Scientific journal

Modern problems of science and education

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Эффективное использование ресурсов в экономике всех стран, особенно энергии и энергоносителей, представляет собой глобальную проблему. По прогнозам, потребность в энергоресурсах в мире вырастет к 2025 г в 1,5 раза, а доля органического топлива как источника энергии превысит к 2030 г 90%. Растущий спрос на энергию, особенно со стороны развивающихся стран, при дефиците ресурсов обострит конкуренцию на мировых рынках, что существенно скажется на динамике цен и определяющих ее факторах.

В статье [3] приведены результаты исследования энергопотребления большой группы образовательных учреждений, затраты на энергоносители ежегодно увеличиваются на 15–20%. Основная доля расходов приходится на тепловую и электрическую энергию. Как и в обще образовательных учреждениях, так и во всей группе общественно административных помещениях затраты на электрическое освещение занимает большую долю затрат от общего энергопотребления.

Рассмотрим основные мероприятия по снижению затрат электрической энергии (ЭЭ) на освещение общественно-административных помещений.

Пути повышения энергоэффективности

Для вновь создаваемых и реконструируемых осветительных установок (ОУ) необходимо определится с количественными и качественными параметрами. Завышение, либо занижение параметров ОУ приводит к неблагоприятным последствиям, снижения работоспособности, утомляемость, раздражительность, потеря остроты зрения [7]. Согласно СП52.13330.2011 [6] необходимо обеспечить:

- нормируемые уровни освещенности на рабочей поверхности (для функциональных помещений – от 300 до 500 лк, в зависимости от разряда зрительных работ);

- цилиндрическую освещенность (50-150 лк);

- объединенный показатель дискомфорта UGR (18-24);

- коэффициент пульсации освещенности (10-15%).

Согласно п 7.23 СП 52.13330.2011 [6] в помещениях общественных зданий, как правило, следует применять систему общего освещения. Допускается применять систему комбинированного освещения, где выполняются зрительная работа А-В разряда, при этом освещенность от общего освещения должна составлять не менее 70% от нормируемых значений.

При проектировании электрического освещения необходимо особое внимание уделять:

-        выбору эффективных световых приборов (СП), обладающих необходимым светораспределением и нужным конструктивным исполнением;

-        применению высокоэффективных источников света (ИС) (люминесцентные лампы (ЛЛ) Т5, светодиодные источники света);

-        применению эффективной пускорегулирующей аппаратуры (ПРА);

-        повышению оптических характеристик ОУ;

-        системам, сокращающим бесполезное использование искусственного освещения.

Кроме того, при реконструкции ОУ необходимо учитывать, что структура ее стоимостных показателей складывается из [10]:

- капитальных затрат на осветительное оборудование – 10-15%;

- затрат на монтаж и обслуживание ОП – 15%;

- стоимости ЭЭ – 70-75%.

Таким образом, очевидно, что внимание необходимо уделять энергетическим и светотехническим параметрам светильников, а не их стоимости.

Расход ЭЭ может быть снижен за счет грамотного выбора осветительных приборов с необходимым светораспределением, конструктивным исполнением, и оптимальной высотой подвеса [2]. На сегодняшний момент для освещения общественных помещений широко применяются светильник с люминесцентными лампами (ЛЛ). При выборе светильников с ЛЛ, и другими источниками света, необходимо особое внимание уделить оптическому КПД, чем он выше, тем лучше.

Оптический КПД светильника в значительной степени зависит отражателя и рассеивателя применяемого в светильнике. В настоящее время для производства рассеивателей для люминесцентных светильников применяют: полиметилметакрилат, поликарбонат и светостабилизированный полистирол. В процессе эксплуатации светильников, у рассеивателей снижается коэффициент пропускания в результате воздействия коротковолнового видимого и ультрофиолетового излучения, присутствующего в спектре ламп и в спектре естественного света. Наименьшее снижение коэффициента пропускания имеет полиметилметакрилат, а наибольшее – полистирол, который за короткое время теряет свою первоначальную прозрачность и желтеет. Для производства отражателей и экранирующих решеток люминесцентных светильников широко применяют анодированный алюминий с коэффициент отражения до 0,95 для марки Miro, и до 0,98 – Miro-Silver производства фирмы Alonod [9].

