Особенности потребления электроэнергии систем электроосвещения с лампами различных типов

Повышение энергоэффективности осветительных установок (ОУ) неразрывно связано с задачей комплексного снижения затрат в ОУ, так как для любого потребителя важно не только снижение энергоемкости, но и срок окупаемости затрат на новую или переоборудованную ОУ. В конечном итоге эффективность ОУ определяется стоимостью световой энергии, генерируемой за срок службы ОУ и в значительной степени зависящей от затрат на электроэнергию. Понятно, что экономия электроэнергии на освещение не должна достигаться за счет снижения норм освещенности, отключения части световых приборов или отказа от использования искусственного освещения при недостаточном уровне естественного света, поскольку потери от ухудшения условий освещения могут значительно превосходить стоимость сэкономленной электроэнергии (аварии, снижение качества продукции, ухудшение зрения и т.д.). Эффективной следует считать такую ОУ, которая создает высококачественное освещение и сохраняет свои характеристики на протяжении длительной работы при наименьших капитальных и эксплуатационных затратах, в том числе при минимальном энергопотреблении.

Рассмотрим некоторые мероприятия по экономии электроэнергии при освещении:

1) Замена ламп накаливания (ЛН) на люминесцентные (ЛЛ) и другие газоразрядные, с увеличением эффективности в несколько раз.

2) Сокращение непроизводительной продолжительности горения ламп, за счет максимального использования естественного освещения, правильного устройства управлением освещением, применения автоматического и программного управления освещением.

3) Экономия за счет рациональной световой окраски стен и потолков производственных помещений.

4) Оптимальные схемы замены изношенных ламп в процессе эксплуатации, с определением полезного срока службы ламп путем экономического расчета выбора варианта замены, при котором приведенные годовые затраты на освещение будут минимальными. Замена ламп после их перегорания не является наилучшим решением. Большинство типов ламп (ЛЛ, ДРЛ) перегорают, когда их световой поток снижается до 50% и более. Это означает, что уровень освещенности бывает недостаточным для выполнения задач по организации комфортных и безопасных условий работы, но при этом расход электроэнергии на освещение составляет 100% (т.е. вы платите за 100%, а потребляете – 50%).

5) Поддержание светильников в надлежащей чистоте с обеспечением их высокого светового КПД и необходимой формы кривой силы света.

6) Правильный выбор светильников и ламп, удовлетворяющих строительным нормам и правилам (например, СНиП 181 - 81).

7) Правильная эксплуатация электроосветительных установок и их планово – предупредительный ремонт.

8) Выбор более экономичных для конкретных осветительных установок источников света и светильников. Например, замена традиционных ламп накаливания на более экономичные криптоновые ЛН (например, типа НБК с биспиральным телом накала, заполненных криптоном). Эти лампы дороже ламп типа НБ, заполненных аргоном, но значительно экономичнее по расходу электроэнергии. Лампы НБК - 220 рассчитанные на 220 В имеют на 11 – 16% больший световой поток, чем лампы НБ - 220 (например, для 100 Вт ламп световой поток составляет: для НБ - 200 – 1240 лм, а для НБК - 220 – 1380 лм). Известно также, что для ламп с напряжением 127 В (НБ - 127 и НБК - 127) световой поток выше, чем при напряжении 220 В, на 5,5 – 19%.

9) Замена светильников с низким или ухудшенным за время эксплуатации КПД, на более эффективные, например, с корпусами из алюминия с отражением, близким к зеркальному.

10) Разработка и применение рациональных схем осветительных сетей, уменьшение потерь электроэнергии, повышение коэффициента мощности (cosφ) в электроосветительных установках.

Экономия расхода электроэнергии и повышение срока службы ламп при регулировании напряжения

Зависимость срока службы источников света от фактического уровня напряжения выражают эмпирической формулой вида:

где и - напряжения, соответственно фактическое и номинальное, В;

– уровень напряжения;

– соответствующий срок службы;

– показатель изменения срока службы.

