Современные энергосберегающие технологии в системах освещения

Оглавление

Введение        3

Глава 1. История развития энергосберегающих технологий        6

1.1 Зарождение энергосбережения        6

1.2 Энергосбережение в эпоху средневековья и нового времени        10

1.3. Современная история энергосбережения        11

Глава 2. Энергосберегающие технологии в освещении        18

2.1 Обзор современных энергосберегающих технологий        18

2.2 Выполнение программы энергосбережения в электроосвещении        23

2.3 Применение люминесцентных ламп в освещении как одного из эффективных способов сбережения электроэнергии        27

2.4 Сравнительный анализ люминесцентных ламп и ламп накаливания, применяемых в освещении        31

Заключение        43

Список литературы        45

Введение

Энергосбережение – организационная, научная, практическая, информационная деятельность государственных органов, юридических и физических лиц. Эта деятельность направлена на снижение расхода (потерь) топливно-энергетических ресурсов в процессе их добычи, переработки, транспортировки, хранения, производства, использования и утилизации.

Энергосбережение – комплекс мер для обеспечения эффективного и рационального использования энергоресурсов.

В настоящее время самыми эффективными признаны следующие направления деятельности по энергосбережению:

1. Создание нормативной и правовой базы энергосбережения.

2. Создание необходимых экономических механизмов.

3. Создание финансовых механизмов энергосбережения.

4. Проведение политики ценообразования, которая отражает затраты на энергоресурсы, производимую продукцию, услуги и определяет уровень жизни населения.

5. Создание системы управления энергосбережением.

6. Создание информационной системы пропаганды проблем энергосбережения, обучения, переподготовки кадров, менеджеров, работающих в этой сфере. [7]

Основа энергосбережения – рациональное использование энергоресурсов и сокращение их потерь. Во всех передовых странах широко применяется энергосберегающая политика. Энергосберегающая политика государства – правовое, организационное и финансово-экономическое регулирование деятельности в области энергосбережения.

Актуальность энергосбережения и повышения энергоэффективности в последнее время настолько очевидна, что этот вопрос обсуждается как на всех уровнях государственной власти, так и на многих предприятиях. Для большинства предприятий, вопрос энергоэффективности, особенно в условиях непрерывного роста стоимости энергоресурсов, становится вопросом не только конкурентного преимущества, но и, зачастую, вопросом выживания предприятия. Значительная часть расходов на электроэнергию приходится на освещение.

О потенциале экономии электроэнергии на освещении сейчас говорится много, обсуждаются различные технологии и сферы применения. Однако, в настоящий момент, крайне редко предлагаются энергосберегающие решения для освещения помещений с высотой потолков свыше 6 м - производственных, складских помещений, спортивных объектов. А ведь именно на освещение таких объемов затрачивается колоссальное количество электроэнергии.

С каждым годом архитектурное освещение пользуется все большей популярностью. Различного рода элементы освещения можно встретить как на муниципальных зданиях, так и на сооружениях коммерческого характера. А все потому, что декоративное освещение - это не только красивый элемент экстерьера, но эффективное средство рекламы. Вывески, красиво оформленные витрины, сложные конструкции со светодиодами - все это давно доказало свою эффективность по привлечению внимания клиентов. Поэтому после того, как появились первые осветительные конструкции на коммерческих объектах, многие владельцы фирм остались позади, уступив место красочно оформленным магазинам и офисам. Многие в попытке догнать своих конкурентов стали смело заказывать те или иные осветительные конструкции, делать красивые вывески и красочную подсветку витрин. Но в погоне за "светом" многие не заметили, как оснастили свои здания дорогими, мощными конструкциями, требующими больших расходов на электроэнергию. А тем временем на рынке осветительного оборудования появились светодиоды нового поколения, для которых энергосбережение стоит на первом месте. Кроме того, новые светодиоды, несмотря на низкое потребление электроэнергии, обладают более мощным светом, что позволит перевести освещение на новый уровень. [10]

Объектом данного исследования являются энергосберегающие технологии.

Предметом исследования служат энергосберегающие технологии, применяемые в освещении.

Цель: раскрыть особенности использования энергосберегающих технологий в освещении.

В соответствии с объектом, предметом и целью исследования были поставлены следующие задачи:

1. изучить историю развития энергосберегающих технологий с древнейших времен до XXI века;
2. раскрыть особенности применения различных энергосберегающих технологий в освещении;
3. раскрыть особенности применения люминесцентных ламп в освещении;
4. провести сравнительный анализ применения в освещении люминесцентных ламп и ламп накаливания.

Глава 1. История развития энергосберегающих технологий

1.1 Зарождение энергосбережения

Первобытная эпоха и Древний мир характеризовались преобладанием физического труда. Но уже в эпоху Античности произведено крупное открытие в области энергосбережения, которое можно отнести к использованию альтернативных источников энергии - использование энергии воды и ветра.

Предположительно древнейшие мельницы были распространены в Вавилоне, о чем свидетельствует кодекс царя Хаммурапи (около 1750 г. до н.э.). Описание органа, приводившегося в действие ветряной мельницей, - первое документальное свидетельство использования ветра для приведения механизма в действие. Оно принадлежит греческому изобретателю Герону Александрийскому, I век н.э. Персидские мельницы описываются в сообщениях мусульманских географов в IX в., отличаются от западных конструкцией с вертикальной осью вращения и перпендикулярно расположенными крыльями, лопатками или парусами. Персидская мельница имеет лопасти на роторе, расположенные аналогично лопаткам гребного колеса на пароходе и должна быть заключена в оболочку, закрывающую часть лопаток, иначе давление ветра на лопасти будет одинаковым со всех сторон и, так как паруса жестко связан с осью, мельница не будет вращаться. Еще один вид мельниц с вертикальной осью вращения известен как китайский ветряк. Конструкция китайской мельницы значительно отличается от персидской использованием свободно поворачивающегося, независимого паруса. [12]

Водяные мельницы известны в Римской империи со II века до н.э., описаны Витрувием, но широкое применение получат в Средневековье.

Получение воды и холода из вихревых потоков на Великом шёлковом пути

Впервые о вихревых потоках упоминается в Коране, в переводе И.Ю. Крачковского (1963): "То, что они тратят… подобно вихрю, в котором холод: он поразил посев людей…". Т.е. древний литературный памятник бесстрастно зафиксировал то, что за полторы тысячи лет до открытия французского инженера Ж. Ранке люди знали, что в центре вихревого потока температура газа может упасть до степени замораживания.

Наглядным примером способности инженеров древности использовать обнаруженные и наблюдаемые природные эффекты является Великий шёлковый путь. Одним из его главных достоинств были колодцы. В целях увеличения, провозной способности караванов, инженеры сделали всё, чтобы вьючные животные не тащили на себе огромные запасы питьевой воды необходимые каравану, кроме определённого потребного минимума на один переход. Вдоль пути на расстоянии в 12-15 км друг от друга были созданы колодцы, в каждом из которых имелась вода, в достаточных количествах, чтобы напоить караван в 150-200 верблюдов.

В таком колодце чистая вода добывалась непосредственно из атмосферного воздуха. Разумеется, процентное содержание водяных паров в пустынном воздухе крайне незначительно (меньше 0,01% удельного объёма). Но благодаря конструкции колодца через его объём "прокачивался" пустынный воздух тысячами кубометров в сутки и у каждого такого кубометра отнималась практически вся масса воды, содержащаяся в нём. Древние инженеры использовали вихревой эффект. Сам колодец был наполовину своей высоты вкопан в грунт.

Рис. 1. Реконструкция колодцев Великого шёлкового пути

Путешественники спускались за водой по лестницам на отмостки, и черпали воду. В центре углубления для скопившейся воды возвышалась аккуратно выложенная высоким конусом груда камней, выполнявших функцию конденсатора. Арабы свидетельствуют, что скопившаяся вода и воздух на уровне отмостков, были на удивление холодными, хотя снаружи колодца стояла убийственная жара. Нижняя тыльная часть камней в груде была влажной, а на ощупь камни были холодными.

