Электропотребление систем освещения
Расход электроэнергии на освещение составляет в среднем 8-10% от общего потребления энергии в машиностроении, 15-25% - в текстильной, электронной и полиграфической промышленности. Замене осветительных приборов на более эффективные легко реализуется, при этом достигается не только экономия электроэнергии, но и существенно увеличивается срок службы ламп, следовательно, снижаются и эксплуатационные расходы. Более качественное освещение создает комфортные условия труда и повышает производительность работников предприятия.
3.2.3.1. Источники электроосвещения
Для осветительных приборов используют напряжения 12, 36, 127, 220 и 380 В. Коэффициенты мощности ламп накаливания равны единице, у газоразрядных ламп с пускорегулирующей аппаратурой - 0,5-0,6. В осветительных установках с лампами ДРЛ и с люминесцентными лампами используется групповая компенсация реактивной мощности с помощью конденсаторных батарей.
Осветительные приборы являются однофазной нагрузкой. Эту нагрузку легко распределить по фазам для получения равномерной загрузки фаз. Освещение представляет собой равномерный характер нагрузки, продолжительность работы которой зависит от сезона и географического положения. При использовании газоразрядных ламп в сети (прежде всего в нулевом проводе) появляются высшие гармоники. Сравнительная характеристика источников света приводится
в табл. 3.2.3.1.
|
|
|
Таблица 3.2.3.1. Сравнительные характеристики источников света
| Источник света | Световая отдача, лм/Вт | Средний срок службы, ч | Индекс цветопередачи, Ra |
| Лампа накаливания (ЛН) | 7-22 | 1000-2000 | 100 |
| Люминесцентная лампа (ЛЛ) | 50-90 | 5000-12000 | 92^-57 |
| Компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) | 60-80 | 10 000 | 85 |
| Дуговая ртутная лампа (ДРЛ) | 55 | 16 000 | 40 |
| Натриевая лампа высокого давления (НЛВД) | 80-120 | 12 000 | 25 |
| Металлогалогенная лампа (МГЛ) | 90 | 10 000 | 75-95 |
Лампы накаливания
Лампы накаливания имеют самую низкую световую отдачу и самый маленький срок службы. Чаще всего ЛН используются в ЖКХ, на промышленных предприятиях для аварийного освещения производственных помещений, во вспомогательных и подсобных помещениях без постоянного пребывания людей, а также там, где другие лампы не подходят по условиям окружающей среды (повышенная влажность и др.) или при специальных требованиях по ограничению радиопомех. На срок службы ЛН сильно влияет величина напряжения питания. На каждый процент изменения напряжения питания ламп срок службы ЛН изменяется на 10 % в обратную сторону. Напряжение питания существенно влияет и на световой поток ЛН: на каждый процент изменения напряжения световой поток изменяется в ту же сторону на 3,7 %.
|
|
|
Люминесцентные лампы
Люминесцентные лампы являются самым распространенным источником освещения административных зданий, конструкторских бюро, лабораторий, а также при небольшой высоте установки — до 4 м и производственных помещений. ЛЛ имеют светоотдачу 50-90 лм/Вт, что во много раз превышает светоотдачу ЛН. Срок службы ЛЛ (не менее 5000 ч) также существенно выше срока службы ЛН. Люминесцентные лампы применяются для внутреннего освещения сухих помещений, так как на их работу влияют температура окружающего воздуха и влажность. При отклонении температуры окружающей среды от оптимальных значений снижается световой поток: максимальная светоотдача ЛЛ при температурах 18-25 °С. Область надежного зажигания ЛЛ находится при температурах от -20 до +40°С. ЛЛ должны применяться при относительной влажности воздуха не более 60-65 %. При более высокой влажности на поверхности ЛЛ образуется пленка, затрудняющая зажигание лампы. На срок службы ЛЛ влияют напряжение питания и частые включения-выключения ламп. На каждый процент изменения напряжения питания срок службы изменяется в обратную сторону на 1,5~3,0 %.
|
|
|
Высокая стабильность светового потока люминесцентной лампы достигнута за счет использования между стеклом и люминофором прозрачной защитной пленки, предотвращающей вредные реакции между ртутью, стеклом и люминофором, приводившие к поглощению ртути, почернению стекла и люминофора.