При небольших отклонениях напряжения от номинального эта формула позволяет считать, что отклонение срока службы лампы, т.е. иначе говоря, изменение напряжения на 1% вызывает изменение срока службы на q% в сторону, обратную изменению напряжения. Для ЛН – q = 14 , для ЛЛ – q = 1,5÷3,2 (для емкостного балласта) и q = 0,7 ÷ 3 (для индуктивного балласта). На рис. 5.15 приведены рассчитанные по уравнению K_T кривые зависимости срока службы ламп от фактического подводимого к ним напряжения.

Рис. 5.15. Зависимость срока службы ламп от фактического напряжения (все данные в процентах номинальных значений)

Относительные энергетические и световые характеристики источников света K_x могут быть описаны при небольших изменениях напряжения линейным двухчленном:

где X_ф и X_н — соответственно, фактическое и номинальное значение характеристики;

K_и=U_ф/U_н — уровень напряжения;

или степенной функцией :

где m — показатель степени для соответствующей характеристики.

С учетом выше приведенных формул может быть рассчитана зависимость подводимого напряжения от уровня таких относительных величин, как активная K_р, реактивная K_q мощности и cosφ комплекса ПРА – лампа, тока K_t, напряжения K_и, светового потока K_ф, световой отдачи K_d и коэффициента амплитуды тока K_л.

Из теории работы источников света известно, что отклонение напряжения на зажимах осветительных приборов вызывает изменение их энергетических и светотехнических характеристик, в частности, меняются ток, мощность (активная и реактивная), значение и качественные характеристики светового потока (например, коэффициент пульсации), световая отдача, коэффициент амплитуды тока ГРЛ (что приводит к изменению их срока службы). В последнем случае усредненная зависимость срока службы ГРЛ от коэффициента амплитуды тока ламп K_л показывает (рис. 5.16), что на участке ab (1,41 ≤ K_л ≤ 1,8) срок службы практически не зависит от K_л, а на участке bc, малые изменения K_л вызывают большие изменения срока службы ламп.

Рис. 5.16. Кривая относительного изменения срока службы газоразрядной лампы в зависимости от коэффициента амплитуды тока

Для ламп накаливания все характеристики могут быть представлены степенной функцией в виде уравнения K_x, где показатель m будет равен: 1,58 – для мощности; 1,8 – для тока; 3,61 – для светового потока; 2,03 – для светоотдачи; 14 – для срока службы. Анализ кривых показывает (рис. 5.17), что при изменении напряжения на лампе в пределах 0,9≤ K_и ≤11, изменение тока лампы составляет 0,5%, потребляемой мощности - 1,8%, светового потока - 3,5%, светоотдачи – 2%, на каждый процент изменения напряжения сети. Коэффициент мощности установок с ЛН равен единице. Пульсациями светового потока в установках с ЛН из-за их незначительности можно пренебречь. Галогенные лампы типа КГ являются разновидностью обычных ламп накаливания, но имеют по сравнению с последними значительно лучшие энергетические и светотехнические характеристики.

Рис. 5.17. Относительные характеристики ламп накаливания: 1 – ток лампы; 2 – мощность лампы; 3 – световой поток; 4 – светоотдача лампы; 5 – срок службы

