|
ОПЫТ ЭКОНОМИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
В ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВКАХ
Контрольные вопросы к главе 6
Экономия электроэнергии в осветительных установках при одновременном повышении освещенности стала возможной с появлением газоразрядных источников света, более совершенных светильников, средств управления и регулирования освещением, а также благодаря улучшению эксплуатации осветительных установок.
Опыт зарубежных фирм по экономии электроэнергии, расходуемой на освещение, характеризуется в основном внедрением ламп и светильников с повышенными светотехническими характеристиками, а также расширением применения комбинированного освещения и устройств управления осветительными установками. Так, ряд фирм Германии в последние годы стал широко применять для освещения производственных и конторских помещений люминесцентные лампы белого света "де-люкс" типа Th/H, разработанные фирмой Philips (Нидерланды). Световая отдача этих ламп на 60% больше, чем у люминесцентных ламп той же цветности обычного типа.
В ряде американских публикаций уделяется большое внимание вопросам эффективности новых источников света, в частности натриевых ламп высокого давления. По сравнению с ртутными лампами они эффективнее почти в 2 раза.
Еще в 90-х годах фирма General Eleсtrik (США) совместно с фирмой Multi Vapour (США) разрабатывает программу замены источников света в системе наружного освещения, которая рассчитана на 5 лет. За это время в 275 больших и малых городах страны заменено более 40 000 ламп накаливания мощностью 405 и 205 Вт и ламп ДРЛ мощностью 440 Вт на натриевые лампы высокого давления мощностью 100-400 Вт. Некоторые светильники, предназначенные для ртутных ламп, выпускаемые этой фирмой, предполагалось приспособить для натриевых ламп высокого давления. При этом ПРА для ртутных ламп нужно заменить на предназначенные для натриевых ламп. Использование ранее установленных светильников обеспечивает экономию капитальных вложений на замену ламп ДРЛ натриевыми лампами.
Согласно французским источникам, применение высокоэффективных ламп является одним из основных путей экономии электроэнергии. В административно-конторских и рабочих помещениях с высотой потолков до 7 м рекомендуется использовать люминесцентные лампы со световой отдачей 80 лм/Вт. В задымленных и быстро загрязняемых помещениях предлагается использовать натриевые лампы низкого давления со световой отдачей до 180 лм/Вт. В помещениях высотой более 7 м и там, где не предъявляются высокие требования к цветопередаче, рекомендуется использовать натриевые лампы высокого давления со световой отдачей 120 лм/Вт. Для обеспечения хорошей цветопередачи и при применении телевидения рекомендуется использовать металлогалогенные лампы мощностью 400, 700, 1000 Вт.
В целях экономии электроэнергии можно применять криптоновые лампы накаливания, имеющие световую отдачу на 10% выше, чем у ламп накаливания с аргоновым наполнением. Реализация этой меры, по оценке авторов, может дать в целом по Франции экономию электроэнергии около 1 млрд кВт·ч в год. В административно-конторских помещениях замена светильников с лампами накаливания (75 Вт, 850 лм, 1000 ч) на светильники с люминесцентными лампами (20 Вт, 900 лм, 9000 ч) может обеспечить экономию 54% потребляемой электроэнергии.
Одним из широко пропагандируемых и используемых за рубежом путей получения экономии электроэнергии является применение так называемых "экономичных" ламп, позволяющих без фундаментальной реконструкции осветительных установок, а лишь за счет простой замены используемых ламп на несколько менее мощные, но с теми же световыми потоками получать реальную экономию электроэнергии. Такой подход оправдан в тех случаях, когда "экономичные" лампы являются одновременно и усовершенствованными по интенсивности излучения, т. е., потребляя меньшую мощность, дают тот же световой поток, что соответствующие лампы стандартной мощности. При выполнении этого условия экономия электроэнергии может иметь место без ухудшения освещения. Однако это выполняется далеко не всегда.
Фирмой Westinghouse (США) разработаны лампы накаливания с пониженной на 10% мощностью, люминесцентные - на 15%, ДРЛ - на 25%. При этом несколько понижена световая отдача ламп, кроме люминесцентных, у которых она несколько повышена и доходит до 89 лм/Вт. Такие люминесцентные лампы выпускаются под торговым названием "Econ-a watt".