К сожалению, скупость в описании конусного и шатрового свода колодца не дает чёткого представления о конструктивных особенностях. Недостаточность информации приходится возмещать умозрительными построениями. Стоит только обратить внимание на лёгкое удивление арабов: керамическая облицовка и в те времена была недешёвым материалом, но строители колодцев не считались с затратами и каждый колодец имел такое перекрытие. А ведь это делалось не просто так, поскольку материалам из глины можно было придать любую необходимую форму, затем отжечь и получить готовую деталь, способную работать в самых тяжёлых климатических условиях долгие годы. [13]

В конусном или шатровом своде колодца были выполнены радиальные каналы, прикрытые керамической облицовкой, или сама керамическая облицовка представляла собой набор деталей с уже готовыми сечениями радиальных каналов. Нагреваясь под лучами солнца, облицовка передавала часть тепла воздуху в канале. Возникало конвективное течение нагретого воздуха по каналу. В центральную часть свода вбрасывались струи нагретого воздуха. Возникает вопрос, каким образом появлялось вихревое движение внутри здания колодца. Самое первое предположение, что ось каналов не совпадала с радиальным направлением. Имелся небольшой угол между осью канала и радиусом свода, то есть, струи были тангенциальными.

Рис. 2. Накопление воды в колодце

Строители использовали очень малые углы тангенциальности - не более 5є. Угловая величина в 5є довольно незначительна, невооружённым глазом её порой и не разглядеть. Вероятно, поэтому технологический секрет инженеров древности остаётся неразгаданным и по сей день.

1.2 Энергосбережение в эпоху средневековья и нового времени

В эпоху Средневековья и Нового времени наступил период коренного преобразования практически во всех сферах, связанных с физическим трудом. Приобрели массовую популярность ветряные и водяные мельницы с последующей их модернизацией.

Ветряные мельницы с горизонтальной ориентацией ротора известны с 1180 г. во Фландрии, Юго-Восточной Англии и Нормандии.

В XIII веке в Священной Римской империи появились конструкции мельниц, в которых всё здание поворачивалось навстречу ветру.

Водяные мельницы были распространены в основном в горных районах с быстрыми реками. Широкое распространение получили в Средневековье, особенно при монастырях. Бенедикт Нурсийский предписывал каждому монастырю обзавестись водяной мельницей. В начале XVIII в. подобные устройства приводили в движение ткацкие станки на текстильных фабриках.

Мельницы принадлежали феодалам, на чьей земле они располагались. Население было вынуждено искать так называемые принудительные мельницы для помола зерна, которое было выращено на этой земле. В совокупности с плохой дорожной сетью это вело к локальным экономическим циклам, в которые были вовлечены мельницы. С отменой запрета, население стало в состоянии выбирать мельницу по своему усмотрению, стимулируя технический прогресс и конкуренцию. Такое положение дел было в Европе вплоть до появления двигателей внутреннего сгорания и электродвигателей в XIX веке.

Немецкие энергосберегающие дома "фахверк". В Германии дома с деревянным прочным "скелетом" строили еще с XII века, и немецкое название "фахверк" вместе с технологией распространилось по всей Европе. В Британии и Голландии фахверковые дома стали даже популярней, чем в Германии. Ограждающие конструкции домов "Фахверк" имели неоспоримое преимущество по теплоизоляции, по сравнению с избами, срубами, лачугами с соломенной крышей.

1.3. Современная история энергосбережения

Современную историю энергосбережения можно разбить на 5 этапов: 1965 г., 1973-1991 г. г., 1991-2003 г. г., 2003-2008 г. г. и 2009 г. - по настоящее время. Рассмотрим подробнее каждый из них.

Первый этап или предпосылки для зарождения современной истории энергосбережения

Если не принимать в расчет попыток ограничения потребления энергии после Второй мировой войны, то первый, хоть и несовершенный закон закон Великобритании, регламентирующий теплотехнические характеристики ограждающих конструкций зданий был принят в 1965 году. Примерно в это же время в СССР на съездах КПСС обсуждалось о необходимости снижения удельных энергозатрат на единицу продукции, однако дельных мер предпринято не было ни у нас, ни в других странах.

Второй этап современной истории энергосбережения

Старт второго этапа современной истории энергосбережения (1973-1991) связан с арабо-израильским конфликтом, известным как "Война Судного Дня", нефтяным эмбарго и резким ростом цен на нефть и газ.

В то время ученые вели активные поиски альтернативных источников энергии, разрабатывали конструкции солнечных батарей, ветряных, приливных и геотермальных электростанций, тепловых насосов для использования энергии земли, экспериментировали с биотопливом; активизировались работы по атомной энергетике, разрабатывались различные технологии энергосбережения. К сожалению, большинство работ, начатых в те годы, со временем показали недостаточную эффективность и сверхдолгую окупаемость из-за несовершенных материалов и технологий, имевшихся тогда в распоряжении. Со временем цены на нефть очень быстро стали снижаться и, в конце концов, крупные правительственные дотации на разработку альтернативных и нетрадиционных энергетических ресурсов к середине 80-х годов прошлого века стали сильно сокращаться.

Однако, нефтяной кризис 1973 г. заставил пересмотреть дальнейшие приоритеты развития энергетики и её несовершенства, связанные с использованием углеводородного топлива, и определил наиболее перспективные направления дальнейшей работы. Некоторые исследования продолжились и после прекращения государственной поддержки - частный бизнес понял дальнесрочную перспективность некоторых обнаруженных в те годы подходов и продолжил финансирование многих программ.

На основе всех исследований была разработана целостная идеология экономии энергии. Практика показала со всей очевидностью, что для успешного решения проблем энергосбережения необходим комплексный подход к решению этой задачи; улучшение какого-то одного, отдельно взятого элемента не позволит кардинально снизить энергопотребление, а порой даже может привести и к дискредитации самой идеи энергосбережения. Через десятилетия это подтвердилось на примере массовой кампании по внедрению в РФ энергосберегающих источников света. Да, они без сомнения лучше, эффективнее, чем обычные лампы накаливания. Но они пока значительно дороже, есть трудности с их утилизацией. Кроме того, никто пока не посчитал, какую долю вносили старые лампы в энергобаланс зданий в зимний период.

Важным событием стало и создание крупных исследовательских центров в Европе и США, а также очень динамичных и мобильных команд соответствующих специалистов. В составе знаменитой лаборатории "Lawrence Berkeley National" (LBNL) был организован отдел по энергосбережению в строительстве, основанный Артуром Розенфельдом, который впоследствии будет удостоен Международной премии "Глобальная энергия", являющейся аналогом Нобелевской премией в области энергетики.

LBNL и некоторые специалисты Европы были причастны к самому прорывному достижению 70-80-х годов XX века в оконной отрасли - разработке магнетронного нанесения теплоотражающих покрытий на большеформатные листовые стекла, которые станут неотъемлемым элементом энергосберегающих светопрозрачных конструкций.

За 80-е годы был достигнут значительный прогресс в энергосберегающих технологиях. В этот период стали широко использоваться тепловые насосы, а ветровые генераторы стали совершенно обыденными устройствами в Европе, Японии и США. Появились также современные и очень конкурентоспособные солнечные элементы, специалисты повсеместно взялись за строительство энергоэффективных зданий ("пассивных" домов и домов с нулевым потреблением энергии), впервые массово начали заниматься санацией зданий старой постройки для доведения их до современных требований по энергосбережению.

Также в качестве одного из энергосберегающих мероприятий в зданиях, которое в дальнейшем будет применяться во многих странах, стоит упомянуть инициативу правительств Скандинавских стран, заменявших у граждан за счёт государства старые неэффективные окна на стеклопакеты.