Характеристики комплектов ЛЛ – ПРА, когда ПРА принимаются индуктивными или индуктивно – емкостными (2УБК, УБЕ + УБИ), не зависят от типа ламп (ЛД, ЛБ и другие), но, в тоже время, эти характеристики различны при различных схемах ПРА. Все зависимости для ЛЛ приведены на рис. 5.18 и 5.19. Существенно, что если у ЛН изменению напряжения на 1% соответствует изменение светового потока на 3,7%, то у ЛЛ поток изменяется в этом случае в среднем на 1 – 1,5%. С изменением подводимого напряжения световая отдача ЛЛ меняется очень мало, причем она даже увеличивается с уменьшением напряжения сети, достигая максимума при напряжении 90 ÷ 80% от номинального, снижаясь при дальнейшем уменьшении напряжения. Следует отметить, что напряжение на ЛЛ также возрастает с понижением сетевого напряжения, в то время, как ток лампы понижается. При включении ЛЛ мощностью 80 Вт по бесстартерной схеме с балластом 2БЛ-80/220, ток и мощность комплекта меняются почти так же, как у ламп на 30 и 40 Вт в схемах с УБИ (рис. 5.20), а общий световой поток - также, как световой поток ламп на 30 и 40 Вт в схемах с 2УБК, т.е. изменяется на 1% с изменением напряжения сети на 1%. Зажигание ЛЛ в схемах с УБИ происходит при напряжении сети U_c ≥ 78÷82% от номинального напряжения U_ном, погасание включенных ламп - при U_с ≤ 63÷66% от U_ном; в схемах с 2УБК лампы зажигаются при U_c ≥ 75÷80% от U_ном, лампы отстающего тока гаснут при U_c ≤ 78÷82% от U_ном, лампы опережающего тока - при U_c ≤ 53÷60% от U_ном; в схеме с 2БЛ - 80 зажигание происходит при U_c ≥ 77 ÷ 82% от U_ном, а погасание – при U_c ≤ 6 5÷70% от U_ном.

Рис. 5.18. Относительные хар-ки люминесцентных ламп с балластами типа УБИ и 2УБК: 1 – ток сети; 2 – мощность комплекта; 3 – световой поток; 4 - световая отдача	Рис. 5.19. Относительные хар-ки люминесцентных ламп с балластами типа 2УБК: I – лампа накаливания; II – лампа отстающего тока; III – лампа опережающего тока; 1 – ток лампы; 2 – мощность лампы; 3 - световой поток; 4 – напряжение на лампе

Характеристики ламп ДРЛ показывают (рис. 5.21), что при изменении уровня напряжения в пределах ± 10% они изменяются практически прямолинейно и могут быть аппроксимированы следующими линейными уравнениями:

для потребляемой комплектом мощности:

для тока лампы:

для напряжения на лампе:

для светоотдачи:

Рис. 5.20. Относительные хар-ки люминесцентных ламп с бесстартерными балластами 2БЛ: 1 – ток лампы; 2 – мощность комплекта; 3 – световой поток; 4 – световая отдача	Рис. 5.21. Относительные хар-ки ламп ДРЛ: 1 – ток лампы; 2 – мощность комплекта; 3 – световой поток; 4 – световая отдача; 5 – срок службы; 6 – напряжение на лампе

Из уравнений следует, что изменение уровня напряжения на зажимах комплекта лампа-дроссель на 1% вызовет изменение потребляемой мощности на 2,4%, а тока на 2,1%. Светоотдача лампы при этом сохранится практически постоянной. Мало изменяется также напряжение на самой лампе: около 1% на каждый процент изменения напряжения сети. Коэффициент пульсации светового потока K_п при отклонениях напряжения в пределах ± 10% U_н практически не изменяется.

Коэффициент стабильности горения K_с=U_л /U_c при вышеуказанных пределах отклонения напряжения для комплектов с лампами ДРЛ составляет (0,6÷0,7), что соответствует нормам. Недостатком ламп ДРЛ следует считать недопустимость большого снижения напряжения питания. Уже при кратковременном (2-3 периода) снижении напряжения на зажимах комплекта на 10% может произойти погасание лампы, повторное зажигание которой возможно только через 5÷10 мин.

На основе анализа характеристик рассмотренных источников света можно сделать следующие выводы. Наиболее чувствительными к изменению питающего напряжения по потребляемой мощности и световому потоку являются ЛН, в том числе и КГ, а также ксеноновые лампы типа ДКсТ. Снижение напряжения, даже в допустимом по нормам пределе – 5% U_н, ведет для ЛН и ДКсТ к потере 15÷20% светового потока, а для других ГРЛ – в среднем 8÷12%.

Повышение напряжения в допустимом по нормам пределе (т.е. на 5%), вызывает увеличение мощности, потребляемой всеми источниками света, на 7÷15%. При этом срок службы ЛЛ сокращается на 20÷30%, а ламп ЛН и ДКсТ – в 2 раза. Это обуславливает необходимость жесткой стабилизации напряжения на зажимах источников света.