Таким образом, если для ОУ выбран СП изготовленный из некачественных материалов (как правило, имеет низкую стоимость), то это приводит к преждевременному снижению световых показателей светильника и, соответственно, к снижению уровней освещенностей на рабочих поверхностях ОУ, что впоследствии вызовет необходимость в преждевременной замене ОП.

Как уже было сказано, в настоящее время для освещения общественных помещений, наиболее широко применяются ЛЛ Т8. Световая отдача ламп типа Т8 по данным каталогов Philips и Osram составляют на уровне 93 лм/Вт, а аналогичная ЛЛ производства ГУП РМ "Лисма" имеет 72 лм/Вт.

В тоже время сейчас наиболее эффективными являются люминесцентные лампы нового поколения с диаметром трубки 16 мм (так называемые лампы Т5) для питания которых применяются только электронные высокочастотные ПРА (ЭПРА). Например, аналогом ЛЛ в трубке Т8 мощностью 36 Вт является ЛЛ с диаметром колбы 16 мм (Т5) мощностью 28 Вт. Световые потоки данных ламп при температуре окружающей среды 35°С, что соответствует реальной температуре внутри светильника, соизмеримы. Также стоит отметить преимущества ЛЛ в трубке Т5: срок службы 24000 ч; спад светового потока к концу сроку службы составляет не более 10 %; резко сниженное содержание ртути в этих лампах (с 30 до 3 мг); высокий индекс цветопередачи. Световая отдача люминесцентных ламп Т5 составляет 105 лм/Вт [8].

А наиболее перспективными на сегодняшний момент являются светодиоды, максимально достигнутая световая отдача 303 лм/Вт. Световая отдача серийных образцов на сегодняшний момент составляет 140-150 лм/Вт. Светодиоды постепенно вытесняют другие источники света, но цена являются сдерживающим фактором для еще более массового внедрения.

Пускорегулирующей аппарат это светотехническое изделие, с помощью которого осуществляется питание ИС от электрической сети, обеспечивающее необходимые пусковые и рабочие режимы ИС. При выборе ПРА нужно понимать, что от его качества зависят параметры ИС, в том числе и энергетические.

Для облегчения выбора ПРА для ЛЛ с точки зрения энергоэкономичности Комитет Европейских ассоциаций ОП и ПРА  (CELMA) директивой ЕС № 2000/55/EG предложил классифицировать ПРА по индексу энергоэффективности [9]. Индекс энергоэффективности EEI – Energy Efficiency Index – наносится на ПРА производителем (входящим в CELMA). Для потребителя это означает, что существует 7 классов в зависимости от потерь (таблица 1) [1]. Первых 3 - А1 (наиболее эффективный), А2 и А3 это ЭПРА, а остальные 4 - В1, B2, С и D это электромагнитные ПРА (ЭмПРА). По классификации CELMA, светильник с двумя ЛЛ мощностью 36 Вт укомплектованный ЭмПРА класса D, будет потреблять свыше 90 Вт, а аналогичный светильник с ЭПРА EEI=А3 – порядка 76 Вт, что соответствует экономии 15,5% ЭЭ. С ЭПРА А2 – 72 Вт, что на 20 % экономичнее относительно варианта с ЭмПРА.

Таблица 1

Эффективность балластов

* диммируемые ЭПРА

 

Известно, что лозунг "Уходя, гасите свет" не всегда и не везде выполняется. Поэтому, в настоящее время максимальный эффект от энергосберегающих мероприятий при модернизации ОУ можно достичь путем использования автоматизированных систем управления освещением (АСУО).

АСУО позволяют сокращать время работы осветительных приборов и максимально использовать естественный свет, поддерживая постоянные уровни освещенности на рабочей поверхности, снижая тем самым искусственную составляющую света. На рисунке 1 [5] показан потенциал энергосбережения при внедрении АСУО.

Сейчас на рынке систем управления освещением предлагаются совмещенные датчики, которые автоматически включают/выключают освещение в помещении в зависимости от интенсивности естественного света и/или присутствия людей. По разным оценкам, экономия от внедрения датчиков освещенности и присутствия может достичь порядка 50% экономии ЭЭ, в зависимости от ориентации световых проемов и интенсивности использования помещений.

Следует также отметить, что необходимо неукоснительно соблюдать регламент по регулярной чистке стекол световых проемов, и не реже двух раз в год осуществлять чистку СП [6]. Выполнение данного регламента, по данным [9], позволяет экономить до 25 % потребляемой ЭЭ.

