3.8. Энергоэффективные источники освещения
Основные характеристики освещения.
Освещение - применение света в конкретной обстановке, рядом с объектами или в их окружении, с целью сделать их видимыми.
Видимое излучение - электромагнитное излучение с длиной волны от 380 до 780 нм.
Инфракрасное излучение - электромагнитное излучение с длиной волны большей, чем у видимого излучения. Инфракрасное излучение делится на три группы:
А (короткие волны) 800-1400 нм
В (средние волны) 1400-3000 нм
С (длинные волны) 3000-10000 нм
Ультрафиолетовое излучение - оптическое излучение с длиной волны меньшей, чем у видимого излучения. Ультрафиолетовое излучение делится на три группы:
А( короткие волны) 315-400 нм
В (средние волны) 280-315 нм
С (длинные волны) 100-280 нм
Световая отдача - отношение излучаемого светового потока к потребляемой мощности. Единица измерения - люмен на ватт (лм/Вт).
Поток излучения - количество энергии, излучаемой за единицу времени. Единица измерения - ватт (Вт).
Световой поток - полное количество света, излучаемого данным источником в видимой области спектра. Единица - люмен (лм).
Сила света - пространственная плотность светового потока в заданном направлении, или отношение светового потока, направленного от источника в пределах телесного угла, охватывающего данное направление, к этому углу. Единица - кандела (кд).
Освещенность - плотность падающего светового потока на поверхности, или отношение светового потока, падающего на поверхность, к площади этой поверхности. Единица измерения - люкс (лк).
Яркость - отношение силы излучения в заданном направлении от участка поверхности к проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную этому направлению. Единица измерения - кандела на метр квадратный (кд/м2).
Цветовая температура - температура черного тела, при которой оно испускает излучение с той же хроматичностью, что и рассматриваемое измерение. Эта мера объективного впечатления от цвета данного источника света. Единица измерения - кельвин (К).
2700К - сверхтеплый белый
3000К - теплый белый
4000К - естественный белый
5000К - холодный белый (дневной)
В настоящее время около 40 % генерируемой в мире электрической энергии и 37 % всех электрических ресурсов используется в жилых и общественных зданиях. Существенную долю (40—60%) в энергопотреблении зданий составляет энергия на освещение. Сокращение расхода электроэнергии на эти цели возможно двумя основными путями:
— снижением номинальной мощности освещения;
— уменьшением времени использования светильников.
Снижение номинальной (установленной) мощности освещения в первую очередь означает переход к более эффективным источника света, дающим нужные потоки при существенно меньшем энергопотреблении.
На
сегодняшний день самым распространенным
источником света являются лампы
накаливания. Основным источником
оптического излучения в лампах накаливания
является разогретый до температуры
свечения п
роводник,
находящийся в инертной атмосфере.
Выпускают лампы вакуумные с аргоновым
и криптоновым наполнителем. Криптоновые
лампы имеют меньшие габариты и обеспечивают
световой поток примерно на 10% больше,
чем лампы с аргоновым наполнителем.
Лампы используются в сетях переменного
тока напряжением 127 и 220 В и частотой 50
Гц. Средняя продолжительность горения
составляет 1000 часов.
Современные энергосберегающие светильники подразделяются на три группы:
1. Светильники люминесцентные.
2. Светильники галогенные.
3. Светильники специального назначения.
Люминесцентные
лампы
используются в основном для местного
и общего освещения жилых и общественных
помещений. Отличительной особенностью
энергосберегающих люминесцентных ламп
является высокая с
ветовая
отдача, то есть величина светового
потока (измеряется в люменах - лм),
получаемого в расчете на 1 Вт мощности,
потребляемой лампой. Если для ламп
накаливания этот показатель составляет
до 10-15 лм на 1 Вт, для галогенных - до 30,
то для энергосберегающих - примерно
50-60 лм на 1 Вт. Таким образом, требуемую
освещенность можно получить, заменив,
например, 100-ваттные лампы накаливания
всего лишь 20-ваттными люминесцентными
лампами. Несложный расчет показывает:
подобная 20-ваттная лампа на протяжении
стандартного срока службы (6-8 тыс. ч)
позволит сэкономить около 450-600 кВт•ч
электроэнергии. Даже с учетом высокой
стоимости люминесцентных ламп выгода
от их применения весьма ощутима.