Эффект мерцания осветительных приборов, или пульсация, оказывает негативное воздействие на биоритмы и самочувствие человека. Применяемые в настоящее время устаревшие люминесцентные лампы с электромагнитными дросселями создают такой эффект. Новое поколение ЛЛ предназначено для включения и работы только с электронными пускорегулирующими аппаратами (ЭПРА), которые создают ток высокой частоты. При этом обеспечиваются большие преимущества в отсутствии пульсации и возможности автоматической регулировки света.
Лампы высокого давления
Лампы высокого давления широко используются для наружного освещения и для освещения больших помещений (цеха, склады, павильоны и др.). Одним из недостатков ламп высокого давления является их инерционность при повторном включении: если напряжение питания на какой-то миг отключится и снова включится, то требуется определенное время для зажигания ламп, иногда несколько минут. Это во многих случаях требует наличия дополнительного дежурного освещения.
|
|
|
Электрические и световые параметры ламп высокого давления мало зависят от влажности окружающего воздуха и температуры. Потери мощности в индуктивных балластах составляют до 10 % мощности лампы (у ЛЛ — более 20 %). На световые параметры ламп влияет их положение: в горизонтальном положении световой поток может снизится до 15% по сравнению с вертикальным положением. Светоотдача и срок службы у ДРЛ и МГЛ примерно такие же, как у люминесцентных ламп. У натриевых ламп светоотдача примерно в два раза выше, но очень низкий индекс цветопередачи. Из-за последнего (красноватый оттенок цвета) натриевые лампы не применяются для освещения цехов и производственных помещений их применяют для наружного освещения территорий предприятий и дорог.
В табл. 3.2.3.2 проводится сравнение мощности и светового потока различных ламп.
Таблица 3.2.3.2.Сравнение мощности и светового потока различных ламп
| Мощность, Вт | Световой поток, лм | ||
| ЛН | ЛЛ | ДРЛ | |
| 15 | 105 | 835 | - |
| 25 | 205 | 2180 | - |
| 40 | 430 | 3250 | - |
| 75 | 930 | - | - |
| 80 | - | 5400 | 2950 |
| 100 | 1380 | - | - |
| 125 | - | 7000 | 5200 |
| 150 | 1900 | 8000 | - |
| 200 | 2700 | 10000 | - |
| 250 | - | - | 11 000 |
| 300 | 4350 | - | - |
| 400 | - | - | 18 000 |
| 500 | 8100 | - | - |
| 700 | - | - | 35 000 |
| 750 | 13100 | - | - |
| 1000 | 18 200 | - | 50 000 |
Светодиоды
В последнее время появились новые виды осветительных приборов - светодиоды. Эти приборы потребляют очень небольшую мощность, имеют очень большой срок службы, основные преимущества светильников на светодиодах:
1. Направленность светового потока – возможность создавать точечную направленность света. Светодиоды размещаются на плоской поверхности и производят идеальное направленное освещение. Показатель использования светового потока равен 90 %, тогда как у стандартного источника света он составляет не более 60–75 %;
2. Контрастность при освещении поверхности светодиодами в 400 раз превышает контрастность газоразрядных ламп, что обеспечивает идеальную четкость освещаемых объектов и цветопередачу (индекс цветопередачи составляет 80–85);
3. Отсутствие стробоскопического эффекта. При работе светодиодной матрицы отсутствует вредный эффект низкочастотных пульсаций, свойственный люминесцентным и газоразрядным источникам света;
4. Моментальное включение – не требуют времени на «разогрев» до полноценного уровня светоотдачи;
5. Низкий пусковой и рабочий токи, что снимает опасность перегрузки сети в момент включения светильников со светодиодами. Рабочий и пусковой токи равны 0,7–1,1 А, у светильников с газоразрядной лампой пусковой ток равен 4,5 А, а рабочий – 2,1 А;
6. Устойчивость к износу – срок действия не зависит от частоты включения / выключения. На продолжительность срока службы обычных ламп влияет частота включения / выключения;
7. Контролируемость и управляемость – совместимость с электронными системами контроля, которые управляют интенсивностью и цветом светового потока;
8. Устойчивость к низким температурам – возможность работы на холоде и в неблагоприятных условиях. В условиях низких температур эффективность излучения люминесцентных ламп резко падает. Эффективность светодиодов немного повышается при низких температурах, что делает их незаменимыми в наружном освещении;
9. Прочность и надежность – отсутствие стеклянных деталей и нити накала делает их незаменимыми в условиях промышленности, на транспорте, эскалаторах и в других ситуациях. Светодиоды также широко используются как антивандальное освещение, т. к. не содержат стекла, что отвечает требованиям безопасности и для детских комнат;
10. Специальные димеры для светодиодов работают с максимальной амплитудой, и минимальная интенсивность света составляет 5 % от максимума, а бывает и даже меньше;
11. Ресурс светильников со светодиодными матрицами составляет 40–70 тыс. ч. работы, что эквивалентно 15–20 годам работы в режиме городского освещения (за это время галогеновую лампу пришлось бы сменить 100 раз, а металлогалогеновую – 30);
12. Экономия электроэнергии достигает 50 % по сравнению с традиционными газоразрядными лампами и 90 % – по сравнению с лампами накаливания.
