Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь


ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ СИСТЕМ



2018-07-06 493 Обсуждений (0)
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ СИСТЕМ 0.00 из 5.00 0 оценок




ВНУТРЕННЕГО ОСВЕЩЕНИЯ

 

Расходы электроэнергии на нужды освещения составляют до 50 % от общего объёма потребляемой электроэнергии.

Современный технический уровень осветительного оборудования и мероприятия, направленные на повышение энергоэффективности систем освещения, позволяют экономить до 80 % электроэнергии.

Преобразование электрической энергии в световое излучение в осветительной установке может быть представлено несколькими этапами, как показано на диаграмме (рис. 44): передача электроэнергии от источника к электрической лампе посредством пускорегулирующего аппарата (ПРА); преобразование лампой электрической энергии в световое излучение со световым потоком ФИС ; формирование светораспределения осветительным прибором (ФОП); поглощение и отражение светового потока от внутренних поверхностей помещения и формирование рабочего светового потока.

На каждом этапе преобразования неизбежны потери энергии и светового потока. Величина этих потерь определяет энергетическую эффективность системы освещения.

Энергетическая эффективность электромагнитного ПРА обусловлена электрическими потерями, возникающими при замыкании тока в его обмотках. КПД пускорегулирующего аппарата определяется отношением электрической мощности, подводимой к лампе, к электрической мощности, потребляемой из сети , ηПРА = PИС / P1.

Световая эффективность источников света определяется их свойствами и особенностями конструкции. Этот показатель может принимать весьма различные значения для разных типов ламп и зависит от условий их работы. Его величина определяется отношением светового потока источника света (лампы) к потребляемой электрической мощности ηИС = ФИС / PИС.

 

 

Источник эл. энергии        
P1        
Пуско–регулирующий аппарат   Потери в ПРА ηПРА = PИС / P1   энергетическая эффективность ПРА
PИС      
Источник света (лампа)   Потери в лампе ηИС = ФИС / PИС световая эффективность источника света  
ФИС        
Осветительный прибор   Потери в ОП ηОП = ФОП / ФИС КПД осветительного прибора
ФОП        
Поверхности помещения   Поглощение в поверхностях UО = ФРАБ / ФОП коэффициент использования помещения
ФРАБ        
Рабочая поверхность        

 

Рис. 44. Преобразование электрической энергии в осветительной установке

в свет на рабочих поверхностях помещения

 

Потери в светильнике обусловлены поглощением светового потока внутренними поверхностями его конструктивных элементов. КПД светильника (осветительного прибора) определяется отношением светового потока, создаваемого светильником, к световому потоку источников света, используемых в нем, ηОП = ФОП / ФИС.

Коэффициент использования помещения учитывает поглощение части светового потока внутренними поверхностями помещения. Он определяется как отношение светового потока, падающего на рабочие поверхности, к световому потоку, создаваемому светильниками, UО = ФРАБ / ФОП.

В качестве средних значений показателей эффективности отдельных этапов преобразования можно принять следующие: ηПРА = 0,75 ; ηИС = 60 лм/Вт (для люминесцентных ламп); ηОП = 0,7 ;UО = 0,7.

Приведенные значения позволяют рассчитать среднее значение удельной мощности осветительной установки при заданной освещенности рабочих поверхностей (ЕРАБ) .

При этих значениях показателей для создания освещенности рабочих поверхностей 300 лк (300 лм/м2) удельная мощность

P1УД = ЕРАБ / (UО • ηОП • ηИС • ηПРА) =

= 300 / (0,7 • 0,7 • 60 • 0,75) = 13,6 Вт/м2.

Эту величину можно принять в качестве критерия при анализе энергетической эффективности системы освещения.

При существенном превышении этого критерия необходимо принимать эффективные меры по его снижению.

Современное развитие электротехники и светотехники позволяет осуществлять ряд мероприятий по повышению энергоэффективности систем освещения. Эти мероприятия направлены на снижение указанных выше составляющих потерь в процессе преобразования.