Направление экономии электроэнергии при использовании ламп меньшей мощности рассмотрено в [10], где показана целесообразность применения в административных помещениях люминесцентных ламп мощностью 34 Вт вместо 40 Вт. Технико-экономический расчет показал, что установка новых люминесцентных ламп в те же светильники позволит снизить потребление электроэнергии на 9-28% при весьма малых капитальных затратах и сроке окупаемости в 1,5 года.
Фирмами Silvania, Westinghouse, General Electrik взамен люминесцентных ламп мощностью 40 Вт выпускаются три типа люминесцентных ламп мощностью 34 Вт различной цветности, световой поток которых составляет 97 и 90% потока стандартных люминесцентных ламп мощностью 40 Вт. В режиме 3-часовых циклов горения срок службы этих ламп составляет 20 тыс. ч (по сравнению с стандартными лампами со сроком службы 10 тыс. ч), что также влияет на сокращение затрат на эксплуатацию освещения.
В ряде случаев в зарубежных публикациях приводится опыт применения более совершенных светильников с улучшенными отражающими покрытиями, что повышает эффективность освещения почти вдвое. В качестве одного из примеров можно привести опыт, накопленный в Германии, по модернизации внутреннего освещения с использованием высокоэффективных люминесцентных светильников с зеркальными отражателями. Этот опыт показывает экономическую целесообразность модернизации освещения крупных промышленных предприятий, торговых и других общественных зданий, которые начали функционировать 10 лет назад и более. Однако в ряде случаев существенная экономия электроэнергии и затрат имеет место при модернизации осветительных установок, проработавших всего 5 - 6 лет. Это достигнуто в первую очередь заменой дешевых, но менее эффективных светильников с опаловыми рассеивателями и светильников с диффузными отражателями, в которых были установлены стандартные люминесцентные лампы 65 Вт (световой поток 4 клм), на зеркальные светильники с более высоким КПД и оптимизированным светораспределением, с новыми экономичными лампами мощностью 58 Вт (световой поток 5,3 клм). За счет применения новых светильников и ламп и резкого сокращения (в 3,3 раза) количества светильников в модернизированной осветительной установке капитальные затраты на реконструкцию оказались на 9% меньше, чем затраты на оборудование старой установки. При этом средний уровень горизонтальной освещенности торгового зала увеличился на 9%, равномерность освещенности улучшилась с 1,32 до 1,24, вертикальная освещенность на поверхностях стеллажей выросла на 70%. Годовые эксплуатационные расходы после модернизации освещения уменьшились на 70%, а прямая экономия электроэнергии достигла 72% от потреблявшейся ранее.
Одним из направлений по экономии электроэнергии и затрат на освещение в зарубежной практике является внедрение систем комбинированного освещения. Так, в Германии реализованы установки комбинированного освещения. В установках для общего освещения, обеспечивающего в больших конторских помещениях среднюю освещенность 685 лк, в малых - 380 лк, применены светильники типа "Lumilux" с одной люминесцентной лампой мощностью 36 Вт в трубке диаметром 26 мм, имеющие специальное широкое светораспределение, подключенные к вытяжной ветви системы кондиционирования. На каждом рабочем столе дополнительно установлен светильник местного освещения с одной люминесцентной лампой мощностью 18 Вт с односторонним несимметричным светораспределением, создающий в рабочей зоне стола освещенность не менее 300 лк, что совместно с общим освещением позволяет получать нормируемые уровни освещенности (750-1000 лк для больших помещений и 500 лк - для малых) при меньшей затрате электроэнергии и одновременном повышении качественных характеристик - сферической освещенности и контрастности. Удельная установленная мощность при указанном способе освещения составляет 22 Вт/м2. Для достижения тех же уровней освещенности при одном общем освещении и установке двухламповых светильников со стандартными люминесцентными лампами удельная мощность составила бы 38 Вт/м2. Суммарная экономия электроэнергии при системе комбинированного освещения вместо одного общего составляет 41% первоначального расхода.
