Главная Поиск Новости Статьи О компании
Главная arrow Статьи arrow Современные экономичные электротехнические устройства
Современные экономичные электротехнические устройства Версия в формате PDF Версия для печати Отправить на e-mail
Написал Administrator   
26.02.2008

К ним относятся, например, светодиодные светильники, компактные люминесцентные лампочки, светорегуляторы, датчики движения, таймеры, сумеречные выключатели и программируемые таймеры и многое другое.

 

 Рис.1.5 Сравнение существующей и прогнозируемой эффективности различных видов освещения.

Характерно то, что низкоэффективные лампы накаливания затрачивают электричество для нагревания вольфрамовой нити, которая кроме света производит еще и тепло. Люминесцентные лампы, хотя и эффективнее ламп накаливания почти в 6 раз, используются в освещении жилых помещений не так широко, как лампы накаливания по причине неадекватной восприимчивости света человеческим глазом и дороговизны. Галогенные лампы могут составить конкуренцию лампам накаливания, но, тем не менее, массовое их использование ограничено рядом причин, в том числе и высокой ценой. Что касается светодиодов, максимальная эффективность которых еще не достигнута, потенциально они могут претендовать на значительную долю рынка освещения в течение следующих 15-20 лет.

Источники света: сравнительный анализ

 Существуют два основных вида электрических источников света - лампы накаливания и газоразрядные лампы, среди которых главное место занимают люминесцентные лампы.


Лампы накаливания
Лампа накаливания - источник света с излучателем в виде проволоки (нити или спирали) из тугоплавкого металла (обычно вольфрама), накаливаемой электрическим током.
Лампы накаливания - наиболее распространенный источник света, широко используемый в быту, магазинах и других коммерческих учреждениях. Принцип действия лампы основан на нагревании нити накала, обычно вольфрамовой, при прохождении через нее электрического тока.

 В быту традиционно наиболее распространены лампы накаливания в которых свет испускает металлическая проволочка (нить), раскаленная добела проходящим по ней током. В бытовых осветительных приборах применяются лампы накаливания мощностью от 15 до 300 Вт, рассчитанные на напряжение 220 или 127 В. Срок службы ламп накаливания любого назначения около 750 - 1000 часов, при условии, что напряжение в электрической сети не превосходит указанного на лампе (220 или 127 В). Если же напряжение в сети в силу каких-то причин является повышенным или время от времени повышается даже на короткие промежутки времени, лампа может быстро выйти из строя. С учетом этих обстоятельств, промышленность выпускает, наряду с обычными, также лампы, рассчитанные на повышенное напряжение. Его величина тоже указывается на колбе лампы, например, 235-245 В.
Лампа накаливания общего назначения Типичная бытовая лампа накаливания (общего назначения) состоит из следующих частей): нити накала в виде спирали из вольфрамовой проволочки, стеклянного баллона (который откачивается и заполняется инертным газом) и цоколя, который является объединяющей и силовой деталью лампы и имеет контакты для подключения нити накала к электропитанию
Достоинства лампы накаливания:
- низкая начальная стоимость лампы и необходимого для нее оборудования
- компактность, благодаря которой она хорошо подходит для регулирования светового потока
- великолепное качество цветопередачи,
- хорошие возможности по управлению степенью концентрации и направлением света,
- гибкость и удобство применения без необходимости использовать устройства запуска и стабилизации.
- надежная работа при низких температурах и довольно высокий при ее размерах световой выход
К недостаткам же, способным при некоторых обстоятельствах "перевесить" достоинства, относятся:
- низкий световой КПД, только 5% энергии преобразуется в свет, остальные 95% - в тепло
- высокая рабочая температура
- заметные колебания светового выхода при изменениях напряжения питания
- недолговечность
Лампы накаливания имеют относительно короткий срок службы (обычно 1000 часов), и более 95% энергии в них преобразуется в тепло и только 5% - в свет. Именно эти свойства лам п накаливания способствовали развитию современных, более эффективных источников света: галогенных, люминесцентных, компактных люминесцентных и газоразрядных ламп.


