батареи составляет не менее 8 часов. Потребляемая мощность фотометра не превышает 0,1 Вт, а время установления рабочего режима не более 1 минуты.

Фотометр состоит из электронного блока, головки фотометрической со съемной косинусной насадкой, насадкой для измерения яркости и блока питания. На лицевой панели прибора расположено цифровое табло (три полных и один неполный десятичный разряд), переключатель питания с двумя положениями "Вкл" и "ЗО" (заряд аккумуляторной батареи и отключено), две регулировки "под шлиц" для установки нуля, переключатель каналов измерения: освещенности (Е), яркости (L), переключатель пределов измерения на четыре рабочие положения.

Принцип работы фотометра состоит в следующем: световой поток, попадая на фоточувствительный элемент головки фотометрической, генерирует фототок, преобразуемый преобразователем ток-напряжение в пропорциональное ему натпряжение постоянного тока. Аналого-цифровой преобразователь преобразует напряжение в цифровой код, выводимый на жидкокристаллический индикатор. Схема выбора предела измерений задает коэффициент преобразования, величину опорного напряжения на аналого-цифровом преобразователе и положение запятой на жидкокристаллическом индикаторе.

При проведении замеров освещенности внутри помещения обращенную вверх пластинку фотоэлемента необходимо держать параллельно полу на уровне высоты стола (0,8 м от пола) [1].

Наружная освещенность должна определяется по горизонтальной плоскости, освещаемой всей небесной полусферой, поэтому замер надо проводить на открытой со всех сторон площадке, где небосклон не затенен близко стоящими зданиями или деревьями [6].

7 Расчет экономии электроэнергии в действующих осветительных установках

В данном разделе производится расчет экономии электроэнергии в действующих осветительных установках технического корпуса Т СумГУ (I этаж) по методике, изложенной в разделе 5.

При расчете фактической и установленной мощности по формулам (5.1) и (5.2) соответственно используется коэффициент потерь в пускорегулирующей аппаратуре, который составляет для люминесцентных ламп 1,2 согласно [16], а для ламп накаливания этот коэффициент не используется, так как пускорегулирующая аппаратура в лампах накаливания отсутствует. Мощность ламп накаливания была принята 60 Вт, а мощность люминесцентных ламп — 40 Вт.

Нормированная освещенность рабочего места в помещениях административных зданий согласно разделу 4 составляет 300 лк. Для учета отклонения фактической освещенности от нормативного значения необходимо определить коэффициент приведения по формуле (5.7). В помещениях, где для обеспечения нормированной освещенности используется естественное освещение, в качестве фактического значения принимается значение естественной освещенности, и годовое число часов работы осветительной установки такого помещения составляет 1300 час/год (в среднем 5 часов работы в день). К таким помещениям относятся помещения 106,108,110. В помещениях, где нормированное значение освещенности не обеспечивается естественным освещением, в качестве фактического значения принимается значение освещенности, создаваемое совмещенным освещением. Годовое число часов работы осветительных установок таких помещений составляет 2000 час/год (в среднем 8 часов работы в день).

При расчете годового энергопотребления осветительной установкой по формуле (5.3) используется коэффициент использования установленной электрической мощности, который в свою очередь определяется по формуле (5.4).

При расчете экономии электроэнергии при переходе на другой тип источника света по формуле (5.9) первоначально необходимо определить коэффициент эффективности замены типа источника света по формуле (5.10). Для этого примем, что лампы накаливания и существующие люминесцентные лампы заменяются на люминесцентные лампы пониженной мощности типа TLD 36/84 со светоотдачей 93 лм/Вт. Известно, что светоотдача ламп накаливания составляет 12 лм/Вт, а светоотдача уже существующих люминесцентных ламп - 70 лм/Вт [8].

При расчете экономии электроэнергии за счет чистки светильников по формуле (5.11) необходим коэффициент эффективности чистки светильников, который согласно [16] составляет 0,03.

Примем, что при повышении средневзвешенного коэффициента отражения поверхностей помещения от значения 0,3 до значения 0,5 экономия электрической энергии в среднем составит 10 %.

Рассчитывая экономию электроэнергии в результате внедрения системы автоматического включения и отключения по формуле (5.13) предварительно определяем коэффициент эффективности автоматизации управления освещением по таблице 5.1. При внедрении системы управления, которая контролирует уровень освещенности и автоматически включает и отключает систему освещения при критическом значении освещенности, коэффициент эффективности автоматизации составит 1,1 [5].

Экономию электрической энергии вследствие установки электронных ПРА с коэффициентом потерь 1,1 определяем по формуле (5.14).

При установке новых светильников с более высоким КПД=75 %, но с аналогичным светораспределением, экономия электроэнергии определяется по формуле (5.16). Для этого необходимо знать коэффициент, учитывающий повышение КПД светильника, который определяется по формуле (5.17). При этом надо учесть, что КПД ламп накаливания составляет 10 %, а КПД люминесцентных ламп - 52 %.

Общая экономия электрической энергии при внедрении вышеперечисленных мероприятий определяется как сумма экономии энергии от каждого мероприятия. А общий резерв экономии электроэнергии определяется по формуле (5.8).

Годовая экономия в денежном выражении определяется как произведение общего резерва экономии электроэнергии и тарифа в размере 0,3 грн/кВт×ч [2].

Все результаты расчетов сведены в таблицу 7.1.

Таблица 7.1 - Результаты расчетов экономии электроэнергии.

8 Повышение качества и энергоэффективности осветительных установок (индивидуальное задание)

8.1 Проблема энергосбережения в осветительных установках

Проблема энергосбережения в осветительных установках во всех странах мира, приобрела за последние годы особое значение. Проблема в значительной мере связанная с непрерывным увеличением масштабов использования электроэнергии на освещение. Объем электроэнергии расходуемой на освещение в разных странах мира, показана в таблице. Как видно на освещение направляется до 20% всей используемой электроэнергии.

По оценкам метеорологов, глобальное потепление на нашей планете началось приблизительно в 1978 г. и вызвано оно так называемым «парниковым эффектом» — накоплением в атмосфере «парниковых» газов, в первую очередь двуокиси углерода (СО2). Основной вклад в общий объем выбросов СО2 приходится на уголь и другие виды топлива, используемого на тепловых электростанциях (ТЭС). Затраты электроэнергии на искусственное освещение в мире в начале 2002 г. сопровождались ежегодными выбросами в атмосферу до 300 млн. т СО2. По прогнозам американского Worldwatch Institute, до 2010 г. эта цифра может увеличиться до 450 млн. т/год.

Стабильность температуры окружающей среды является одним из основных условий существования жизни. Главными механизмами, которые обеспечивают стабильность температуры на поверхности Земли, являются излучение Солнца и парниковый эффект.

Явление "парникового эффекта" заключается в том, что после отражения от поверхности Земли часть солнечной энергии не полностью рассеивается в космическом пространстве. Значительная часть теплового излучения задерживается парниковыми газами, которые входят в состав атмосферы Земли. Благодаря этому температура повышается на 33"С. Без парникового эффекта температура возле поверхности Земли не превышала бы 18"С, а это означает отсутствие условий для жизни, так как вода на земной поверхности существовала бы только в виде льда.

