Урок № 11. Тема: Потенціал енергозбереження в освітлювальних установках. Використання найбільш ефективного джерела світла. Підтримання ефективності системи освітлення.

Д/з: ст. 59-61

Раціональне використання енергії є одним з найбільш доступних та низько затратних шляхів підвищення ефективності використання паливно-енергетичних ресурсів і зниження рівня техногенного впливу на довкілля. Людина з року в рік все більше залежить від різноманітних приладів і пристроїв що допомагають їй у побуті, роботі, полегшують життя. Більшість з них живиться електричним струмом. Але часто пристрої що здійснюють одні і ті ж функції можуть споживати різну кількість енергії для виконання одного і того ж обсягу роботи. Тобто вони мають різну енергетичну ефективність. Споживачі мають знати ступінь ефективності використання енергії у приладах, які вони використовують. З цією метою у провідних країнах світу було розроблене енергетичне маркування, яке надає нам точну інформацію про фактичні обсяги споживання енергії різними приладами. Завдяки енергетичному маркуванню ми можемо обирати пристрої та обладнання, яке споживає менше енергії і таким чином можемо заощаджувати власні кошти за рахунок зменшення оплати за споживання енергії, захищати природу від викидів шкідливих речовин, у тому числі парникових газів у атмосферу, за рахунок зниження загального рівня енергоспоживання. В розвинутих країнах активне застосування енергетичного маркування активно використовується вже понад 15 років. На початку енергетичне маркування застосовувалося для означення енергоспоживання електроприладів, яке визначається за стандартних для кожного виду виробів умов. Поступово практика енергетичного маркування була поширена на інші пристрої, та навіть будинки. Сьогодні, з огляду на проблему глобального потепління та необхідності зменшення викидів парникових газів розроблена система маркування, що дозволяє оцінити та порівняти рівні викидів парникових газів будинками, машинами, двигунами внутрішнього згоряння та іншими пристроями, де використовуються технології, що прямо чи опосередковано сприяють викидам парникових газів в атмосферу. Це сприяє використанню найбільш ефективних та кліматично дружніх технологій не тількі у побуті а й у виробництві, сприяє екологізації свідомості окремих громадян, політики та стратегії розвиту цілих галузей народного господарства та держав. В Україні впровадження енергетичного маркування почалося з середини 90-х років минулого століття. Найважливішими кроками у вирішенні цього питання є затвердження у травні 2008 року Технічного регламенту з енергетичного маркування електрообладнання побутового призначення. Регламент розроблено з урахуванням Директиви Ради 92/75/ЄЕС від 22 вересня 1992 року про вказування за допомогою маркування та зазначення стандартної інформації про товар обсягів споживання енергії та інших ресурсів побутовими електроприладами. Відповідно до нього в Україні заборонено введення в обіг електрообладнання побутового призначення без енергетичного маркування.

Особливості енергетичного маркування

Енергетичне маркування - подання споживачам інформації про рівень ефективності споживання електрообладнанням енергії та інших ресурсів, а також додаткової інформації шляхом прикріплення (нанесення) енергетичної етикетки. Енергетичне маркування забезпечується нанесенням на упаковку енергетичної етикетки - картки встановленої форми яка містить інформацію про рівень ефективності споживання електрообладнанням енергії та інших ресурсів (клас та показники енергетичної ефективності), а також додаткову інформацію. Наприклад, до етикетки може бути розміщений додаток, так звана маркувальна енергетична смужка (МЕС), що містить гарантовані виробником показники енергетичної ефективності електрообладнання побутового призначення та інші необхідні додаткові відомості. Якщо етикетка не друкується на упаковці, а розташовується або прикріплюється окремо на упаковку, вона має бути кольоровою. У випадку використання чорно-білої версії етикетки, друк і фон можуть бути будь-якого кольору, що зберігає розбірливість ярлика. Зокрема, для ламп інформаційна енергетична етика виглядає наступним чином. На ній, для надання споживачеві повної інформації про енергетичну ефективність виробу, має бути вказані наступна інформація: I - Клас енергетичної ефективності лампи, Буква-вказівник розміщується на тому самому рівні, що і відповідна стрілка. II - Світловий потік лампи в люменах, ІІІ - Споживана потужність (Ватт) лампи, IV - Середня тривалість використання лампи в годинах. Використовуючи енергетичне маркування кожен з нас може доволі швидко розібратися у характеристиках будь-якої побутової техніки, пристрою чи автомобіля щодо споживання енергії та інших важливих з точки зору охорони довкілля характеристиках та обирати найбільш енергоефективні й безпечні пристрої. Таким простим чином ми економимо власні кошти та робимо свій дієвий внесок у захист довкілля від забруднення та боротьбу з глобальним потеплінням .

