Энергосбережение в системах освещения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Энергосбережение в системах освещения

В.С. Овчинников

Рассматриваются вопросы энергосбережения в сферах бытового и производственного потребления электроэнергии

Ключевые слова: люминесцентные лампы, пускорегулирующие аппараты, компактные люминесцентные лампы, энергосберегающие лампы, светодиодные лампы

Проблема рационального использования энергетических ресурсов приобретает все большую актуальность для мирового сообщества, а ее решение становится стратегической задачей для многих государств, в том числе и для России.

В работе [1] указано, что для искусственного освещения производственных и жилых помещений, улиц, скверов и парков наиболее эффективным является использование газоразрядных ламп низкого и высокого давления. Газоразрядные лампы низкого давления - это обычные люминесцентные лампы, которые повсеместно используются для освещения жилых, общественных и производственных помещений. Главным недостатком указанных ламп является низкочастотный (50 Гц) гул сердечника электромагнитного балласта, который негативно влияет на человека. При этом «с возрастом» люминесцентные лампы начинают гудеть сильнее, да и свечение их может перестать быть равномерным - выгорая, люминофор теряет свои свойства послесвечения, и лампа начинает «пульсировать», что сильно раздражает человеческий глаз.

В настоящее время обычные электромагнитные пускорегулирующие аппараты для люминесцентных ламп (ЭМПРА, дроссели) вытесняют электронные пускорегулирующие аппараты (ЭПРА). ЭПРА, в отличие от ЭМПРА, работают в более высокочастотном диапазоне (35… 85 кГц). Применение современных ЭПРА позволяет значительно улучшить световой комфорт, экономичность и эксплуатационную безопасность. Эксплуатация систем освещения с ЭПРА эффективна не только с экономической и экологической точек зрения. Высокочастотный свет этих систем благотворно влияет на работоспособность человека. Постоянно мигающий свет обычных систем ухудшает рабочую атмосферу. Особенно это заметно при работе за компьютером. Результатом такого освещения обычно становится быстрое утомление, ослабленная концентрация внимания и как следствие этого - ошибки при работе с текстом. В отличие от обычных ламп, работающие с ЭПРА люминесцентные лампы излучают немигающий свет, что благотворно сказывается как на самом человеке, так и на качестве его труда. Однако, несмотря на указанный положительный эффект, обычные люминесцентные лампы в быту широко не использовались по причине отсутствия у них стандартного, наиболее распространенного цоколя Е27. С появлением компактных люминесцентных ламп с электронными балластами, которые можно включать в патроны E27 вместо ламп накаливания, люминесцентные лампы завоёвывают популярность и в быту. Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) - самый современный продукт светотехнической отрасли - сохраняют все основные достоинства люминесцентных ламп, уже ставших традиционными, но лишены их недостатков. Новые технологические возможности позволили значительно уменьшить диаметр трубки (до 7 мм) и, изогнув ее один раз (в виде буквы П), дважды или трижды, получить малогабаритную лампу с одним цоколем со штырьками, как у линейной люминесцентной лампы (в этом случае ПРА устанавливаются отдельно, как и раньше), или с резьбовым цоколем Е27 или Е14, как у стандартной лампы накаливания.

В лампах с резьбовым цоколем электронный малогабаритный и легкий ПРА встраивается непосредственно в основание лампы у резьбового цоколя (рис.1). Такая компактная лампа предназначена для прямой замены лампы накаливания в тех же светильниках и при тех же патронах. На рис.2 приведена электрическая схема КЛЛ. Такие люминесцентные лампы часто называют энергосберегающими лампами. Энергосберегающие лампы относятся к новому поколению источников света и имеют все перспективы стать лидером среди прочих источников света. Эти лампы предназначены как для внутреннего, так и для внешнего освещения жилых и нежилых помещений и безукоризненно зарекомендовали себя при непрерывной круглосуточной работе и в бытовом повседневном использовании.