Многолетний мониторинг обнаружил ярко выраженную тенденцию к повышению среднегодовой температуры. Большинство специалистов связывают это явление с повышением концентрации газов, которые принято называть парниковыми. Антропогенные выбросы СО2, СН4 и N20, которые относятся к группе парниковых газов, способны в значительной степени увеличить парниковый эффект. Результатом этого может быть повышение среднегодовой температуры на протяжении XXI столетия на 2-5°С. В одних регионах температура будет меняться более быстро, в других - медленнее. Результатом этого будет изменение циркуляции ветров и перераспределение осадков. Это, в свою очередь, приведет к увеличению влажности в одних регионах и к засухам в других. Изменение температуры, количества осадков и уровня моря отразится на жизнедеятельности людей. В особенности существенно влияние глобального потепления будет ощущаться в прибрежных зонах. Некоторые из них просто исчезнут. Значительно увеличится эрозия грунта, чаще будут происходить наводнения, затопление прибрежных территорий, увеличится количество увлажненных земель. В сельском хозяйстве возникнет необходимость в проведении ирригационных работ, изменится урожайность и количественный состав культур, а это, в свою очередь, отразится на животноводстве. В энергетическом секторе наиболее значительные изменения произойдут в гидроэнергетике.

Пути решения проблем: уменьшение выбросов и увеличение поглощения парниковых газов.

Соответствующие международные и национальные организации разработали целый ряд мероприятий, направленных на внедрение энергоэффективных технологий, в том числе реализацию первоочередных шагов по экономии электроэнергии в установках внутреннего и внешнего освещения.

Международное энергетическое агентство (IЕА) и Общество экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) вместе с Европейским министерством окружающей среды предложили программу, осуществление которой может снизить затраты электроэнергии на освещение в среднем на 60%. К числу реальных мероприятий повышения энергоэффективности осветительных установок (ОУ) и, соответственно, снижения выбросов СО2 во время работы теплоэлектростанций относятся прежде всего:

1) широкое внедрение в ОУ жилых и общественных зданий энергоэффективных компактных люминисцентных ламп (КЛЛ) взамен ламп накаливания (ЛН);

2) переход в ОУ промышленных и общественных зданий на осветительные приборы (ОП) с линейными люминесцентными лампами (ЛЛ) нового поколения с высокой светоотдачей (100лм/Вт);

3) использование электронных пускорегулирующих аппаратов (ПРА) вместо электромагнитных в светильниках с ЛЛ и КЛЛ;

4) автоматизированный контроль и управление освещением в зависимости от интенсивности природного света и с помощью датчиков присутствия;

5) более эффективное использование естественного освещения за счет применения активных светоперераспределяющих элементов на светопройомах (как боковых, так и потолочных).

 Вот некоторые, довольно интересные результаты расчетных оценок экономических и экологических выгод массового применения КЛЛ в быту в странах Западной Европы (по данным Philips Lighting и Osram). Если в любом из 145 млн. домашних хозяйств стран Европейского Союза 3 шт. ЛН по 60 Вт будут заменены эквивалентными по световому потоку тремя КЛЛ по 11 Вт с вмонтированными электронными ПРА, то при средней наработке 4 ч/сутки можно получить годовую экономию электроэнергии, эквивалентную ликвидации на европейском континенте десяти теплоэлектростанций мощностью 600 МВт каждая. По расчетам фирмы Osram, замена в 35 млн. домашних хозяйств Германии только одной ЛН 60 Вт на КЛЛ 11 Вт позволила бы за срок службы в 10 тыс. ч сэкономить около 17,5 млн. кВт-ч, что равнозначно снижению потребления на ТЭС каменного угля на 5 млн. т/год и, соответственно, сокращению выбросов СО2 на 15 млн. т ежегодно.

Заслуживают внимания и оценки специалистов Siemens AG результатов широкого внедрения высокочастотных электронных ПРА при реконструкции старых и обустройстве новых внутренних ОУ с ЛЛ. Если бы все ЛЛ, которые эксплуатируются в сооружениях Германии (большее 300 млн. шт.), работали с электронным ПРА (вместо электромагнитных), то экономия электроэнергии составила бы около 6,5 млрд. кВтч/год. Этот потенциал эквивалентен годовому потреблению 2 млн. т угля в обычных ТЭС или годовому производству электроэнергии на немецкой АЭС Isar I. Такая экономия электроэнергии позволила бы сократить выброс СО2 ориентировочно на 6 млн. т ежегодно! Это послужило бы существенным вкладом в защиту окружающей среды, если учесть, что в Германии на освещение расходуется около 50 млрд. кВт-ч/год (9-10% от общего объема выработанной электроэнергии), а ТЭС, которые вырабатывают электроэнергию, выбрасывают в атмосферу большее 27 млн. т СО2 в год.

В рамках осуществления энергосберегающей программы SAVE Европейская энергетическая комиссия провела исследования по выявлению первоочередных мероприятий по экономии электроэнергии на искусственное освещение. При этом было выявлено, что все ОУ с ЛЛ в Западной Европе потребляют ежегодно 10 млрд. кВт-ч, что равно общему годовому потреблению электроэнергии в Бельгии и Португалии на все промышленные и хозяйственные нужды.

Основные области применения осветительных приборов с ЛЛ — это производственные, административно-управленческие, учебные, лечебные учреждения, музеи и ряд других объектов. Снижение собственных потерь ПРА в светильниках, которые применяются в больших количествах для общего освещения помещений, создает хорошие предпосылки для уменьшения затрат электроэнергии в ОУ с ЛЛ.

Энергетическая комиссия внесла в Европейский парламент предложения по регламентации требований к повышению энергоэффективности ПРА для ЛЛ на базе классификации, разработанной CELMA - Европейской ассоциацией производителей осветительных приборов. Целью этой акции является поэтапное, на протяжении нескольких лет, сокращение объемов выпуска и применение электромагнитных ПРА (как со стандартным, так и с пониженным уровнем потерь) и широкомасштабное внедрение в новые системы освещения светильников, оснащенных энергоэкономичными электронными ПРА. Если эти предложения будут реализованы, то до 2020 г. в странах Европейского Союза в установках внутреннего освещения с ЛЛ можно будет рассчитывать на экономию до 12 млрд. к Вт-ч/год и снижение эмиссии СО2 на ТЭС приблизительно на 6 млн.т/год. Расчеты показали, что реально экономия электроэнергии, которая достигается в установках внутренего освещения при широком использовании новых светильников с ЛЛ повышенной светоотдачи с электронными ПРА, а также регулирующих систем и эффективных методов естественного освещения может составить 75%. Это соответственно обеспечит снижение эмиссии СО2 в 2 раза.

Эксперты фирмы Philips Licht убедительно доказали, что при реконструкции всех ОУ промышленных и общественных сооружений в Германии с использованием ЛЛ с повышенной светоотдачей (90 — 100 лм/Вт) и электронных ПРА, а также ОП с КПД70% можно в среднем добиться снижения удельной мощности освещения с 25 до 10 Вт/м2 без ухудшения его количественных и качественных светотехнических параметров. Это разрешило бы реально рассчитывать на экономию электроэнергии более чем на 2 млрд. Евро (действующий в Германии тариф на промышленную электроэнергию равен 0,078 Евро/кВт-ч). Количество ежегодно сэкономленного каменного угля на ТЭС при этом составило бы 8,5 млн. т, а это значит, что при экономии, получаемой от сокращения удельной мощности ОУ в 2,5 раза, объем выбросов СО2 в атмосферу снижается на 25,4 млн. т/год.