Освітлення

Людям для існування потрібне світло. Понад 95% інформації про оточення людина отримує завдяки зору, ефективність якого повністю залежить від якості освітлення. За свою історію людство використовувало для освітлення все, що може горіти. Після винаходу ламп розжарювання і впровадження електромереж електричне світло виявилося найкращим способом штучного освітлення. Тому не дивно, що штучне освітлення віддавна є важливим чинником цивілізаційного процесу. Штучне освітлення - це передусім комфорт та безпека людей на робочому місці, у темну пору доби, а також потужний інструмент впливу на естетичне сприйняття оточуючого середовища. Освітлення - це одне з тих застосувань енергії, де дійсно варто використовувати високоякісну енергію електрики. Постійно зростаючі потреби в освітленні вимагають збільшення обсягів виробництва електроенергії, що в свою чергу потребує додаткових капіталовкладень для створення нових потужностей з виробництва електроенергії, добування паливних копалин та утилізації відходів. В Україні для освітлення витрачається понад 32 млрд. кВт*год. електроенергії, що складає близько 30% загального обсягу її споживання. Питома вага витрат електроенергії в Україні на освітлення практично у 2-2,5 рази вища, ніж у розвинених країнах. Це зумовлено використанням у світильниках малоефективних джерел світла (ламп розжарювання, люмінесцентних ламп старого зразка, ртутних ламп високого тиску), експлуатацією старих, фізично зношених світильників з неприпустимо низькими характеристиками відбивачів і розсіювачів (ККД на рівні 25-40%), відсутність систем регулювання освітлення. Тому підвищення енергоефективності систем освітлення є одним з пріоритетів енергетичної політики та дієвим механізмом економії електроенергії, що витрачається на освітлення. Поширена до сьогодні в Україні технологія освітлення базувалася на використанні різноманітних ламп розжарювання. Вона має низьку ефективність - лише 5-7% електроенергії, яка споживається лампою розжарювання, перетворюється на світло, решта трансформується в тепло та інші види випромінювання. Альтернативою лампам розжарювання за останні 10 років стали компактні люмінесцентні лампи, енергетична ефективність яких у 2,5-3 рази вища, а середня тривалість роботи складає 10000 год. Слід пам'ятати, що компактні флуоресцентні лампи містять пари ртуті і вимагають спеціальної утилізації. Досягнення в галузі оптоелектроніки сприяли створенню джерел світла на основі твердотільних світлодіодів.

Що можна зробити

Економне використання освітлення полягає у відповідності потреб у освітленні і освітлювальної техніки. Багатолампова люстра на стелі забезпечує освітлення всього приміщення, але призводить до небажаного утворення тіні при роботі за письмовим столом, швейною машиною, у куточку з іграшками. Цілеспрямоване місцеве освітлення, незважаючи на меншу потужність ламп, забезпечить кращу освітлюваність. Звичайні заходи - Вимикайте світло, коли воно не потрібне. - Використовуйте енергоефективні лампочки. Тієї енергії, що ви колись витрачали для однієї лампочки, буде досить для пяти нових енергозберігаючих ламп. - Іноді краще змінити світильник, ніж встановлювати додаткове освітлення. - Дайте доступ денному світлу – розсуньте жалюзі. - Частіше витирайте порох з лампочок і плафонів.

Переваги LED

Економія електроенергії

Світодіодні світильники мають високу світлову ефективність. Рівень енергоефективності - клас А+. Співвідношення світлового потоку до спожитої електроенергії у світлодіодних світильниках хороших виробників становить 135 лм/Вт та вище. У порівнянні з лампами розжарювання, ефективність яких близько 13 лм/Вт, та люмінесцентними лампами із ефективністю 40-70 лм/Вт, ефективність світлодіодних світильників дозволяє найбільш раціонально використовувати спожиту електроенергію. Термін окупності проектів по переобладнанню приміщень на світлодіодне освітлення дуже короткий. Приклади реального терміну окупності.

Відсутність жорсткої ультрафіолетової складової

Спектр світлового потоку світлодіодів не містить ультрафіолетової складової, що забезпечує відсутність вигорання фарби, пластикових предметів та тканин (ефекту старіння, коли вони жовтіють та виглядають як старі). Завдяки цьому світлодіодні світильники ідеально підходять для магазинів одягу, меблів, творів мистецтва та інших предметів, які можуть втратити свою цінність внаслідок вигорання через використання люмінесцентних світильників.