люминесцентный лампа искусственный газоразрядный

Рис. 1

Рис.2

Энергосберегающие лампы сочетают в себе компактность ламп накаливания, высокую светоотдачу и срок службы люминесцентных ламп. Срок службы энергосберегающих ламп достигает 6000-10000 ч, а у лучших мировых производителей КЛЛ (General Electric, OSRAM) - и до 12000 ч. При стандартном режиме горения 2,73 ч в сутки такая лампа исправно работает до десяти лет. В сравнении с обычными лампами накаливания КЛЛ потребляют электроэнергии на 80-85% меньше, что позволяет значительно экономить средства и электричество. Ниже приведены среднестатистические значения мощности и соответствующего светового потока энергосберегающих ламп: 5Вт (25Вт) - 250 лм; 8Вт (40Вт) - 400 лм; 12Вт (60Вт) - 630 лм; 15Вт (75Вт) - 900 лм; 20Вт (100Вт) - 1200 лм; 24Вт (120Вт) - 1500 лм; 30Вт - 150Вт - 1900 лм. В отличие от линейных люминесцентных ламп, которые выпускаются с цветовыми температурами 2700, 3000, 3500, 4000, 5400, 6500 и 8000К, энергосберегающие лампы, как правило, выпускаются трех цветовых температур: Y - 2700К (теплый желтый свет, соответствующий обычной лампе накаливания), N - 4200К (нейтрально-белый свет), W - 6400К (холодный дневной свет).

Помимо пониженного потребления электроэнергии, энергосберегающие лампы выделяют меньше тепла, чем лампы накаливания, что позволяет использовать компактные люминесцентные лампы в более деликатных светильниках, с тканевыми абажурами, пластиковыми плафонами и т.д. По данным "Гринпис", если каждый москвич заменит одну лампу накаливания мощностью 100 Вт на энергосберегающую лампу мощностью 23 Вт, то общая экономия электроэнергии в Москве составит около 800 МВт. А это больше половины имеющегося дефицита электроэнергии в столице. В свою очередь, европейские эксперты подсчитали, что если в жилых помещениях стран Евросоюза заменить традиционные лампы накаливания энергосберегающими компактными люминесцентными лампами, можно сэкономить почти 40ТВт/ч. Это соответствует производству электроэнергии 35 средними электростанциями или годовому потреблению электрической энергии одиннадцатью миллионами европейских семей. Эту экономию относительно легко сделать реальной - достаточно заменить старые лампы накаливания новыми КЛЛ.

Поэтому в конце 2008 г. Европейская комиссия утвердила график принудительного вывода с рынка Европейского союза большинства ламп накаливания. Процесс начнется с вывода ламп самой высокой мощности и продолжится до 2016 г. Согласно принятому постановлению, потребляющие много электроэнергии источники света будут заменены на энергосберегающие постепенно:

сентябрь 2009 г. - запрещаются матовые и прозрачные лампы накаливания более 100 Вт;

сентябрь 2010 г. - не допускаются прозрачные лампы накаливания более 75 Вт;

сентябрь 2011 г. - запрещаются прозрачные лампы накаливания более 60 Вт;

сентябрь 2012 г. - вводится запрет на прозрачные лампы накаливания более 40 и 25 Вт;

сентябрь 2013 г. - вводятся жесткие требования для компактных люминесцентных ламп и светодиодных светильников;

сентябрь 2016 г. - вводятся жесткие требования для галогенных ламп.

В России замена ламп накаливания на энергосберегающие будет проводиться поэтапно: с 1 января 2011 г. будет введен запрет на госзакупки ламп накаливания, а также на продажу ламп накаливания мощностью 100 Вт и более, с 1 января 2013 г. - запрет на продажу ламп накаливания мощностью 70 Вт, с 1 января 2014г. - всех остальных ламп накаливания.