Люминесцентные лампы
Люминесцентная лампа - газоразрядный источник света низкого давления. Его световой поток определяется свечением люминофоров под воздействием ультрафиолетового излучения электрического разряда.

 Свет в этих лампах возникает в результате преобразования покрытием из люминофора ультрафиолетового излучения газового разряда в видимый свет. Это исключительно эффективный способ преобразования энергии в свет. Благодаря большой излучающей поверхности свет люминесцентных ламп более рассеян и менее направлен, чем у "точечных" источников, таких как лампы накаливания, галогенные или газоразрядные лампы.
Это качество в сочетании с высокой эффективностью преобразования электроэнергии в свет делает люминесцентные лампы идеальными для освещения больших помещений: офисов, коммерческих, промышленных и общественных зданий. На выбор потребителю предлагаются лампы теплого белого, холодного белого цветов, а также лампы, свет которых близок к естественному дневному.
Люминесцентные лампы применяются для освещения общественных и производственных помещений, таких, как медицинские, образовательные учреждения, вокзалы, учреждения, цеха и т.д.
 Люминесцентные лампы состоят из следующих основных деталей: стеклянного баллона, двух цоколей (с выводными контактами) на обоих концах баллона и двух подогревных катодов (электронных эмиттеров) из вольфрамовой нити или стальной трубки. Баллон наполнен парами ртути и инертным газом (аргоном); на внутренние стенки баллона нанесено люминофорное покрытие, преобразующее ультрафиолетовое излучение газового разряда в видимый свет.
Лампа действует следующим образом. Электрод на одном из концов лампы испускает электроны, которые с большой скоростью летят вдоль лампы, пока не произойдет столкновение со встретившимся атомом ртути. При этом они выбивают электроны атома на более высокую орбиту. Когда выбитый электрон возвращается на прежнюю орбиту, атом испускает ультрафиолетовое излучение. Последнее, проходя через люминофор, преобразуется в видимый свет.
Достоинства люминесцентных ламп:
- высокая световая отдача
- великолепной цветопередачей,
- высокой светоотдачей (до 80 лм/Вт) и стабильностью светового потока - до 95% к концу срока службы,
- большим сроком службы (до 20000 часов при использовании электронных пускорегулирующих устройств),
- на 15% большей светоотдачей, чем у стандартных ламп с галофосфатным люминофором.
Недостатки люминесцентных ламп:
- относительная громоздкость
- необходимость в специальном пускорегулирующем устройстве (стартере и дросселе)
- чувствительность к температуре окружающего воздуха (при температуре ниже +10°С лампа может не зажечься)
- наличие стробоскопического эффекта. Этот эффект вызывается частыми (100 раз в секунду) не уловимыми для глаза миганиями люминесцентной лампы в такт колебаниям переменного тока в электрической цепи. В результате у человека создается нарушение правильного восприят ия скорости движения предметов, вызываются неприятные ощущения.
- при неправильном включении (без защитных конденсаторов в пускорегулирующем устройстве) люминесцентные лампы становятся источниками помех для радиоприемников и телевизоров
- обязательная утилизация ламп как ртутьсодержащие отходы после использования.


Компактные люминесцентные лампы.
 Появление компактных люминесцентных ламп стало главным прорывом в технологии изготовления люминесцентных ламп. Их размер, форма и распространение света соответствуют тем же параметрам стандартных ламп накаливания, однако срок службы и энергосбережение этих ламп - как у люминесцентных.
По сравнению с лампами накаливания компактные люминесцентные лампы обеспечивают:
- такой же световой поток при потреблении лишь 20% электроэнергии,
- в 10-15 раз больший срок службы, таким образом эксплуатационные расходы существенно понижаются.