Характерно, что в Украине, в отличие от промышленно развитых стран Запада, имеет место чрезмерное потребление электроэнергии в промышленности и вместе с тем снижение ее нормы на освещение квартир. Последний фактор обусловлен недостаточной, пока что, обеспеченностью населения жилой площадью и относительно низкими доходами. И все же социальная неустроенность, хочется верить, явление временное, не настолько принципиальное, чтобы сдерживать поступь светотехники. Тем паче, что именно такой прогресс обещает народному хозяйству незаурядный экономический выигрыш. Так, переход от светильников с традиционными лампами накаливания (средняя мощность 120 Вт) на энергоэкономичные даст возможность снизить установленную мощность и потребляемую электроэнергию не меньше, чем на 70 %. При обновлении хотя бы пятой части светильников с ЛН до 2006 г., что целиком реально, суммарное снижение мощности составит более 3 млн. кВт. Таким образом ежегодная экономия энергии будет составлять 6 млрд. кВт-ч.

На данное время состояние освещения в Украине может быть расценено как критическое. Вот что в подтверждение сказанного отмечает всезнающая статистика. Свыше 60% ОУ производственных площадей промышленных зданий, 75% помещений административных учреждений, в том числе три четверти школ и других учебных заведений, около 90% внешнего освещения вообще не отвечают нормативным требованиям. Основными причинами такого положения является дефицит экономных источников света и осветительных приборов, эксплуатация физически устаревших изделий. Кроме этого, большинство отечественных аналогов по-своему техническому уровню еще уступают изделиям передовых зарубежных фирм.

В настоящее для потребностей освещения в народнохозяйственном комплексе Украины используется свыше 260 млн. единиц приборов, которые потребляют 14% произведенной электроэнергии. Парк светильников Украины (в шт.) приведен на рис. 1. Парк светильников с разными источниками света в Украине и в отдельных регионах приведен на рис. 2. Однако эти цифры не свидетельствуют о максимальной эффективности освещения. Из-за низкой эффективности источников света и световых приборов удельный вес затрат электроэнергии на освещение в Украине в 1,5 раза выше, чем в развитых странах.

Структура парка светильников с разными источниками света в Западной Европе (в %) приведена на рис.3.

Парк светильников в разных областях экономики Украины приведен на рис. 4.

Основными причинами такого состояния являются:

1) использование малоэффективных светильников, оснащенных высокозатратными лампами накала;

2) эксплуатация физически изношенных приборов, в которых отражатели и рассеиватели снизили свои оптические характеристики.

Нерациональность использования электроэнергии связана прежде всего с тем, что большая группа светильников для промышленного освещения имеет низкий коэффициент полезного действия и малоэффективное распределение силы света. Для решения энергетических и экологических проблем, связанных с электрическим освещением, необходимо значительно повысить эффективность использования электроэнергии в осветительных установках.

Решение этих проблем сводится к решению четырёх основных задач:

1. Совершенствование средств освещения за счет применения прогрессивных источников света.

2. Совершенствование способов освещения за счет внедрения новых принципов проектирования и нормирования освещения.

3. Улучшение эксплуатации ОУ.

4. Стимулирование потребителей электроэнергии за использование энергосберегающих источников света.

Из этих задач экономии электроэнергии первая является важнейшей, поскольку создает базу для решения всех других. Решать эту задачу необходимо в два этапа.

Первый этап — замена в осветительных установках светильников с лампами накаливания (ЛН) на светильники с газоразрядными лампами, в первую очередь на люминесцентные (ЛЛ) и газоразрядные лампы высокого давления (ГРЛВД, ДРЛ, ДРИ, ДНаТ). Средняя экономия электроэнергии при замене ЛН на ЛЛ составляет - 64%, а ЛН на ГЛВТ - 70%. Поэтому при проектировании новых ОУ или реконструкции действующих выбор источников света должен осуществляться, как правило, на основе технико-экономического сравнения вариантов освещения конкретного объекта с учетом всех капитальных и эксплуатационных затрат.

Тем не менее, учитывая стойкую тенденцию роста тарифов на электроэнергию в сравнении с ростом цен на светотехнические изделия, можно смело сказать, что экономия электроэнергии будет решающим фактором в определении эффективности ОУ. Поскольку светоотдача газоразрядных ламп в 3-6 раз выше, чем ЛН, а срок службы в 8-10 раз больше, то проектным организациям необходимо расширять и зоны использования газоразрядных ламп высокого давления. Замена светильников с ЛН на светильники с ЛЛ и ГЛВТ в наших условиях окупит себя на протяжении года, при этом значительно увеличится освещенность рабочих мест.

Экономия электрической энергии за счет замены источников света приведена на рис. 5.

Второй этап - это разработка, освоение и применение в ОУ новых источников света с высокоинтенсивными энергоэффективными лампами, ПРА с пониженными потерями и с электронным ВЧ ПРА.

При использовании эффективных средств освещения затраты электроэнергии можно снизить почти вдвое. Основные направления решения этой важной задачи будут состоять в совершенствовании средств и методов освещения и улучшении эксплуатации осветительных приборов.

Усовершенствование средств освещения включает, прежде всего, работу над такими важными проблемами, как:

1) повышение коэффициента полезного действия;

2)стабилизация светового потока источников света в процессе службы;

3) разработка, производство и использование световых приборов с эффективным свето- распределением;

4) стабилизация характеристик осветительных приборов во время эксплуатации.

Акционерное общество "Ватра" занимает одно из ведущих мест в Украине по выпуску светотехнического оборудования.

Структура номенклатуры светотехнического оборудования, которое выпускается предприятием, определяется следующими основными направлениями:

1. Светильники для общего освещения помещений промышленного и сельскохозяйственного назначения с нормальными и трудными условиями окружающей среды.

2. Взрывобезопасные светильники для освещения шахт и других взрывоопасных помещений и пространств.

3. Прожекторы для освещения больших открытых пространств (спортивных сооружений, железнодорожных вокзалов и т.д.), а также для общего освещения объектов промышленного и с/х назначения.

4. Светильники внешнего освещения -улиц, дорог, парков и скверов.

5. Светильники местного освещения.

6. Светильники для освещения административно-общественных помещений.

7. Транспортное освещение.

8. Светильники для жилья.

9. Энергосберегающая пускорегулирующая аппаратура.

10. Энергосберегающие светильники по индивидуальным заказам.

Выпускаемые светильники классифицируются по светотехническим параметрам и конструктивным характеристикам. Выбирая изделие, необходимо учесть его конструктивное исполнение, светораспределение, яркость и экономичность. От правильного выбора светильника и его размещения зависит качество освещения в помещении: его равномерность, распределение яркости по внутренним поверхностям, степень прямого и отраженного блеска и затенения рабочего места, оптимальное тенеобразование.

Правильный выбор осветительных приборов по светораспределению дает минимальные затраты электроэнергии. Возможная ее экономия вследствие использования светильников с эффективным для заданных условий светораспределением составляет 15—20% при маленьких высотах помещения и 20—40 % при высоких. Так, при замене диффузных люминес-центных светильников на зеркальные можно сэкономить до 30% электроэнергии.

