Энергоэффективные источники освещения

Основные характеристики освещения.

Освещение - применение света в конкретной обстановке, рядом с объектами или в их окружении, с целью сделать их видимыми.

Видимое излучение - электромагнитное излучение с длиной волны от 380 до 780 нм.

Инфракрасное излучение - электромагнитное излучение с длиной волны большей, чем у видимого излучения. Инфракрасное излучение делится на три группы:

• А (короткие волны) 800-1400 нм
• В (средние волны) 1400-3000 нм
• С (длинные волны) 3000-10000 нм

Ультрафиолетовое излучение - оптическое излучение с длиной волны меньшей, чем у видимого излучения.
Ультрафиолетовое излучение делится на три группы:

• А( короткие волны) 315-400 нм
• В (средние волны) 280-315 нм
• С (длинные волны) 100-280 нм

Световая отдача - отношение излучаемого светового потока к потребляемой мощности. Единица измерения - люмен на ватт (лм/Вт).

Поток излучения - количество энергии, излучаемой за единицу времени. Единица измерения - ватт (Вт).

Световой поток - полное количество света, излучаемого данным источником в видимой области спектра. Единица - люмен (лм).

Сила света - пространственная плотность светового потока в заданном направлении, или отношение светового потока, направленного от источника в пределах телесного угла, охватывающего данное направление, к этому углу. Единица - кандела (кд).

Освещенность - плотность падающего светового потока на поверхности, или отношение светового потока, падающего на поверхность, к площади этой поверхности. Единица измерения - люкс (лк).

Яркость - отношение силы излучения в заданном направлении от участка поверхности к проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную этому направлению. Единица измерения - кандела на метр квадратный (кд/м2).

Цветовая температура- температура черного тела, при которой оно испускает излучение с той же хроматичностью, что и рассматриваемое измерение. Эта мера объективного впечатления от цвета данного источника света. Единица измерения - кельвин (К).

• 2700К - сверхтеплый белый
• 3000К - теплый белый
• 4000К - естественный белый
• 5000К - холодный белый (дневной)

В настоящее время около 40 % генерируемой в мире электрической энергии и 37 % всех электрических ресурсов используется в жилых и общественных зданиях. Существенную долю (40—60%) в энергопотреблении зданий составляет энергия на освещение. Сокращение расхода электроэнергии на эти цели возможно двумя основными путями:

— снижением номинальной мощности освещения;

— уменьшением времени использования светильников.

Снижение номинальной (установленной) мощности освещения в первую очередь означает переход к более эффективным источника света, дающим нужные потоки при существенно меньшем энергопотреблении.

На сегодняшний день самым распространенным источником света являются лампы накаливания. Основным источником оптического излучения в лампах накаливания является разогретый до температуры свечения проводник, находящийся в инертной атмосфере. Выпускают лампы вакуумные с аргоновым и криптоновым наполнителем. Криптоновые лампы имеют меньшие габариты и обеспечивают световой поток примерно на 10% больше, чем лампы с аргоновым наполнителем. Лампы используются в сетях переменного тока напряжением 127 и 220 В и частотой 50 Гц. Средняя продолжительность горения составляет 1000 часов.

Современные энергосберегающие светильники подразделяются на три группы:

1. Светильники люминесцентные.

2. Светильники галогенные.

3. Светильники специального назначения.

Люминесцентные лампы используются в основном для местного и общего освещения жилых и общественных помещений. Отличительной особенностью энергосберегающих люминесцентных ламп является высокая световая отдача, то есть величина светового потока (измеряется в люменах - лм), получаемого в расчете на 1 Вт мощности, потребляемой лампой. Если для ламп накаливания этот показатель составляет до 10-15 лм на 1 Вт, для галогенных - до 30, то для энергосберегающих - примерно 50-60 лм на 1 Вт. Таким образом, требуемую освещенность можно получить, заменив, например, 100-ваттные лампы накаливания всего лишь 20-ваттными люминесцентными лампами. Несложный расчет показывает: подобная 20-ваттная лампа на протяжении стандартного срока службы (6-8 тыс. ч) позволит сэкономить около 450-600 кВт•ч электроэнергии. Даже с учетом высокой стоимости люминесцентных ламп выгода от их применения весьма ощутима.

Люминесцентные лампы питаются от сети переменного тока напряжением 127 и 220 В частотой 50 Гц. Представляют собой стеклянную вакуумированную трубу-колбу, наполненную парами ртути низкого давления. Стенки трубки изнутри покрыты слоем люминофора. Пары ртути в электрическом разряде излучают свет главным образом в ультрафиолетовом диапазоне. Излучение разряда поглощается люминофором и переизлучается в видимую область спектра. Используются лампы мощностью 6, 18, 13, 14, 18, 20, 30, 36, 40, 65 и 80 Вт.

Компактные люминисцентные лампы. Потребление электроэнергии при использовании КЛЛ снижается примерно в 5 раз. Средний срок службы ламп различных модификаций составляет 12000-15000 часов. При применении КЛЛ существенно снижаются эксплуатационные расходы. С точки зрения эквивалентности светового потока, мощности КЛЛ и обычных ламп накаливания соотносятся согласно таблице 16.

Таблица 16

Соотношение мощностей ламп накаливания и КЛЛ

Уменьшение потребной мощности лампы резко снижает тепловыделение в помещениях при работе осветительной установки. Температура нагрева самой КЛЛ в 2-3 раза ниже, чем у лампы накаливания, что благоприятно сказывается на тепловом режиме светильника и, соответственно, сроке его службы.