Компактные люминесцентные лампы выделяют меньше тепла и дают больше света, преобразуя 25% электрической энергии в видимый свет (лампы накаливания преобразуют лишь 5% в свет, а остальные 95% - в тепло). Благодаря экономии энергии Вы платите меньше. Их срок службы в 10 раз превышает срок службы у ламп накаливания, так что затраты на техническое обслуживание осветительных приборов также снижаются. Столь значительная экономия, в то же время, не отражается на качестве: точная цветопередача и отсутствие мерцания сохраняются на протяжении всего срока службы лампы.
К тому же компактные люминесцентные лампы не требуют специальной проводки и вворачиваются в стандартный патрон. Диаметры их цоколя стандартные: 27 и 14 миллиметров (лампы-миньоны).
Так что можно купить такую лампу и запросто ввернуть в квартире. Единственное, чего не любят люминесцентные лампы, ? частого включения и выключения. Точнее, если интервал между выключением и новым включением меньше двух минут.
При их работе электроэнергии тратится в 5 раз меньше, чем при работе обычных ламп. Например, компактная 15-ваттная люминесцентная лампа дает света столько же, сколько 75-ваттная лампа накаливания.
Еще один плюс: если средний срок службы обычной лампы накаливания - 1000 часов, то у компактной люминесцентной лампы он составляет 15000 часов.
При одинаковой яркости света компактная люминесцентная лампа потребляет в 5 раз меньше электроэнергии. Другими словами, лампа накаливания в 60 Вт соответствует по яркости компактной люминесцентной лампе в 11 Вт.
Галогенные лампы
 Галогенные лампы, изобретенные GE Lighting в 1958 году, являются компактными источниками света с высокой световой отдачей, преобразившими всю отрасль осветительных приборов. В отличие от обычных ламп накаливания, в галогенных лампах используется галогенный газ, благодаря которому лампы светят ярче без снижения срока службы. По сравнению с лампами накаливания галогенные лампы более эффективны в преобразовании электрической энергии в свет при меньших размерах. Основные преимущества галогенных ламп:
-используют энергию с большей эффективностью,
-срок службы в шесть раз больше, чем у ламп накаливания,
-обладают ярким белым светом,
-позволяют лучше управлять световым пучком и направлять его с лучшей точностью,
-имеют компактные размеры, создавая новые возможности для дизайнеров.
Галогенные лампы обеспечивают превосходное качество света. Их яркий белый свет обеспечивает прекрасную цветопередачу. Среди других преимуществ галогенных ламп - ограничение ультрафиолетового излучения, наличие теплоотражающих покрытий, обеспечивающих защиту экспонатов.

Газоразрядные лампы
 Газоразрядный источник света преобразует электрическую энергию в энергию оптического излучения (то есть световую) при прохождении электрического тока через газы или пары веществ, например, ртути.
Принцип действия газоразрядной лампы основан на выделении световой энергии при прохождении электрического тока через газ или пар.
Эти лампы обладают высокой энергетической эффективностью и надежностью в течение длительного времени. Почти для всех газоразрядных ламп высокой интенсивности необходимы балласт и пусковое устройство. Существует четыре вида газоразрядных ламп:
Металлогалогенные лампы
Металлогалогенные лампы были изобретены GE в 1965 году. Эти лампы предлагают превосходную энергоэффективность, яркий белый цвет, великолепную цветопередачу для освещения витрин, производственных помещений с высокими пролетами, спортивных сооружений и подсветки зданий.

Натриевые лампы высокого давления
Натриевые лампы высокого давления были изобретены GE в 1961 году. Они используются чаще там, где экономия средств в течение долго времени более важна, чем точное воспроизведение цвета. Они высокоэффективны, и их свет теплого желтого оттенка хорошо подходит для освещения: больших парков, торговых центров, дорог и общественных мест.
Ртутные лампы высокого давления
Ртутные лампы были изобретены GE в 1934 году. Эти лампы весьма надежны. Хотя они не обладают такой же энергетической эффективностью, как другие газоразрядные лампы и обеспечивают невысокое качество воспроизведения цвета, они работают с простейшим пускорегулирующим аппаратом. Эти лампы позволяют значительно снизить затраты при установке, эксплуатации и техническом обслуживании в следующих областях применения: дорожное освещение, освещение ландшафтов.
Натриевые лампы низкого давления
Эти лампы особенно эффективны там, где критическое значение имеет экономичная работа освещения в течение долгого времени. Свойства этих ламп идеально подходят для уличного освещения: привычный монохромный желтый цвет, срок службы 6 лет при нормальных условиях, превосходная энергетическая эффективность.