Основные направления повышения энергоэффективности систем освещения:

· использование электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА) ;

· использование эффективных источников света;

· применение энергоэффективных светильников с высоким светотехническим КПД (0,7–0,9);

· повышение коэффициента использования помещения;

· установка систем автоматизированного управления освещением.

Использование электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА)

В настоящее время недостатки разрядных источников света преодолеваются с помощью электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА).

ЭПРА представляет собой преобразователь частоты небольшой мощности. Питаясь от источника электроэнергии стандартной частоты 50 Гц, он обеспечивает питание лампы током частоты до 40000 Гц.

Известно, что люминофор обладает инерционностью (послесвечением). За счет этого при отсутствии тока лампы она продолжает излучать световой поток. Постоянная времени послесвечения около 10–5 сек. При стандартной частоте тока лампы (50 Гц) период колебаний светового потока 10–2 сек, что несоизмеримо больше постоянной времени люминофора. При этом послесвечение незначительно. Излучаемый световой поток успевает периодически уменьшаться до нуля, повторяя характер изменения тока (рис. 45,а), что приводит к большим пульсациям светового потока. Величина светового потока лампы определяется средним между максимальным и минимальным значениями светового потока.

С увеличением частоты тока лампы период колебаний светового потока уменьшается и становится соизмеримым с постоянной времени люминофора.

а б

Рис. 45. Характер изменения тока и светового потока люминесцентной лампы при частоте f = 50 Гц (а) и f = 25 кГц (б)

 

При этом с периодическим уменьшением тока световой поток лампы не успевает существенно уменьшиться (рис. 45,б). Среднее значение светового потока увеличивается, а пульсации уменьшаются. Увеличение световой отдачи составляет до 25%, а коэффициент пульсаций снижается до 10%.

Конструкция ЭПРА основана на полупроводниковых приборах, что позволяет существенно уменьшить потери в нем. КПД ЭПРА может быть от 0,9 до 0,95.

Отсутствие индуктивных дросселей позволяет обеспечить коэффициент мощности установки, близкий к 1, что исключает дополнительные потери в питающей сети и не требует использования дополнительного конденсатора.

Повышенная световая отдача, незначительные потери в ЭПРА, снижение потерь в питающей сети позволяют получить экономию электроэнергии до 30%.

Кроме того, ЭПРА обеспечивает другие преимущества:

· надежное (без мерцаний) зажигание ламп;

· стабильность работы ламп при отклонениях напряжения сети;

· отсутствие миганий и вспышек неисправных ламп, отключаемых электронной системой контроля неисправностей;

· стабильность светового потока в течение всего срока службы лампы;

· снижение эксплуатационных расходов за счет сокращения числа заменяемых ламп и отсутствие необходимости замены стартеров;

· возможность использования этих ламп для местного освещения;

· возможность снижения высоты подвеса над рабочей поверхностью;

· возможность совмещения с системой управления– возможность регулирования светового потока ламп при работе с ЭПРА.

 

Использование эффективных источников света

При существующих уровнях энергетической эффективности ПРА и КПД осветительных приборов источник света должен обладать световой эффективностью не менее 60 лм /Вт. Такому требованию удовлетворяют люминесцентные лампы, обладающие световой эффективностью в пять раз большей по сравнению с лампами накаливания. Это позволяет обеспечить нормируемую освещенность при ограниченной удельной электрической мощности осветительной установки (18–20 Вт /кв.м).

Однако и люминесцентные лампы разных типов отличаются световой эффективностью. Как видно из табл.21, это различие ламп одинаковой мощности может быть до 50%, т.е. правильный выбор источника света для люминесцентного светильника позволит в такой же степени уменьшить энергопотребление.

Таблица 21

Тип лампы Мощность, Вт Световой поток, лм Средняя продолжительность. горения, ч
ЛБ 20–2
ЛД 20–2
ЛДЦ 20–2
ЛБ 40–С
ЛБ 40–7
ЛЕЦ 40–2
ЛД 40–М
ЛДЦ 40–2
ЛБ 80–7
ЛД 80–7

 

Замена светильников с неэффективными источниками света на более эффективные является актуальной задачей. Ее решение позволит достичь существенной экономии электроэнергии. Возможный эффект от замены источников света показан в табл. 22.