Небольшие колебания напряжения, реально всегда имеющие место в сети, и число включений лампы практически не сказываются на сроке ее службы. Большинство модификаций КЛЛ достаточно уверенно могут работать при температуре окружающей сети от -300С до +500С. Следует также отметить, что КЛЛ выпускаются с различными оттенками светового излучения, что позволяет создавать необходимые условия световой комфортности и декоративности интерьеров. КЛЛ оснащаются электронными пускорегулирующими аппаратами (ЭПРА), встроенными в цоколь лампы. ЭПРА работают с частотой 40-50 кГц. Пульсации светового потока с такой частотой человеческим глазом не ощущаются.

Достоинством галогенных ламп являются неизменно яркий свет, великолепная цветопередача и возможность создания любых световых эффектов. Галогенные лампы применяются для местного и декоративного освещения жилых помещений, магазинов, гостиниц, ресторанов, галерей и выставок, в которых эффективность использования энергии и низкие затраты на обслуживание имеют большое значение. По сравнению с обычными лампами накаливания галогенные имеют более высокую цветовую температуру (до 3100 К), благодаря чему их свет имеет более сочные и яркие цвета, высокую световую отдачу и долгий срок службы.

Галогенные лампы работают от сети 220В напрямую без трансформаторов, модели низкого напряжения - от источников питания 6,12 и 24 В. Галогенные лампы низкого напряжения отличаются миниатюрностью, большим углом падения света, что позволяет создавать компактные и привлекательные системы освещения в самых различных сферах деятельности.

Галогенные лампы являются высокотемпературными излучателями. Добавление галогена обеспечивает более длительную работу лампы, уменьшает вольфрамовый осадок на нити накаливания в результате испарения частиц вольфрама и обеспечивает стабильную светоотдачу. При температуре около 1400 С испаряющийся с нити накаливания вольфрам вступает в химическую реакцию с галогеном, которым наполнена колба лампы. В результате конвекции образовавшийся галогенид циркулирует вблизи нити накаливания и расщепляется. Частицы вольфрама оседают на нити накаливания, а молекулы галогена высвобождаются и готовы принять участие в следующем цикле. Этот циклический процесс и обеспечивает преимущества галогенных ламп:

- большое количество света при одинаковом потреблении электроэнергии вследствие высокой температуры нити накаливания;

- долгий срок службы из-за непрерывного обновления нити накаливания;

- стабильная светоотдача в течение всего срока службы, поскольку не происходит почернения колбы;

- миниатюрность конструкции в соответствии с требованиями циклического процесса.

Газоразрядные лампы высокого давления подходят для использования в осветительном оборудовании, требующем мощных компактных источников света, высокой светоотдачи и долгого срока службы. Лампы применяются для освещения торговых площадей, гостиниц, ресторанов, освещения промышленных помещений, для уличного и дорожного освещения. В газоразрядных лампах высокого давления в качестве источника света используется дуговой разряд в парах металлов высокого давления. В зависимости от сорта паров металла светоотдача в расчете на единицу затраченной электроэнергии в 10-20 раз больше, чем у ламп накаливания. Стеклянная колба имеет форму цилиндра или элипсоида. У ртутных ламп колба покрывается изнутри люминофором, преобразующим ультрафиолет в видимый свет. Внутри колбы помещен реактор с двумя электродами и подводящими токопроводами. В реакторе содержатся пары металла и формируется дуговой разряд.

У ртутных ламп горение дугового разряда происходит в парах ртути высокого давления. Лампы эксплуатируются в сетях переменного тока частотой 50 Гц напряжением 220 В с соответствующей пускорегулирующей аппаратурой (ПРА).

В натриевых лампах горение дугового разряда происходит в парах натрия. Лампа излучает характерный желтый свет. Натриевые лампы высокого давления являются в настоящее время наиболее экономичными из всех источников света. Срок службы у них в 12 раз дольше, чем у ламп накаливания и в 1,3 раза дольше, чем у ртутных ламп высокого давления. Световая отдача в 7 раз больше, чем у ламп накаливания и в 2 раза больше, чем у ртутных ламп высокого давления.

Натриевые лампы высокого давления широко применяются для освещения улиц, автотрасс, площадей, промышленных территорий и других открытых пространств, где не предъявляется высокое требование к качеству цветопередачи. Лампы включаются в сеть переменного тока частотой 50 Гц напряжением 220 В с соответствующей пускорегулирующей аппаратурой (ПРА).

Металлогалогенные лампы высокого давления обладают высокой световой отдачей, улучшенной цветопередачей, сравнительно небольшими габаритными размерами, большой единичной мощностью. Лампы предназначены для освещения открытых пространств, промышленных помещений, открытых и закрытых спортивных площадок, а также для освещения объектов выездных и студийных телепередач и киносъемок. Лампы эксплуатируются в сетях переменного тока частотой 50 Гц напряжением 220 В с соответствующей пускорегулирующей аппаратурой (ПРА).

Сравнительные характеристики источников света широкого применения приведены в таблице 17.

Таблица 17.

Сравнительные характеристики источников света широкого применения

Важное значение в экономии электроэнергии при применении любых ламп имеет оптимальное размещение осветительных приборов, позволяющее экономить до 20 % электроэнергии. Так, при наличии в одном помещении рабочих и вспомогательных зон следует предусматривать локализованное общее освещение рабочих зон и менее интенсивное - вспомогательных зон.