В реальных условиях работы в жилых домах (обычно осветительные приборы в них включены менее 1500 ч в год) КЛЛ надо менять не два раза в год, как лампы накаливания, а один раз в восемь лет. Немалую роль играет также мизерное содержание ртути в КЛЛ (около 3 мг). Велики и экологические преимущества КЛЛ: за срок службы лампа мощностью 18 Вт позволяет в два раза уменьшить выброс в атмосферу двуокиси углерода и на 7,5 кг - выброс двуокиси серы (эти вещества выбрасывались бы в атмосферу на тепловых электростанциях при выработке того количества электроэнергии, которое потреблялось бы заменяемыми лампами накаливания).

Однако энергосберегающие лампы имеют также и недостатки: фаза разогрева у них длится до 2 мин, т. е. им понадобится некоторое время, чтобы развить свою максимальную яркость. Также у энергосберегающих ламп встречается мерцание.

Другим недостатком энергосберегающих ламп является то, что человек должен находиться от них на расстоянии не ближе чем 30 см. Из-за большого уровня ультрафиолетового излучения энергосберегающих ламп при близком расположении к ним может быть нанесен вред людям с чрезмерной чувствительностью кожи и тем, кто подвержен дерматологическим заболеваниям. Однако если человек находится на расстоянии не ближе чем 30 см от ламп, вред ему не наносится. Также не рекомендуется использовать в жилых помещениях энергосберегающие лампы мощностью более 22 Вт, так как это тоже может негативно отразиться на людях, чья кожа очень чувствительна.

Еще одним недостатком является то, что энергосберегающие лампы не приспособлены к функционированию в низком диапазоне температур (минус 15…20?C), а при повышенной температуре снижается интенсивность их светового излучения. Срок службы энергосберегающих ламп ощутимо зависит от режима эксплуатации, в частности, они не любят частого включения и выключения. Конструкция энергосберегающих ламп не позволяет использовать их в светильниках, где есть регуляторы уровня освещенности. При снижении напряжения в сети более чем на 10% энергосберегающие лампы просто не зажигаются.

К недостаткам можно также отнести содержание ртути и фосфора, которые, хоть и в очень малых количествах, присутствуют внутри энергосберегающих ламп. Это не имеет никакого значения при работе лампы, но может оказаться опасным, если ее разбить. По той же причине энергосберегающие лампы можно отнести к экологически вредным, поэтому они требуют специальной утилизации (их нельзя выбрасывать в мусоропровод и уличные мусорные контейнеры).

Недостатком энергосберегающих ламп по сравнению с традиционными лампами накаливания является их высокая цена. Однако несложные расчеты показывают, что КЛЛ окупаются в течение одного года. Возьмём в качестве примера лампу накаливания 100 Вт (20 Вт для КЛЛ) стоимостью - 10 (200) руб. При стандартном режиме горения 2,73 ч в сутки за год составят около 1000 ч работы (средний срок службы лампы накаливания) или 100 кВт потребляемой лампой электроэнергии (20 кВт для КЛЛ). Всего расходы за год составят в первом случае: 10 руб. + 1002,47 руб. (для Калининграда на начало 2010 г.) = 257 руб. и 200 руб. + 202,47 руб. = 249 руб. - во втором (для КЛЛ). Если даже взять минимальный срок службы КЛЛ (всего 6000 ч), то экономия составит: 2576 - (249 + 2052.47) = 1542 - 496 = 1046 руб. на одну лампу.

Последней инновацией в области осветительных приборов являются светодиодные лампы. По принципу устройства данный источник освещения принципиально отличается от предшественников. Светодиодные лампы основаны на способности некоторых полупроводников светиться при прохождении электрического тока. Данное явление и раньше применялось в промышленных масштабах, но лишь при производстве различных индикаторов. Однако в конце прошлого века наметилась тенденция применения светодиодов как источников освещения. Эксперты полагают, что уже в ближайшее десятилетие светодиодные лампы займут лидирующее положение на рынке световых приборов.