 

Таблица 22

Заменяемые источники света Возможная экономия электроэнергии (среднее значение), %
ЛЛ (типа ЛБ) на МГЛ
Лампы типа ДРЛ на МГЛ
Лампы типа ДРЛ на ЛЛ (типа ЛБ)
Лампы типа ДРЛ на НЛВД
ЛН на МГЛ
ЛН на ЛЛ
ЛН на лампы типа ДРЛ
ЛН на НЛВД

 

Наиболее массовыми источниками света в течение ближайшего десятилетия, позволяющими получить значительную экономию энергоресурсов и находящими все более широкое применение как для освещения общественных зданий, так и для освещения в быту, будут ЛЛ.

Интерес представляют компактные люминесцентные лампы (КЛЛ), позволяющие осуществить прямую замену ламп накаливания. КЛЛ – это та же ЛЛ, имеющая другую конструктивную форму и размеры. КЛЛ имеет встроенный электронный пускорегулирующий аппарат и стандартный цоколь Е–27, позволяющий устанавливать ее в стандартный патрон вместо лампы накаливания.

КЛЛ обладает всеми преимуществами люминесцентной лампы с электронным ПРА:

· высокая световая отдача;

· отсутствие ощутимых пульсаций светового потока;

· обеспечение комфортных условий зрительной работы (отсутствие мигания, гула);

· возможность автоматического управления освещением;

· надежность работы и большой срок 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 среды от –30 оС до +50 оС.

Пример

Расчет эффективности компактной люминесцентной лампы по сравнению с лампой накаливания

При одинаковой яркости света компактная люминесцентная лампа потребляет в 5 раз меньше электроэнергии. Другими словами, лампа накаливания мощностью 100 Вт соответствует по световому потоку компактной люминесцентной лампе мощностью 20 Вт.

В табл. 23 приведен расчет эффективности использования КЛЛ вместо лампы накаливания.

Таблица 23

  ЛН , 100 Вт КЛЛ, 20 Вт
Срок службы одной лампы 1000 ч 15000 ч
Затраты на электроэнергию 0,1 кВт • 15000 ч • • 1,17 руб. = 1755 руб. 0,02 кВт • 15000 ч • • 1,17 руб. =351 руб.
Стоимость ламп 10 руб. • 15 шт. = 150 руб. 350 руб.
Суммарные затраты 1905 руб. 701 руб.

 

За период эксплуатации принят срок службы КЛЛ (15000 ч), который в 15 раз превышает срок службы ЛН. За этот период необходима 15-кратная замена лампы накаливания средней стоимостью 10 руб., что составляет 150 руб. При этом стоимость КЛЛ – 350 руб. При стоимости электроэнергии 1,17 руб./кВт•ч затраты за период эксплуатации составят для ЛН 1755 руб., для КЛЛ – 351 руб. Общий расход, соответственно, 1905 руб. и 701 руб.

Экономия составляет 1204 руб.

Таким образом, компактная люминесцентная лампа, несмотря на высокую стоимость, в целом экономичнее, чем дешевая лампа накаливания. К тому же при увеличении тарифа на электроэнергию выгода от компактной люминесцентной лампы будет еще значительнее.

Как показано в разделе 2, перспективными являются источники света на основе светодиодов. Такие лампы имеют несоизмеримо больший срок службы (до 100 тыс. ч), не требуют дополнительных устройств (ПРА), могут обладать высокой световой отдачей (до 150 лм/Вт). Несмотря на пока еще высокую стоимость таких источников света они позволят создавать весьма эффективные системы освещения.

 

Применение энергоэффективных светильников с высоким

светотехническим КПД

Часть светового потока, создаваемого источниками света, поглощается отражателем, рассеивателем и другими элементами конструкции светильника. Это снижает его эффективность. КПД светильника, который определяется отношением светового потока светильника к световому потоку источника света, зависит от его конструкции и может принимать значения от 30 до 95%.

