Характеристики излучения

Вопросы энергоэффективности

В системах освещения

Учебное пособие

Научный редактор – д-р экон. наук, проф. Н.И.Данилов

Екатеринбург

 

УДК 628.98.004.18(075.8) ББК 31.294:31.280.7я73 В 74

 

Рецензенты: кафедра «Электрооборудование и автоматизация промышленных предприятий» РГППУ; директор ОАО «Уральский Центр Энергосбережения и Экологии», канд. техн. наук В.П.Ануфриев

 

Авторы: В.А.Бегалов, Р.В.Молотилов, В.С.Проскуряков

 

В74 ВОПРОСЫ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ В СИСТЕМАХ ОСВЕЩЕНИЯ: учебное пособие / В.А.Бегалов, Р.В.Молотилов, В.С.Проскуряков. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ–УПИ, 2004. 104с.

 

ISBN 5–321–00506–0

 

В пособии содержатся материалы по современным мероприятиям, направленным на эффективное использование электроэнергии на цели освещения.

Изложена характеристика света как электромагнитного излучения, особым образом влияющего на органы зрения. Рассмотрены способы генерации света, принцип действия и характеристики, сравнительный анализ эффективности различных источников света. Приведены сведения о перспективных лампах на основе светодиодов. Рассмотрены факторы, определяющие требования к осветительным установкам при их проектировании. Описаны способы и изложены методы расчета систем освещения.

Рассмотрены основные мероприятия, позволяющие повысить энергоэффективность систем освещения.

Пособие предназначено для слушателей курсов повышения квалификации специалистов и студентов высших учебных заведений. Материалы также полезны специалистам, занимающимся вопросами проектирования, создания и эксплуатации систем электрического освещения.

Библиогр.: 20 назв. Рис. 51 . Табл. 25 .

 

УДК 628.98.004.18(075.8)

ББК 31.294:31.280.7я73

 

ISBN 5–321–00506–0	С ГОУ ВПО “Уральский государственный технический университет –УПИ “, 2004
	С В.А.Бегалов, Р.В.Молотилов, В.С.Проскуряков, 2004

ВВЕДЕНИЕ

 

Любая сфера жизнедеятельности (производственная, социальная, культурно–бытовая) связана с восприятием информации. Большая часть информации воспринимается зрительно, т.е. посредством воздействия света на органы зрения. Поэтому организация освещения определяет достоверность воспринимаемой информации, комфортные условия жизнедеятельности. При этом важнейшую роль играет искусственное, электрическое освещение. Электрическая энергия, затрачиваемая на освещение, может быть весьма существенна. Ее доля может составлять от 20 % общего количества потребляемой электроэнергии в производственной сфере до 60 % в общественных и административных зданиях, учебных заведениях.

Поэтому создание энергоэффективных систем освещения, рационально использующих электрическую энергию, является одной из важных задач в направлении энергосбережения.

Повсеместно в мире прилагаются существенные усилия для решения этой задачи. Важность этой задачи возрастает с постепенным ростом количества электроэнергии, расходуемой на освещение. Расход электроэнергии на освещение в расчете на одного человека, кВт • ч/чел :

 

Страна	1980 г	1990 г
Россия
Германия
Япония

 

При этом нормируемые уровни освещенности в развитых странах достаточно высоки: 250 – 1000 лк, а по нашим нормам (для административных зданий) 50 – 400 лк. Эти цифры свидетельствуют о том, что для создания одинаковой освещенности средний россиянин затрачивает электроэнергии в 2–3 раза больше, чем жители некоторых других стран.

Поэтому для России актуальность решения данной задачи особенно велика.

В развитых странах использование эффективных осветительных систем позволило существенно снизить удельную мощность электроосветительных установок в административных помещениях: для обеспечения средней освещенности 500 лк в 60–е годы требовалось 60 Вт/кв.м, в 90–е годы – 15 Вт/кв.м.

Введенный с 1 января 1995 года федеральный стандарт США устанавливает расход электроэнергии на освещение 1 кв.м помещения не более 20 Вт при норме освещенности Е=500 лк. Эту величину можно принять в качестве критерия, определяющего энергоэффективность системы освещения.

