Инновационные решения по энергосбережению в системах производственного освещения

 

 

 

 

 

«Охрана труда»

 

 

 

 

 

 

 

Доклад на тему:

«Инновационные решения по энергосбережению в системах производственного освещения»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Освещение — одна из областей, где находят применение ресурсо- и энергосберегающие технологии. 

О потенциале энергосбережения, скрытом в осветительной технике, можно судить по объемам потребляемой электроэнергии и финансовым затратам на освещение в масштабах страны. В Беларуси доля электроэнергии, идущей на эти нужды, составляет около 18%. Учитывая, что республика ежегодно потребляет около 35 млрд кВт•ч, получим, что на эти цели расходуется около 6 млрд кВт•ч. С финансовой точки зрения это означает, что в свет ежегодно «превращается» около 600 млн долл.

Такой гигантский объем финансовых средств и электроэнергии отчасти обусловлен низкой эффективностью используемых в настоящее время источников света (ламп накаливания, галогенных и люминесцентных ламп). Существует два основнымх направления инновационного развития в производственном освещении:

1. разработка менее энергоемких и более эффективных источников освещения;
2. автоматизация управление освещением.

 

 

Источники освещения

Рассмотрим источники света, применяемые для искусственного производственного освещения в настоящее время. Их делят на группы:

• лампы накаливания
• газоразрядные лампы
• светодиодные лампы (на стадии внедрения)

 Лампы накаливания

 Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения. Видимое излучение в них происходит в результате нагрева электрическим током вольфрамовой нити.

Лампы накаливания удобны в эксплуатации, просты в изготовлении, у них низкая инерционность при включении, отсутствие дополнительных пусковых устройств, надежность работы при колебаниях напряжения и  при различных метеорологических  условиях окружающей среды они находят  широкое применение в промышленности. Наряду с отмеченными преимуществами лампы накаливания имеют и  существенные недостатки: низкая световая отдача (для ламп общего назначения", = 7...20 лм/Вт), сравнительно малый срок службы (до 2,5 тыс. ч), в спектре преобладают  желтые и красные лучи, что сильно отличает их спектральный состав от солнечного света, также недостатком ламп накаливания является то, что только 5% потребляемой ими электроэнергии преобразуется в свет, а оставшиеся 95% — в тепло.

В последние годы все большее  распространение получают галогенные лампы - лампы накаливания с йодным циклом. Наличие в колбе паров йода позволяет повысить температуру накала нити, т.е. световую отдачу лампы (до 40 лм/Вт). Пары вольфрама, испаряющиеся с нити накаливания, соединяются с йодом и вновь оседают на вольфрамовую спираль, препятствуя распылению вольфрамовой нити и увеличивая срок службы лампы до 3 тыс. ч. Спектр излучения галоидной лампы более близок к естественному.

 

 

Газоразрядные лампы

В газоразрядных лампах излучение  оптического диапазона спектра  возникает в результате электрического разряда в атмосфере инертных газов и паров металлов, а так  же за счет явлений люминесценции, которое  невидимое ультрафиолетовое излучение  преобразует в видимый свет. Различают газоразрядные лампы низкого (люминесцентные) и высокого давления.

Люминесцентные лампы создают в помещениях искусственный свет, приближающийся к естественному. Такие лампы более экономичны в сравнении с другими лампами и создают освещение более благоприятное с гигиенической точки зрения.

К другим преимуществам люминесцентных ламп относятся больший срок службы (около 10000 ч) и высокая световая отдача, достигающая для ламп некоторых видов 75 лм/Вт, другими словами, они в 2,5-3 раза экономичнее ламп накаливания. Свечение происходит со всей поверхности трубки, а поэтому яркость и слепящее действие люминесцентных ламп значительно ниже ламп накаливания. К тому же, низкая температура поверхности колбы (около 5 °С) делает лампу относительно пожаробезопасной.

Несмотря на перечисленные преимущества, люминесцентное освещение имеет  и некоторые недостатки:

• пульсация светового потока, вызывающая стробоскопический эффект (искажение зрительного восприятия объектов различия—вместо одного предмета видны изображения нескольких, а также направления и скорости движения);
• значительная отраженная блескость;
• дорогостоящая и относительно сложная схема включения, требующая регулирующих пусковых устройств (дроссели, стартеры);
• чувствительность к колебаниям температуры окружающей среды (оптимальная температура 20— 25 °С) понижение и повышение температуры вызывает уменьшение светового потока.