Например, на рис.46 показаны светильники с одинаковыми источниками света (две люминесцентные лампы мощностью 40 Вт). Конструкция этих светильников обеспечивает различный КПД. Наличие рассеивателя не позволяет достичь высокого КПД.

КПД светильника является одной из его основных характеристик и должен учитываться при построении системы освещения. Применение современных светильников с зеркальной отражающей поверхностью и зеркальной решеткой позволяет существенно повысить энергоэффективность системы.

Применение светильников с высоким светотехническим КПД позволяет снизить потребляемую мощность на 10–15%.

 

ЛСП 40–2х40–001
ηОП = 65%
ЛСП 24–2х40–002
ηОП = 85%

Рис.46. КПД люминесцентных светильников

 

Повышение коэффициента использования помещения может быть достигнуто за счет оптимизации размещения светильников (светотехническое проектирование), окраски стен в светлые тона с повышенным коэффициентом отражения, использования предметов интерьера с хорошо отражающими поверхностями

Установка систем автоматизированного управления освещением

Традиционно управление освещением ограничивается установкой коммутирующей аппаратуры. Такое управление по принципу «включить–выключить» недостаточно для удовлетворения современных требований энергоэффективности. При постепенном плавном изменении естественной освещенности в течение светового дня необходимо также плавное регулирование системы искусственного освещения. Использование автоматизированных систем стабилизации освещенности рабочих поверхностей позволяет сократить потребление электрической энергии на 50%.

Значительную экономию электроэнергии позволяет обеспечить рациональное использование естественного освещения, переход от искусственного освещения к совмещенному. При этом в течение достаточно большого времени суток освещение может быть вообще отключено либо включено на минимальную мощность (1–10% от номинальной).

Рис. 47. Изменение освещенности и мощности осветительной

установки в течение дня

 

На рис. 47 показан характер изменения освещенности и мощности осветительной установки в течение дня. На рис. 47,а показаны постоянный уровень нормируемой освещенности и изменение естественной освещенности. Затененная часть графиков характеризует необходимую величину составляющей искусственной освещенности. Как видно, для обеспечения нормируемой освещенности необходимо плавное изменение искусственной освещенности. При традиционном управлении по принципу "включить–выключить" суммарная освещенность изменяется, как показано на рис. 47,б. Видно, что она практически всегда оказывается избыточной. При этом мощность , потребляемая осветительной установкой во время ее включенного состояния, неизменна (рис. 47,в). Требуемая мощность при плавном регулировании изменяется в соответствии с пунктирной кривой. Разница между постоянной мощностью включенной системы освещения и требуемой мощностью при плавном регулировании определяет избыточную мощность, а заштрихованная площадь определяет избыточную энергию, потребляемую осветительной установкой.

Как видно, использование плавного регулирования в зависимости от естественной освещенности позволяет сократить потребление электроэнергии до 2 раз.

Другой фактор, определяющий эффективность управления системой освещения, это уменьшение световой отдачи светильников во время эксплуатации. Это происходит в результате старения источника света, запыленности и загрязнения осветительного прибора и т.п.. При создании системы освещения этот фактор учитывается коэффициентом запаса, который может иметь величину до 1,5. В начальный период эксплуатации таких систем создаваемая в помещении освещенность завышена (рис. 48,а), а потребляемая электроэнергия избыточна (рис. 48,б). При автоматическом управлении освещенность может быть снижена до нормируемого уровня при соответственном уменьшении потребляемой мощности. Затененная площадь на рис. 48,б соответствует избыточной потребляемой электроэнергии, которая может быть сэкономлена при автоматическом управлении. Энергопотребление может быть снижено на 15–25 %.

 

а б

Рис. 48. Изменение освещенности и мощности в период эксплуатации светильников

 

На рис. 49 показано сопоставление затрат электроэнергии в осветительной установке внутреннего освещения административного помещения с тремя линиями светильников. Показаны результаты эксплуатации трех систем: люминесцентные светильники с электромагнитным ПРА , люминесцентные светильники с ЭПРА, люминесцентные светильники с ЭПРА с автоматической стабилизацией освещенности. Как видно, автоматическая стабилизация освещенности позволяет экономить до 60% электроэнергии.

