Повышение энергоэффективности осветительных установок

Задача повышения энергоэффективности осветительной установки (ОУ) является комплексной и связана не только с задачей снижения электропотребления, но и с задачей снижения срока окупаемости затрат на создание новой или реконструкцию существующей ОУ. Комплексной оценкой мероприятий по повышению эффективности ОУ является стоимость световой энергии, генерируемой за срок службы ОУ и определяемой технико-экономическими расчетами.

Технико-экономическая оценка осветительной установки (ОУ). Оценка энергоэффективности осветительных установок (ОУ) предполагает технико-экономическую оценку вариантов ее исполнения. Экономические затраты на ОУ предполагают капитальные вложения К на ее создание и издержки И, связанные с эксплуатацией.

Важным показателем технико-экономической оценки вариантов ОУ является срок окупаемости Т. Очевидно, что чем меньше срок окупаемости при равных светотехнических характеристиках ОУ, тем эффективней рассматриваемый вариант установки.

В ОУ прослеживается следующая зависимость: чем больше капитальные вложения, тем меньше эксплуатационные издержки при равных светотехнических и санитарно-гигиенических характеристиках. Например: варианты ОУ с лампами накаливания (К ₁, И ₁) и компактными люминесцентными лампами (К ₂, И ₂). Очевидно, что капитальные вложения этих двух вариантов соотносятся как К ₁ < К ₂, а эксплуатационные издержки, за счет экономии электроэнергии, - И ₁ > > И ₂. Срок окупаемости должен определять период, в течение которого дополнительные капитальные вложения окупаются за счет экономии эксплуатационных издержек:

При вариантной оценке ОУ различных исполнений, тот вариант, который имеет меньший срок окупаемости, является экономически эффективным.

В том случае, если по результатам оценки экономической деятельности объекта, может быть установлен срок окупаемости капитальных вложений, то вариантное сравнение ОУ различных исполнений можно производить по расчетным годовым затратам:

З_i = р _н К_i + И_i,

где р _н = 1/ Т _н – нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, определенный сроком окупаемости Т _н, принятым за нормативный для данного объекта.

Выбор экономически эффективного варианта исполнения ОУ из n возможных вариантов осуществляется по отношению

З _ээф = min(З ₁, З ₂,…, З_n).

В общем случае структуру капитальных вложений в ОУ можно представить

К = К _св + К _л + К _пра + К _изу + К _эуи =

= М (к _св + к _л n + к _пра + к _изу) + К _эуи,

где к _св, к _л, к _пра, к _изу, К _эуи – соответственно капитальные вложения в светильники, лампы, ПРА, ИЗУ и электроустановочные изделия;

М – количество светильников;

n – количество ламп в светильнике.

Капитальные вложения в i -ю составную единицу ОУ в общем случае определяются

к_i = с_i + с_{i эмр},

где с_i, с_{i эмр}– соответственно стоимость i -й составной единицы ОУ и стоимость электромонтажных работ на ее установку.

Капитальные вложения К _эуи в питающую и распределительную сети относятся к ОУ в целом и также определяются стоимостью электроустановочных изделий (выключатели, коробки, провода и т.п.) и стоимостью электромонтажных работ.

Эксплуатационные издержки можно представить

И = И _а + И _ро + И_W + И _{Δ W},

где И _а – амортизационные отчисления;

И _ро – затраты на ремонт и обслуживание;

И_W – стоимость электроэнергии, потребляемой источниками света ОУ;

И _{Δ W} – стоимость потери электроэнергии в ПРА и сети питания ОУ.

Известно, что издержки на амортизационные отчисления идут на создание фонда капитального ремонта и реновацию, то есть на восстановление первоначальной стоимости оборудования. Фактически в ОУ общего назначения капитальный ремонт связан с заменой физически или морально изношенного оборудования на новое. Таким образом, можно считать, что амортизационные отчисления сводятся к отчислениям на реновацию.