Светодиоды
 Светодиод (СИД) - это полупроводник. Его принцип работы основан на явлении электролюминесценции-холодного свечения возникающего при протекании тока. Состав материалов, образующих p-n переход определяет тип излучения.
К преимуществам светодиодов можно отнести:
- низкое энергопотребление - не более 10% от потребления при использовании ламп накаливания
- долгий срок службы - до 100 000 часов
- высокий ресурс прочности - ударная и вибрационная устойчивость
- чистота и разнообразие цветов, направленность излучения

- регулируемая интенсивность
- низкое рабочее напряжение
- экологическая и противопожарная безопасность. Они не содержат в своем составе ртути и почти не нагреваются.
К недостаткам светодиодов можно отнести их более высокую стоимость по сравнению с другими источниками освещения. Однако надо понимать, что вышеуказанные достоинства с лихвой оправдывают вложенные затраты.

Таким образом, систематизируем результаты проведенного сравнительного анализа по следующим критериям:

 


Таблица 1.5. Сравнение различных типов освещения по базовым характеристикам

 


Таб лица 1.6. Рейтинг различных источников освещения

Еще один способ экономии электроэнергии - отключение электрооборудования, когда оно не используется.
Например, выключатель с задержкой времени.
Одновременно с включением света включается временное реле, которое гасит свет через заданный промежуток времени (от 10 сек. до 10 мин.). Таким образом, ночью в подъезде свет не горит, но на каждом этаже есть выключатель с подсветкой (красный огонек все время светится). Человек входит в подъезд, видит выключатель, зажигает свет и спокойно поднимается на свой этаж. А через 5?10 минут свет выключится.
Еще один экономичный вариант инфракрасный детектор (или датчик движения). Он срабатывает непосредственно на человека. Если кто-то приближается к этому детектору, включается свет. В это устройство тоже встроен выключатель с задержкой времени, который выключит свет через заданное время, после того как человек удалится из поля зрения детектора.
Чаще всего датчики движения устанавливают в местах общего пользования. Но его вполне можно установить и дома, например, в коридоре.
Кроме того, есть датчики движения, совмещенные с датчиком уровня освещенности (он же сумеречный выключатель). Его настраивают на определенное значение освещенности, при котором он не позволит включать лампы, если в помещении достаточно света. Или, наоборот, зажжет наружное освещение, когда стемнеет.
В относительных единицах электроэнергия, затрачиваемая на освещение, может показаться незначительной, но в абсолютных цифрах представляет собой весьма внушительную величину. Более того, мировые тенденции таковы, что по мере развития производительных сил, доля энергии, затрачиваемой на освещение, возрастает.
Общепризнанно, что естественное освещение является наиболее благоприятным для человека как в физиологическом, так и в психологическом плане. Однако, производственная деятельность человека не укладывается в рамки светового дня, а существующие источники света не настолько эффективны, чтобы заменить дневное освещение как по спектральному составу, так и по временной изменчивости. Выход нужно искать в интегрировании искусственного и естественного освещения при максимальном использовании последнего.
Очевидно, что этот аспект должен превалировать при проектировании новых и реконструкции старых зданий и сооружений. С учётом этих факторов должно устанавливаться и искусственное освещение: ряды одновременно включаемых ламп должны располагаться вдоль окон, должно практиковаться приближение светильников к рабочим поверхностям с целью увеличения освещенности в данный момент и в данном месте, изменение направления светового потока с помощью поворота отражающих и рассеивающих элементов осветительного прибора и т.п., а главное - применение систем управления светом.
Таким образом, при внедрении энергоэффективного освещения, необходимо, наряду с экономией энергии, повышать уровни освещённости, равномерность освещённости, снижать блескость источников света и удовлетворять прочим качественным показателям освещения.
В любом случае, как при решении проблемы энергоэффективности, так и при решении проблемы светового дизайна, мы сталкиваемся по существу с единой проблемой ? проблемой правильного светораспределения. Как правило, наиболее экономичные источники имеют значительную мощность и генерируют высокие световые потоки. Их лобовое применение ничего не может создать, кроме повышенной блескости. В этот разряд попадают даже компактные люминесцентные лампы (КЛЛ), яркость которых гораздо выше яркости обычных люминесцентных ламп.
Здесь, как нигде, необходимо отдавать приоритет правильному распределению света. Однако, как источники света, так и световые приборы сильно различаются по виду светораспределения и по спектральному составу излучения. Если световой прибор рассчитан на применение ламп накаливания, то не всегда можно добиться повышения энергоэффективности, вставив в него КЛЛ, поскольку кривые силы света (КСС) лампы накаливания и КЛЛ различаются принципиально (см. рис.1 и 2). Как видно лампа накаливания (ЛН) светит преимущественно вниз, а КЛЛ преимущественно в стороны.