Люминесцентные лампы питаются от сети переменного тока напряжением 127 и 220 В частотой 50 Гц. Представляют собой стеклянную вакуумированную трубу-колбу, наполненную парами ртути низкого давления. Стенки трубки изнутри покрыты слоем люминофора. Пары ртути в электрическом разряде излучают свет главным образом в ультрафиолетовом диапазоне. Излучение разряда поглощается люминофором и переизлучается в видимую область спектра. Используются лампы мощностью 6, 18, 13, 14, 18, 20, 30, 36, 40, 65 и 80 Вт.
Компактные люминисцентные лампы. Потребление электроэнергии при использовании КЛЛ снижается примерно в 5 раз. Средний срок службы ламп различных модификаций составляет 12000-15000 часов. При применении КЛЛ существенно снижаются эксплуатационные расходы. С точки зрения эквивалентности светового потока, мощности КЛЛ и обычных ламп накаливания соотносятся согласно таблице 16.
Таблица 16
Соотношение мощностей ламп накаливания и КЛЛ
Мощность КЛЛ, Вт |
Мощность ламп накаливания, Вт |
3 |
15 |
5 |
25 |
7 |
40 |
11 |
60 |
15 |
75 |
20 |
100 |
23 |
120 |
Уменьшение потребной мощности лампы резко снижает тепловыделение в помещениях при работе осветительной установки. Температура нагрева самой КЛЛ в 2-3 раза ниже, чем у лампы накаливания, что благоприятно сказывается на тепловом режиме светильника и, соответственно, сроке его службы.
Небольшие колебания напряжения, реально всегда имеющие место в сети, и число включений лампы практически не сказываются на сроке ее службы. Большинство модификаций КЛЛ достаточно уверенно могут работать при температуре окружающей сети от -300С до +500С. Следует также отметить, что КЛЛ выпускаются с различными оттенками светового излучения, что позволяет создавать необходимые условия световой комфортности и декоративности интерьеров. КЛЛ оснащаются электронными пускорегулирующими аппаратами (ЭПРА), встроенными в цоколь лампы. ЭПРА работают с частотой 40-50 кГц. Пульсации светового потока с такой частотой человеческим глазом не ощущаются.
Достоинством
галогенных
ламп
являются неизменно яркий свет, великолепная
цветопередача и возможность создания
любых световых эффектов. Г
алогенные
лампы применяются для местного и
декоративного освещения жилых помещений,
магазинов, гостиниц, ресторанов, галерей
и выставок, в которых эффективность
использования энергии и низкие затраты
на обслуживание имеют большое значение.
По сравнению с обычными лампами
накаливания галогенные имеют более
высокую цветовую температуру (до 3100 К),
благодаря чему их свет имеет более
сочные и яркие цвета, высокую световую
отдачу и долгий срок службы.
Галогенные лампы работают от сети 220В напрямую без трансформаторов, модели низкого напряжения - от источников питания 6,12 и 24 В. Галогенные лампы низкого напряжения отличаются миниатюрностью, большим углом падения света, что позволяет создавать компактные и привлекательные системы освещения в самых различных сферах деятельности.
Галогенные лампы являются высокотемпературными излучателями. Добавление галогена обеспечивает более длительную работу лампы, уменьшает вольфрамовый осадок на нити накаливания в результате испарения частиц вольфрама и обеспечивает стабильную светоотдачу. При температуре около 1400 С испаряющийся с нити накаливания вольфрам вступает в химическую реакцию с галогеном, которым наполнена колба лампы. В результате конвекции образовавшийся галогенид циркулирует вблизи нити накаливания и расщепляется. Частицы вольфрама оседают на нити накаливания, а молекулы галогена высвобождаются и готовы принять участие в следующем цикле. Этот циклический процесс и обеспечивает преимущества галогенных ламп:
- большое количество света при одинаковом потреблении электроэнергии вследствие высокой температуры нити накаливания;
- долгий срок службы из-за непрерывного обновления нити накаливания;
- стабильная светоотдача в течение всего срока службы, поскольку не происходит почернения колбы;
- миниатюрность конструкции в соответствии с требованиями циклического процесса.