Величина амортизационных отчислений в год устанавливается долей от капитальных вложений в соответствующую составную единицу ОУ (в общем случае светильник, лампа, ПРА, ИЗУ) и зависит от времени фактического ее использования по назначению.

Амортизационные отчисления на i -ю составную единицу ОУ в год составят

где Т _м – максимальное время использования ОУ в год, ч;

Т_i – срок службы i -й составной единицы ОУ, ч.

Максимальное время использования ОУ в год зависит от назначения и режима функционирования объекта. Имеются рекомендации принимать Т _м при односменном режиме работы – 2000 ч, при двухсменном – 4000 ч, при трехсменном – 6000 ч. Например, для ламп накаливания при односменном режиме работы и сроке службы 1000 ч амортизационные отчисления в год составят: а _лн = 2000/1000 = = 2, а для компактных люминесцентных ламп при том же режиме работы и сроке службы 10000 ч – а _клл = 2000/10000 = 0,2.

Эксплуатационные издержки на ремонт и обслуживание ОУ И _ро связаны с обслуживанием светильников, которое сводится к их периодической чистке. Размер этих издержек устанавливается долей а _ро от капитальных вложений к _св.

Эксплуатационные издержки И_W определяются стоимостью электроэнергии, потребляемой источниками света – лампами:

И_W = с _ээ· р _л· Т _м·10^-3,

где с _ээ – стоимость 1кВт·ч электроэнергии;

р _л – мощность (паспортная) лампы, Вт.

Эксплуатационные издержки И _{Δ W} определяются стоимостью потерь электроэнергии в ПРА, ИЗУ и распределительной электрической сети ОУ:

И _{Δ W} = с _ээ·Δ р_i · Т _м·10^-3,

где Δ р_i – потери мощности в элементах ОУ, Вт.

Эти издержки следует учитывать для отдельно устанавливаемых элементов. Если элементы входят в состав светильников или ламп, то потери электроэнергии учтены в устанавливаемой мощности, указываемой в паспорте.

Представленная методика технико-экономического анализа необходима не только для оценки эффективности различных вариантов проектных решений при проектировании ОУ, но и при энергетическом обследовании объекта (энергоаудите).

Мероприятия по повышению энергоэффективности ОУ. Реализация мероприятий по повышению энергоэффективности ОУ связана с экономическими затратами. Структуру экономических затрат и вклад ее составляющих в создание новой и эксплуатацию существующей ОУ принципиально можно представить:

‒ капитальные затраты на осветительные приборы (ОП) и источники света (ИС) ‒ 10…15%;

‒ затраты на монтаж и обслуживание ОП ‒ 15%;

‒ стоимость электроэнергии ‒ 70…75%.

Очевидно, что энергоэффективность ОУ не должна достигаться за счет снижения норм освещенности, отказа от применения современных технических и технологических решений или учета естественного освещения.

Энергоэффективность ОУ в общем случае зависит от:

‒ световой отдачи ИС и их срока службы;

‒ светотехнических и энергетических параметров ОП;

‒ стабильности на протяжении эксплуатации параметров ОП и характеристик ИС;

‒ тарифов на ЭЭ;

‒ тарифа на электроэнергию, стоимости ОП и ИС, расценок на

монтаж и эксплуатацию ОУ и динамики изменения указанных стоимостных показателей;

‒ числа часов использования ОУ в год;

‒ учета естественного освещения и отражающих свойств элементов интерьера;

‒ применения автоматизированных систем управления (АСУ) ОУ и др.

Для определения мероприятий повышения энергоэффективно-

сти ОУ, методически верно дифференцировать ее на составные части, а именно:

‒ источники света;

‒ осветительные приборы (светильники);

‒ пускорегулирующая аппаратура;

‒ АСУ ОУ.

Источники света.Номенклатура, выпускаемых отечественной промышленностью источников света, составляет свыше 1500 типоразмеров, которые по своим физическим признакам отнесены к двум основным видам – это лампы накаливания и разрядные лампы.