Причина такой возрастающей популярности достаточно проста - по многим характеристикам светодиодные источники качественно превосходят и лампы накаливания, и газоразрядные лампы. Обладая сроком службы до 100 000 ч, что в десятки раз больше, чем у ламп накаливания, светодиодные лампы не требуют высокого напряжения и устойчивы к ударным нагрузкам. А революционно низкое потребление энергии (единицы ватт) уже сейчас вызывает желание купить светодиодные лампы (единственное, что это сдерживает - высокая цена). Они являются наилучшим решением для самых различных сфер применения. Например, стало возможным купить светодиодные лампы для автомобилей, где устойчивость к вибрационным и ударным нагрузкам является очень значимым фактором. Причем частое включение и выключение никак не влияет на срок эксплуатации, что важно при использовании в указателях поворотов и стоп-сигналах. А незначительное энергопотребление может очень пригодиться для применения в габаритных огнях автомобиля, особенно во время стоянки при работе от аккумулятора.

Уникальная способность передавать чистые яркие цвета делает светодиодные лампы великолепным инструментом дизайнеров и архитекторов. Немаловажен тот факт, что данные технологии не только привносят новые веяния в архитектурное освещение, но и делают его гораздо более доступным благодаря экономичности. Для данных целей можно купить светодиодные лампы, светодиодные светильники или линейки.

Устойчивость светодиодных приборов к перепадам температуры и атмосферным явлениям создала предпосылки для применения их как в уличном освещении, так и в освещении коммерческих (гостиницы, магазины, рестораны) и декоративных (бассейны, фонтаны, элементы ландшафта, и т.д.) объектов. Подсветка стеллажей и витрин - еще одна область использования, где светодиодные лампы весьма эффективны. Торговая подсветка нередко включена круглосуточно, поэтому фактор энергосбережения вполне может быть определяющим при выборе осветительных приборов. Еще одной причиной купить светодиодные лампы для торгового оборудования может быть способность светодиодов практически не выделять тепла при использовании. Это дает возможность создать точечную подсветку для некоторых отдельных товаров без риска повредить их тепловым излучением светильника. По этой же причине светодиодные лампы являются оптимальным вариантом для холодильного торгового оборудования.

Светодиоды потребляют электроэнергии в 12 раз меньше, чем лампы накаливания, и в 2-4 раза меньше обычных люминесцентных ламп; срок непрерывной работы светодиодного светильника составляет не менее 100 тыс. реальных часов, что эквивалентно 25 годам эксплуатации при 10-часовой работе в день.

Светодиодные лампы работают стабильно в любых климатических условиях, при температурах от минус 40°С до 70°С; их отличает повышенная электробезопасность при эксплуатации, устойчивость к перепадам напряжения и полное отсутствие опасности перегрузки электросетей в момент включения. На протяжении многих лет светодиоды не были достаточно яркими, что ограничивало их применение. Но сейчас, с решением вопроса о яркости светодиодных ламп, несмотря на высокую цену (600 - 1200 руб.), за счет экономии и большого срока службы такие лампы становятся все более распространенными. Высокий ресурс работы позволяет устанавливать лампы в труднодоступных местах и нет необходимости заботиться о смене лампы в течение 25 лет. По мнению большинства специалистов, будущее освещения - за лампами и светильниками на светодиодах.

Необходимо также отметить, что современные инновационные технические решения позволяют продлить срок службы и обычных ламп накаливания. Примером этому служит блок защиты "Гранит". Он предназначен для предотвращения частого перегорания галогенных ламп и ламп накаливания и продления срока их службы в 5-7 раз. Блок защищает лампы от бросков тока при включении и от перенапряжений питающей сети. Блок защиты рассчитан на совместную работу с лампами накаливания, галогенными лампами на напряжение 220 и 12 В. Достоинства такого блока: продление срока службы ламп в 5-7 раз; лёгкость установки под выключатель; доступная цена (200-300 руб.) при высоком уровне качества, дизайна и комфорта.

Список литературы

1. Овчинников В.С. Энергосберегающие технологии в системах освещения / В.С. Овчинников // Электрооборудование судов и электроэнергетика: сборник научных трудов / Калининград: КГТУ, 2000. - С. 19 - 21.

Размещено на Allbest.ur