Поэтому стабилизация напряжения позволяет повысить экономичность использования осветительных установок. Необходимо учитывать, что уменьшение или регулирование напряжения сети однозначно определяет степень снижения тока и напряжения на ЛЛ, а также её мощности и светового потока. Для ламп высокого давления (для ДРЛ) это справедливо только в отношении мощности и светового потока (Светотехника, 1986, №12, С.14).

Зависимость светового потока ламп от отношения фактического напряжения у ламп - U, к номинальному- U_н:

для ЛН:

для ДРЛ:

для ЛЛ (с ПРА типа УБК):

где Ф – световой поток при U, отличном от U_н, лм;

Ф_н – световой поток при U_н, лм.

Экономия электроэнергии ∆Э от применения регулирования снижением напряжения (кВт×ч/год):

для ЛН:

для ДРЛ:

для ЛЛ (с ПРА типа УБК):

где P_н – мощность одной лампы при U_н;

τ_сн – время снижения напряжения в течение года, час.

Зависимость срока службы ламп от напряжения:

для ЛН:

для ЛЛ и ДРЛ:

где τ_н – номинальный срок службы ламп, ч.

Мощность, потребляемая осветительной установкой:

где E_н – нормируемая освещенность;

K_з – нормируемый коэффициент запаса;

– коэффициент потерь в ПРА (для ДРЛ - 1,1);

– световая отдача лампы (для ДРЛ - 50 лм/Вт);

– коэффициент пропорциональности.

Для оценки перерасхода электроэнергии, происходящего от перенапряжений, необходимо определить возможный рост потребляемой мощности в зависимости от питающего напряжения:

для ЛН:

Анализ изменения мощности, потребляемой газоразрядными лампами при изменении питающего напряжения, следует проводить для комплекта «лампа - ПРА». Основная доля дополнительной мощности, потребляемой освещением при превышении U_н, приходится именно на балластное сопротивление ПРА.

При росте напряжения питающей сети ток лампы и, следовательно, ток в цепи включенного последовательно балластного сопротивления увеличивается, напряжение на балластном сопротивлении также повышается, а на лампе – уменьшается. Поскольку активное сопротивление лампы сравнительно мало, изменение потребляемой ею мощности практически неощутимо, в то время как потребление мощности балластом возрастает значительно. Электрические параметры всех газоразрядных ламп зависят от схем их включения. При любых схемах параметры газоразрядных ламп значительно меньше зависят от напряжения питающей сети, чем параметры ламп накаливания.

Мощность, потребляемая комплектом «ЛЛ - дроссель», меняется с изменением напряжения в пределах ± 10% в соответствии с соотношением:

где ∆P – прирост или уменьшение потребляемой мощности при изменении напряжения от номинального, до фактического, Вт;

P_н – мощность, потребляемая при номинальном напряжении, Вт;

U – фактическое напряжение у ламп, В;

U_н – номинальное напряжение, В;

∆U – изменение напряжения (∆U = U- U_н), В;

При включении ЛЛ последовательно с индуктивно-емкостным балластом коэффициент в правой части приведенного выше уравнения, несколько меньше 2.

Зависимость мощности и срока службы ламп типа ДРЛ от изменения напряжения линейна в пределах изменения уровня напряжения от номинальных на ± 10%. Для мощности, потребляемой комплектом «лампа ДРЛ - ПРА» справедливо отношение:

Таким образом, изменение уровня напряжения на 1% на зажимах комплекта вызывает изменение потребляемой мощности на 2,4%.

Годовой расход электроэнергии кВт×ч в установке общего освещения при заданной (фактической) освещенности равен:

где N - число светильников, шт.;

P - мощность всех ламп каждого светильника, кВт;

C - коэффициент, учитывающий потери мощности в ПРА газоразрядных ламп (для ЛН - С = 1);

P_п - потери мощности в осветительной сети, кВт;

τ - число часов использования освещения в году.