Третий этап современной истории энергосбережения

После начала знаменитой операции США против Ирака "Буря в пустыне" в 1991 году практически стартовал и новый энергетический кризис и начался третий этап истории энергосбережения. Стоимость нефти на некоторое время опять резко выросла и вновь возникла потребность в поисках новых способов экономии энергии.

В то время в Германии возникла и другая проблема, требующая быстрого решения. При объединении Германии в структуру жилищно-коммунального комплекса страны влилось множество зданий в восточной части страны, которые были построены по советским проектам ("хрущевки"). Проведенный в начале 90-х годов комплексный мониторинг показал, что средний расход энергии на отопление, горячее водоснабжение, освещение и другие бытовые нужды в старых зданиях составлял около 280 кВт час/м2год, из них только на отопление не менее 220 кВт час/м2год. В условиях достаточно мягкого климата в Германии и постоянного роста стоимости энергоносителей это было признано совершенно нерациональным.

Жителям Восточной Германии правительство пообещало в кратчайший срок обеспечить такой же уровень жизни, как у граждан Западной Германии. Для решения одной из главных задач в этом направлении возможно было или снести все эти здания, или произвести их реконструкцию.

Тем временем во Франции был разработан документ RT 2000 "Индивидуальные дома без систем кондиционирования воздуха". В соответствии с ним необходимо набрать 20 баллов по следующим разделам:

• теплоизоляция перекрытий, стен и кровли (от 2 до 5 баллов);
• наличие тепловых мостиков в конструкции здания (от 0 до 4 баллов);
• тип оконных конструкций (от 1 до 3 баллов);
• системы вентиляции (от 1 до 4 баллов);
• системы отопления и горячего водоснабжения (от 1 до 6 баллов).

В документе приведены указания по балльной оценке различных технических решений. Дополнительно учитываются также местоположение и ориентация здания по приведенной в указанных Технических рекомендациях методике. Только если в сумме набираются 20 баллов, то проект может быть утвержден. В указанном документе все требования представлены достаточно наглядно и обеспечивают использование эффективных конструкций с гарантированным выполнением требований по экономии энергии.

Подобные документы успешно применяются во многих странах, что помогло в формировании "зеленых" стандартов строительства.

Этот этап продолжался вплоть до 2003 года и отмечен значительно более интересными результатами с точки зрения внедрения новых энергосберегающих технологий.

Четвёртый этап современной истории энергосбережения

Начало четвёртого этапа современной истории энергосбережения в 2003 г. связано не только с военной операцией США в Ираке и Афганистане и последовавшим увеличением стоимости углеводородов, но и с осознанием того факта, что климат планеты достаточно серьезно меняется. А в глобальном потеплении виноваты, в значительной степени, деятельность человека и неконтролируемый выброс двуокиси углерода.

В этот период отмечались значительные успехи в разработке и запуске в массовое производство новых материалов, позволяющих более эффективно использовать солнечную и иные возобновляемые виды энергии. В частности, в Юго-Восточной Азии (Таиланд, Тайвань) было начато производство тонкопленочных солнечных элементов, КПД которых выше традиционных кремниевых, а стоимость существенно ниже. Это предопределило "взрывной" характер роста применения фотоэлектрических систем.

В апреле 2004 года юридически заработал подписанный в декабре 1997 г. "Киотский протокол". В этом документе государства взяли на себя обязательства по ограничению выбросов парниковых газов, способствующих повышению температуры на планете, в атмосферу. Также были установлены соответствующие квоты и разработаны основные принципы рынка вредных выбросов: развитые страны, обеспечивающие подавляющее производство СО2, имеют возможность покупать определенное количество выбросов у стран, которые имеют "свободные", невыработанные объемы СО2. Однако, только после ратификации данного документа РФ в начале 2004 г., эти важные межправительственные соглашения смогли начать действовать реально. Киотский протокол до сих пор не ратифицирован США, Китаем и некоторыми другими странами, где объемы выброса в атмосферу парниковых газов значительно превышают установленные для них квоты.

Тем не менее, в связи с тем, что Европа заинтересована в улучшении экологической ситуации на планете, Киотский протокол сыграл очень важную роль в дальнейших шагах Евросоюза в деле энергосбережения. На данном этапе был разработан консолидированный документ 27 стран Евросоюза, известный под условным названием "Программа 20-20-20", который был принят Европейским Парламентом 17 декабря 2008 г.

В 2004 г. Конгресс США, провозгласив выполнение основных положений, принял новый документ "Energy Act 2004", а также разработал "Дорожные карты" (Road Map) для различных отраслей промышленности. Такие документы имеются практически во всех промышленных отраслях и определяют краткосрочные и среднесрочные конкретные цели энергосбережения. Программа "Energy Act 2004" очень эффективно работает и, несмотря на рост промышленности в США, энергопотребление в целом по стране практически не изменилось по сравнению с 1990 г.

Стоит отметить, и в Евросоюзе, и в США налажена необычайно четкая координация различных мероприятий по энергосбережению не только между странами, но и между отраслями промышленности. Энергосбережение действительно становится основой экономики, и поддерживается большинством граждан стран, несмотря на то, что некоторые новые технологии сегодня все еще значительно дороже традиционных. Подтверждением сказанного является то, что в последние годы во многих странах появляются различные проекты "пассивных" зданий не только малоэтажных, но и высотных, выше 100 м. В них собраны многие достижения и открытия последних лет.

Оконные фирмы также не оказались в стороне. Начиная с 2005 г. большинство ведущих фирм все больше используют энергосберегающие технологии в своей продукции (солнечные элементы в качестве жалюзи или межэтажных заполнений) и представляют осуществленные проекты новых зданий с минимальным расходом энергии на их эксплуатацию.

В этот же период ужесточились наказания за нерациональное энергопотребление и увеличились поощрения за рациональное.

Пятый этап или энергосбережение в наши дни

Для РФ этот пятый период новейшей истории энергосбережения можно считать качественно новым, поскольку мы предприняли первые попытки для реального, а не формального развития энергосбережения, хоть и с опозданием на несколько десятков лет. После принятия Федерального закона №261 "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности" в декабре 2009 г., нескольких заседаний Государственного совета, посвященных этому вопросу, соответствующих Постановлений Правительства РФ в январе 2011 г. и начала реализации федеральных и региональных программ по энергосбережению.

Применительно к странам Западной Европы пятый период характеризуется тем, что только в 2009 г. реально начала действовать "Программа 20-20-20", которая была принята Европейским Парламентом ещё 17 декабря 2008 г. Свою лепту также внесли события, случившиеся после аварии на АЭС "Фукусима-1" в Японии в марте 2011 г.

Глава 2. Энергосберегающие технологии в освещении

2.1 Обзор современных энергосберегающих технологий

В связи с появлением проблемы экономии энергоресурсов, за короткое время стали доступными для людей новые способы освещения, помимо ламп накаливания, созданных еще в 19 веке.

За 100 с лишним лет была доработана лампа накаливания, появились газоразрядные лампы, а также светодиоды. Уменьшилось потребление электричества, повысилась яркость, увеличился срок службы. Появилась необходимость безопасной утилизации, так как технологии использовали опасные вещества, такие как ртуть. [16]

Чтобы оценить преимущества новых типов ламп освещения, необходимо вспомнить об особенностях и конструкции классической лампы накаливания.