Также для освещения открытых пространств, высоких производственных помещений (более 6 м) в последнее время большое распространение получили дуговые люминесцентные ртутные лампы высокого давления (ДРЛ).

Дуговые люминесцентные ртутные лампы  выпускают мощностью от 80 до 1000 Вт. В отличие от обычных люминесцентных ламп, ДРЛ сосредотачивают в небольшом  объеме значительную электрическую  и световую мощность. Лампы работают при любой температуре внешней  среды. Кроме того, их можно устанавливать  в обычных светильниках взамен ламп накаливания. Однако из-за содержания ртути их применение в будущем может быть ограниченно.

Светодиодные  лампы

Какие же источники света в ближайшей перспективе станут альтернативой стандартным лампам? Большинство экспертов предсказывают, что это будут полупроводниковые светоизлучающие диоды. Они были изобретены сравнительно недавно — во второй половине XX в. Поначалу из-за небольшой эффективности их применяли исключительно в индикаторной технике. Однако в дальнейшем, по мере роста качественных показателей, области их применения стали расширяться. В настоящее время в лабораториях ведущих производителей светодиодов на экспериментальных образцах достигнута световая эффективность порядка 208 лм/Вт. Кроме этого светодиоды характеризуются большим сроком службы — от 50 до 100 тыс. часов (5—11 лет непрерывной работы), не содержат вредных веществ, виброустойчивы, а также электро- и взрывобезопасны.

Светодиодная лампа представляет собой источник света, который легко монтируется в электрическую цепь. Так как светодиодные лампы начинают светиться в результате движения электронов в полупроводниковом материале, они не перегорают, не нагреваются и в них отсутствуют вредные материалы.

Суммарный экономический эффект от внедрения каждой светодиодной лампы складывается из следующих факторов: 
- снижение энергопотребления (в 5-8 раз); 
- увеличение ресурса работы до 15 лет (в 10 раз); 
- снижение эксплуатационных затрат (в 15 раз); 
- не требуется 2-х кратного резервирования энергомощностей, так как нет высоких пусковых токов; 
- повышение энергоэффективности за счет отсутствия фазовых сдвигов в сети при использовании газоразрядных ламп (на 15%); 
- отсутствие затрат на утилизацию ртутьсодержащих газоразрядных ламп, что повысит энергосбережение.

Срок окупаемости светодиодных осветительных приборов – 1 год.

Подведя итог, можно отметить, что применяемые в данный момент на производстве источники света либо неэффективны и недолговечны (лампы накаливания), либо экологически небезопасны и вредны для зрения человека (люминесцентные лампы).  Перспективной альтернативой стандартным источникам освещения являются светодиодные лампы, которые и экологически безопасны, и  энергеоэффективны. В сфере их производства ведутся постоянные разработки по их модернизации. Однако основной фактор, тормозящий внедрение   светодиодных ламп – это их высокая цена. Поэтому в производственном освещении на сегодняшний день главной альтернативой традиционным лампам накаливания являются люминесцентные лампы.

 

Автоматизация управления освещения

Одно из направлений развития системы освещения – это возможность автоматизированного управления светом.

Добиться наиболее полного и точного учета наличия дневного света, равно как и учета присутствия людей в помещении, можно, применяя средства автоматического управления освещением. Управление осветительной нагрузкой осуществляется при этом двумя основными способами: отключением всех или части светильников (дискретное управление) и плавным изменением мощности светильников (одинаковым для всех или индивидуальным).

К системам дискретного управлении в первую очередь относятся различные фотореле (фотоавтоматы) и таймеры. Принцип действия первых основан на включении и отключении нагрузки по сигналам датчика наружной естественной освещенности. Вторые осуществляют коммутацию осветительной нагрузки в зависимости от времени суток по предварительно заложенной программе. К системам дискретного управления освещением относятся также автоматы, оснащенные датчиками присутствия. Они отключают светильники в помещении спустя заданный промежуток времени после того, как из него удаляется последний человек. Это наиболее экономичный вид систем дискретного управления, однако к побочным эффектам их использования относится возможное сокращение срока службы ламп за счет частых включений и выключений.

Системы плавного регулирования мощности освещения по своему устройству несколько сложнее. Принцип их действия поясняет рисунок 3. В момент времени t1, когда естественный свет соответствует начальному уровню E1, мощность светильников начинает плавно понижаться до момента t2, когда естественного света полностью достаточно для обеспечения заданной освещенности (уровень E0).