Для повышения эффективности использование электроэнергии в светотехнических установках на предприятии ведутся работы в нескольких направлениях.

Во-первых, кардинально меняется номенклатура в части увеличения объемов выпуска световых приборов с энергоэкономичными источниками света. За последние три года производство светильников с газоразрядными и люминесцентными лампами увеличилось на 33%. Сокращение части неэкономных светильников с лампами накаливания на более экономные с люминесцентными или газоразрядными позволит при существенном сокращении потребления электроэнергии повысить уровень, и качество освещения.

Второе направление — это совершенствования конструкции осветительных приборов с целью повышения коэффициента полезного; действия, разработка и производство светильников с эффективным светораспределением, стабилизация светотехнических параметров эксплуатации. В частности, на примере прожекторов «Ватры», история которых началась с Олимпиады-80 и которые выдержали испытание временем, был сделан шаг вперед в освоении совершенных технологий. Значительные изменения испытали классические олимпийские варианты прожекторов, а также создан ряд принципиально новых конструкций, которые отличаются улучшенными светотехническими характеристиками. Применение этих прожекторов дает значительную экономию материальных и энергетических ресурсов. Так например, реконструкция освещения стадиона «Украина» в г. Львове позволила при снижении электропотребления на 10% увеличить освещенность. А ожидаемая экономия электроэнергии после предложенной реконструкции освещения Национального спортивного комплекса «Олимпийский» в г. Киеве новыми прожекторами «Ватры» может составить 127 тыс. кВт-ч в год. По таким энергоэффективным проектам с новыми высокоэффективными прожекторами производства ОАО "Ватра" в 2002 г. осветили стадионы в городах Днепропетровске, Сумах, Мариуполе.

Широкое использование этой техники обеспечит существенное снижение затрат электроэнергии на освещение в разных областях народного хозяйства. Поэтому важной задачей является закрепление энергосберегающих требований к светотехническим изделиям в стандартах и нормах, что исключило бы использование энергозатратной осветительной техники в народном хозяйстве.

Во многих странах мира кроме норм искусственного освещения действуют стандарты по энергосбережению, где критерием оценки рационального энергопотребления является предельно допустимая удельная мощность осветительной установки. Законодательное введение ограничений максимальных значений удельной мощности стимулирует использование наиболее эффективных источников света, световых приборов и методов освещения. Это позволит сэкономить до 60 % электроэнергии, которая используется на освещение.

8.2 Энергоэффективные источники света

Широкое применение экономящих электроэнергию источников света в мире началось сравнительно недавно. Первыми появились люминесцентные газоразрядные лампы, которые обеспечивали, в сравнении с лампами накаливания, лучшую освещенность при потреблении меньшего количества энергии. Эти лампы хороши были для наружного освещения, но, как оказалось, неблагоприятно воздействовали на зрение человека при использовании во внутреннем освещении. На зрение человека отрицательно воздействовали спектр свечения и мерцание, вызываемое частотой в сети. Это обнаружилось не сразу и их неблагоприятное воздействие на зрение широко не афишировалось. Настолько, что и сейчас газоразрядные люминесцентные лампы используются в совершенно неподходящих помещениях - дошкольных учреждениях, школах, университетах и научно-исследовательских институтах.

Со временем энергоэффективные источники света совершенствовались, избавляясь от основных недостатков. В частности, был найден способ устранения мерцания люминесцентных ламп за счет повышения частоты электротока, спектр излучения стал более приемлемым для человеческого глаза. Найдены другие способы снижения энергозатрат в источниках света.

Наибольшее распространение энергоэффективные источники света получили в развитых странах и прежде всего в США. Это обусловлено, в первую очередь, высокой стоимостью электроэнергии. В настоящее время, по настоянию и при финансовой поддержке государственных органов, в широких масштабах осуществляется внедрение энергоэффективных ламп в Китае.

Необходимо, тем не менее, отметить, что все привычные лампочки накаливания нигде не отменены, они продолжают выпускаться и применяться.

Появились энергоэффективные лампы и в Украине. Предложение очень большое, потребление ещё невелико. Для отечественных потребителей при относительно (в сравнении с развитыми странами) низких тарифах на электроэнергию такие лампы непривычно дороги.

Предлагаются лампы известных производителей - «Philips», «Osram» и других, а также лампы малоизвестных фирм. По свидетельству специалистов по продажам, на нашем рынке очень много подделок, качество которых низкое, почти никакое. Отличить по внешнему виду поддельную лампу «Philips» от настоящей практически невозможно.

Прежде чем говорить об «энергоэффективных источниках света», следует определиться, что именно подразумевается под этим термином. Так, например, при замене ламп накаливания, имеющих световую отдачу 12-15 лм/Вт, на трубчатые люминесцентные лампы, на лампы ДРЛ, ДРИ, ДНаТ, а также на галогенные лампы накаливания, уже можно говорить о применении «энергоэффективных источников света» также, как об этом можно говорить и при замене ламп ДРЛ (светоотдача 60 лм/Вт) на лампы ДРИ (80-90 лм/Вт) и ДНаТ (более 120 лм/Вт).

Для разработки этих и других ламп в Полтаве и было создано Специальное конструкторско-технологическое бюро источников света (с 1992г. -УкрНИИ источников света).

Во многих странах мира уже выпускаются и широко применяются КЛЛ, которые при большом многообразии конфигураций и цветностей можно разделить на две группы:

- используемые с внешним электромагнитным балластом (дросселем) со встроенным или с вынесенным стартером;

- со встроенным электронным пускорегулирующим аппаратом (ЭПРА).

Последние наиболее привлекательны, так как при наличии всех преимуществ использования ЭПРА (повышенные светоотдача и срок службы, стабильность светового потока, отсутствие мерцаний и т.д.) эти КЛЛ, снабженные цоколем Е27, могут быть использованы как прямая замена ламп накаливания. При этом наличие у КЛЛ, по сравнению с лампами накаливания, световой отдачи в 5-6 раз большей и в 10-15 раз повышается срок службы как бы говорит само за себя.

Однако высокая цена КЛЛ (у фирм стран Западной Европы и Северной Америки - в среднем 10 дол.) по сравнению со средней ценой лампы накаливания ЛН у нас (0,70 грн.) вызывает настороженность.

Реальную же эффективность КЛЛ можно оценить только с учетом тарифа на электроэнергию. Графический метод такой оценки схематически представлен на рисунке 1 (масштаб цен не соблюден).

Сэ( - стоимость электроэнергии, потребленной одной из ЛН за срок службы; Р1 и Р2

tga1/tga2=P1/P2, a P1 и Р2 - электрические мощности, потребляемые ЛН и КЛЛ соответственно.

Из этого графика видно, что только высокая цена на электроэнергию может объективно (при низкой цене электроэнергии наклон "лесенки" невелик, графики не пересекаются, значит КЛЛ не окупается) заставить потребителя задуматься о применении КЛЛ на замену простой ЛН, не говоря уже о том, что положенная в банк разница между ценами КЛЛ и ЛН принесет потребителю банковский процент дохода пока у него будут выходить из строя дешевые ЛН.

