Рекомендации по проектированию осветительных приборов

По результатам обследований значительного числа промышленных и сельскохозяйственных предприятий разработаны нижеследующие рекомендации по энергосбережению в осветительных приборах [10], которые необходимо учитывать при проектировании освещения.

1. Следует отдавать предпочтение источникам света возможно большей единичной мощности при соблюдении требований по качеству освещения и его равномерности. С ростом мощности ламп удельные показатели растут. Перспективны комплектные осветительные установки (КОУ).

Замена существующих источников света на более современные и экономичные. Такая замена возможна лишь при соблюдении норм по качеству освещения (цветность, блескость, коэффициент пульсаций, чередование яркости и т. д.). Переход на более современные лампы возможен и в пределах одной группы. Например, на лампы накаливания с криптоновым наполнением, на люминесцентные лампы типа ЛБ и т. д.

2. Использовать линейные трубчатые люминесцентные лампы, которые широко применяются в производственных, административных и общественных зданиях. В этих лампах, заполненных парами ртути и аргоном, электрический разряд генерирует невидимое ультрафиолетовое излучение, а на внутреннюю поверхность стеклянной трубки нанесен люминофор, преобразующий это излучение в видимый свет.

Широкое применение эти лампы получили благодаря своим высоким технико-экономическим характеристикам. Их световая отдача (т. е. количество люменов света на один ватт потребляемой электроэнергии) составляет

75–90 лм/Вт, в то время как у лампы накаливания – всего 10–15 лм/Вт в зависимости от мощности и типа. При этом люминесцентные лампы имеют срок службы не 1000 ч, положенные по стандарту лампам накаливания (они чаще всего не дотягивают до стандарта), а 12–15 тыс. ч, т. е. в 12–15 раз больше. Количество выпускаемых в мире люминесцентных ламп составляет более миллиарда в год.

Однако эти эффективные источники света имеют существенные недостатки. К ним, во-первых, необходимо отнести весьма большие размеры (лампа мощностью всего 40 Вт имеет длину 1,25 м, а 80 Вт – 1,5 м), приводящие к необходимости иметь крупные, материалоемкие и дорогие светильники. Во-вторых, для работы этих ламп требуются, как правило, тяжелые и энергоемкие пускорегулирующие аппараты (ПРА) и стартеры, так как напряжение при горении ЛЛ должно быть вдвое ниже напряжения сети. Электрические схемы включения ПРА и ламп представлены в [8]. И в-третьих, эти лампы содержат достаточно заметное количество ртути (30–40 мг), что при неаккуратном хранении и при выбрасывании в большом количестве на мусорные свалки может быть весьма опасно.

ЛЛ могут работать в ограниченном диапазоне температур (5–40 ^оС), повышенная влажность требует повышения напряжения, а при посадке напряжения на 20 % ЛЛ не зажигаются. Это необходимо учитывать при проектировании аварийного и эвакуационного освещения. Коэффициент пульсаций ЛЛ К_п = (Ф_мах – Ф_мин)100/2Ф_ср = 23 %, кроме ЛЛ дневного света правильной цветопередачи: ЛДЦ – 43 % [18].

3. Внедрять компактные люминесцентные лампы (КЛЛ). Это – самый современный продукт светотехнической отрасли. Они сохраняют все основные достоинства люминесцентных ламп, но лишены их недостатков.

Новые технологические возможности позволили значительно уменьшить диаметр трубки (до 7 мм) и, изогнув ее один раз (в виде буквы П), дважды или трижды, получить малогабаритную лампу с резьбовым эдисоновским цоколем, как у стандартной лампы накаливания. В лампах с резьбовым цоколем электронный малогабаритный и легкий ПРА встраивается непосредственно в основание лампы у резьбового цоколя. Такая компактная лампа предназначена для замены лампы накаливания в тех же светильниках и при тех же патронах. При замене лампы накаливания на КЛЛ получается пятикратная экономия электроэнергии, т. к. КЛЛ имеет световую отдачу в 5 раз больше, чем лампа накаливания той же мощности. Срок службы КЛЛ составляет 8–15 тыс. ч, причем в течение этого периода КЛЛ генерирует в 40–60 раз больше световой энергии. Размеры КЛЛ мощностью 11 Вт не превышают размеров обычных ламп, а одна такая лампа заменяет за срок своей службы 8–15 ламп накаливания мощностью по 60 Вт. Недостатками КЛЛ, мешающими широкому применению их на предприятиях, являются относительно высокая стоимость и высокий коэффициент пульсаций.

4. Использовать комбинированное и локализованное освещение помещений с усилением освещенности только в тех местах, где проводятся зрительные работы (над рабочими местами светильники располагаются чаще). Вопросам по усилению местного освещения необходимо уделять больше внимания. При этом должны соблюдаться ограничения по неравномерности освещения (освещенность мест, где не проводятся работы, должна составлять не менее 25 % от освещенности рабочих мест). Экономия при локализованном освещении составляет до 10–40 % по сравнению с общим. Особое внимание следует уделить усилению местного освещения станочного оборудования в цехах и на рабочих местах работников служб и отделов за счет общего.

5. Устаревшие светильники заменять современными при рациональном использовании достоинств их конструкций (по светораспределению, формированию кривой силы света), что дает экономию 30 %. Размеры, защитный угол светильников и высота их подвески и другие параметры осветительных приборов регламентируются СНиП 23-05-95. Это необходимо учитывать при реконструкции предприятия.