В момент t3 начала обратного снижения уровня дневного света до уровня E1, начинается плавное увеличение мощности осветительной установки.

В последнее десятилетие многими зарубежными фирмами освоено производство оборудования для автоматизации управления внутренним освещением. Современные системы сочетают в себе значительные возможности экономии электроэнергии с максимальным удобством для пользователей.

Системы автоматического управления освещением, условно можно разделить на два основных класса - так называемые локальные и централизованные. Для локальных систем  характерно управление только одной группой светильников, в то время как централизованные системы допускают подключение практически бесконечного числа раздельно управляемых групп светильников. В свою очередь, по охватываемой сфере управления локальные системы могут быть подразделены на "системы управлении светильниками" и "системы управления освещением помещений", а централизованные - на специализированные (только для управления освещением) и общего назначения (для управления всеми инженерными системами здания - отоплением, кондиционированием, пожарной и охранной сигнализацией и т.д.).

Локальные системы управления освещением помещений представляют собой блоки, размещаемые за полостями подвесных потолков или конструктивно встраиваемые в электрораспределительные щиты. Системы этого типа, как правило, осуществляют одну функцию либо их фиксированный набор. В число этих функций входит, например, учет присутствия людей и уровня естественной освещенности в помещении, а также работа с системами беспроводного дистанционного управления. Локальные "системы управления светильниками" в большинстве случаев не требуют дополнительной проводки, а иногда даже сокращают необходимость в прокладке проводов. Конструктивна они выполняются в малогабаритных корпусах, закрепляемых непосредственно на светильнике или на колбе одной из ламп. Все датчики, как правило, составляют один электронный прибор, в свою очередь, встроенный в корпус самой системы. Интересно решение, предложенное фирмой Cromptоn Lighting. В этой системе, названной "Intellect/MLS", светильники, оборудованные датчиками, обмениваются между собой информацией по проходам электрической сети. За счет этого даже в случае, если в здании остался единственный человек, находящиеся на его пути светильники останутся включенными.

Централизованные системы управления освещением, наиболее полно отвечающие названию "интеллектуальных", строятся на основе микропроцессоров, обеспечивающих возможность практически одновременного многовариантного управления значительным (до нескольких сотен) числом светильников. Такие системы могут применяться либо только для управления освещением, либо также и для взаимодействия с другими системами зданий (например, с телефонной сетью, системами безопасности, вентиляции, отопления и солнцезащитных ограждений). Централизованные системы выдают также управляющие сигналы на светильники по сигналам локальных датчиков. Однако преобразование сигналов происходит в едином (центральном) узле, что предоставляет дополнительные возможности вручную управлять освещением здания. Одновременно существенно упрощается ручное изменение алгоритма работы системы.

При системах централизованного дистанционного или автоматического управления освещением питание цепей управления разрешается от линии, питающей освещение.

Для помещений, имеющих зоны с разными условиями естественного освещения, управление рабочим освещением должно обеспечивать включение и отключение светильников группами или рядами по мере изменения естественной освещенности помещений.

Существующий ассортимент автоматизированных систем управления освещением (СУО) делится на три класса:

1) СУО светильника - простейшая малогабаритная система, конструктивно являющаяся частью светильника и управляющая только либо одной группой нескольких близлежащих светильников.

2) СУО помещения - самостоятельная система, управляющая одной или несколькими группами светильников в одном или нескольких помещениях.

3) СУО здания.

 

 

Заключение

В настоящее время основная тенденция и важная закономерность развития источников света - это их дальнейшее совершенствование, в том числе повышение экономичности, надежности, эффективности, безопасности, качества цветопередачи. В этом плане следует отметить перспективу внедрения и использования люминесцентных, особенно компактных люминесцентных ламп, возможности регулировки уровней освещенности на основе использования инфракрасных и других датчиков, определяющих присутствие людей в помещении, различных систем управления светом, в том числе дистанционных. Уже сегодня активно внедряется экономически выгодное светодиодное освещение, создаются управляемые совмещенные системы освещения и передачи солнечного света в помещениях, дистанционное управление лампами. Фактически речь уже идет о " личном, персональном свете", разработке разных источников освещения для отдельных, конкретных видов трудовой деятельности, отдыха и т.д.