Рис.3.2.3.1. Светильник для общественных помещений Рис.3.2.3.2. Светильник для освещения улиц
Светодиоды можно применить как дежурное освещение, в подъездах жилых домов при использовании схем, включающих на короткое время (2-5 мин.) основное освещение по нажатию жильцами электрических кнопок или по сигналу от датчиков присутствия.
Освещение промышленных предприятий по назначению подразделяется на рабочее, охранное, аварийное и эвакуационное. Освещение, в зависимости от места его установки, бывает внутреннее и наружное.
Чаще всего для освещения помещений используются люминесцентные лампы. Лампы накаливания применяют там, где по условиям окружающей среды нельзя применять люминесцентные лампы. Люминесцентные лампы также неэффективно устанавливать на высоте более 5 м, для таких целей лучше использовать металлогалогенные лампы.
Для наружного освещения используются как светильники, так и прожекторы.
3.2.3.2. Экономия электроэнергии в осветительных установках
В табл. 3.2.3.3. приводится возможная экономия электрической энергии при замене менее эффективных источников света более эффективными.
Таблица 3.2.3.3. Возможная экономия электрической энергии при переходе на более эффективные источники света
| Замена источника света | Экономия энергии, % |
| ЛН на КЛЛ | 40-60 |
| ЛН* на ЛЛ | 40-54 |
| ЛН* наДРЛ | 41-47 |
| ЛН* на МГЛ | 54-65 |
| ЛН* на НЛВД | 57-71 |
| ЛЛ на МГЛ | 20-23 |
| ДРЛ на МГЛ | 30-40 |
| ДРЛ на НЛВД | 38-50 |
*При снижении нормированной освещенности для ЛН на одну ступень в соответствии с нормами освещения.
Использование в комплекте люминесцентных источников света вместо стандартной пускорегулирующей аппаратуры (ПРА) электромагнитных ПРА с пониженными потерями повышает светоотдачу комплекта на 6-26 %, а электронных ПРА (ЭПРА) - на 14-55 %. Потери электроэнергии в пускорегулирующей аппаратуре можно определить по таблице 3.2.3.4.
Таблица 3.2.3.4. Коэффициент потерь электроэнергии в пускорегулирующей аппаратуре
| Тип лампы | Тип ПРА | Коэффициент потерь в ПРА |
| ЛБ | Обычный электромагнитный | 1,22 |
| ЛБ | Электромагнитный с пониженными потерями | 1,14 |
| ЛБ | Электронный | 1,10 |
| КЛ | Обычный электромагнитный | 1,27 |
| КЛ | Электромагнитный с пониженными потерями | 1,15 |
| КЛ | Электронный | 1,10 |
| ДРЛ, ДРИ | Обычный электромагнитный | 1,08 |
| ДРЛ, ДРИ | Электронный | 1,06 |
| ДнаТ | Обычный электромагнитный | 1,10 |
| ДнаТ | Электронный | 1,06 |
Применение комбинированного (общее + локализованное) освещения вместо только общего освещения позволяет получить экономию электрической энергии. Оценить возможную экономию поможет табл. 3.2.3.5.
Таблица 3.2.3.5. Экономия энергии при комбинированной системе освещения
| Доля вспомогательной площади от полной площади помещения, % | Экономия электрической энергии, % |
| 25 | 20-25 |
| 50 | 35-40 |
| 75 | 55-65 |
Для помещений площадью более 50 м2 следует применять автоматические устройства регулирования искусственного освещения в зависимости от естественной освещенности помещения. Системы автоматического управления (САУ) освещением позволяют производить регулирование яркости источника света (ЛЛ, КПЛ) от 100 % до 0 %. Система автоматического регулирования должна быть продублирована ручным управлением освещения.
Экономия электроэнергии при внедрении автоматического управления освещением может быть оценена с помощью табл. 3.2.3.6.