Лампы накаливания делятся на (расположены по порядку возрастания эффективности):

• Вакуумные (самые простые)
• Аргоновые (азот-аргоновые)
• Криптоновые (примерно +10% яркости от аргоновых)
• Ксеноновые (в 2 раза ярче аргоновых)
• Галогенные (наполнитель I или Br, в 2, 5 раза ярче аргоновых, большой срок службы, не любят недокала, так как не работает галогенный цикл)
• Галогенные с двумя колбами (более эффективный галогенный цикл за счёт лучшего нагрева внутренней колбы)
• Ксенон-галогенные (наполнитель Xe + I или Br, наиболее эффективный наполнитель, до 3х раз ярче аргоновых)
• Ксенон-галогенные с отражателем ИК излучения (так как большая часть излучения лампы приходится на ИК диапазон, то отражение ИК излучения внутрь лампы заметно повышает КПД, производятся для охотничьих фонарей)
• Накаливания с покрытием преобразующим ИК излучение в видимый диапазон. Ведутся разработки ламп с высокотемпературным люминофором, который при нагреве излучает видимый спектр.

Преимущества применения ламп накаливания в освещении:

• высокий индекс цветопередачи, Ra 100
• налаженность в массовом производстве
• низкая цена
• небольшие размеры
• отсутствие пускорегулирующей аппаратуры
• нечувствительность к ионизирующей радиации
• чисто активное электрическое сопротивление (единичный коэффициент мощности)
• мгновенное зажигание и перезажигание
• невысокая чувствительность к сбоям в питании и скачкам напряжения
• отсутствие токсичных компонентов и как следствие отсутствие необходимости в инфраструктуре по сбору и утилизации
• возможность работы на любом роде тока
• нечувствительность к полярности напряжения
• возможность изготовления ламп на самое разное напряжение (от долей вольта до сотен вольт)
• отсутствие мерцания при работе на переменном токе (важно на предприятиях).
• отсутствие гудения при работе на переменном токе
• непрерывный спектр излучения
• приятный и привычный в быту спектр
• устойчивость к электромагнитному импульсу
• возможность использования регуляторов яркости
• не боятся низкой и повышенной температуры окружающей среды, устойчивы к конденсату

Недостатки:

• низкая световая отдача
• относительно малый срок службы
• хрупкость, чувствительность к удару и вибрации
• бросок тока при включении (примерно десятикратный)
• при термоударе или разрыве нити под напряжением возможен взрыв баллона
• резкая зависимость световой отдачи и срока службы от напряжения
• лампы накаливания представляют пожарную опасность. Через 30 минут после включения ламп накаливания температура наружной поверхности достигает в зависимости от мощности следующих величин: 25 Вт - 100 °C, 40 Вт - 145 °C, 75 Вт - 250 °C, 100 Вт - 290 °C, 200 Вт - 330 °C. При соприкосновении ламп с текстильными материалами их колба нагревается ещё сильнее. Солома, касающаяся поверхности лампы мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно через 67 минут.
• нагрев частей лампы требует термостойкой арматуры светильников
• световой коэффициент полезного действия ламп накаливания, определяемый как отношение мощности лучей видимого спектра к мощности, потребляемой от электрической сети, весьма мал и не превышает 4%. Включение электролампы через диод, что часто применяется с целью продления ресурса на лестничных площадках, в тамбурах и прочих затрудняющих замену местах, ещё больше усугубляет её недостаток: значительно уменьшается КПД, а также появляется значительное мерцание света.

Виды энергосберегающих ламп

1. Люминесцентные лампы. Осветительный прибор, в котором светится люминофор в парах ртути. Сейчас созданы компактные лампы для жилых помещений. Эти лампы экономичнее ламп накаливания, но имеют свои недостатки – зависимость от качества подачи сетевой электроэнергии (мерцание), присутствует излучение ультрафиолетового спектра. [17]

1. Дуговые ртутные лампы. Газоразрядные, электрический разряд, в наполненной парами ртути лампе создает свечение. Светоотдача выше, чем в обычных лампах.

1. Галогенные лампы.  Добавление галогенов – йода, фтора, брома, хлора заставляет ярче светиться проводник из вольфрама. Срок службы зависит от сетевого напряжения, подающегося к лампе, если напряжение 220В, лампа перегорает так же быстро, как обычная. Для галогенных ламп используются специальные светильники с трансформатором.

Простая замена устаревших ламп накаливания в вашей квартире – это уже экономичное освещение, которое поможет уменьшить счета от энергосбытовой компании.

Энергосберегающие светильники, требующие конструктивных решений

Движение вперед в области энергосбережения не ограничивается изобретением различного вида энергосберегающих ламп. Разработаны системы для управления освещением и  различные осветительные приборы с применением новых материалов и технологий. [18]

Полые световоды

Представляют собой трубу, диаметром около 1 метра. Внутри труба покрыта светоотражающей пленкой, благодаря которой, передается свет от источника. По всей длине трубы есть щель, в нее вставлены светильники.

При строительстве зданий источник света может подводиться с помощью полых световодов, благодаря чему достигается значительная экономия электрознергии. Их конструкция и отсутствие ограничений на длину,  дает возможность освещения любого сооружения. Особенно удобно при возведении временных зданий, например, выставок в шатрах или палатках.

Зенитные фонари

Давно, около 50 лет, применяются в Европейских странах. Строятся они на крыше здания или в виде окон. Состоят из опорной и светопроницаемой частей. Зенитный фонарь на крыше экономичнее, так как пропускает гораздо больше света. Форма может быть самая разнообразная, все зависит от архитектурного решения.

Зенитные фонари создают экономичное освещение за счет использования дневного света. В них есть система вентиляции здания и дымоудаление. Фонари могут открываться как окна или нет, все зависит от конструкции. Используются при строительстве теплиц, бассейнов, саун, на крышах многоэтажных домов.

Светодиодные светильники

Самые экологически чистые. Основа – светодиоды, представляющие собой, полупроводники. Светодиоды переводят электрическую энергию в световую. Применяются в освещении  промышленных зданий и улиц. Величина светильников несколько миллиметров, они объединяются в модули. Количество светильников в модуле зависит от желаемого уровня освещенности.

Светодиоды не излучают ультрафиолет и инфракрасный свет. Свечение холодное. Экономичность такого освещения, кроме низкого энергопотребления, еще и в том, что не надо заменять весь модуль при истечении срока службе отдельных полупроводников.

Оптоволоконные светильники

Состоят из оптоволоконного кабеля бокового свечения. Нашли применение  для подсветки помещений большой влажности, бассейнов, фонтанов. Благодаря тому, что светильник состоит из отдельных волокон, дизайнеры предлагают множество идей для оформления помещений с применением светящегося оптоволокна.

Системы управления освещением

Пожалуй, самое эффективное энергосберегающее освещение включает в себя несколько различных устройств, в зависимости от цели применения. Устройства – это  датчики движения, освещенности, таймеры, выключатели – автоматические и дистанционные. Этими устройствами управляются светильники, как правило, энергосберегающие.

Установка таких систем, по оценкам специалистов, дает до 60% экономии энергии. Они находят все большее применение для освещения подъездов многоэтажных домов. [17]

2.2 Выполнение программы энергосбережения в электроосвещении

Президентом России Дмитрием Медведевым в 2009 году был предложен ряд мер, направленных на повышение энергоэффективности российской экономики. Он поручил правительству России оперативно принять подзаконные акты, сопровождающие законопроект «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности».

Рассмотрим возможности выполнения программы энергосбережения в электроосвещении. [3]

По всей России для освещения офисов, административных зданий, торговых залов и многих других помещений используются светильники с трубчатыми люминесцентными лампами (ЛЛ) низкого давления. На сегодняшний день это самый распространенный источник света для осветительных приборов в этой области применения.

Совсем недавно на рынке светотехники появился новые эффективные и экономичные источники света – светодиоды (СД). Буквально за несколько лет они нашли широкое применение в сфере светового оформления фасадов, наружного освещения, а также интерьеров. Развитие технологий производства СД достигло того уровня, когда становится возможным их применение и для функционального, общего освещения. СД светильники очень экономичны и имеют большой срок службы. Могут ли они благодаря своим преимуществам вытеснить светильники с ЛЛ из области широкомасштабного освещения общественно-административных помещений?