где Ц1 и Ц2 - цены ЛН и КЛЛ соответственно;

Поэтому не следует думать, что за рубежом КЛЛ идут нарасхват. Из литературных источников хорошо известно, что и в развитых странах мира, где высокая покупательная способность населения, и в развивающихся странах (Бразилии и других) правительства и промышленные компании проводят специальные акции для распространения КЛЛ (презентации, введение дотаций, распродажи со скидкой и т.п.), то есть проводят разъяснительную работу среди населения. Но статистика говорит, что и в развитых странах (а в квартире среднего американца или голландца насчитывается до 30 световых точек) еще очень большой процент применения ЛН.

Следует заметить, что важным рычагом энергосбережения в передовых странах мира является нормирование (на уровне государственных стандартов) потребляемой мощности для создания определенной освещенности при проектировании и в эксплуатации того или иного объекта.

Нельзя не сказать и о том, что попавшая сегодня в квартиру украинского потребителя КЛЛ, содержащая крайне токсичную ртуть, при нашей культуре утилизации через год-два окажется в мусоропроводе, в бункере для отходов и даже просто в укромном уголке двора.

Наконец, если говорить сегодня о вреде на человеческий организм компьютеров и мобильных телефонов, то почему бы не задуматься, не пагубны ли КЛЛ с высокочастотными ЭПРА. Ведь никто пока не доказал их безвредность, особенно, если их сразу несколько в одном помещении.

Поэтому специалисты УкрНИИ источников света не испытывают эйфории при словах «компактные люминесцентные лампы». Хотя считается, что эти источники света, как и другие, имеют, как говорится, право на жизнь, тем более, что и у нас в стране появились люди, которые могут купить не только КЛЛ.

Что касается КЛЛ в Украине.

Первым поднял этот вопрос на серьезном уровне Президент НАН Украины Б.Е. Патон в 1993г., и благодаря его усилиям в соответствии с поручениями Правительства под эгидой Минэнерго Украины состоялось несколько совещаний, а также проводилось обсуждение этой проблемы в рабочем порядке. Стало ясно, что энергетикам страны экономия электроэнергии, как это ни парадоксально, не выгодна, потому что это - их «товар», их «хлеб», т.е. их благосостояние.

В 1994г. Научно-технический совет Минмашпрома Украины одобрил концепцию развития светотехники в стране и проект Государственной научно-производственной программы «Развитие производства энерго- и ресурсосберегающих источников света и систем освещения в Украине», разработанные нашим институтом. Проект этой программы был одобрен также Минэкономики, Минфином, Минэнерго, Президиумом НАН Украины. Финансирование планировалось осуществить за счет надбавки к тарифу на электроэнергию в размере 0,3%.

В стране был создан Государственный комитет по энергосбережению, который сразу взялся за создание всеобщей государственной программы энергосбережения. Нашему государству удалось лишь одной строкой войти в эту программу, и на этом все закончилось.

Большое внимание было уделено КЛЛ, так как для организации их отечественного производства нужно было решить ряд проблем:

1.Оборудование. Украина (как и все бывшие республики Союза) не имеет машиностроительной базы лампового производства, так как это направление по дифференциации СЭВ было отдано Венгрии и Польше. Линия по изготовлению КЛЛ - это комплекс сложного высокоточного оборудования. Ведь надо разогретую с нанесенным люминофорным покрытием трубку согнуть так, чтобы обеспечить строгую параллельность каналов, одинаковую длину концов, необходимую толщину стенки трубки, чтобы не осыпался и не потрескался люминофорный слой и т.п. Стоимость такой линии порядка 10 млн. дол. и надо отдать должное руководителям и специалистам ОАО «Ровенский завод «Газотрон», которые 7-8 лет на всех уровнях «пробивали» деньги для приобретения такой линии, параллельно отрабатывая возможность изготовления КЛЛ на имеющемся у них оборудовании. Но теперь у них, кажется, опустились руки.

2. Люминофоры. В Союзе этим занимались в Ставрополе, Ленинграде, на Урале. В КЛЛ, в связи с малым диаметром трубки и поэтому сильным воздействием разряда на люминофорный слой, должны применяться так называемые узкополосные люминофоры, создаваемые на базе соединений редкоземельных металлов. С подачи Б.Е. Патона их производство на своем опытном заводе согласился осваивать Физико-химический институт НАНУ (г. Одесса), но для этого нужно было определенное финансирование, а его не выделили.

Люминофоры для КЛЛ представляют собой смеси трех люминофоров, дающих свечения в основных цветах спектра: красный, синий, зеленый. Дальше всех продвинулись здесь в Украине специалисты Химико-технологического университета (г. Днепропетровск), которые создали и внедрили на Приднепровском химзаводе (г. Днепродзержинск) красный люминофор, который применяется для производства как источников света, так и цветных кинескопов.

3. Элементная база для ЭПРА. С переходом телевизионных заводов Украины на применение корейско-тайваньских и других комплектующих остались без потребителей творцы элементной базы, и имеют место проблемы с комплектующими для ЭПРА.

Что касается России.

В середине 90-х годов планировалось один из рязанских заводов полностью перепрофилировать на производство КЛЛ. Но этого не произошло.

На ОАО «Лисма», г. Саранск (гигант светотехники России) создан комплекс оборудования и выпускаются двухканальные КЛЛ со встроенным стартером для работы с электромагнитным ПРА. ОАО «Ватра» (г. Тернополь) использует эти лампы для комплектования настольных бытовых и настенных (для подземных переходов) светильников своего производства.

Московским электроламповым заводом закуплена в Германии линия по производству КЛЛ с ЭПРА. МЭЛЗовская КЛЛ типа «Алладин» имеет разрядную трубу, завитую в виде бифилярной спирали и применяется на прямую замену ЛН. Разрядная трубка съемная и может заменяться при выходе ее из строя.

В Украине ОАО «Гравитон» (г.Черновцы), а также НПФ «Гелий» (г.Винница), Винницкий ламповый завод (ПО «Октябрь»), ОАО «Оризон» (г.Смела Черкасской обл.), а также некоторые малые предприятия страны сегодня реально выпускают КЛЛ со встроенными ЭПРА. При этом, как нам известно, практически все они используют (из-за их дешевизны) разрядные трубки китайского производства. Качество китайских источников света вообще, и КЛЛ в частности, мягко говоря, оставляет желать лучшего. Что же касается Полтавского завода газоразрядных ламп, на котором практичней изготавливать КЛЛ, то он в настоящее время проходит период санации и на имеющемся оборудовании возрождает производство трубчатых люмламп, ламп ДРЛ и стартеров.

Вообще же КЛЛ в светотехнике - явление временное, переходное, вызванное тем, что большинство световых точек пока - это приборы с патронами Е27.

Ведущие светотехнические фирмы уже массово выпускают линейные люминесцентные лампы нового поколения в сверхтонких (В-10 мм) трубках. Будучи малогабаритными, они также, как и малогабаритные кварцевые галогенные лампы (КГМ) позволяют применять их в изящных световых приборах малой материалоемкости. При этом сверхтонкие люмлампы с цилиндрическими отражателями и КГМ со сферическими, позволяют весьма рационально (целенаправленно) использовать световую энергию, не тратя ее на освещение ненужной части пространства. В КЛЛ же имеют место значительные потери световой энергии в участках каналов, обращенных друг к другу, не говоря о проблеме запыленности этих участков.