Таблица 3.2.3.6. Экономия электроэнергии при внедрении автоматического управления освещением
| Уровень сложности системы автоматического управления освещением | Экономия электроэнергии, % |
| Контроль уровня освещенности и автоматическое включение и отключение системы освещения при критическом значении освещенности | 10-15 |
| Зонное управление освещением (включение и отключение освещения дискретно, в зависимости от зонного распределения естественной освещенности) | 20-25 |
| Плавное управление мощностью и световым потоком светильников в зависимости от распределения естественной освещенности | 30-40 |
Экономия электроэнергии при использовании различных способов регулирования искусственного освещения дана в табл. 3.2.3.7.
Таблица 3.2.3.7. Экономия электрической энергии при использовании различных способов регулирования искусственного освещения
| Число рабочих смен | Вид естественного освещения в помещении | Способ регулирования искусственного освещения | Экономия электрической энергии, % |
| 1 | Верхнее | Непрерывное | 36-27 |
| Ступенчатое | 32-13 | ||
| Боковое | Непрерывное | 22-7 | |
| Ступенчатое | 12-2 | ||
| 2 | Верхнее | Непрерывное | 31-23 |
| Ступенчатое | 27-11 | ||
| Боковое | Непрерывное | 19-6 | |
| Ступенчатое | 10-2 |
Экономичные компактные люминесцентные лампы (интегральные - с ЭПРА, встроенным в резьбовой цоколь) предназначены для использования в административных помещениях. В табл. 8 приводится сравнение компактных люминесцентных ламп (КЛЛ) с лампами накаливания. Из таблицы видно, что использование КЛЛ вместо ЛН при том же световом потоке позволяет существенно снизить потребляемую мощность. КЛЛ выпускаются с таким же цоколем, как у ламп накаливания, что позволяет легко заменять ими лампы накаливания.
Таблица 3.2.3.8. Сравнение характеристик ламп накаливания с компактными люминесцентными лампами
| Лампы накаливания | КЛЛ | Отношение световой отдачи КЛЛ к ЛН, отн. ед. | ||
| Мощность, Вт | Световой поток, лм | Мощность, Вт | Световой поток, лм | |
| 25 | 200 | 5 | 200 | 4,3 |
| 40 | 420 | 7 | 400 | 5,3 |
| 60 | 710 | 11 | 600 | 4,5 |
| 75 | 940 | 15 | 900 | 4,7 |
| 100 | 1360 | 20 | 1200 | 4,3 |
| 2x60 | 1460 | 23 | 1500 | 5,4 |
Затраты снижаются:
· на замену ламп накаливания в 10 раз;
· на оплату электроэнергии в 5,4 раза.
В статье А. В. Савельева [16, №4/2008] освещаются итоги эксперимента по замене ЛН на КЛЛ, проводимого в жилых домах в Москве.
В ходе эксперимента проводился регулярный мониторинг предварительных результатов, а также анализировались сведения от самих жильцов домов.
Главным результатом эксперимента стало существенное снижение уровня потребления электроэнергии жителями домов, участвовавших в эксперименте. Так, снижение установленной потребляемой мощности в двух домах составило 178 кВт, что сэкономит жителям более 200 тыс. руб. в год и снизит общую нагрузку на подстанциях, к которым подключены эти объекты. В целом же, в домах, оборудованных газовыми плитами, расход электроэнергии снизился на 30–40 %, в домах с электрическими плитами – на 11–15 %.
По расчетам экспертов ООН, только замена обычных лампочек на энергосберегающие в половине из 2,5 млн. столичных квартир дает экономию в 1 тыс. МВт, т. е. ровно столько, сколько нужно Москве для бездефицитной жизни.
По мнению автора, наибольший потенциал экономии электроэнергии за счет применения компактных люминесцентных ламп находится в секторе ЖКХ, т. к. именно ЖКХ является самым большим потребителем электроэнергии (более 25 % всей потребляемой электроэнергии) и показывает самые высокие темпы роста потребления.
3.2.3.3. Расчет нормативного электропотребления на освещение
По результатам обследования систем освещения можно определить фактическое потребление активной энергии осветительными приборами за год, используя формулу:
, (3.2.3.1)
где: к - число зданий объекта обследования; N - число помещений в зданиях; п - число работающих светильников в i-ном помещении; PCBi - установленная мощность ламп в светильниках; Кпра - коэффициент потерь в пускорегулирующей аппаратуре; TГi - годовое число работы осветительных установок в i-ном помещении; Кс - коэффициент спроса (для бюджетных организаций Кс = 0,8).