В таблице 1 приведены сравнительные энергетические и экономические характеристики светильников с ЛЛ и светодиодами для модульных подвесных потолков, которые получили в последние годы массовое применение.

Таблица 1

Как видно из таблицы СД светильники на 15 -25% уступают по световому потоку светильникам с ЛЛ. Светодиоды для уменьшения блескости необходимо закрывать рассеивателем, что влечет за собой снижение КПД светового прибора. Но СД светильники почти в 2 раза потребляют меньше электроэнергии. Замечательно! Проблема энергосбережения решена! Однако следует обратить внимание на стоимость СД светильника. Он более чем в десять раз дороже светильники с ЛЛ! Для широкомасштабного освещения общественно-административных помещений СД светильниками потребуются огромные затраты. Значит данный вид современных высокоэффективных световых приборов не позволит решить задачу по повсеместной экономии в электроосвещении. Что же делать? Есть выход. Можно существенно улучшить светотехнические характеристики и снизить энергопотребление светильников с ЛЛ.

Для этого необходимо усовершенствовать систему питания линейных ЛЛ. В стандартном исполнении обычно светильники с ЛЛ комплектуется электромагнитным дросселем (ЭМПРА), обеспечивающим запуск и поддержание необходимого режима работы ЛЛ. Эта система была разработана и получила широкое распространение во второй половине ХХ века. Она уже довольно устарела, имеет ряд существенных недостатков, но ввиду простоты изготовления и невысокой стоимости применяется и в наше время. В 60-х годах прошлого века было разработано электронное устройство, выполняющее все функции ЭМПРА и значительно улучшающие параметры светильников с ЛЛ. Они получили название Электронный ПРА (ЭПРА). Ввиду сложности изготовления и высокой стоимости в России ЭПРА стали использоваться только в конце 90-х годов. В Европе к 2012 году будут запрещены к применению все виды ЭМПРА. Будут производиться светильники только с ЭПРА. [3]

В таблице 2 приведены параметры зеркального растрового светильника ТМ Технолюкс TLC418 в зависимости от используемого ЭМПРА или ЭПРА.

Таблица 2

Как видно из таблицы 2, использование ЭПРА в светильнике позволило получит экономию электроэнергии от 20% (ЭПРА класса А3) и более (ЭПРА класса А2). Помимо энергопотребления значительно улучшились и другие важные характеристики светового прибора. Еще один важный фактор: если раньше широкому внедрению светильников с ЭПРА мешала более высокая стоимость данной опции, то теперь эта проблема решена. Светильники ТМ Технолюкс TLC418 с ЭПРА класса А3 имеют такую же стоимость, как и светильник со стандартным ЭМПРА класса С. При использовании ЭПРА класса А 2 с еще более лучшими характеристиками стоимость светового прибора возрастает всего на 27%. Плюс потребитель получает гарантию на такой светильник 5 лет.

Исходя из этого, можно сделать вывод: благодаря снижению стоимости современных ЭПРА началось широкое внедрение электроники в светотехнику, что привело к значительному улучшению параметров осветительных приборов, качества освещения и экономии электроэнергии. На сегодняшний день замена всех светильников с ЭМПРА на светильники с ЭПРА является оптимальным решением для решения задачи по энергосбережению. Световые приборы ТМ Технолюкс позволяют сделать это без привлечения дополнительных материальных ресурсов.

2.3 Применение люминесцентных ламп в освещении как одного из эффективных способов сбережения электроэнергии

Люминесцентные лампы позволяют добиться значительной экономии финансовых средств. Они успешно используют в освещении помещений на протяжении последних пятидесяти лет. Современные люминесцентные лампы способны обеспечить свыше 50 суток беспрерывной работы. Благодаря этим характеристикам они чрезвычайно востребованы в заводских цеха, офисах, а также государственных учреждениях. [19]

Люминесцентные лампы характеризуются высокими показателями светоотдачи. Светоотдача люминесцентной лампы примерно в пять раз выше лампы накаливания. Так, например, мощность светового потока 55 ваттной люминесцентной лампы приравнивается к возможностям лампочки накаливания в 225 Вт. Таким образом, применение люминесцентных ламп по сравнению с лампами накаливания позволяет сократить потребление электроэнергии в среднем на 80%.

Качество и уровень освещения при этом не пострадают.

Принципы работы люминесцентных ламп:

• Осветительные приборы состоят из двух основных частей – колбы и цоколя. В колбу люминесцентной лампы закачивают инертный газ и небольшое количество паров ртути.
• Проходящий сквозь газ разряд электричества генерирует ультрафиолетовое излучение. Попадая на поверхность люминофора, нанесенного на стенки колбы, излучение преобразуется в привычный для нас свет.
• Люминесцентные лампы не запитываются от электрической сети напрямую. Для их энергообеспечения используют вспомогательные модули – так называемую пуско -регулирующую аппаратуру (ПРА). ПРА обеспечивают подачу высокочастотного тока до 50 кГц, который гарантирует высокую светоотдачу и предотвращает неприятное мерцание.
• Частое включение-выключение значительно сокращает срок службы люминесцентных ламп.

Кроме того, следует помнить о том, что люминесцентные осветительные приборы не любят высоких температур.

Поэтому, для продления срока их службы предпочтительнее использовать светильники, обеспечивающие охлаждение осветительных элементов. После того, как лампа пришла в негодность, необходимо ее утилизировать. В противном случае не исключена утечка опаснейшего яда – ртутных паров.

Является ли экономия электроэнергии единственной характеристикой, которая отличает люминесцентные лампы от традиционных ламп накаливания?

Чаще всего причиной выхода из строя обычной лампочки является перегорание нити накаливания.

Строение и принцип работы люминесцентной лампы принципиально другие, поэтому срок ее работы в среднем в 6-15 раз дольше, чем у лампы накаливания, и составляет от 6 до 12 тысяч часов (обычно ресурс работы энергосберегающей лампы указывают на упаковке).

Поскольку энергосберегающие лампы нужно заменять значительно реже, их удобно использовать в светильниках, расположенных в труднодоступных местах.

Например, в квартирах или офисах с высоким потолком.

Кроме меньшего потребления электроэнергии энергосберегающие лампы выделяют гораздо меньше тепла, чем лампы накаливания.

Поэтому, их можно смело использовать в светильниках и люстрах с ограничением уровня температуры — в таких светильниках от ламп накаливания с высокой температурой нагрева могут плавиться пластмассовая часть патрона, провод или элементы отделки.

Площадь поверхности люминесцентной лампы больше, чем площадь поверхности спирали накаливания.

Благодаря этому свет распределяется по помещению мягче и равномернее, чем от лампы накаливания, а это, в свою очередь, снижает утомляемость глаз.

Люминесцентные лампы могут иметь разную световую температуру, которая определяет цвет лампы:

• 2700 К — мягкий белый свет,
• 4100 К — дневной свет,
• 6400 К — холодный белый свет (цветовая температура измеряется градусами по шкале Кельвина).

Чем ниже световая температура, тем ближе свет к красному; чем выше — тем ближе к синему.

Таким образом, потребитель получает возможность обогатить цветовую гамму помещения.

Недостатки применения люминесцентных ламп:

• Наверное, главным недостатком всех энергосберегающих ламп является их высокая стоимость.
• Также, потребителям не стоит забывать, что люминесцентная лампа заполнена парами ртути, поэтому нужно избегать ее разбивания в помещении.
• Выбрасывать люминесцентные лампы, как обычные лампы накаливания, нельзя.
• Их нужно утилизировать с помощью компаний, которые на этом специализируются.
• Утилизация не бесплатная, что дополнительно удорожает процесс эксплуатации люминесцентной лампы.

Мифы о люминесцентных лампах

МИФ 1 — ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ЛАМПЫ ИЗЛУЧАЮТ МНОГО УЛЬТРАФИОЛЕТА

Это не соответствует действительности.