Технико-экономическое сравнение различных мероприятий

Для оценки влияния выше изложенных рекомендаций на технико-экономические показатели ОУ было проведено сравнение вариантов ОУ учебной аудитории.

Согласно действующим нормативным документам [10,11] для учебных аудиторий необходимо обеспечить:

- освещенность на рабочей поверхности 400Лк;

- освещенность в середина доски Е=500Лк;

- объединенный показатель дискомфорта UGR не более 21;

- коэффициент пульсации освещенности  не более 10%, для кабинетов для работы с компьютерами не более 5%.

 

Было построено 4 проекта с различными светильниками. Параметры рассмотренного помещения: длина – 9 м, ширина – 6 м, высота – 3,2 м. Основное требование - замена устаревших светильников на новые без реконструкции системы подвеса. Все проекты рассчитаны на светильниках одного производителя.

 

Светотехнический расчет произведен в программе DIALux. Основные параметры предложенных проектов приведены в таблице 2. На рисунке 2 показан проект учебной аудитории.

Таблица 2

Технико-экономическое сравнение проектов

 

Из таблицы 3 следует, что можно добиться 57% экономии ЭЭ относительно первого проекта, моделирующего подавляющее большинство существующих ОУ со светильниками
ЛПО46 2х36-604 с ЭмПРА.

Для определения периода окупаемости выбранных вариантов ОУ произведем простейший расчет:

Годовые затраты на ЭЭ = ΣР×Т×q (руб),

где      ΣР – суммарная потребляемая мощность, кВт;

Т – число часов использования осветительной нагрузки в год, ч;

q – тариф на ЭЭ, руб/кВт·ч, (4,5 рублей).

Согласно ФЗ №273 «Об образовании в Российской Федерации» продолжительность учебного времени колеблется в пределах 33-45 недель. Допустим, что длительность учебного года составляет 40 пятидневных недель, по 6 часов использования осветительной нагрузки. Суммарное время использования осветительной нагрузки в год для учебных аудиторий в этом случае составляет в среднем 1200 часов.

Результаты расчетов приведены в таблице 3.

 

Таблица 3

Сравнение основных стоимостных параметров ОУ

 

Рис. 3. Расчетный период окупаемости для различных светильников

 

Наиболее оптимальным является вариант Проекта 4 со светильниками ЛПО46 2х35 с ЛЛ типа Т5 мощностью 35 Вт. Экономия ЭЭ, в данном случае, составит 35% по сравнению с аналогичными светильниками с лампами мощностью 36 Вт и ЭмПРА. Расчетный период окупаемости, составил чуть более 2-х лет, который определен по рисунку 3 по пересечению прямых, характеризующих полные затраты (капитальные затраты + ежегодные затраты) на ОУ со светильниками ЛПО46-2х36-604 с ЭмПРА (Проект 1) и ЛПО46-2х35-614 (Проект 4). Хотя фактический период окупаемости составит меньший срок, так как не учитывались сокращение эксплуатационных расходов. Хотя в некоторых случаях, наиболее оптимальным может оказаться  Проект 5 со светодиодными светильниками, экономия по данному проекту, относительно Проекта 1, составляет 57%.

Заключение

Таким образом, в настоящее время есть возможность внедрения современных светильников с высокоэффективными ИС со световой отдачей выше 100 лм/Вт с периодом окупаемости 2 года.

Кроме того, при внедрении современных, качественных приборов для освещения, мы тем самым косвенно инвестируем в повышение производительности, так как при правильном освещении повышается работоспособность и умственная активность. Также за счет экономии ЭЭ происходит сокращение выбросов СО2 при ее выработке и, тем самым, улучшая экологическая обстановка окружающей среды [4].

Издание научной статьи осуществлено при финансовой поддержке Минобрнауки РФ в рамках государственного задания по проекту № 3153: «Проведение теоретических и экспериментальных исследований по разработке перспективных энергоэффективных светодиодных источников оптического излучения и оценка эффективности осветительных установок на их основе».

Рецензенты:

Коваленко О.Ю., д.т.н., профессор кафедры источников света ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарева», г. Саранск;

Кокинов А.М., д.т.н., профессор, профессор кафедры светотехники ФГБОУ ВПО «Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарева», г. Саранск.