Лампа накаливания – электрический источник света, в котором свет создается телом накала, раскаленным в результате прохождения через него электрического тока.

Разрядная лампа – электрический источник света, в котором свет создается в результате электрического разряда в газе и (или) парах металла.

Основными электрическими параметрами источников света являются:

‒ номинальное напряжение, В – напряжение, на которое рассчитана лампа. Номинальное напряжение ламп накаливания соответствует напряжению сети, в которую включается лампа для её нормальной работы. У разрядных ламп, поскольку напряжение на лампе определяется параметрами ПРА, номинальное напряжение не указывают;

‒ номинальная мощность, Вт – расчётная мощность ламп накаливания при номинальном напряжении. Для разрядных ламп, включённых с ПРА, номинальная мощность является основным параметром и по её значению определяются другие электрические параметры ламп;

‒ номинальный ток, А – ток, который потребляет лампа при работе в режиме номинальной мощности и включенной на номинальное напряжение.

Основным световым параметрам источников света являются:

‒ световой поток, лм – часть лучистого потока, которая вызывает зрительное ощущение. Для ламп накаливания его определяют при включении лампы на номинальное напряжение, а для разрядных ламп – при номинальной мощности;

‒ сила света (кд) или яркость (кд/м²) являются основными световыми параметрами для некоторых ламп накаливания.

Эксплуатационные параметры определяют технико-экономи-ческую целесообразность применения источников света в той или иной осветительной установке. К ним относятся наряду с электрическими и световыми параметрами также продолжительность горения, геометрические размеры лампы и др.

Система условных обозначений источников света нормирована и состоит из нескольких элементов.

ПЕРВЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Буква (сочетание букв), характеризующая группу источников света

Лампа накаливания

Разрядная лампа

Назначение (область применения) или конструктивная особенность ламп

Вид разряда (кроме люминесцентных), среда разряда и конструктивная особенность лампы

Назначение: А – автомобильная; Б – биспиральная; В – вакуумная; Г – газополная; Д – декоративная; ДС – декоративная свечеобразная; КГ – кварцевая галогенная; КГМ – – кварцевые галогенные малогабаритные; МН – миниатюрная; МО – для местного освещения; СМН – сверхминиатюрные; ПЖ – прожекторные Конструктивная особенность: МТ – матированная, О – опаловая, З – зер-кальная, Ж – желтая, С – синяя, Ш – шаровая, Э – эллипсоидная, Т – трубчатая

Вид разряда: Л – люминесцентная; Д – разрядная дуговая Среда разряда: Р – высокого давления, в парах ртути; На – высокого давления, разряд в парах натрия; РИ - высокого давления, разряд в парах ртути и иодидов металлов; Кс – разряд в ксеноне; К – разряд в криптоне; Г – разряд в гелии Конструктивная особенность: Люминесцентная лампа Б – белая; Д – дневная; А – амальгамная; Т – трубчатая, Ц – с повышенной цветопередачей; Ж – желтая, КЛ – компактная люминесцентная, К – кольцевая Разрядная лампа Б – бактерицидная; М – медицинская, Л – с люминофором; Т – трубчатая; З – зеркальная; Э – эллипсоидная; Ш – шаровой формы

ВТОРОЙ ЭЛЕМЕНТ

Цифры, означающие диапазон напряжений или номинальное напряжение, на которое рассчитана лампа. Разрядные лампы второго элемента, как правило, не имеют

ТРЕТИЙ ЭЛЕМЕНТ

Цифры, обозначающие номинальную мощность лампы

ЧЕТВЕРТЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Цифра или буква, означающая отличительную особенность лампы

Примеры условных обозначений:

МТ 220-230-75-1 – лампа накаливания общего назначения, биспиральная, в матированной колбе, на диапазон напряжений 220…230 В, мощностью 75 Вт, отличающаяся от базовой модели световым потоком 1;

ПЖЗ 24-500-3 – лампа накаливания, прожекторная, на напряжение 24 В, мощностью 500 Вт, в колбе с зеркальным покрытием, порядковым номером разработки 3;