С учетом норм освещения для расчета количества светильников применяется формула;

где Е - минимальная освещенность, лк;

k - коэффициент запаса;

S- площадь помещения, м²;

n - число ламп в каждом светильнике, шт;

F_л - световой поток каждой лампы, лм;

h - коэффициент использования светового потока, т.е. отношение потока, падающего на расчетную поверхность, к суммарному потоку всех ламп.

Коэффициент h меняется в широких пределах (0,16 ÷ 0,84) и зависит от следующих факторов: КПД и формы кривой распределения силы света светильников; расчетной высоты расположения (возрастая с ее уменьшением); площади помещения (возрастая с ее увеличением); отношения длины помещения А к его ширине Б (уменьшаясь с увеличением этого отношения); коэффициентов отражения потолка r_п, стен r_с и расчетной поверхности r_р. Коэффициенты отражения r_р имеют достаточно большое значение для экономии, за счет рациональной цветовой окраски помещений, например при светлых потолках и стенах коэффициент h больше, чем при темных, на 8 ÷ 18%.

Для оценки соответствия нормам фактической освещенности для действующих осветительных установок может использоваться формула:

Известно, что световой поток F_л ламп к концу срока их службы значительно уменьшается, например для ЛН – на 15%, ЛЛ – на 40 ÷ 45%, ДРЛ – на 30%. Замена изношенных ламп в процессе эксплуатации может производиться по мере выхода их из строя или методом групповой замены – через определенные интервалы времени, несколько меньше расчетного срока службы (серьезным недостатком последнего метода является большой расход ламп).

Коэффициент полезного действия светильников снижается, и форма кривой силы света изменяется, в процессе их эксплуатации без регулярной чистки, за счет загрязнения производственными веществами. Для различных производственных помещений КПД светильников может снижаться в 2 ÷ 10 раз. Поэтому поддержание светильников в надлежащей чистоте имеет большое значение для рационального использования электроэнергии в электроосветительных установках.

Годовая экономия эксплуатационных затрат на лампы при работе на сниженном напряжении составит (руб/год):

где n – количество ламп, шт;

m – коэффициент, учитывающий зависимость срока службы ламп от напряжения (для ЛН – m = 14; для ЛЛ и ДРЛ – m =3,2);

Ц_л - стоимость ламп, руб/шт;

З_л - стоимость замены лампы, руб/шт.

Суммарная годовая экономия от снижения питающего напряжения составит (руб/год):

.

Стоимость съэкономленной электроэнергии составит (руб/год):

где Y - стоимость 1 кВт×ч электроэнергии, руб.

Оценим возможную экономию электроэнергии, получаемую при регулировании (снижении) питающего напряжения для различных ламп (соответственно – уровень напряжения, в % от номинального; световой поток, % от номинального; экономия электроэнергии, кВт×ч/год; P_н - мощность номинальная осветительной установки, кВт): для ламп накаливания (ЛН) – 90; 68; 0,15 P_нτ_сн; 85; 56; 0,23 P_нτ_сн; для ламп ДРЛ – 90; 67; 0,24 P_нτ_сн; 85; 51; 0,36 P_нτ_сн; для люминесцентных ламп (ЛЛ с компенсированным ПРА) – 90; 90; 0,13 P_нτ_сн; 85; 84; 0,19 P_нτ_сн; где τ_сн - время работы лампы на сниженном напряжении.

Напряжение в осветительных сетях отклоняется от номинального значения в диапазоне – 10 ÷ +25%. При годовом числе часов горения ламп, равном 3600, напряжение в течение примерно 660 часов составляет 110% от номинального. При перенапряжениях возрастает мощность, потребляемая источником света, с перерасходом электроэнергии, и средний фактический срок службы лампы уменьшается. Например, увеличение напряжения питания на 5% приводит к снижению срока службы лампы накаливания в двое, а газоразрядных ламп – в 1,2 раза.