Для создания энергоэффективных систем освещения и повышения энергоэффективности существующих систем необходим ряд организационных и технических мер. Эти меры направлены на использование энергоэффективных источников света, современных осветительных приборов, обладающих высоким КПД, совершенных пускорегулирующих аппаратов, применение современных систем управления, позволяющих регулировать потребление электроэнергии, создание наилучших условий работы систем освещения.

Для решения этих задач необходимо знание основных понятий светотехники, принципов генерации света, свойств и характеристик различных источников света, способов проектирования осветительных систем, правил эффективной эксплуатации систем освещения, перспективных мероприятий по энергоэффективности систем электрического освещения. Указанные вопросы рассмотрены в данном пособии.

 

ОСНОВЫ СВЕТОТЕХНИКИ

 

СВЕТОТЕХНИКА – область науки и техники, занимающаяся исследованием принципов и разработкой способов генерирования, пространственного перераспределения, измерения характеристик оптического излучения (света), а также преобразования энергии света в другие виды энергии.

В данном разделе рассмотрены основные понятия светотехники, свойства света как электромагнитного излучения, описана система величин, характеризующих свет с учетом эффективности воздействия на органы зрения.

Основные понятия

Излучение

Любое тело с температурой выше абсолютного нуля излучает в пространство энергию. Излучение принято характеризовать электромагнитными колебаниями определенной частоты и длины волны, которые связаны соотношением:

l = с/n ,

где l – длина волны , м;

n –­ частота колебаний, Гц; ­

с – скорость света, 3•10⁸ м/c .

Оптическое излучение

Любое электромагнитное излучение содержит целый ряд электромагнитных колебаний разных частот (длин волн). Этот диапазон возможных значений частоты или длины волны может быть весьма широким (рис. 1). К оптическому излучению относят электромагнитные колебания в диапазоне длины волны от 0,01 мкм до 1000 мкм. Оптическое излучение можно разделить на три области:

ультрафиолетовое излучение ( 0,01 мкм – 0,38 мкм);

видимое излучение (0,38 мкм – 0,78 мкм);

инфракрасное излучение (0,78 мкм – 1000 мкм).

Рис. 1. Электромагнитное излучение твердого тела

 

Световое излучение

Не всякое излучение можно назвать светом. Ультрафиолетовое и инфракрасное излучение не воспринимается органом зрения (невидимое излучение). Человеческий орган зрения (глаз) способен реагировать на излучение только определенного (видимого) диапазона (0,38 мкм – 0,78 мкм ). Именно это излучение называется светом.

 

Характеристики излучения

Система величин. Поток излучения

Для описания интенсивности и количественной характеристики электромагнитного излучения принято пользоваться энергетической системой величин. Основной характеристикой этой системы величин является поток излучения.

Поток излучения измеряется в ваттах и отражает мощность излучения:

Ф_е = dQ_e / dt , где dQ_e – энергия, излучаемая телом за время dt.

Часто пользуются понятием среднего значения потока излучения:

Ф_е = Q_e / t.

Спектр

Излучение может быть монохроматическое и сложное. Электромагнитное излучение может иметь разный состав, т.е. содержать в себе отдельные излучения разной длины волны (сложное излучение содержит много монохроматических).

Состав сложного излучения характеризуется спектром, который отражает количественный и качественный состав излучения. Спектр излучения – распределение интенсивности излучения по длинам волн (частотам). Спектр изображается графически в виде зависимости потока излучения (спектральной плотности потока излучения) от длины волны (рис. 2).

В зависимости от спектрального состава излучение может быть трех типов: с линейчатым, полосовым и сплошным спектрами.

 

а б в

Рис. 2. Виды спектров сложного излучения: а – линейчатый спектр,

б – полосовой спектр, в – непрерывный (сплошной) спектр

 

Линейчатый спектр содержит монохроматические излучения нескольких длин волн. Таким спектром обладают газоразрядные источники излучения.

При полосовом спектре излучение происходит в пределах нескольких диапазонов длин волн определенной ширины.

Непрерывный спектр содержит излучения разной интенсивности в широком диапазоне длин волн (например, спектр теплового источника излучения).