Нормативное годовое потребление электроэнергии можно определить по формуле:
, (3.2.3.2)
где: Wi - энергия, потребляемая i-й группой типовых помещений, кВт/ч;
(3.2.3.3.)
где: п - количество типовых помещений в группе; Pi - мощность осветительной установки i-го помещения, кВт;
(3.2.3.4.)
где: Pvд i - удельная установленная мощность светильников i-го помещения, Вт/м2/100 лк; А - площадь i-гo помещения, м2; Епi - нормированная освещенность i-го помещения группы, лк.
Удельную установленную мощность Pvд i можно найти по табл. 3.2.3.1, которая построена по данным нормативов для светильников с люминесцентными лампами.
Таблица 3.2.3.1. Значение удельной мощности общего освещения
| Высота помещения, м | Площадь помещения, м2 | Значение удельной мощности общего освещения при освещенности 100 лк, Вт/м2 |
| <3 | <15 15-25 25-50 50-150 150-300 | 6,0 5,0 4,5 3,7 3,3 |
| 3-4 | 15-20 20-30 30-50 50-120 120-300 | 7,4 5,9 4,8 4,3 3,7 |
| 4-6 | 25-35 35-50 50-80 80-150 150-300 | 7,4 6,1 4,7 4,2 3,6 |
3.2.3.4. Нерациональные расходы электроэнергии на освещение
Нерациональный расход электроэнергии на освещение имеет место, когда при достаточном естественном освещении включаются осветительные приборы. Это происходит либо по халатности работников предприятия, либо из-за плохого состояния поверхности стен, потолков, загрязненности стекол окон и др. Потери электроэнергии из-за нарушения графика включения-отключения освещения можно определить по формуле:
(3.2.3.5)
где: Руст - установленная мощность всех ламп, кВт; Кс - коэффициент спроса осветительной нагрузки; 8760 - среднегодовое число часов; Тос - число часов использования максимума осветительной нагрузки в зависимости от вида объекта, где она используется, числа смен и географической широты.
В табл. 3.2.3.2 приведены значения коэффициента спроса осветительной нагрузки для различных объектов.
Таблица 3.2.3.2. Коэффициенты спроса осветительной нагрузки
| № п/п | Наименование объекта | КС |
| 1 | Мелкие производственные здания и торговые помещения | 1,0 |
| 2 | Производственные здания, состоящие из отдельных помещений | 0,95 |
| 3 | Производственные здания, состоящие из отдельных крупных пролетов | 0,95 |
| 4 | Библиотеки, административные здания, предприятия общественного питания | 0,9 |
| 5 | Учебные, детские и лечебные учреждения, конторские, бытовые и лабораторные здания | 0,8 |
| 6 | Складские помещения, электроподстанции | 0,6 |
В табл. 3.2.3.3 приводится годовое число часов использования максимума осветительной нагрузки Тос для широты 56 градусов. Табличные значения для условий других географических широт нужно умножать на коэффициент:
●при односменной работе К = 0,7÷1,4 (меньшие значения для более низких широт, большие - для более высоких, единица соответствует широте 56 градусов);
●при двух- и трехсменной работе К = 0,96 ÷ 1,05.
Таблица 3.2.3.3. Годовое число максимума осветительной нагрузки
| № п/п | Род осветительной нагрузки | Тос |
| Внутреннее освещение | ||
| 1 | Рабочее освещение (для местности широтой 56 градусов) при одной смене при двух сменах при трех сменах | 1850 2500 4000 |
| 2 | Аварийное освещение | 4800 |
| Наружное освещение | ||
| 1 | Рабочее освещение заводских территорий, включаемое ежедневно на всю ночь до 1 часа до 24 часов То же, включаемое в рабочие дни на всю ночь до 1 часа до 24 часов | 360 2450 1750 3000 2000 1750 |
| 2 | Охранное освещение, включаемое ежедневно на всю ночь | 3500 |
| 3 | Рабочее освещение территории поселка, включаемое ежедневно на всю ночь до 1 часа до 24 часов | 3500 2350 1950 |
Загрязнение светильников из-за грязи, пыли, конденсата паров приводит к существенному снижения их КПД. Иногда освещенность из-за загрязнения падает в 8-10 раз. В связи с этим осветительные приборы необходимо периодически чистить. Рекомендуемая периодичность чистки светильников приводится в табл. 3.2.3.4..
Таблица 3.2.3.4. Рекомендуемая периодичность чистки светильников
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 609; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!