ДРЛ250 (8) – лампа дугового разряда, ртутная, в колбе с покрытой люминофором, мощностью 250 Вт, величиной красного отношения 8%;

ДРТ400 – лампа дугового разряда, ртутная, в колбе трубчатой формы, мощностью 400 Вт;

КЛ9 УФ – компактная люминесцентная лампа, мощностью 9Вт, ультрафиолетовая;

ДКсТ5000 – лампа дугового разряда, ксеноновая, в колбе трубчатой формы, мощностью 5000 Вт.

Решение задачи повышения экономической эффективности ОУ связано с условием обязательного выполнения требований потребителей к параметрам освещения. Эти параметры зависят от объекта применения ОУ и их систем, требований по освещенности и цветопередачи ИС.

Объектами применения ОУ являются

- производственные помещения;

- жилые и общественные здания.

Применяемые системы освещения

- общее;

- комбинированное.

Общее освещение — освещение, при кото­ром светильники размещаются в верхней зоне помещения равномерно (общее равномерное освещение) или применительно к расположе­нию оборудования (общее локализованное ос­вещение).

Комбинированное освещение – освещение, при котором к общему освещению добавляет­ся местное.

Местное освещение – освещение, допол­нительное к общему, создаваемое светильни­ками, концентрирующими световой поток не­посредственно на рабочих местах.

Требования по освещенности нормируются и приводятся в нормативных документах в зависимости от размера объекта различения. Последний определяет разряды зрительной работы, которые установлены:

- для производственных зданий от I – зрительная работа наивысшей точности (размер объекта различения 0,15 мм) до VIII – зрительная работа, связанная с общим наблюдением (размер объекта различения не нормируется);

- для жилых и общественных зданий от А – различение объектов при фиксированной и нефиксированной линии зрения очень высокой точности (размер объекта различения 0,15…0,3 мм) до З – общая ориентировка в зонах передвижения при малом скоплении людей (размер объекта различения не нормируется).

Цветопередача характеризуется двумя показателями: цветовой температурой и индексом цветопередачи.

Как отмечалось, цветовая температура есть температура черного тела, при которой оно испускает излучение с той же хроматичностью, что и рассматриваемое излучение и ранжируется:

- 2700 К - сверхтеплый белый;

- 3000 К - теплый белый;

- 4000 К - нейтральный белый;

- 5000 К - холодный белый (дневной).

Индекс цветопередачи есть отношение цветов предметов при освещении их данным ИС к цветам этих же предметов, освещаемых ИС, принятым за эталон (солнечный свет).

- 91…100 Ra - очень хорошая цветопередача;

- 81… 91 Ra - хорошая цветопередача;

- 51…80 Ra - средняя цветопередача;

- менее 51 Ra - слабая цветопередача.

В жилых зданиях обычно используют лампы с более высоким индексом цветопередачи, то есть теплого тона (по комфорту), а в служебных и производственных – более холодные цвета (по восприятию). Наиболее естественными по комфорту и восприятию человека является цветовая температура 2700 К и индекс цветопередачи более 91 Ra. Такими параметрами обладает обыкновенная ЛН, то есть самыми неэкономичными (см. табл. 3.2). В связи с этим, нормативными документами предписывается, что для освещения помещений следует предусматривать, как правило разрядные ИС со световой отдачей не менее 55 лм/Вт, отдавая предпочтение при равной мощности источникам света с наибольшими световой отдачей и сроком службы. Использование ламп накаливания допускается для общего освещения только для обеспечения архитектурно-художественных требований и во взрывоопасных помещениях. В прил. 10.1 и 10.2 приведены рекомендуемые к применению ИС по цветовым ха­рактеристикам, обеспечивающие их наибольшую эффективность. Минимально допустимая световая отдача ИС для общего искусственного освещения помещений при минимально допустимых индексах цветопередачи приведена в табл. 3.4.

Таблица 3.4