Согласно СНИП II – 4 – 79 на нормы проектирования искусственного освещения и инструкции по рациональному использованию электроэнергии (Светотехника, 1981, №5. С. 4 – 14) не допускается экономить электроэнергию в осветительных установках за счет применения устройств, уменьшающих мощность, потребляемую осветительными установками, если это приводит к нарушению требований норм. В лампах накаливания допускается снижение напряжения до 0,8 от номинального (U_н); люминесцентные лампы устойчиво зажигаются при снижении напряжения до 0,8 U_н, а лампы ДРЛ (согласно ГОСТ 16354 – 70) – до 0,85 U_н.

Колебания напряжения приводят к перерасходу электроэнергии или снижению нормируемой освещенности. Напряжения у ламп не должно быть выше 105% номинального, а для газоразрядных ламп – не ниже 85%. Расчетное падение напряжения в осветительной электросети допускается не более 2,5%. Снижение напряжения на 1% вызывает уменьшение светового потока ламп: накаливания – на 3 – 4%, люминесцентных ламп – на 1,5% и ламп ДРЛ – на 2,2%. Падение напряжения при запуске электродвигателей может достичь 15 – 20% от номинальной величины в сети. Значительно повышается напряжение в электросети в ночное время, когда остаются включенными на ночь конденсаторные установки для компенсации низкого cosφ, при малой величине реактивной мощности.

Применение экономичных источников света на основе газоразрядных ламп

Большое значение для рационального расходования электроэнергии играет применение экономичных газоразрядных источников света — ЛЛ и дуговых ртутных ламп (ДРЛ). Традиционные ЛН имеют низкий энергетический КПД, так как видимое излучение их составляет не более 6% потребляемой мощности, а ДРЛ имеют более высокий КПД — не менее 17%. Для ЛЛ не рекомендуется применять освещенности менее 75 ÷ 100 лк, так как тогда создается впечатление сумеречности. Световая отдача ГРЛ значительно превосходит таковую для ЛН, например (лм/Вт): для ЛН — 10÷ 20; ЛЛ — 42÷ 62; ДРЛ — 35÷55; ДРИ — 64÷ 90.

Световой поток новых ЛЛ больше, чем у ЛН при мощностях до 40 Вт в 5,8 ÷ 6 раз и при мощностях 80 ÷ 200 Вт в 3,7 ÷ 4,2 раза. Лампы ДРЛ при одинаковой мощности имеют световой поток больше, чем у ЛН в 2,7 ÷ 3,2 раза. Например, для ламп мощностью 200 Вт (250 Вт для ДРЛ) световой поток составляет (лм): ЛН — 2700; ЛЛ — 10000; ДРЛ — 11000.

В процессе эксплуатации эти соотношения изменяются. Наиболее экономичными являются ЛЛ типа ЛБ, поэтому применение более эффективных по цветопередаче ламп типов ЛХБ, ЛД и ЛДЦ должно быть экономически обоснованно, так как у них световой поток составляет 62÷ 95% от ЛБ. Необходимо учитывать, что эксплуатация ЛЛ в закрытых светильниках приводит к снижению светового потока ламп на 21—25%.

Выбору для целей общего освещения ламп ДРЛ способствует большая мощность этих ламп в сравнении с ЛЛ. По энергетической экономичности лампы ДРЛ с учетом потерь в ПРА и снижения светоотдачи в процессе эксплуатации не уступают ЛЛ. Сравнение удельных расходов электроэнергии — Э_уд для различных типов ламп с учетом потерь в ПРА газоразрядных ламп (кВт×ч/1000лм/1000ч) показывает, что:

· для ЛН типа НГ — 220 мощностью 1000 Вт в начале эксплуатации — Э_уд = 55, в конце срока службы — Э_уд = 64;

· для ламп ДРЛ мощностью 1000 Вт, соответственно — 22 и 31;

· для ламп ЛЛ типа ЛХБ мощностью 200 Вт, соответственно — 22 и 42 Вт.

Видно, что лампы ДРЛ в условиях длительной эксплуатации не уступают ЛЛ и, даже превосходят по энергетической экономичности. Необходимо учитывать, что к концу срока службы ГРЛ существенно уменьшается их превосходство в экономичности по сравнению с мощными лампами ЛН.