Висока стабільність світлового потоку – відсутність мерехтіння світла

Якісні cвітлодіодні освітлювальні системи дають можливість отримати високостабільний світловий потік. При професійному проектуванні світильників є можливість досягнути малого рівня пульсацій світла та відсутності стробоскопічного ефекту. Світильники A36 та А66 мають рівномірний потік світла та не втомлюють зір.

Високий рівень кольоропередачі

Світлодіодні світильники А36 та А66 мають високий показник індексу передачі кольору (Ra>80, а по бажанню покупця - Ra>90). Вони не вимагають фільтрів для корекції кольору і тим самим забезпечують високу відповідність передачі кольору предметів. За рахунок високого коефіцієнту кольоропередачі спектр світильників близький до спектру природнього, що позитивно впливає на емоційний стан. А правильна передача відтінків кольору, що забезпечується світлодіодним освітленням, особливо важлива для відділів продажу одягу, меблів, дизайнерських, художніх офісів тощо.

В залежності від призначення світильники виготовляються із різною колірною температурою: 5000К – холодне (денне) світло для супермаркетів, різних торгових, виробничих та складських приміщень, офісів, коридорів; 4000К – нейтральне біле світло для навчальних закладів, віталень, кухонних приміщень; 3000-3500К – тепле світло для дитячих садків, спалень та різних зон відпочинку.

Зручність у використанні та розподіленні світлового потоку

Направлений, рівномірний та повторюваний при виробництві світловий потік в комплексі із різноманітними варіантами кріплення та використання дозволяють реалізувати найсміливіші схеми освітлення.

Це дає можливість найефективнішого розподілення світла над робочою зоною та дозволяє освітлювати тільки потрібну територію чи простір. В залежності від типу приміщення є можливість вибрати світильники з різною шириною світлового потоку, що дає змогу отримати додаткову економію електроенергії внаслідок ефективного використання світлового потоку. Моделі А36 доступні в усіх варіантах кріплення - вбудований в Армстронг, а також підвісний та стельовий варіанти.

Відсутність технічного обслуговування

Завдяки тривалому терміну служби, світлодіодні світильники не потребують постійного технічного обслуговування та заміни деталей, що у свою чергу забезпечує суттєву економію в порівнянні з іншими джерелами освітлення.

Висока надійність та великий термін експлуатації:

Використання світлодіодів OSRAM OptoSemiconductors та новітнього обладнання гарантує термін служби світильників А36 та А66 не менше 40 000 годин. При коректному підході до проектування світлодіодні світильники здатні працювати у широкому температурному діапазоні та у складних умовах (вібрація, пил, несприятливе середовище тощо), що гарантує безперервність їх роботи. На відміну від інших ламп (ламп розжарювання, люмінесцентних чи газорозрядних ламп), світлодіодні світильники не є крихкими. Світлодіодні світильники типу А36 та А66 стійкі до перепадів напруги мережі. Термін експлуатації світлодіодів в декілька разів перевищує термін служби люмінесцентних ламп.

«Розумні» системи освітлення

Світлодіодна технологія перевершує всі інші варіанти програмованих систем освітлення. Такі світильники є ідеальними для застосування в пристроях з високою частотою комутації, оскільки довговічність світлодіодів не залежить від кількості увімкнення/вимкнення.

Швидке включення

На відміну від люмінесцентних або натрієвих ламп, світлодіодні світильники не потребують часу для виходу на робочий режим, в них одразу ж, після включення, досягається заявлений рівень світлового потоку.

Охорона навколишнього середовища

Світлодіодні світильники не забруднюють навколишнє середовище, тоді як люмінесцентні лампи містять ртуть і потребують утилізації, а відповідно і витрат навіть після виходу з ладу.

Компактні люмінесцентні лампи представляють собою лампи з зігнутою трубкою, вони відрізняються типом цоколя.

Перевагою компактних ламп є стійкість до механічних ушкоджень і невеликі розміри. Цокольні гнізда для таких ламп дуже прості для монтажу в звичайні світильники, термін їх служби складає від 6000 до 15000 годин.

Ефективність використання люмінесцентних ламп є очевидною. Для прикладу, звичайна лампа розжарювання 92…94% електроенергії перетворює у тепло і лише 6…8% – у світло, тоді як компактна люмінесцентна лампа, даючи такий же світловий потік, споживає електроенергії на 80% менше.

Віддаючи перевагу люмінесцентним лампам, враховуючи такі їх переваги, як висока економічність, різноманітний за кольоровістю випромінювання асортимент, можливість наближення колірних характеристик до характеристик різних фаз денного світла, великий термін служби не варто забувати і про їхні недоліки.