Газоразрядные лампы высокого давления подходят для использования в осветительном оборудовании, требующем мощных компактных источников света, высокой светоотдачи и долгого срока службы. Лампы применяются для освещения торговых площадей, гостиниц, ресторанов, освещения промышленных помещений, для уличного и дорожного освещения. В газоразрядных лампах высокого давления в качестве источника света используется дуговой разряд в парах металлов высокого давления. В зависимости от сорта паров металла светоотдача в расчете на единицу затраченной электроэнергии в 10-20 раз больше, чем у ламп накаливания. Стеклянная колба имеет форму цилиндра или элипсоида. У ртутных ламп колба покрывается изнутри люминофором, преобразующим ультрафиолет в видимый свет. Внутри колбы помещен реактор с двумя электродами и подводящими токопроводами. В реакторе содержатся пары металла и формируется дуговой разряд.
У
ртутных ламп горение дугового разряда
происходит в парах ртути высокого
давления. Лампы эксплуатируются в с
етях
переменного тока частотой 50 Гц напряжением
220 В с соответствующей пускорегулирующей
аппаратурой (ПРА).
В натриевых лампах горение дугового разряда происходит в парах натрия. Лампа излучает характерный желтый свет. Натриевые лампы высокого давления являются в настоящее время наиболее экономичными из всех источников света. Срок службы у них в 12 раз дольше, чем у ламп накаливания и в 1,3 раза дольше, чем у ртутных ламп высокого давления. Световая отдача в 7 раз больше, чем у ламп накаливания и в 2 раза больше, чем у ртутных ламп высокого давления.
Натриевые лампы высокого давления широко применяются для освещения улиц, автотрасс, площадей, промышленных территорий и других открытых пространств, где не предъявляется высокое требование к качеству цветопередачи. Лампы включаются в сеть переменного тока частотой 50 Гц напряжением 220 В с соответствующей пускорегулирующей аппаратурой (ПРА).
Металлогалогенные лампы высокого давления обладают высокой световой отдачей, улучшенной цветопередачей, сравнительно небольшими габаритными размерами, большой единичной мощностью. Лампы предназначены для освещения открытых пространств, промышленных помещений, открытых и закрытых спортивных площадок, а также для освещения объектов выездных и студийных телепередач и киносъемок. Лампы эксплуатируются в сетях переменного тока частотой 50 Гц напряжением 220 В с соответствующей пускорегулирующей аппаратурой (ПРА).
Сравнительные характеристики источников света широкого применения приведены в таблице 17.
Таблица 17.
Сравнительные характеристики источников света широкого применения
Тип лампы |
Световая отдача лм/Вт |
Средний срок службы ч |
Лампы накаливания общего назначения |
18-22 |
1000 |
Линейные 2-цокольные галогенные лампы накаливания (...150,250,300,500,1000,1500...Вт) |
18-22 |
2000 |
Зеркальные галогенные лампы накаливания на напряжение 12 В(20,35,50 Вт) |
25-30 |
2000-3000 |
Линейные люминесцентные лампы (...18,36,58...Вт) |
60-80 |
10000-15000 |
Компактные люминесцентные лампы (...5,7,9,11,15,20,23...Вт) |
50-60 |
8000-15000 |
Ртутные лампы высокого давления с люминофором (типа ДРЛ)(50,80,125,250,400,700...Вт) |
45-55 |
12000-15000 |
Металлогалогенные лампы (35,70,150,250,400...Вт) |
70-100 |
5000-12000 |
Натриевые лампы высокого давления(70,100,150,250,400...Вт) |
90-130 |
10000-20000 |
Важное значение в экономии электроэнергии при применении любых ламп имеет оптимальное размещение осветительных приборов, позволяющее экономить до 20 % электроэнергии. Так, при наличии в одном помещении рабочих и вспомогательных зон следует предусматривать локализованное общее освещение рабочих зон и менее интенсивное - вспомогательных зон.