 

 Рис.1 Кривая силы света лампы накаливания  Рис.2 Кривая силы света компактной люминисцентной лампы

 Особо следует отметить влияние ухода за световыми приборами на качество освещения. В условиях избытка энергоресурсов, было оправдано при расчёте освещённости вводить коэффициент запаса в основном на запылённость и старение ламп. Этим же показателем учитывалось старение световых приборов, в частности, их отражающих поверхностей. Однако, старение ламп и световых приборов, их запылённость приводят не только к снижению уровня освещённости на рабочей поверхности, но и к изменению КСС. Старый световой прибор (СП), даже будучи чистым и с новыми лампами, светит не так, как было рассчитано изначально.
Таким образом, в расчётах необходимо учитывать изменение КСС в СП за счёт старения и применение новых, более эффективных ИС. Этот момент повышает роль расчёта в современной светотехнике. И в этом нет ничего удивительного, т.к. расчёт - первое необходимое условие энергосбережения. Появление на рынке СП с зеркальными отражателями ещё более усугубляет проблемы, т.к. направленное отражение света от зеркальных элементов при запылении заменяется на диффузное (ламбертово рассеяние).
Проблемы испытаний световых приборов и светотехнических измерений, особенно актуальны для РБ, не имеющей своих фотометрических и светотехнических стандартов, и, даже, базы для ремонта люксметров.
Между тем, замена устаревших световых приборов более современными и экономичными - крайне актуальная задача. Некоторое представление о возможных вариантах дают таблицы, представленные ниже.
Разнообразие осветительных приборов на современном рынке, многообразие видов зрительной работы, фантазия дизайнеров по свету, быстрое внедрение самых современных источников света (например, лазеров, световодов) в быт, в индустрию развлечений, настоятельно требуют повышения уровня подготовки специалистов-светотехников, которые владели бы основами инженерных светотехнических расчетов, понимали бы цену и значение освещения для жизнедеятельности человека и практически могли бы осуществлять системный подход при устройстве энергоэффективного освещения.
Существующая практика, когда любого человека с высшим образованием быстро доучивают до светотехника, изжила себя. Она совершенно неприемлема в такой динамично развивающейся области как энегоэффективная светотехника, светоника, светодизайн, дизайн световых приборов. Дело даже не столько в том, что точки роста светотехники как науки смещаются в сторону архитектуры и искусства, психологии зрительного восприятия, сколько в том, что для овладения уже имеющимся арсеналом требуется совершенно другой подход, иная общеобразовательная база хотя бы только для эксплуатации современного светотехнического оборудования и измерительной светотехнической, а не электрической аппаратуры.
Возможная экономия электроэнергии за счет перехода на более эффективные источники света:




Возможная экономия электроэнергии при использовании осветительных приборов с экономичными лампами:

 

Последнее обновление ( 27.03.2008 )
 
< Пред.   След. >