Немалое внимание уделяется за рубежом вопросам автоматического управления и регулирования освещения. В Германии, Великобритании, США, Франции за последние годы такие системы широко используются. Так, в Германии в одной осветительной установке, состоящей из 1000 люминесцентных ламп мощностью по 65 Вт, режим включения, отключения и изменения светового потока регулируется 30 тиристорными регуляторами мощностью по 4 кВ·А фирмы Electrosonic (Великобритания). Регуляторы работают в режиме поддержания заданного уровня освещенности при помощи селеновых фотоэлементов и по внешним сигналам переводят осветительную установку из режима автоматической работы в режимы "аварийное освещение" и "выключено". Применение этой системы обеспечивает экономию до 30% электроэнергии.
Известен также опыт Великобритании по рационализации освещения в школьных и адмннистративно-конторских помещениях путем использования автоматических регуляторов освещения. Несколько осветительных установок были снабжены системами автоматического управления, после чего производилась оценка реальной экономии электроэнергии при эксплуатации освещения в течение 18 месяцев. При этом экспериментальные данные совпали с расчетными, экономия электроэнергии составила 30% потреблявшейся ранее. Было выявлено преимущество систем, непрерывно поддерживающих заданный уровень освещенности, перед системами, выключающими искусственное освещение при превышении определенного уровня освещенности либо включающими его при снижении освещенности ниже заданного уровня.
Во многих зарубежных источниках рекомендуется применять так называемую зонную систему внутреннего освещения, при которой помещение разбивается на зоны в зависимости от условий естественного освещения. На рабочих поверхностях каждой зоны автоматически поддерживается требуемый уровень суммарной освещенности от естественного и искусственного освещения, что позволяет снижать освещенность от искусственного освещения в зонах с повышенным естественным освещением. Это достигается установкой в помещениях фотоэлектрических автоматов.
В ряде зарубежных работ описан опыт получения экономии энергии путем совмещения систем освещения и кондиционирования воздуха в зданиях. Рекомендуется использовать тепловое излучение источников света для дополнительного обогрева помещений. Во многих работах описан опыт принудительного охлаждения источников света, что повышает их светотехнические характеристики, удлиняет срок службы ламп и дает возможность целесообразно использовать отводимый нагретый воздух.
Несмотря на замену за последние годы на объектах значительной части ламп накаливания более эффективными и экономичными газоразрядными источниками света, результаты этих работ не обобщены и государственной статистической отчетностью не учитываются, что вызвало значительные затруднения при сборе и накоплении данных. Несомненно, в России реализовано большое количество мероприятий, результаты которых как в области экономии электроэнергии, так и приведенных затрат на освещение остались неучтенными. Поэтому содержание настоящей главы не претендует на полноту освещения вопроса в целом. В главе описывается более или менее подробно работа по экономии электроэнергии в нескольких отраслях народного хозяйства.
Значительная экономия электроэнергии в системе коммунального хозяйства может быть получена за счет регулирования освещения лестничных клеток жилых зданий. В отличие от ламп внутриквартирного освещения, которые включаются и выключаются жильцами по мере надобности и, как правило, выключаются на ночной период, лампы освещения лестничных клеток, холлов, вестибюлей, поэтажных коридоров многих жилых зданий, не снабженных автоматикой управления освещением, обычно остаются полностью включенными на всю ночь, что влечет за собой перерасход электроэнергии. В целях экономии электроэнергии в осветительных установках лестничных клеток можно рекомендовать ряд устройств: включение освещения при помощи кнопочных автоматов типа ПН-2 с выдержкой времени на отключение; централизованное управление при помощи фоторелейных устройств (фотовыключателей), упомянутых выше; централизованное программное управление при помощи фотовыключателей и реле времени.
Кнопочные автоматы необходимо устанавливать на лестничных площадках дома для включения освещения лестничной клетки на 1-3 мин (рис. 6.1). При нажатии кнопки автомата на любом этаже свет зажигается на всех лестничных площадках на время, достаточное для подъема на верхний этаж. В случае необходимости свет может быть включен на более продолжительное время (например, при переноске мебели и т. д.) выключателем, установленным на первом этаже. В отсутствии людей лестничная клетка не освещается. Включение света только на время следования людей создает значительную экономию электроэнергии. Такая схема применяется для домов не выше 5 этажей.
