Аспекты разработки энергоэффективных светотехнических изделий для решения задач повышения энергосбережения

ВЕСТНИК Мордовского университета | 2014 | № 1-2

Энергосбережение и энергоэффективность – наиболее важные и актуальные проблемы энергетики в настоящее время. Одними из главных приоритетов развития нашей страны являются снижение потребления энергоресурсов, а также повышение энергоэффективности всех отраслей промышленности и сельского хозяйства. Именно поэтому президент РФ в качестве основных направлений модернизации и развития технологий и экономики России определил в качестве первоочередных задачи энергоэффективности и энергосбережения. Для их решения необходимо оснастить все объекты народного хозяйства приборами учета потребляемых энергоресурсов, последо- вательно перейти к энергосберегающим источникам света (ИС) и световым приборам (СП) на их основе.

Световые технологии дают возможность экономить до 40 % потребляемой электроэнергии, что в мировых масштабах составит порядка 100 млрд. евро в год. В экологическом отношении это способствует уменьшению выбросов вредных газов в атмосферу на сотни млн. тонн в год, сбережению электроэнергии свыше 2,1 ТВт и экономии до 1,6 млрд. баррелей нефти [1]. Согласно оценкам экспертов, в России применение энергосберегающих осветительных технологий, мероприятий и программ сэкономит более 250 млрд. рублей в год,

а выбросы углекислого газа уменьшатся на 20 млн. тонн.

Продукция отечественного производства составляет примерно половину всех светотехнических изделий, таких как ИС, источники питания, светильники и комплектующие. Однако до сих пор значительную часть этой продукции составляют устаревшие изделия, например, лампы накаливания общего назначения, люминесцентные лампы первых двух поколений, электромагнитные ПРА (запрещенные во многих странах) и т. д. [3].

Экономия электроэнергии в осветительных установках (ОУ) имеет большое значение, поскольку в России для освещения требуется около 14 % всей получаемой электрической энергии. Доля потребляемой электроэнергии ОУ в различных отраслях производства колеблется от 10 до 70 %.

Одной из главных проблем является энергоэффективное освещение с обяза- тельным соблюдением норм освещенности и проектирования освещения. Наиболее распространенными в России продолжают оставаться лампы накаливания общего освещения, на работу которых тратится до 13 % всей электроэнергии. Для уменьшения расхода электроэнергии необходимо повышать световую отдачу и срок службы современных энергоэкономичных ИС, а также уменьшать спад светового потока и их стоимость.

В последнее время на смену ламп накаливания (ЛН) и разрядных ламп (РЛ) приходят светодиоды. Однако эффективность этих источников света существенно отличается. Поэтому решение задач по повышению эффективности СП нужно начинать с обоснованного выбора ИС. Табл. 1 иллюстрирует ситуацию по традиционным средствам освещения (без светодиодов) в 2000 г. и прогноз на 2015 г. в России.

Серия «Естественные и технические науки»

Т а б л и ц а 1

Источники света в России

Тип ИС	Использование в 2000 г., %	Прогноз на 2015 г., %
Лампы накаливания	64,00	40,0
Галогенные лампы накаливания	0,47	1,5
Люминесцентные лампы	26,00	34,0
Компактные люминесцентные лампы	0,05	12,0
Дуговые ртутные лампы	9,00	7,0
Металлогалогенные лампы	0,08	1,5
Натриевые лампы высокого давления	0,40	4,0

Принудительное уменьшение оборота ЛН позволит уменьшить энергозатраты, а с 1 января 2014 г., согласно Федеральному закону, планируется полный запрет на их использование. При этом предполагается, что они будут заменяться только на энергосберегающие лампы, поэтому основными задачами становятся увеличение конкурентоспособности российских производителей световых изделий и их выход на мировой рынок, а также повышение качества систем утилизации ртутных ламп.

Энергосбережение может быть реализовано также за счет оптимизации светотехнической части ОУ и осветительных сетей, систем управления и регулирования освещения, рациональной организации эксплуатации освещения [4]. Для оптимизации светотехнической части ОУ и осветительных сетей необходимо правильно выбрать систему освещения и источники света, схему расположения светильников и их тип, соответствующий особенностям свето-распределения и конструкции.

ВЕСТНИК Мордовского университета | 2014 | № 1-2

Основной тип ламп, используемый в различных учреждениях, – это люминесцентные лампы (ЛЛ). Лампы высокого давления применяются в меньшей степени, в основном для освещения промышленных предприятий, спортивных залов и прилегающей территории.