Предприятия, которые пытались или пытаются выпускать энергоэффективные источники света (а такими могут, действительно, быть не только КЛЛ, но даже и лампа накаливания с зеркальным слоем в околоцокольной части колбы и др.), вне всяких сомнений сталкиваются со значительными трудностями. Импортные комплектующие покупают из-за отсутствия хороших и дешевых отечественных. Нашим производителям необходима помощь и поддержка.

Потому, что потребителям электроэнергии для ее экономики нужны энергоэффективные источники света. Обилие импортных ламп, недешевых, говорит о том, что спрос на них в Украине есть. И он будет гораздо большим, если появится дешевая и качественная отечественная продукция. Более того, для экономии бюджетных средств, затрачиваемых на оплату электроэнергии, будет уместно даже обязывать бюджетные учреждения устанавливать, где это целесообразно, энергоэффективные лампы. Эффект от внедрения энергоэффективных источников света всех видов может быть таким большим, что помощь этому делу просто нельзя не оказывать.

Помощь заключается в необходимости финансовой поддержки как разработчиков, так и производителей, возможно, под государственный заказ на энергоэффективные лампы, под будущий эффект от их применения. Говоря о производителях, имеется в виду не только те предприятия, где лампы собираются, но и те, где могут производиться люминофоры, сырье для них, элементы для электронных пускорегулирующих аппаратов и сами аппараты.

Разумеется, необходимо финансировать науку. Источники света на светодиодах - это не завтрашний день, это уже сегодня. Такие приборы очень энергоэффективны. Еще в 2000 г. объем продажи осветительных приборов на основе нитрида галлия составил в мире 500 млн. дол., а к 2010 г. ожидается увеличение объема продаж в 10 раз . Что могут дать светодиоды, можно понять из следующего: в Стокгольме вместо старых установили новые светофоры на светодиодах, что позволило в год экономить 10 млн. дол. на оплате электроэнергии.

Финансовая поддержка не означает, что непременно нужно выделять средства из государственного бюджета в виде безвозмездной помощи. Как раз этого делать совершенно не следует. Но и без денег ничего получиться не может. Финансовая помощь государства в освоении производства энергоэффективной техники должна быть достаточной, но не более того и при условии максимального участия в финансировании самого предприятия. Одним из вариантов может быть следующий: предприятию, под конкретный проект на ограниченный срок (год, два, три .'..) дается отсрочка по уплате налогов в бюджет. При благоприятном развитии событий долг можно и простить (как это иногда делается в развитых странах).

Но помощь может быть не только финансовой. Госзаказ на продукцию - это тоже помощь и очень существенная. Пошлины на импорт - тоже помощь, но тогда, когда производство уже налажено. А если раньше (как сейчас), то это наказание потребителей.

Больших сил и расходов требует сертификация продукции, согласование и экспертиза проектов строительства, расширения, реконструкции. В этих процедурах участвуют десятки различных государственных структур, требующих оплаты и затрат времени на согласование. И в этом также нужна помощь.

Наконец, все вышеназванные виды помощи могут оказаться бесполезными, если не будет соответствующего систематического контроля со стороны уполномоченного государственной властью органа. Что это должен быть за орган - следующий вопрос.

Органы исполнительной власти для того и создаются, чтобы обеспечивать решение важнейших для общества и государства задач. Однако осознание руководством этих органов важности отдельных задач может не совпадать с их истиной значимостью. Кроме того, органы исполнительной власти могут не иметь достаточно средств для решения возложенных на них задач и выполнения функций.

В 1995 г. создан Государственный комитет Украины по энергосбережению, который, в соответствии с положением, и должен бы решать все вопросы, связанные с энергоснабжением в стране, в том числе и с производством энергоэффективной техники. Однако реально комитет не имеет возможности влиять ни на тематику исследований и разработок, ни, тем более, на производителей. Тематика научных исследований и их финансирование из средств госбюджета -компетенция Министерства науки и образования Министерства промышленной политики. А Госкомитет по энергосбережению полномочий по координации деятельности отдельных ведомств не имеет.

Есть еще одна государственная организация – Государственная инновационная компания, созданная после ликвидации Инновационного фонда. Но ее главной задачей на сегодня является не продвижение инвестиций, а возврат давно выданных на инновации кредитов.

8.3 Повышение качества и энергоэффективности осветительных установок на предприятиях металлургической промышленности

Главной задачей современной светотехники является создание комфортной световой среды для труда и отдыха человека, а также эффективное применение оптического излучения в технологических процессах при рациональном использовании электрической энергии.

Сегодня для нужд освещения ежегодно расходуется более 13% электроэнергии от общего объема, что вырабатывается в стране. Это говорит не о высококачественном и эффективном освещении, а наоборот, это вызвано тем, что уже более 10—15 лет в разных отраслях промышленности эксплуатируются морально и физически устаревшие световые приборы, где применяется более 50% малоэффективных источников света с низкой светоотдачей, а световые приборы в основном одного светораспределения.

Поэтому эффективное использование света с помощью последних достижений светотехники — важнейший резерв повышения производительности труда и качества продукции, снижения травматизма, улучшения экологии и сохранения здоровья людей.

Всё это послужило толчком к пересмотру требований к качеству освещения и энергоэффективности в светотехнике.

На смену представлениям об осветительной установке, как совокупности её ламповых и светоприборных компонентов, приходит понимание того, что это БИОТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА. Эта система наряду с общими задачами освещения должна учитывать проблемы эстетического, психологического и эмоционального воздействия на человека световой среды, а также проблематику травматизма, производительности и качества труда в зависимости от качества освещения.

При проектировании современного промышленного освещения необходимые уровни освещенности нормируются согласно СНиП в зависимости от точности выполняемых производственных операций.

Для улучшения освещения следует знать основные характеристики качества освещения и механизмы влияния на организм человека этих характеристик. Основные характеристики качества освещения следующие:

яркость рабочей поверхности;

слепящее действие источников света;

блёсткость;

неравномерность распределения света;

пульсация светового потока;

спектральный состав излучения источников света (цветопередача);

динамичность освещения.

Рисунок 1. Влияние увеличения уровня освещенности на зрительную работоспособность (а), количество брака (б) и количество несчастных случаев (в) в металлургической промышленности

Работая при освещении плохого качества или низких уровней, люди могут ощущать усталость глаз и переутомление, что приводит к снижению работоспособности, а в ряде случаев к различным видам заболеваний. Причиной этого могут быть низкие уровни освещенности, слепящее действие источников света, несбалансированное распределение яркостей, пульсации светового потока, плохая цветопередача. Группой специалистов фирмы «Philips» были проведены исследования влияния качества освещения на производительность труда, на качество , работы и на количество несчастных случаев (рис. 1). Для оценки были выбраны предприятия металлургической промышленности. Анализируя результаты исследований, пришли к таким выводам, что увеличение освещенности с 300 до 500 лк:

приводит к росту производительности труда на 3-11%;

снижению количества брака приблизительно на 8%;

снижению количества несчастных случаев приблизительно на 14%.