Применение ламп ДРЛ мощностью 250, 400 и 700 Вт в сравнении с ЛЛ целесообразно при большой высоте помещении, более тяжелом тепловом режиме работы и отсутствии специальных требований к качеству освещения, где спектральный состав света ламп ДРЛ не противопоказан. Основные параметры ламп типа ДРЛ представлены в таблицах 5.1 и 5.2.

Энергетическая эффективность и срок службы различных типов источников света (ИС), как известно, резко различаются. За период своей работы газоразрядные лампы (ГРЛ) вырабатывают в 50 ÷ 100 раз больше световой энергии на 1 условный Ватт потребляемой мощности по сравнению с ЛН.

Например, для сравнения приведем основные характеристики ИС (соответственно, средний срок службы, ч; индекс светоотдачи, Ra; световая отдача, лм/Вт; световая энергия, вырабатываемая за срок службы на условный Ватт, в Млм×ч и в относительных единицах):

· для ЛН — 1000; 100; 8÷17; 0,013 и 1; для ЛЛ — 10000÷ 12000; 92÷ 57; 48÷ 80; 0,911 и 69;

· для КЛЛ — 5500÷ 8000; 85; 65÷ 80; 0,46 и 35;

· для ДРЛ — 12000÷ 20000; 40; 50÷ 54; 0,632 и 48;

· для натриевых ламп высокого давления (НЛВД) — 10000÷ 12000; 25; 85÷ 120; 0,96 и 94;

· для металлогалогенных ламп (МГЛ) — 3000÷ 10000; 65; 66—90; 0,78 и 60.

Таблица 5.1

Таблица 5.2

Возможная экономия электроэнергии, которая может быть получена в ОУ за счет замены менее эффективных ИС на более эффективные ИС (при условии сохранения нормируемых уровней освещенности) составляет (в%): ЛН на КЛЛ – 60÷80; ЛН٭ на ЛЛ – 40÷54; ЛН٭ на ДРЛ – 41÷47; ЛН٭ на МГЛ – 54÷65; ЛН٭ на НЛВД – 57÷71; ЛЛ на МГЛ – 20÷23; ДРЛ на МГЛ – 30÷40; ДРЛ на НЛВД – 38÷50. Знак ٭ означает, что замена ламп осуществляется при снижении нормируемой освещенности ЛН на одну ступень в соответствии с действующими нормами освещения.

Лампы КЛЛ имеют в 8 ÷ 10 раз больший срок службы и в 5 раз большую световую отдачу по сравнению с ЛН, поэтому их необходимо использовать в наиболее «отзывчивых» сферах – в жилом секторе, в административных и общественных зданиях. КЛЛ малых размеров, имеющих встроенные в лампу ЭПРА и стандартный резьбовой цоколь (Е27, Е14, В22) могут заменить напрямую в существующих светильниках ЛН мощностью от 25 до 100 Вт. Применение таких КЛЛ может быть наиболее эффективным именно в таких видах ОУ, где сегодня наиболее массовыми ИС являются ЛН. Для сравнения приведем характеристики ЛН и КЛЛ, соответственно мощность (Вт), световой поток (лм) (и отношение световой отдачи КЛЛ к световой отдаче ЛН, в относительных единицах):

· для ЛН – 25, 200; 40, 420; 60,710; 75, 940; 100, 1360; 2•60, 1460;

· для КЛЛ – 5, 200(4,3); 7, 400(5,3); 11, 600(4,5); 15, 900(4,7); 20, 1200(4,3); 23, 1500(5,4).