6.Поддерживать напряжение в осветительной сети в допустимых пределах. Напряжение у ламп накаливания и для ПРА разрядных ламп должно быть в пределах 0,95–1,05U_ном. Лампы накаливания ЛН очень чувствительны к изменению напряжения питающей сети. При изменении напряжения сети на 1 % изменение основных параметров от номинальных у ЛН примерно следующее: ток ±0,5 %, мощность ±1,5 %, световой поток ±3,5 %, срок службы ±13 %, световая отдача ±1,8 %. У люминесцентных ламп световой поток снижается на

1,5 % и на 2,3 % у ДРЛ. При изменении напряжения в сети у ламп ДРЛ в пределах ± (10–15) % изменения светового потока Ф_л и мощности Р_л рассчитываются по соотношениям

DФ_л/Ф_л » 2,5DU_с/U_с, DР_л/Р_л = 2DU_с/U_с.

7. Использовать светильники с электронными пускорегулирующими аппаратами (ЭПРА) и частотой питания 20 кГц и выше. Светильники с ЭПРА вместо светильников с обычными ПРА имеют следующие преимущества: экономия электроэнергии достигает 30 %, светоотдача выше на 20–30 %, увеличение срока службы ламп – до 20 %, пульсации светового потока значительно меньше, т. е. только их применение обеспечивает нормируемые коэффициенты пульсаций (3 % вместо 22–65 %). Коэффициент пульсаций освещенности для рабочих мест с ПЭВМ должен составлять не более 5 %, для других работ – не более 15 % и для грубых зрительных работ – не более 20 %.

Включение группы ламп с одной фазы в две и три фазы также значительно снижает коэффициент пульсаций, например у ЛБ соответственно: 34-35 %, 14 % до 3 %. Светильники с ЭПРА обеспечивают бесшумную работу, ровный без мерцания свет, снижение зрительной нагрузки [10, 11].

8. Чистить светильники и лампы, что увеличивает освещенность на 15–20 %. К сожалению, данная работа проводится редко. Для обслуживающего персонала необходимо предусмотреть приспособления для доступа к светильникам.

9. Использовать естественное освещение за счет содержания в чистоте застекленных проемов. Очистка стекол от грязи и пыли увеличивает освещенность на 15–20 %, дает экономию электроэнергии до 30 %, повышает производительность труда. Необходимо рассмотреть вопрос о более частой мойке стекол, особенно в металлообрабатывающих цехах и в легкодоступных местах.

10. Использовать при окраске помещений по возможности светлые тона. Рекомендуемые коэффициенты отражательной способности потолков, стен и пола – 70, 59 и 30 (10) % соответственно. При этом освещенность на 10–15 % выше, чем при окраске в темные тона.

11. Управлять режимами работы осветительных приборов в рабочих и во вспомогательных помещениях (коридорах, кладовых, лестничных клетках и т. п.) с помощью устройств, регулирующих либо включающих освещение только на момент вхождения в них людей (блокировок, датчиков, реле времени, фотореле).

12. Автоматизировать наружное освещение от датчиков (по освещенности), с использованием реле времени или таймеров (по времени суток). Это дает экономию до 4 %. Перевод уличного освещения на двойной режим работы, например при отключении 70 % светильников на общую продолжительность 1000 ч в год с 2 ч ночи до 5 ч утра, даст экономию электроэнергии в размере

20 % от общего расхода электроэнергии на уличное освещение.

13. Повысить коэффициент мощности. Светильники внутреннего освещения с разрядными лампами высокого давления (ДРЛ, металлогалогеновые ДРИ и металлогалогеновые зеркальные ДРИЗ, натриевые ДНаТ) оснащены отдельно установленными или встроенными пускорегулирующими аппаратами ПРА без конденсаторов. Комплект (лампа – ПРА) имеет cosj » 0,5 при питании напряжением 220 В и cosj » 0,35 – при 380 В. Необходимость установки компенсирующих устройств определяется в индивидуальном порядке для каждого конкретного случая в зависимости от общего коэффициента мощности в системе электроснабжения предприятия, общей мощности ДРЛ, питаемых отдельными трансформаторами. Если общая мощность осветительной нагрузки невелика (десятки киловатт), то компенсация, как правило, не предусматривается.

Повышение cosj в сетях напряжением 380/220 В до 0,9 производится подключением к каждой трехфазной групповой линии, питающей светильники с лампами, трехфазного конденсатора. Подсчитано, что для повышения cosj с 0,5 или 0,35 до 0,9 на каждый киловатт мощности ламп с потерями в ПРА необходима мощность трехфазного конденсатора соответственно 1,2 и 2,2 кВ×Ар.

Для учета потерь в ПРА разрядных ламп мощность люминесцентных ламп умножается на 1,2, ламп ДРЛ, ДРИ и ДНаТ до 400 Вт включительно – на 1,1 и при мощности свыше 400 Вт – на 1,05.

Реализация указанных мероприятий позволит не только обеспечить выполнение санитарных норм по освещенности, но и, как показывает опыт, снизить электропотребление примерно на 10 %. Например, на Электромеханическом заводе в г. Екатеринбурге экономия электроэнергии на освещение составила 40 %.

Расчет мощности осветительной нагрузки отделений цеха производится следующими методами:

– метод коэффициента использования;

– метод удельной мощности на освещаемую площадь;

– точечный метод (используется чаще как поверочный).

При выполнении выпускной квалификационной работы осветительные нагрузки рассчитываются методом удельной мощности на освещаемую площадь.