Как видно из приведенных выше основных характеристик, качество промышленного освещения многокомпонентное и характеризуется большим количеством различных факторов. Пожалуй, наибольший интерес с точки зрения использования последних достижений научно-технического прогресса в области светотехники, представляет динамическое освещение как один из характерных методов повышения качества промышленного освещения. Известно, что солнечный свет является естественным биологически наиболее ценным видом освещения, к которому максимально приспособлен глаз человека. Поэтому при проектировании осветительных систем нужно стремиться создавать такое искусственное освещение, световые характеристики которого были бы наиболее близки к характеристикам солнечного освещения и, кроме того, целенаправленно изменялись во времени с целью положительного воздействия на организм человека. Такое искусственное освещение называется динамическим. При использовании динамического освещения, при выполнении монотонных работ производительность труда повышается на 20%, вследствие чего достаточно быстро достигается окупаемость капитальных затрат на систему регулирования.

Ещё 20—25 лет тому назад задача создания такого освещения была практически невыполнимой из-за отсутствия источников света со спектральным составом, близким к спектральному составу солнечного излучения (Ra~90), a также отсутствием аппаратуры управления световым потоком газоразрядных ламп.

Сегодня наша промышленность и многие зарубежные фирмы выпускают широкую гамму высокоинтенсивных источников света с высоким индексом цветопередачи (Ra~90). Это металлогалогенные лампы типа ДРИ мощностью от 70 до 2000 Вт.

Проблемы повышения качества промышленного освещения тесно переплетаются с проблемами энергоэффективности осветительных установок. Это заставляет изменить подход к проектированию осветительных систем, а также к конструированию светотехнического обо-

рудования. В условиях возрастания цен на энергоресурсы, а также повышения требований к качеству освещения всё более актуальным является вопрос снижения затрат на электроэнергию и повышение эффективности осветительных установок.

Научно-техническое решение этой важной проблемы сводится к решению 3-х основных задач:

1. Усовершенствование средств освещения за счет применения высокоинтенсивных источников света и современных эффективных световых приборов.

2. Усовершенствование методов освещения за счет внедрения новых методов проектирования и норм освещения.

3. Улучшение эксплуатации осветительных установок.

Первая из перечисленных задач самая важная, так как создает базу для решения всех остальных. Решать эту задачу нужно в два этапа.

Первый этап - замена в осветительных установках светильников с лампами накаливания (ЛН) и с ртутными лампами (ДРЛ) на светильники с высокоинтенсивными металлогалогенными лампами (ДРИ) и натриевыми лампами (ДНаТ). Энергетическая эффективность и сроки службы ламп ДРИ и ДНаТ очень высоки (табл. 1).

Металлогалогенные лампы обладают прекрасным спектральным составом излучения, а натриевые лампы с двумя горелками дают возможность увеличить срок службы до 55000 часов и решить задачу мгновенного перезажигания в горячем состоянии. Поэтому проектным организациям необходимо расширить зону применения этих ламп.

Возможная экономия электроэнергии за счет перехода на более эффективные источники света приведены в табл. 2.

В помещениях с тяжелыми условиями окружающей среды, а особенно в цехах металлургических предприятий целесообразно использовать газоразрядные лампы типа ДРИ и ДНаТ, что может обеспечить качественное освещение и снизить расход электроэнергии на 30-45%.

Технико-экономическую оценку экономической эффективности и улучшения осветительных условий в производственных помещениях можно дать, анализируя представленный расчет (табл. 3).

Таблица 1 – Основные характеристики источников света

Таблица 2 – Экономия электроэнергии за счет перехода на более эффективные источники света

Таблица 3 – Расчет технико-экономического эффекта при замене светильника с ЛН мощностью 1000 Вт на светильник с лампой ДНАТ или ДРИ мощностью 250 Вт

Стоимость сэкономленной электроэнергии за год из расчета на 1 светильник может быть определена по формуле:

дСЭ = q(P1-P2 * a) *T (РУБ.) , где

q - 1,2 руб./кВт • час - тариф на электроэнергию;

P1- 1,0 кВт - мощность лампы накаливания;

Р2 - 0,25 кВт - мощность натриевой лампы;

а - 1,1 - коэффициент, учитывающий потери в ПРА;

Т- 2250 часов - работа светильника в год при двухсменной работе.

Итак, дCэ = 1,2 * (1,0 - 0,25 * 1,1)*2250 = 1937 руб. (~63 $)

на одном светильнике.

Если светильник НСП-20-1000 или НСП-17-1000 заменить на адекватный по световому потоку на ЖСП-04В-250 или ГСП-04В-250 производства ОАО «Ватра», то получим:

1) экономию электроэнергии на одном светильнике в год приблизительно на 63$;

2) экономию эксплуатационных расходов на замену ламп. Частота замены лампы накаливания - 3 раза в год, а натриевой лампы - раз в 5 лет. Срок службы ламп увеличивается в 10-15 раз;

3) окупаемость меньше года;

4) улучшение качества освещения и, соответственно, качества труда (выше освещенность, лучше цветопередача). Освещенность увеличивается больше, чем в 1,5 раза;

Второй этап усовершенствования средств освещения - разработка, освоение и использование в осветительных установках новых световых приборов с высокоинтенсивными энергоэкономичными источниками света.

Учитывая современные тенденции развития светотехники, а также требования к качеству и энергоэффективности светотехнических установок, ОАО «Ватра» разрабатывает и выпускает новые высокоэффективные световые приборы для различных отраслей промышленности. Большая работа сегодня ведется по созданию нового светотехнического оборудования. Эти работы ведутся по трем основным направлениям — это создание и выпуск:

световых приборов для общего освещения основных цехов и участков металлургических предприятий, где необходимы высокая степень защиты, высокоинтенсивные источники света с большими сроками службы и с улучшенной цветопередачей, а также чтобы конструкция исключала необходимость частого обслуживания;

взрывобезопасных световых приборов с уровнем взрывозащиты 1Ех и 2Ех для освещения различных взрывоопасных участков на металлургических предприятиях, а также объектов нефтегазового комплекса и химической промышленности;

мощных прожекторов широкого и узкого светораспределения с высокоинтенсивными источниками света для освещения больших открытых пространств, карьеров, терминалов, станций и т.д.

Большое разнообразие различных технологических процессов на металлургических предприятиях, где подавляющее большинство производственных и вспомогательных помещений относится к помещениям с тяжелыми условиями окружающей среды и располагается на разных высотах, вследствие чего для общего освещения требуются светильники с разными источниками света и разного светораспределения.

Для освещения невысоких производственных, вспомогательных помещений и участков подготовки производства ОАО «Ватра» серийно выпускает светильники с газоразрядными лампами и вмонтированной аппаратурой управления, с защитным стеклянным колпаком и с кривой силы света (КСС) типа «М».

Это светильники типа ЖСП-02В-70/100 РСП-12В-250/400, и ЖСП-12В-250/400, ЖСП-05В-150 и ГСП-05В-150/175 (рис.2).

ЖСП-02В- РСП-12В-250/400, ЖСП-05В-150, 70/100 ЖСП-12В-250/400 ГСП-05В-150/175

Для общего освещения производственных помещений высотой 8-12м нашли широкое применение новые светильники с вмонтированной аппаратурой управления с КСС типа «Д», «Г» и «К». Это светильники серий ГСП-04В-250/400, ЖСП-04В-250/400, РСП-04В-250/400, ЖПП-02В-250/400, ГПП-02В-250/400, а также РСП-08В-700 и ГСП-17В-700 (рис.3).