Современные люминесцентные лампы являются энергоэкономичными источниками света. К их преимуществам относятся:

• 1)    потребление электроэнергии приблизительно на 80 % меньше, чем у ламп накаливания аналогичной яркости;

• 2)    по сравнению с лампами накаливания, срок службы увеличился более чем в 10 раз и составляет примерно 10 000 ч;

• 3)    выделение гораздо меньшего количества тепла;

• 4)    различная цветовая температура;

• 5)    распределение света является более равномерным, чем у ламп накаливания, что уменьшает утомляемость глаз;

• 6)    использование электронной пускорегулирующей аппаратуры позволяет лампе зажигаться и работать без мерцания;

• 7)    широкий диапазон допустимых температур эксплуатации позволяет использовать их как для внутреннего, так и для наружного освещения;

• 8)    компактные размеры энергоэкономичных ламп дают возможность использовать их практически в любых светильниках.

В 2000 г. была создана серия новых энергоэффективных тонких ЛЛ типа Т5, имеющих трубку диаметром 16 мм. Она отличаются высокой световой отдачей, незначительным спадом (не более 5 %) светового потока в течение всего срока службы, возможностью настройки яркости и потребляемой мощности, отсутствием пульсаций. Во многих наиболее развитых странах световые приборы разрабатываются только для ламп типа Т5.

Такие лампы характеризуются очень высокой световой отдачей (90–116 лм/Вт) и большой стабильностью светового потока. Средняя продолжительность горения составляет 16 тыс. ч. Одним из главных достоинств ламп Т5 является меньшее содержание ртути, чем в лампах Т12 и Т8. Эти ИС обладают высоким качеством цветопередачи (индекс цветопередачи Rа>80), могут иметь различную цветность излучения: от тепло-белого с Т = 2 700 К до холодного с Т = 6 500 К. цв                                       цв

Благодаря тому, что в лампах Т5 люминофор покрыт прозрачной защитной пленкой, на него не попадают частицы ртути, вольфрам, что исключает «отравление» люминофора и, как следствие, поддерживает стабильный световой поток. Кроме этого, уменьшение длины ламп Т5 приблизительно на 50 мм облегчает конструирование светильников.

В настоящее время выпускаются три типа таких ламп: нормальные (табл. 2), с повышенной интенсивностью (табл. 3), с повышенной световой отдачей (табл. 4) [2, с. 3].

Т а б л и ц а 2

Световые параметры нормальных ламп Т5

Мощность, Вт	Цветовая температура, К	Длина лампы, мм	Световой поток, лм	Световая отдача, лм/Вт
14	2 700, 3 000, 3 500, 4 000	549	1 350	96
14	6 500	549	1 300	93
21	2 700, 3 000, 3 500, 4 000	849	2 100	100
21	6 500	849	2 000	95
28	2 700, 3 000, 3 500, 4 000	1 149	2 900	103
28	6 500	1 149	2 750	98
35	2 700, 3 000, 3 500, 4 000	1 449	3 650	104
35	6 500	1 449	3 650	104

Световые параметры ламп Т5 с повышенной интенсивностью

Мощность, Вт	Цветовая температура, К	Длина лампы, мм	Световой поток, лм	Световая отдача, лм/Вт
24	2 700, 3 000, 3 500, 4 000	549	2 000	83
24	6 500	549	1 900	79
39	2 700, 3 000, 3 500, 4 000	849	3 500	89
39	6 500	849	3 525	85
49	2 700, 3 000, 3 500, 4 000	1 449	4 900	100
49	6 500	1 449	4 600	93
54	2 700, 3 000, 3 500, 4 000	1 149	5 000	92
54	6 500	1 149	4 750	87
80	2 700, 3 000, 3 500, 4 000	1 149	7 000	87
80	6 500	1 149	6 650	83

Серия «Естественные и технические науки»

Т а б л и ц а 4

Световые параметры ламп Т5 с повышенной световой отдачей

Мощность, Вт	Цветовая температура, К	Длина лампы, мм	Световой поток, лм	Световая отдача, лм/Вт
25	2 700, 3 000, 3 500, 4 000	1 149	2 900	116
25	6 500	1 149	2 750	110
32	2 700, 3 000, 3 500, 4 000	1 449	3 650	114
32	6 500	1 449	3 500	109
45	2 700, 3 000, 3 500, 4 000	1 449	4 900	108
45	6 500	1 449	4 700	104
50	2 700, 3 000, 3 500, 4 000	1 149	5 000	100
50	6 500	1 149	4 750	95
73	2 700, 3 000, 3 500, 4 000	1 149	7 000	95
73	6 500	1 149	6 650	91

Т а б л и ц а 3

Для «тонких» ламп Т5 стали разрабатываться особые светильники с оптимизированными оптическими системами. Они являются плоскими, а также сильно отличаются по светотехническим, эстетическим и конструкционным параметрам от светильников предыдущего поколения с лампами типа Т8; системы автоматического регулирования повышают эффективность их совместного использования.

Применение ламп Т5 с электронным ПРА является важным и перспективным направлением светотехники. Однако, в России на данный момент массовое производство таких ИС освоено не в полной мере.

Таким образом, одной из важнейших задач светотехнической промышленности в России мы считаем развитие производства таких ламп и светильников для них, которые должны иметь небольшие габариты и стоимость.