Ультрафиолетовое излучение от стандартных люминесцентных ламп очень слабое и не опасно.

Согласно результатам проведенных исследований, человек, проводя восемь часов рабочего времени при свете люминесцентных ламп, получает такое же количество ультрафиолетового излучения, как при нахождении под солнцем в ясный июльский день чуть больше одной минуты. [9]

МИФ 2 — ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ЛАМПЫ МЕНЕЕ БЕЗОПАСНЫ, ЧЕМ ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ

При условии правильного использования люминесцентные лампы можно считать такими же безопасными, как и лампы накаливания.

Наибольшая опасность связана с возможностью разбить лампу.

Однако количество ртути в люминесцентных лампах очень не значительна.

Люминофоры, применяемые в современных люминесцентных лампах, не являются токсичными.

Поэтому можно с уверенностью утверждать, что люминесцентные лампы такие же безопасные, как и лампы накаливания.

МИФ 3 — КОМПАКТНЫЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ ЛАМПЫ СОЗДАЮТ МЕРЦАНИЕ СВЕТА ПРИ РАБОТЕ

Такое мерцание (пульсации) света характерно для ламп, работающих с электромагнитными пускорегулирующими устройствами.

Современные электронные пускорегулирующие устройства работают на высоких частотах (20-30 тысяч герц).

Такое мерцание не заметно для человеческого глаза. К примеру, мерцание обычного телевизора около 100 герц.

В компактных люминесцентных лампах (энергосберегающих лампах) используются только электронные пускорегулирующие устройства, поэтому мерцание, а также шумы отсутствуют.

МИФ 4 — СОВМЕСТНО ИСПОЛЬЗОВАТЬ ЛАМПЫ НАКАЛИВАНИЯ И ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫХ ЛАМП ВРЕДНО ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ

Скорее, наоборот.

Несовпадение частот светоизлучения ламп накаливания и люминесцентных ламп только увеличит световой спектр.

Однако световой поток излучаемый люминесцентными лампа значительно сильнее потока излучаемого лампа накаливания.

Поэтому совместное использование включения люминесцентных ламп и ламп накаливания нецелесообразно.

2.4 Сравнительный анализ люминесцентных ламп и ламп накаливания, применяемых в освещении

Согласно федеральному закону 261 от 23 ноября 2009 года – с 1го января 2011 года на территории РФ запрещена продажа ламп накаливания (ЛН) мощностью 100 Вт и выше. В перспективе – запрет ЛН мощностью 75 Вт с 2013 года и ЛН мощностью 25 Вт с 1го января 2014 года [14].

В связи с этим становится актуальной проблема выбора энергосберегающих источников освещения. В сознании людей в данный момент прочно закрепилось мнение, что энергосберегающие лампы – это только компактные люминесцентные лампы (КЛЛ). Однако, такое мнение ошибочно, так как в семействе энергоэффективного освещения есть и источники света, работающие на других принципах – индукционные и светодиодные лампы.

С точки зрения освещенности, основным параметром любого источника света является световой поток, измеряемый в люменах. Именно этой характеристикой руководствуются при выборе источника освещения. Параметр, связывающий световой поток лампы и ее мощность – световая отдача, измеряемая в Лм/Вт. Она показывает, какая часть электрической энергии преобразуется в световой поток. С этим же параметром тесно связан коэффициент полезного действия лампы. Действительно, чем большее количество полученной энергии будет преобразовано в световой поток, тем выше будет КПД лампы. КПД ламп накаливания очень мал, и составляет в среднем около 5%. Остальная энергия расходуется на нагрев самой лампы. Возможно и создание ЛН с большим КПД, но его увеличение квадратично снижает срок службы лампы и экономически невыгодно. КПД КЛЛ и индукционных ламп – выше в 5-6 раз и их световая отдача составляет около 70-80 Лм/Вт (против 9-17 Лм/Вт у ЛН). Для светодиодов этот параметр варьируется в очень широких пределах и зависит от качества и мощности светодиода. В настоящий момент световая отдача лучших светодиодов доходит до 120 Лм/Вт и имеет тенденцию к повышению (например, около 5 лет назад этот параметр составлял около 60 Лм/Вт), в то время как возможности люминофоров основанных на люминесценции ламп уже практически исчерпаны. [8]

Еще одно заблуждение, которое часто используют в своих доводах противники энергоэффективного освещения – «неестественно холодный свет КЛЛ и СД ламп, напоминающий рабочее помещение». В настоящее время этот довод неубедителен, так как в люминесцентных лампах, путем подбора люминофора можно получить любую цветовую температуру, в светодиодах же подобный подбор осуществляется различным сочетанием полупроводниковых материалов. Стоит отметить, что в санитарных нормах цветовая температура в помещениях строго не регламентируется, но в то же время есть общие рекомендации по ее выбору. Существующие в настоящий момент энергосберегающие лампы полностью им удовлетворяют.

Следующий световой параметр – коэффициент пульсации освещения регламентирован более строго. Согласно ГОСТ 17677-82 он не должен превышать 20% для общественных помещений Большие значения коэффициента пульсации негативно влияют на работу мозга, повышая утомляемость и снижая точность работы человека. Современные исследования доказывают, что абсолютно безвредным для человека можно считать освещение с коэффициентом пульсации не более 5%. Люминесцентные лампы, основным недостатком которых долгое время считалось именно мерцание, благодаря использованию электронной пускорегулирующей аппаратуры (ЭПРА) в настоящий момент уже подходят к этому значению. Стоит также отметить, что коэффициент пульсации столь привычной ЛН составляет около 6%. Особняком здесь стоят светодиоды, которые, вследствие работы от постоянного тока практически не имеют пульсаций (Кп<1%).

И последний световой параметр – индекс цветопередачи, характеризующий уровень соответствия естественного цвета тела видимому (кажущемуся) цвету этого тела при освещении его данным источником света. В санитарных нормах значение этого параметра строго регламентировано. Максимальное требование к индексу цветопередачи установлено для  конструкторских бюро и составляет 80 единиц. Эталоном в данном случае является лампа накаливания, хотя ее спектр в области синих тонов не идеален. В настоящий момент разработаны люминофоры, обеспечивающий индекс цветопередачи до 95 единиц (LUMILUX DE LUX). Для светодиодов этот параметр может быть доведен до 90 единиц путем смешивания трех цветов с одного излучающего кристалла, либо использованием тех же люминофоров.

Следующая группа параметров сравнения – энергетические. Рассмотрим две характеристики, наиболее сильно влияющие на работу энергосистемы – коэффициент мощности и кратность пускового тока. [7]

В бытовых условиях эти два параметра не оказывают сильного влияния, однако они должны быть учтены при проектировании освещения в офисных зданиях, промышленных цехах и других помещениях, где доля осветительной нагрузки составляет заметный процент от общего энергопотребления.

Коэффициент мощности – величина, показывающая отношение активной (расходующейся на работу) мощности к полной потребляемой мощности. Казалось бы, что данная характеристика не имеет экономического смысла, так как реактивная мощность не регистрируется бытовыми приборами учета электрической энергии. Но при низком коэффициенте мощности значительно возрастает реактивная составляющая тока, которая не совершает полезную работу, а циркулирует между источником электроэнергии и потребителем, повышая токовую нагрузку на провода. Подобное увеличение нагрузки должно быть учтено при проектировании электропроводки  и выливается в увеличение сечения токоведущей части провода и усиление его изоляции, что резко удорожает всю конструкцию.