Наиболее перспективными и, в последнее время, доступными являются лампы КЛЛ, у которых при использовании ЭПРА потери мощности достигают от 8 до 12% (при ЭМПРА – до 30÷40%). Высокое качество цветопередачи КЛЛ (Ra = 82÷85) обусловлено применением в них трехкомпонентных люминофоров, которые могут обеспечивать оттенки цвета излучения: дневной белый, белый и тепло - белый. Высокая надежность ЭПРА сделала КЛЛ практически «безразличными» к числу включений. Например, КЛЛ серии Dulux EL допускает около 0,5 млн. включений без ущерба для срока службы. КЛЛ значительно более критичны к температуре окружающего воздуха, чем обычные линейные ЛЛ. Однако тепловой режим светильников при прямой замене в них ЛН на КЛЛ резко улучшается, так как температура в их критических точках в 3 ÷ 4 раза ниже, чем в аналогичных точках ЛН, сопоставимых по световому потоку.

Специалисты фирмы Osram обращают особое внимание на уточнение понятия коэффициента мощности высокочастотной (ВЧ) цепи «лампа - ПРА» применительно к КЛЛ со встроенным ЭПРА. Используемый в теоретической электротехнике термин «коэффициент мощности» (cosφ) характеризует сдвиг фаз между сетевым током I_c и напряжением U_c и справедлив, строго говоря, только для основной синусоидальной составляющей при частоте 50 Гц. Фазовый сдвиг между высшими гармониками, возникающими из-за несинусоидальной формы I_c при этом не учитывается.

Истинный коэффициент мощности ВЧ цепи «КЛЛ – встроенный ЭПРА» определяется как λ_р = P_а/(I_эU_э), где P_а - активная мощность, потребляемая лампой вместе с ЭПРА; Iэ, Uэ - эффективные значения тока и напряжения. У КЛЛ серии Dulux EL и других подобных ламп, как правило, λ_р не превышает 0,5, что является результатом искаженного по форме (несинусоидального) тока сети, содержащего ВЧ гармонические составляющие.

Таким образом, для КЛЛ со встроенным ПРА коэффициент мощности λ_р не может определятся только сдвигом фаз (cosφ), как в случае компоненты частотой 50 Гц. По этой причине традиционный для схем включения ЛЛ метод компенсации коэффициента мощности с помощью конденсатора в рассматриваемом случае непригоден.

Потребление электроэнергии КЛЛ со встроенным ЭПРА составляет только 20% от сравнимой по световому потоку ЛЛ. Расход электроэнергии при работе КЛЛ не зависит от коэффициента мощности схемы и определяется только активной мощностью, фиксируемой обычным электросчетчиком. По сравнению с ЛН фактическое потребление тока у КЛЛ из-за невысокого коэффициента мощности λ_р ≈ 0,5 снижается не до 20, а до 40%. Но, и это обуславливает, соответственно, снижение потерь в линии между источником питания и потребителем, и дает дополнительную экономию.

Весьма перспективным направлением миниатюризации КЛЛ, предназначенных для прямой замены ЛН, является разработка так называемых спиральных ламп. Форма разрядной трубки в виде геликоида с тем или иным числом витков позволяет образовывать компактное и осесимметричное светящееся тело, уменьшить полную длину КЛЛ, свести к минимуму потери светового потока, за счет снижения взаимной экранировки отдельных участков трубки. По форме светящегося тела спиральные КЛЛ максимально приближаются к светораспределению ЛН, что повышает эффективность работы зеркальных отражателей светильников.

Как известно, вредное воздействие на окружающую среду при производстве электроэнергии (ЭЭ) на тепловых электростанциях (ТЭС) в наибольшей степени связано с выбросами двуокиси углерода (СО₂). В среднем выработка каждого кВт×ч ЭЭ на ТЭС, работающей на каменном угле, приводит к эмиссии 1 кг СО₂ и, в итоге, к образованию «парникового эффекта» на Земле. Применение КЛЛ с ЭПРА и высоким коэффициентом мощности может примерно на 50% снизить мощность питающих электрогенераторов и эмиссию СО₂ в атмосферу.

Контрольные вопросы к Теме 5

9. Перечислите достоинства и недостатки различных источников света в помещениях.

10. Назовите достоинство применения различных типов светильников?

11. От чего зависит количество светильников в помещении?

12. Каким образом выполняется электроснабжение осветительной установки и меры по энергосбережению.