Рис. 49. Потребление электроэнергии установкой внутреннего освещения:

– с электромагнитными ПРА, – с электронными ЭПРА,

– с автоматической стабилизацией освещенности

 

На рис. 50 приведены данные, характеризующие снижение потребления электроэнергии при использовании автоматического управления системой освещения, полученные американскими специалистами.

 

кВт·ч /день

Дни ( 1990 г.)

Рис.50. Сравнение энергопотребления в Северной и Южной световых зонах США без применения и с применением электронных систем регулирования совмещенного освещения в зданиях: N0, N1 – Северная зона при отсутствии и наличии систем регулирования соответственно, S – Южная зона

 

Приведенные данные показывают, что возможность экономии электроэнергии составляет до 50% для типового административного здания.

Помимо технических мероприятий целесообразны организационные мероприятия по энергоэффективности систем освещения:

· Более полное использование естественного освещения, рациональное использование комбинированного освещения. При общем освещении рекомендуется заниматься работой, не требующей сильного напряжения зрения. Для этого обычно используют потолочные или подвесные светильники, установленные под потолком помещения. Для напряженной зрительной работы следует в нескольких местах этого же помещения обеспечить местное освещение с учётом конкретных условий. Такое освещение требует отдельных светильников, устанавливаемых в непосредственной близости к рабочему месту. Комбинированное освещение достигается также при помощи светильников комбинированного освещения. К ним относятся многоламповые светильники, имеющие лампы направленного света (местное освещение) и лампы рассеянного света (общее освещение). Лампы местного освещения следует включать только по мере необходимости;

· Снижение уровня освещённости в подсобных помещениях, коридорах, туалетах и т. п. за счет отключения части светильников;

· Контроль включенных систем освещения в помещениях при отсутствии людей с помощью датчиков присутствия;

· Текущие и периодические профилактические мероприятия по поддержанию светильников в рабочем состоянии, периодическая чистка от пыли и грязи ламп, плафонов и осветительной арматуры. Не чистившиеся в течение года лампы и люстры пропускают на 30% света меньше даже в сравнительно чистой среде. На рис.51 показано изменение световой отдачи светильника во время эксплуатации при разной периодичности чистки. Как видно, регулярная чистка позволяет уменьшить коэффициент запаса и сократить потребление электроэнергии на 10–15%. При сильной запыленности профилактика должна быть более частой.

а б

Рис.51. Изменение освещенности в процессе эксплуатации светильников при периодичности чистки: а – раз в два года, б – раз в год

 

К организационным мероприятиям следует отнести также информационную поддержку политики энергосбережения, поощрения и санкции, включая экономическое стимулирование энергосберегающих мероприятий в системах освещения, субсидии на энергосберегающие мероприятия, в том числе на исследовательские проекты.

Таким образом, комплекс технических и организационных мероприятий, направленных на ограничение потерь в осветительных установках, позволяет существенно повысить их энергоэффективность.

Программы таких мероприятий широко внедряются в других странах, где стоимость электроэнергии существенно выше, чем в России (табл.24).

Таблица 24

Страна Цена электроэнергии, цент/кВт•ч
Россия 1,8
Финляндия 9,0
Франция 14,0
Германия 18,0
Япония 20,0
Англия 15,0

 

В настоящее время цена электроэнергии в России ниже, чем в других странах. С ростом цен на электроэнергию будет существенно возрастать актуальность вопросов энергоэффективности осветительных установок и мероприятий, направленных на ее обеспечение.

 




2018-07-06 493 Обсуждений (0)
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ СИСТЕМ 0.00 из 5.00 0 оценок









Обсуждение в статье: ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ СИСТЕМ

Обсуждений еще не было, будьте первым... ↓↓↓

Отправить сообщение

Популярное:



©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (493)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.012 сек.)