Идеальной с данной точки зрения является лампа накаливания, представляющая собой чисто активную нагрузку, коэффициент мощности которой равен 1. Коэффициент мощности КЛ и ИЛ зависит от используемой ЭПРА. Устаревшие электромагнитные ПРА, которые до сих пор массово используются для пуска люминесцентных ламп и обеспечивают cosφ=0,4-0,5, что очень негативно влияет на всю энергосистему, особенно при наличии большого числа таких светильников. В настоящее время в КЛЛ и ИЛ используются современные ЭПРА, обеспечивающие коэффициент мощности до 0,95. Питание светодиодов осуществляется также не напрямую, а через специальное устройство – драйвер, который и определяет значение коэффициента мощности для данного типа ламп. В настоящее время, для большинства светодиодных ламп, значение коэффициента мощности составляет около 0,92-0,95. К сожалению, какими бы совершенными не были устройства компенсации реактивной мощности в энергосберегающих лампах, значение cosφ=1 для данных аппаратов не достижимо, а дальнейшее улучшение этого параметра значительно увеличит цену лампы.

Следующий важный энергетический параметр – кратность пускового тока. Он также абсолютно не важен в бытовых условиях, но должен быть учтен при проектировании электропроводки и устройств защиты, так как в момент включения большого количества ламп суммарный пусковой ток может достигать очень больших значений и спровоцировать срабатывание защитного устройства. Для ЛН увеличенный пусковой ток объясняется тем, что сопротивление холодной спирали относительно мало в момент включения и дальше увеличивается за счет ее нагрева. По этой причине, пусковой ток может превышать номинальный в 12-20 раз. Длительность пускового тока у ЛН составляет несколько миллисекунд. Пусковой ток КЛЛ обусловлен необходимостью выработки импульса высокого напряжения для зажигания тлеющего разряда в ртути и зарядом конденсатора, обеспечивающего компенсацию реактивной мощности. В связи с этими явлениями пусковой ток КЛЛ может превышать номинальный в 17 раз. Длительность пускового тока составляет несколько миллисекунд.

Намного выгоднее на данном фоне выглядят ИЛ для работы, которых не требуется высоковольтного разряда. Однако и тут есть пусковые токи, связанные, прежде всего с процессами насыщения в высокочастотном трансформаторе. Однако данный процесс проходит за короткое время, что и обуславливает значение кратности пускового тока для данных ламп в диапазоне от 2 до 4, и время его длительности, не превышающее 2-3 миллисекунды. Наилучшим же решением с данной точки зрения является светодиодная лампа, так как в силу своей конструкции светодиоды не требуют пускового тока при включении, сразу переходя на номинальный режим работы.

Следующая сравнительная категория наиболее важна именно с бытовой точки зрения. Это эксплуатационные параметры, включающие в себя срок службы лампы, ее устойчивость к различным воздействиям, а также безопасность.

Срок службы энергосберегающих лам является очень спорным параметром. Для ламп накаливания в силу их распространенности и долгого применения срок службы установлен достаточно точно и составляет около 1000 часов непрерывной работы. Определение срока службы КЛЛ – задача более сложная, так как он зависит от ряда факторов – таких как частота включений/отключений лампы, температура эксплуатации лампы, параметры ПРА. Отрицательную репутацию создали дешевые КЛЛ, в ПРА которых нет устройства для прогрева электродов. Такое удешевление конструкции снижает срок службы лампы при частых включениях в 2-3 раза. Что касается более качественных ламп, то на собственном опыте, я могу утверждать, что срок службы КЛЛ может достигать заявленных 8000 часов и даже превышать эту цифру.

Производители индукционных ламп и светодиодных светильников заявляют рекордные цифры до 150000 часов работы. Нехитрый расчет показывает, что 150000 часов – это более 17 лет непрерывной работы. Разумеется, лабораторные исследования в данной области не проводятся. За это время будут разработаны новые кристаллы, и возникнет необходимость уже в их тестировании. Поэтому срок службы светодиода не может быть гарантирован, а может быть только предсказан, на основании опытных данных, при работе светодиода в режиме перегрузки. Зная срок службы кристалла при токе, превышающем номинальный, с помощью специальных формул можно экстраполировать это число на номинальный режим работы. Отсюда и возникают такие большие цифры. Но, если в случае со светодиодами, подобный перенос физически и математически обоснован, то в случае индукционных ламп гарантировать срок службы в 150000 часов невозможно. Но, нельзя не признать, что, благодаря тому, что ИЛ работает без электродов, срок ее службы будет значительно выше срока службы обычных КЛЛ. Поэтому в данном обзоре остановимся на среднем значении срока службы в 100000 ч для светодиодов и 80000 часов для индукционных ламп. [15]

Теперь рассмотрим устойчивость выбранных ламп к различным внешним воздействиям. Разумеется, наибольшее влияние на устойчивость оказывает светильник, в котором работает лампа. Но в данном сравнении условимся, что лампа работает сама по себе без защит и прочего оборудования. Одна из наиболее частых причин выхода ламп из строя – механическое повреждение. Колбы ЛН выполняются из тонкого стекла, ее повреждение выводит лампу из строя. Аналогично относятся к повреждениям КЛЛ и ИЛ. Светодиодные лампы, как правило, не содержат стеклянных частей, и повредить ее достаточно сложно. К примеру, светодиодная лампа стабильно работает даже после падения с высоты 1,5 метра, чего нельзя сказать о других видах ламп. Следующий тип воздействия – температурное. В нашей стране, в условиях резкоконтинентального климата, температура воздуха может колебаться от -40 до +40 градусов. По опыту долгого использования, можно уверенно сказать, что ЛН испытание температурами выдерживают – они светят как при малых, так и при высоких температурах. Сложнее дело обстоит с люминесцентными лампами. КЛЛ и ИЛ обычного исполнения уверенно работают при температурах в диапазоне от -15 до +40 градусов. При меньших температурах газовый разряд в ртути не начинается и лампа просто не загорится. Впрочем, существуют лампы обоих типов, рассчитанные на более широкий температурный диапазон. Со светодиодами ситуации прямо противоположная. Холод никак не мешает им работать, но при повышении температуры кристалла выше 50°С происходит тепловой пробой и светодиод выходит из строя. Учитывая нагрев самого светодиода при работе, верхняя планка рабочей температуры светодиода – около 30°С. Еще один тип воздействия, скорее внутренний, чем внешний – нестабильность питающего напряжения. ЛН может работать как в глубоком недокале, так и при повышенном напряжении, однако стоит помнить, что срок службы такой лампы находится в обратной квадратичной зависимости от приложенного к ней напряжения. Для остальных типов ламп устойчивость работы при различных напряжениях определяется качеством элементной базы ПРА или драйвера лампы. Единственной оговоркой является то, что при напряжении, меньше номинального на 20% КЛЛ и ИЛ не загорятся. Наконец рассмотрим самый важный из параметров данной категории – безопасность ламп. Световые нормы были рассмотрены выше, здесь же обратим внимание на опасности во время эксплуатации. Лампу накаливания можно считать абсолютно безопасной – она не содержит ядовитых веществ, и причинить себе вред, можно только порезавшись об осколки этой лампы. Светодиодные лампы еще более безопасны, так как не содержат даже стеклянных составляющих. Принцип работы КЛЛ и ИЛ подразумевает наличие в них ртути. Стандартная КЛЛ содержит около 2-6 мг ртути, ИЛ около 1-2 мг. Ртуть – вещество I класса опасности, ПДК ртути составляет 0,0003 мг/м3 для жилых помещений и 2,1 мг/кг для почвы. Из этих цифр наглядно видно, что в случае повреждения колбы КЛЛ или ИЛ необходима демеркуризация помещения, а также необходимы специальные пункты по утилизации таких ламп, в то время как отработавшие ИЛ и светодиодные лампы могут быть утилизированы с обычными бытовыми отходами. Но ситуация не настолько ужасна, как кажется на первый взгляд – в настоящее время уже начат выпуск КЛЛ по технологии Amalgam, ртуть в них содержится в виде твердых соединений и при повреждении колбы пары ртути не распространяются по помещению. Еще одним вредным фактором люминесцентных ламп является паразитное УФ излучение, делающее их нежелательными для использования вблизи человека.