ГСП-04В-250/400,

ЖСП-04В-250/400,

РСП-04В-250/400

ЖПП-02В-250/400,

 ГПП-02В-250/400

РСП-08В-700, ГСП-17В-700

 Особенно следует отметить новую разработку светильников с принципиально новой оптической системой, это серия ЖСП-17В-250/400 и РСП-17В-250/400, где удачно сочетаются первоклассные светотехнические характеристики, малые габариты, масса и современный дизайн (рис.4).

Для высоких 20-40м производственных помещений металлургических предприятий, характеризующихся большой запыленностью, высокой температурой восходящих потоков воздуха, где уход и обслуживание светильников затруднены и добиться нормируемой освещенности трудно, ОАО «Ватра» разработало и освоило принципиально новую конструкцию светильников с применением металлогалогенных ламп типа ДРИ, мощностью 700, 1000 и 2000Вт и натриевых ламп типа ДНАТ, мощностью 1000Вт с одной и двумя горелками. Это серия ГСП-19В-700, ГСП-19В-1000, ГСП-20В-2000 на напряжение 380В и ЖСП-19В-1000 (рис.5).

ГСП-19В-700, ГСП-19В-1000, ЖСП-19В-1000

ГСП-20В-2000

Эти светильники ( рис. 5) со встроенной аппаратурой управления, высокой степенью защиты оснащены пылезащитным элементом, который предотвращает загрязнение внешней поверхности защитного стекла, а применение фильтра защищает внутреннюю поверхность отражателя от загрязнения.

За счет указанных конструктивных особенностей светотехнические характеристики остаются стабильными.

Применение 2-х горелочных ламп позволяет увеличить срок службы до 55000 часов.

Серийно выпускаются светильники серии ГСП-09В-700/1000 и ЖСП-09В-1000 с независимыми ПРА закрытого и открытого исполнения.

Применение вышеуказанных новых светильников взамен морально устаревших типа РСП-05-1000 и ГСП-17-2000 даст возможность решить вопросы качественного освещения доменных, сталеплавильных, конверторных, прокатных цехов и адьюстажных отделений металлургических предприятий.

На металлургических предприятиях имеется много различных взрывоопасных помещений (участки окраски, грунтовки, кладовые огнеопасных материалов и т.д.), для освещения которых необходимы взрывозащищенные светильники. Здесь широкое применение нашли взрывозащищенные светильники с уровнем взрывозащиты lExdeIIcT4/T6, которые выпускает ОАО «Ватра».

Это серия РСП-ПВЕх-250, ЖСП-ПВЕх-150, а также новая серия типа НСП-18ВЕх-200, разработанная для замены ВЗГ-200. Эта серия выпускается и с газоразрядными лампами, это светильники РСП-18ВЕх-80/125 и ЖСП-18ВЕх-70/100 (рис.6).

Если светильники типа ВЗГ-200 рассчитаны для категории взрывоопасных смесей группы «В», то светильники типа РСП-18ВЕх, ЖСП-18ВЕх и НСП-18ВЕх рассчитаны для группы «С», что делает их универсальными для применения во всех категориях взрывоопасных смесей.

Сейчас на ОАО «Ватра» ведутся работы по созданию и освоению новых взрывозащищен-ных светильников с люминесцентными лампами мощностью 65 и 80Вт взамен морально устаревших ЛСП-ОЗВЕх (Н4Т4Л), а также взрыво-безопасных светильников и прожекторов с газоразрядными лампами типа ДРИ, ДНАТ и ДРЛ мощностью 100-400Вт с разными уровнями взрывозащиты.

В состав многих цехов металлургических предприятий входят различные открытые технологические установки и участки, требующие искусственного освещения (литейный двор, бункерная эстакада, железнодорожные пути и т.д.). Сегодня для освещения этих объектов применяется устаревшая прожекторная техника. Это в основном прожекторы типа СКсН-10000, ОУКсН-20000 с мощными ксеноновыми лампами и типа ИСУ-2000, ИСУ-5000 с галогенными лампами накаливания. Как известно это лампы с очень низкой светоотдачей и малым сроком службы.

ГО-06В-1000/2000

ЖО-07В-250/400, ГО-07В-250/400

В настоящее время ОАО «Ватра» выпускает широкую гамму прожекторов для освещения различных промышленных объектов. Это современные высокоэффективные прожекторы с металлогалогенными и натриевыми лампами мощностью от 100 до 2000 Вт узкого и широкого светораспределения типа ЖО-01-250/400, ЖО-02В-150/250, ЖО-03В-100/150, ЖО-04В-250/400/1000, ЖО-07В-250/400, ГО-06В-1000/2000, ГО-07-1000/2000, ГО-07В-250/400, ГО-15В-1000, ЖО-09В-70/100. Все эти прожекторы выпускаются с различными источниками света с ИЗУ или БМП (рис. 7).

Список используемой литературы

1.     Денисенко Г.Ф. Охрана труда: Учеб. Пособие для инж.-экон. спец. Вузов -М.:Высш. шк., 1985.

2.     ДСТУ 2155-93. Енергозбереження. Методи визначення економічної ефективності заходів по енергозбереженню. — Чинний від 01.01.95. — К.: Держстандарт України.

3.     Енергетичний менеджмент: Навчальний посібник / Праховник А.В., Розен В.П., Разумовський О.В. та інші. - К.: Нот. ф-ка, 1999.

4.     Енергозбереження - пріоритетний напрямок державної політики
України / Ковалко М.П., Денисюк СП.; Відпов. ред. Шидловський А.К. - Киів: УЕЗ, 1998.

5.     Кунгс Я.А. Автоматизация управления электрическим освещением. - М.:Энергоатомиздат, 1989.

6.     Методические указания к лабораторной работе «Исследование освещения производственных помещений. Естественное освещение» - Харьков: Изд-воХПИ, 1985.

7.     Промышленность Украины: путь к энергетической эффективности. ЕС — Energy Centre Kiev, Ukraine. TACIS - Programme. Printed in Denmark 1995
by DanPost Grafik.

8.     «Светотехника» журнал: №3, 5 - 1999, №1,6 -2000.

9.     СНиП 23-05-95. Строительные нормы и правила Российской федерации. Естественное и искусственное освещение. - Действует от 01.01.96. - М.: Минстрой России.

10.   Справочная книга по светотехнике / Под ред.Айзенберга Ю.Б., 2-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1995.

11.   Ткачук Ю.Я. Энергозбережение. Конспект лекций. - Сумы: Изд-во СумГУ, 2001.

12.  Трембач В.В. Световые приборы. Уч. пос, 2-е изд. - М.: Высш.шк.,1990.

13.  Управління енерговикористанням. 2-а Міжнародна науково-практична конференція. Доповіді. 3-6 червня 1997 рік. Львів.

14.  Управління енерговикористанням: Збірник доповідей / Під загальною редакцією, д.т.н., проф. А.В.Праховника. - К.: Альянс за збереження енергії, 2001.

15.  Щербина О. Енергія для вcix: Техн. довідник. - Вид. 2-е, доп. i перероб. - Ужгород: Вид-во Валерія Падяка, 2000.

16.  «Электротехника» журнал: №1 - 2000.

17.  Энергетический менеджмент / А.В.Праховник, А.И.Соловей, В.В.Прокопенко и др. К.: IEE НТУУ "КПИ" ,2001.

18.  «Энергосбережение» журнал: №1,3- 2003.