До недоліків люмінесцентних ламп відносяться: складність включення і втрати потужності в пусковому баласті (до 20…30%), залежність світлових характеристик лампи від температури навколишнього середовища, значне зниження світлового потоку перед закінченням терміну служби, пульсація світлового потоку при живленні ламп змінним струмом.

Лампи розжарювання належать до джерел світла теплового випромінювання, їх світлова віддача складає 10…15 лм/Вт. Вони створюють безперервний спектр випромінювання, який найбільш багатий жовтими та червоними (тобто інфрачервоними) променями та бідніший у зоні синіх та зелених спектрів випромінювання (рисунок 2.62) в порівнянні зі спектром природного світла неба, що погіршує розрізнення кольорів. Лампи розжарювання мають й інші недоліки: велика яскравість, невеликий термін служби (до 1000 годин), низький коефіцієнт корисної дії (ККД) – 0,8…2,8%, залежність світлової віддачі і терміну служби від напруги; температура кольору знаходиться тільки в межах 2300 – 2900 K, що надає світлу жовтуватий відтінок; лампи розжарювання становлять пожежну небезпеку через високу температуру колби, яка через 30 хвилин після ввімкнення лампи в залежності від потужності наступних величин: 40 Вт – 145 °C, 75 Вт – 250°C, 100 Вт – 290°C, 200 Вт – 330°C; світловий коефіцієнт корисної дії (відношення потужності променів видимого спектру до потужності споживаної від електричної мережі) дуже малий і не перевищує 4 % Водночас лампи розжарювання мають деякі переваги: низька вартість; невеликі розміри; простота світильників та компактність; відсутність пускорегулюючого апарату; короткий час запалювання; відсутність токсичних компонентів і як наслідок відсутність необхідності в інфраструктурі зі збирання й утилізації; можливість роботи як на постійному струмі (будь-якої полярності), так і на змінному; широкий діапазон потужностей (від часток вольта до сотень вольтів); відсутність мерехтіння і гудіння при роботі на змінному струмі; суцільний спектр випромінювання; стійкість до електромагнітного імпульсу; можливість використання регуляторів яскравості; нормальна робота за низької температури навколишнього середовища.

Існують різноманітні види ламп розжарювання: вакуумні (В), газонаповнені (Г), газонаповнені біспіральні (Б) лампи.

Галогенні лампи за структурою і принципом дії подібні до ламп розжарювання. Але вони містять у газі-наповнювачі незначні добавки галогенів (бром, хлор, фтор, йод) або їхні сполуки. За допомогою цих добавок є можливість усунути потемніння колби (викликане випаром атомів вольфраму) і зумовлене цим зменшення світлового потоку.

До переваг галогенних ламп у порівнянні із лампами розжарювання відносяться наступні:

– за мінімальної витрати електроенергії забезпечують максимальне освітлення;

– мають у декілька pазів більший cтpoк cлужби (у 2…4 рази вище, ніж у ламп розжарювання);

– виробляють більш яскраве біле cвітло;

– більш якісно передають колір освітлюваних предметів;

– випускаються в більш багатому асортименті;

– дозвoляють краще упpавляти світловим пучкoм і напpавляти його із більшою тoчністю;

– відрізняються міцністю, стійкістю до частих перепадів атмосферного тиску і до різкої зміни температури.

Галогенні лампи бувають двох видів: високовольтні, що працюють під напругою 220 В і низьковольтні, на 6, 12, 24 і 36 В (частіше застосовуються 12-вольтні).

Перевага низьковольтних ламп – підвищена безпека, особливо в умовах підвищеної вологості, і більш довгий термін служби.

Середній термін служби 220-вольтних ламп – 2000 годин, 12-вольтних – 4000. Однак для них потрібний трансформатор, що знижує напругу з 220 до 12 В і окрема проводка.

Галогенні лампи мають свої недоліки:

1. Колби галогенних ламп мають властивість сильно нагріватися (до 500ºC), тому варто неухильно дотримуватись норм протипожежної безпеки при установці ламп. Доторкання до включеної або недостатньо остиглої лампи може призвести до серйозних опіків. Та й остиглу лампу не слід брати голими руками. Від цього на колбі лампи залишаються жирні плями, після ввімкнення жир під дією високої температури обвуглюється, чорні частки вугілля поглинають тепло і сильно розжарюються. Через місцевий перегрів колба може лопнути, і лампа вибухнути. Лампу варто брати, використовуючи чисті тканинні рукавички, шматок чистої тканини або паперову серветку. Якщо колба чимось забруднена, її потрібно протерти спиртом. Об’єкти, освітлювані IRC-галогенними лампами з відбивачем (напівпрозоре дзеркало), менше піддаються нагріванню. Остиглі лампи з відбивачем можна брати руками.