И последняя, наиболее важная категория параметров – экономические. Для наглядности сравнения привяжем его к реальной ситуации. Пусть стоит задача освещения подъезда пятиэтажного жилого дома в ночные часы. Необходимое число светильников – 12, световой поток от каждого из них -1000 Лм. Время работы – 4258 часов в год. Для освещения на базе ЛН выберем лампы мощностью 100 Вт и простейший светильник для нее. Для варианта с КЛЛ – лампы мощностью 11 Вт и светильником ЛПБ 01-11-001, для светодиодного освещения – светильник Sveteco 8/968/10/220AC/Д/О со встроенным датчиком звука, для индукционной лампы – лампу мощностью 23 Вт и простейший светильник. Результаты расчета приведены в таблице 3.

Таблица 3

Расчетные формулы представлены ниже.

Затраты на замену ламп:

,                                                (1)

где tр.л =4258 – время работы лампы, ч/год;

tсл.л – срок службы лампы, ч;

m – количество ламп/светильников, шт;

Рл – цена одной лампы, руб;

Рсв – цена светильника, руб;

tр.св – время работы светильника, ч/год;

tсл.св – срок службы светильника, ч.

Затраты на облуживание:

,                                                                (2),

где Рраб=70 руб/час – цена рабочего времени;

tзам=0,5 ч – затраты времени на замену одной лампы.

Затраты на обслуживание:

.                                                                                (3)

Расход электрической энергии:

,                                                                        (4)

где Wл – энергопотребление одной лампы, Вт

Цена потребленной электрической энергии:

                                                                        (5),

где Рээ=1,87 руб./кВт⋅ч. – цена электрической энергии.

Расходы на утилизацию:

                                                                        (6),

где Рут=25 руб./шт. для люминесцентных ламп 0 руб./шт. для ЛН и светодиодных светильников.

Капитальные расходы:

                                                (7)

Ежегодные расходы:

.                                                                        (8)

Разница в капитальных расходах, а также ежегодная экономия и срок окупаемости рассчитана относительно варианта с ЛН. На данный момент – наиболее выигрышным вариантом является освещение на базе КЛЛ, однако развитие и удешевление светодиодных технологий уже сейчас позволяет подобрать вариант светодиодного освещения, не уступающий по экономическим параметрам. Индукционные лампы пока отстают, но данное обстоятельство связано только с их относительной редкостью.

Комплексно анализируя различные виды энергоэффективного освещения – невозможно выбрать какой-либо один наиболее выигрышный вариант.

На данный момент с небольшим отрывом наибольшими преимуществами обладают КЛЛ, но они уже практически достигли апогея в своем развитии, в то время как светодиодная индустрия только начинает развиваться и дополнительные инвестиции в данную отрасль, только ускорят это развитие. Индукционные лампы в настоящее время еще мало распространены и малоизученны потребителем, однако со временем они займут свою нишу, как например замена морально устаревшим натриевым уличным фонарям. [2]

Заключение

Организация энергосбережения в масштабах страны - задача чрезвычайно сложная. В России нет опыта осуществления столь значительных проектов при отсутствии жесткой властной вертикали. В то же время энергосбережение из популярного лозунга постепенно превращается в насущную необходимость. Недостаток электрических мощностей и природного газа в периоды сильных похолоданий, глобальная борьба с выбросами парниковых газов диктуют необходимость кардинального изменения отношения к энергосбережению. [1]

В этот процесс должно быть вовлечено большинство органов власти, все организации и граждане. Столь масштабная проблема может эффективно решаться в каждом муниципальном образовании, регионе и в целом по России только программными методами с четким выделением задач для каждого уровня. Статус Программ энергосбережения должен стать даже выше, чем у Программ развития коммунальной инфраструктуры, т.к развитие коммунальных систем может осуществляться одновременно и путем энергосбережения, и созданием новых мощностей. Снижение потребления энергоресурсов и увеличение мощности систем энергоснабжения - это взаимоувязанные процессы и должны рассматриваться при энергетическом планировании совместно.

Современные технологии освещения уверенно обходят классическую лампу накаливания по всем показателям экономичности, но в других случаях могут проявлять худшие характеристики.

Только лампы накаливания могут передавать большую часть спектра видимого излучения, в следствие чего свет этих ламп более комфортен.

При использовании ламп накаливания не используются опасные для человека и окружающей среды вещества, типа ртути. Утилизация таких ламп полностью безопасна. [18]

Производство ламп накаливания длится уже более 100 лет, поэтому они до сих пор самые дешевые.

На основании всех характеристик рассмотренных выше ламп, можно отметить светодиоды как самый лучший способ освещения, так как сочетает в себе хорошее освещение, экономичность, экологичность и неприхотливость в качестве электричества.

Список литературы

1. Айзенберг Ю.Б. Современные проблемы энергоэффективного освещения. Энергосбережение. 2009. №1. С. 42-47.
2. Айзенберг Ю.Б. Энергоэффективное освещение. Проблемы и решения /Ю. Б. Айзенберг, О. В. Малахова // информационный бюллетень "Энергосовет", № 6 (11), 2010 г.
3. Бедретдинов Р. Энергосбережение в освещении. http://expertunion.ru/metodiki-osvescheniya/energosberezhenie-v-osveschenii.html 
4. Жилко, В.В. «Физика, учебное пособие для 11 класса»/ В.В. Жилко, Л.Р.Маркович. - Мн.: Народная асвета, 2009.-255с.
5. Жилко, В.В. «Физика, учебное пособие пособие для 11 класса»/ В.В. Жилко, Л.Р.Маркович. - Мн. :Народная асвета, 2002.-374с.
6. Кабардин О.Ф. «Физика» /О.Ф.Кабардин.-М.:Просвещение,1991.-367с.
7. Кравченя Э.М., Козел Р.Н., Свирид И.П. Охрана труда и энергосбережения. – М.: ТетраСистемс, 2008. – 245 с.
8. Митрофанов С.В, Валиуллин К.Р. Энергосберегающие технологии в освещении. Материалы Всероссийской научно-методической конференции «Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры». Оренбург, 2017.
9. Свидерская О.В. Основы энергосбережения. Ответы на экзаменационные вопросы. – М.: ТетраСистемс, 2008. – 341 с.
10. Современные технологии освещения: вперед в будущее. https://www.pravda.ru/navigator/sovremennye-tekhnologii-osveshchenija.html
11. Спиридонов А.В.. Что немцу хорошо, то русскому - лень? // Строительный эксперт. - 2011. - № 09-10.
12. Технологии древних цивилизаций. http://visions-new.com/59745-texnologii-drevnix-civilizacii-full.html?fa821dba_ipp_uid2=7jHFWLVWfU7ahCOb%2fYRodRgln0WAsPc9D99S3pA%3d%3d&fa821dba_ipp_uid1=1493720331845&fa821dba_ipp_key=1493720331846%2FlQH5zHJ81ekDyDCs0hfXoA%3d%3d 
13. Умяров X.Б.. Великий шёлковый путь: вихри в колодцах // Техника молодежи. - 2008. - № 8 - с. 20-23.
14. Федеральный закон Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. N 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации " Ст. 10.
15. Федоров С.Н. Приоритетные направления для повышения энергоэффективности зданий // Энергосбережение, 2008. - №5. –с.23-25.
16. Щугорева Е. Основные потребляемые ресурсы и энергосберегающие технологии. http://altenergiya.ru/energosberezhenie/energosberegayushhie-texnologii.html
17. Энергосберегающие технологии в освещении. http://market.elec.ru/nomer/24/energosberegayushie-tehnologii-v-osveshenii/ 
18. Энергосберегающие технологии и способы энергосбережения. https://ekolight.ru/statii/energosberegaushie_tehnologii_i_sposobi_energosber 
19. Энергосбережение в освещении. http://www.energo-pasport.com/energosberezhenie-v-osveshchenii/