Економія електроенергії при експлуатації освітлювальних приладів

Для визначення шляхів економії електричної енергії в системі освітлення необхідно знати частинну участь статей витрати на освітлення. Аналіз окремих складових витрат для переважної більшості освітлювальних установок показує, що електроенергія є основною складовою загальних витрат. Сама суть економії електричної енергії в системі освітлення припускає зміну окремих складових витрат шляхом застосування більш ефективного освітлювального обладнання або методів і режимів для забезпечення такого ж (чи кращого) освітлення, що в результаті приводить до зменшення споживання електроенергії і скорочення загальних витрат.

Мабуть, правильно буде стверджувати, що переважну більшість освітлювальних установок можна поліпшити стосовно загальних грошових витрат і скорочення споживання електроенергії, якщо застосувати удосконалені технології і більш ефективне обладнання. Деякі зміни для реалізації значних вигод вимагають лише дуже невеликих або взагалі нульових капітальних витрат. В інших випадках можуть знадобитися інвестиції капіталу в нове обладнання, і тоді необхідно зіставляти необхідні капітальні витрати з економією експлуатаційних витрат. Часто строк окупності виявляється на подив малим.

Для існуючої установки перехід на більш ефективний тип освітлювальних приладів дозволяє скоротити споживання електроенергії і, отже, витрати. Річна економія електроенергії (кВт×год/рік) при заміні світильників на нові визначається виразом

,

де – різниця встановлених потужностей старих і нових світильників, кВт;

n_с, n_н – відповідно число старих і нових світильників, шт;

Р_с, Р_н – відповідно потужність старого і нового світильника, кВт;

к_n – коефіцієнт попиту освітлювального навантаження;

Т_ос – річне число годин використання максимуму освітлювального навантаження, год/рік.

Зіставлення енергетичної ефективності різних джерел світла між собою для орієнтованої оцінки економії електроенергії, що може мати місце при заміні ламп з урахуванням допусків на розрахункову освітленість, приведено в таблиці 17.

 

Таблиця 17 – Орієнтована економія електроенергії при заміні ламп

Джерела світла, що замінюються	Середнє значення можливої економії, %
Люмінесцентні на металогалогенні
Ртутні лампи на
- металогалогенні
- люмінесцентні
- натрієві
Лампи розжарювання на
- металогалогенні
- люмінесцентні
- ртутні
- натрієві

 

При застосуванні до електричних ламп терміну «термін служби» він має два чітко визначених значення:

– інтервал часу, після якого лампа перестає працювати, це - тривалість горіння лампи;

– інтервал часу, після якого світловий потік лампи знижується в результаті нормального процесу старіння до настільки низького рівня, що економічно виправданим стає заміна лампи, незважаючи на те, що всі електричні ланцюги лампи ще зберігають працездатність: це – "економічний термін служби" лампи.

Перше визначення характерне для ламп розжарювання, друге - для газорозрядних ламп. В другому випадку, якщо експлуатувати лампи до настання електричного відмовлення, їхній світловий потік може знизитися на 50 % в порівнянні з первісним значенням. Практично газорозрядні лампи варто заміняти в найбільш економічний для конкретної установки час.

В усіх освітлювальних установках доцільно робити групову заміну ламп із запланованою періодичністю. Аналогічно, при технічному обслуговуванні люмінесцентних світильників зі стартерами звичайно буває економічно виправданим робити групову заміну стартерних вимикачів рівно в два рази рідше, ніж ламп, тобто при кожній другій заміні ламп.

Оптимальний період заміни залежить від витрат на електроенергію і витрат на оплату робочої сили для конкретної установки. Загальне правило складається в тому, що групова заміна ламп повинна виконуватися тоді, коли вартість марно витраченої енергії стає рівною вартості заміни ламп. Додаткове обмеження полягає в тому, що лампи варто заміняти до того, як їхній світловий потік знизиться до 70 % від первісного значення. Щоб одержати криву світлового старіння для визначеної лампи варто звернутися до фірми-виробника.