2. Чутливі до стрибків напруги у мережі живлення і за несприятливих умов можуть швидко вийти з ладу; тому їх бажано включати через стабілізатор напруги. Для досягнення найбільшої ефективності лампи її доцільно використовувати на повній потужності, заявленої виробником. Однак її яскравість можна регулювати за допомогою стандартних світлорегуляторів. Знижуючи потужність лампи, можна знизити або навіть відключити роботу галогенного циклу, і вона почне працювати як звичайна лампа розжарювання. Для відновлення роботи галогенів і зняття металевих часток вольфраму, що осіли на стінки колби, досить на кілька хвилин увімкнути лампу на повну потужність.

3. У спектрі випромінювання присутній надлишок ультрафіолету, що шкідливий для здоров’я. Тому, їх не рекомендується використовувати без спеціальних фільтрів.

Освітлювальні установки

Для штучного освітлення використовують освітлювальні установки двох видів: ближньої дії (світильники) і дальньої дії (прожектори).

Джерело світла (лампи) разом з освітлюваною арматурою складає світильник . Він забезпечує кріплення лампи, подачу до неї електричної енергії, запобігання забрудненню, механічному пошкодженню, а також вибухову і пожежобезпеку та електробезпеку. Здатність світильника захищати очі працюючого від надмірної яскравості джерела характеризується захисним кутом.

В залежності від стану навколишнього середовища і вимог щодо розподілу світлового потоку застосовують різні типи світильників: прямого (випромінювання нижче за світильник, не менше 80% світлового потоку спрямовано на робочу поверхню), відбитого світла (випромінювання світлового потоку більше 80% – спрямовано на стелю та верхню частину стін) напіввідбитого (40 – 60% світлового потоку спрямовується на робочу поверхню, а решта – на стелю).

Для освітлення відкритих територій, доріг, високих виробничих приміщень використовуються газорозрядні лампи високого тиску:

– ртутні дугові люмінесцентні ДРЛ;

– металогалогенні ДРЙ (дугові ртутні з йодидами);

– ксенонові ДКсТ (дугові ксенонові трубчасті);

– натрієві ДНаТ (дугові натрієві трубчасті).

При проектуванні освітлювальних установок необхідно, дотримуючись норм та правил освітлення, визначити потребу в освітлювальних пристроях, установчих матеріалах і конструкціях, а також в електричній енергії. Проект, як правило, складається з чотирьох частин: світлотехнічної, електричної, конструктивної та кошторисно-фінансової.

Світлотехнічна частина передбачає виконання таких робіт:

– знайомство з об'єктом проектування, яке полягає в оцінці характеру й точності зорової роботи на кожному робочому місці; при цьому обов'язково треба встановити роль зору у виробничому процесі, мінімальні розміри об'єктів розрізнювання та відстань від них до очей працюючого; визначити коефіцієнт відбиття робочих поверхонь і об'єктів розрізнення, розташування робочих поверхонь у просторі, бажану спрямованість світла, наявність об'єктів розрізнювання, що рухаються, можливість збільшення контрасту об'єкта з фоном, можливість виникнення травматично небезпечних ситуацій, стробоскопічного ефекту; виявити конструкції та об'єкти, на яких можна розмістити освітлювальні прилади, а також конструкції та об'єкти, які можуть утворювати тіні тощо;

– вибір системи освітлення, який визначається вимогами до якості освітлення та економічності установки освітлення;

– вибір джерела світла що визначається вимогами до спектрального складу випромінювання, питомою світловою віддачею, одиничною потужністю ламп, а також пульсацією світлового потоку;

– визначення норм освітленості та інших нормативних параметрів освітлення для даного виду робіт відповідно до точності робіт, системи освітлення та вибраного джерела світла;

– вибір приладу освітлення, що регламентується його конструктивним виконанням за умовами середовища, кривою світлорозподілу, коефіцієнтом корисної дії та величиною блиску;

– вибір висоти підвісу світильників здійснюється, як правило, сумісно з вибором варіанту їх розташування і визначається в основному найвигіднішим відношенням L:h (відстань між світильниками до розрахункової висоти підвісу), а також умовами засліплення; залежно від кривої світлорозподілу (типу світильника) відношення L:h прийнято від 0,9 до 2,0.

Після визначення основних параметрів освітлювальної установки (нор­мованої освітленості, системи освітлення, типу освітлювальних приладів та схеми їх розташування) приступають до світлотехнічних розрахунків.