Несвоєчасне очищення світильників може знизити освітленість на 15–30 % і більше, що приводить до зниження продуктивності праці і якості продукції, погіршення психофізіологічного стану працюючих, підвищенню травматизму. У зв'язку з цим на кожному підприємстві повинен бути графік очищення світильників, що підтверджується документально. Рекомендовані терміни очищення наступні:

– у приміщеннях зі значним виділенням пилу, диму, кіптяви (цехи доменні, мартенівські, ливарні, ковальські, цементних заводів, збагачувальних фабрик, підготовчі відділи текстильних фабрик і т. п.) – 2 рази на місяць;

– у цехах із середнім виділенням (прокатні, механічні, складальні, металоконструкцій і т. п.) – 1 раз на місяць;

– з незначним виділенням – 1 раз у 3 місяці;

– установки зовнішнього освітлення – 1 раз у 4 місяці [15].

При проведенні регулярного протирання скла виробничих будинків і приміщень (не менше 2 рази на рік) можна скоротити термін горіння ламп при двозмінній роботі не менш ніж на 15 % у зимовий час і на 50 – 70 % влітку. Економія електроенергії в даному випадку визначається виразом:

,

де a – частка економії електроенергії (процентна економія, поділена на 100);

P – потужність світильників групи, що розглядається, кВт;

T – час роботи освітлювальної установки, год.

Для підвищення коефіцієнта використання природного і штучного освітлення, поверхні приміщень виробничих і суспільних будинків варто фарбувати у світлі тони, що дозволить:

– знизити число встановлених світильників за умови забезпечення заданих норм освітленості;

– підвищити освітленість до нормованих значень при існуючому числі або незначному збільшенні числа світильників.

Усі поверхні деякою мірою поглинають світло. Чим менше їхня відбивна здатність, тим більше світла вони поглинають. З цього випливає, що поверхні, пофарбовані у світлі колірні тони, є більш ефективними, однак їх варто регулярно фарбувати, мити або заново оклеювати для того, щоб забезпечити економічне використання освітлення. Відбиття від кольорових поверхонь у кімнаті може позначитися на кількості і колірному складі світла на робочих поверхнях.

Автоматичне керування зовнішнім освітленням у порівнянні з ручним (по статистичним даним) дає економію електроенергії порядку 2 – 4 %.

Керування освітленням у приміщеннях з бічним, комбінованим і природним світлом повинне забезпечувати можливість відключення рядів світильників, паралельних вікнам. В протяжних цехах світильники відключаються групами, що за умовами виробництва повинні працювати одночасно. Ці заходи можуть привести до зниження витрат електроенергії на 5 – 10 %.

При освітленні великих цехів (площею більше 500 м²) з великою питомою встановленою потужністю освітлення (не менше 20 Вт/м²) необхідно передбачати дистанційне автоматичне чи ручне керування штучним освітленням, що дозволяє:

– вчасно включати і виключати (частково чи цілком) освітлювальну установку на початку і наприкінці робочих змін з урахуванням графіка виробничого обладнання: економія електроенергії при цьому приблизно 10–15 %;

– виключати освітлювальну установку з газорозрядними лампами на обідню перерву (при тривалості перерви 45 хвилин і більше), залишаючи включеним тільки чергове освітлення: економія електроенергії до 10–15 %;

– у приміщеннях зі сполученим освітленням регулювати ввімкнення і відключення частин освітлювальної установки в залежності від рівня освітленості, створюваного природним світлом у різних зонах приміщення: економія електроенергії складе приблизно 10–20 % у залежності від сезонної тривалості світлового дня і наявного графіка роботи обладнання конкретного підприємства.

Для зниження витрати електроенергії освітлювальними установками необхідно здійснювати контроль над справністю баластових і компенсуючих конденсаторів у ПРА для люмінесцентних ламп. При пробої баластового конденсатора в індуктивно-ємнісному ПРА дволампових люмінесцентних світильників приблизно в 4,4 рази збільшується реактивний струм, що споживається світильником, і відповідно зростають втрати потужності в електричній мережі. При пробої компенсуючого конденсатора встановленого паралельно клемам мережі світильника, реактивний струм збільшується в 2 рази, а втрати потужності в 4 рази.

Для люмінесцентних ламп характерний режим роботи з залиплими контактами стартера тліючого розряду (світяться тільки кінці лампи). У такому режимі струм світильника зростає в 1,2 – 1,8 рази в порівнянні з номінальним струмом з одночасним різким зниженням світлового потоку. Наприклад, одноламповий люмінесцентний світильник з лампою потужністю 40 Вт споживає в робочому режимі 95 B×А. а в режимі з залиплим стартером – 132 B×А. Коефіцієнт потужності світильника в режимі з залиплим стартером знижується до 0,12 – 0,15, а реактивний струм зростає з 0,37 до 0,6 А, що викликає збільшення втрат потужності в 2,5 рази. Крім того, лампа в зазначеному режимі не випромінює, тобто і вся активна потужність, що споживається світильником, є власне кажучи марною. Тому своєчасна заміна стартерів, а при їхній відсутності зняття залиплих стартерів є заходом щодо економії електричної енергії.

Для приміщень з епізодичним використанням освітлювальної установки там, де можливо знизити освітленість, можна одержати економію за рахунок зниження напруги. Економічний ефект приведений у таблиці 18.

Таблиця 18 – Економія електроенергії при зниженні напруги ламп

Тип лампи	Рівень напруги, % Uном	Світловий потік, % Фном	Економія електроенергії, % Wном
Розжарювання

Продовження таблиці18

Ртутні типу ДРЛ
Люмінесцентні з компенсованим ПРА
Ксенонові типу ДКсТ

В якості енергетичного показника, що визначає раціональне споживання ЕЕ на цілі освітлення, пропонується питома встановлена потужність (ПВП) загального штучного освітлення приміщень, що є основою нормативної бази для контролю енерговитрат в освітлювальних установках (ОУ) при проведенні енергетичного обстеження об'єктів і на стадії експертизи проектів.

Питома встановлена потужність визначається за формулою

,

де - базове значення ПВП, приведене до освітленості 100 лк, коефіцієнту запасу 1,5, умовному ККД світильника 100% і світловіддачі 80 лм / Вт; - нормований коефіцієнт запасу; - ККД застосовуваного світильника,%; - світловіддача застосовуваного джерела світла, лм / Вт.

Норми регламентують мінімальні значення ККД освітлювальних приладів відповідно до ГОСТ 8607-82 та світловіддачі джерел світла (таблиця 19).

Таблиця 19 - Мінімальне значення світлової віддачі джерел світла, лм/Вт

 

Тип джерела світла	Мінімальне значення світловіддачі при різних індексах кольоропередачі , лм/Вт
80 - 100	60 - 80	40 - 60	20 - 40
ЛЛ			-	-
КЛЛ			-	-
МГЛ			-	-
ДРЛ	-	-		-
Натрієві лампи високого тиску	-		-

 

Аналіз ОУ починається з оцінки поточного споживання електроенергії на освітлення в процесі енергетичного обстеження. Розрахунок споживаної електроенергії в ОУ проводиться за такою формулою

де - сумарне річне споживання електричної енергії, кВт∙г/рік; - річне число годин роботи ОУ i -го приміщення; - площа i -го приміщення, м².

Питома встановлена потужність для діючої освітлювальної установки розраховується за формулою

де - потужність, споживана комплектом лампа-баласт j -го типу, Вт; - кількість ламп j -го типу, шт.; j - індекс, що позначає тип джерела світла; n - число модифікацій джерел світла в рамках певного типу.