Рис. 6.1. Схема управления освещением лестницы кнопочным автоматом ПН-2: 1 - лампа освещения лестницы; 2 - кнопочный автомат ПН-2; 3 - однополюсный выключатель; 4 - освещение подъезда и вестибюля; 5 - освещение чердака
В домах повышенной этажности (9 этажей и более), на лестницах которых, наряду с рабочим освещением, имеется эвакуационное освещение, целесообразно в ночные часы часть освещения отключать. С этой целью в схему вводится специальное реле времени с часовым механизмом. Оно позволяет в определенное время автоматически отключать рабочее освещение, что также обеспечивает значительную экономию электроэнергии. Благодаря своей простоте, удобству и относительной дешевизне (они окупаются за несколько месяцев) эти устройства наиболее эффективны. В перспективе предполагается более широкое внедрение устройств автоматизации управления лестничным освещением, что по прогнозам будет способствовать существенному снижению расходования электроэнергии на эти цели. Положительный опыт применения средств автоматического управления и регулирования напряжения в осветительных сетях ставит вопросы быстрейшего расширения шкалы и номенклатуры выпускаемых ограничителей, регуляторов и фотоавтоматов.
На смену прожекторам заливающего света с лампами накаливания, которые в течение длительного времени были основным средством освещения станций, пришли мощные дуговые ксеноновые лампы типов ДКсТ-10000 и ДКсТ-20000 в соответствующих осветительных приборах. В последние годы на многих дорогах успешно применяют галогенные лампы накаливания мощностью 1-5 кВт, широко используют ртутные лампы типа ДРЛ, начали применять металлогалогенные лампы типа ДРИ.
Значительное повышение эффективности искусственного освещения производственных помещений с тяжелыми условиями среды (большим содержанием пыли, копоти и т. п.) и с пожаро- и взрывоопасными зонами может быть достигнуто за счет применения комплектных осветительных устройств (КОУ) со щелевыми световодами [10]. Уже накоплен определенный опыт использования КОУ для освещения взрывоопасных нефтеперекачивающих и компрессорных станций на магистральных нефте- и газопроводах страны и некоторых других объектах.
Принципиальная конструктивная схема КОУ со щелевым световодом приведена на рис. 6.2. Световой поток источника света 2, расположенного во вводном устройстве КОУ 1, направляется в канал световода 4. Канал представляет собой полую протяженную цилиндрическую трубу, внутренняя поверхность которой по всей длине покрыта зеркально отражающим слоем, за исключением продольной светопрозрачной полосы - оптической щели 5. В результате многократных отражений от зеркальной поверхности канала и зеркалированного торцевого элемента 6 световой поток источника света через оптическую щель выходит в освещаемое помещение.
Каналы световодов диаметром 275 мм и более выполняются мягкими, из специальной прочной химически стойкой плевки; при меньшем диаметре они могут быть жесткими.
Рис. 6.2. Комплектное осветительное устройство со щелевым световодом: 1 - вводное устройство; 2 - источник света; 3 - прозрачное стекло; 4 - канал щелевого световода; 5 - оптическая щель; 6 - торцевой элемент; 7 - переходный элемент.
При освещении помещений с взрывоопасными зонами вводное устройство с источниками света размещается вне освещаемого помещения (в соседнем невзрывоопасном помещении или снаружи здания). Источники света отделяются от помещения переходным элементом 7 с прозрачными стеклами. При использовании в качестве источников света газоразрядных ламп пускорегулирующие аппараты для них размещаются также вне освещаемого помещения.
Комплектные осветительные устройства со щелевыми световодами с каналами диаметром 275 мм длиной 6 м и диаметром 600 мм длиной 18 м выпускаются ПО "Ватра" (г. Тернополь). В этих световодах используются зеркальные металлогалогенные лампы типа ДРИ3700-1 мощностью 700 Вт и металлогалогенные лампы-фары мощностью 250 и 400 Вт. Вводные устройства световодов имеют степень защиты IP54, что позволяет как устанавливать их в помещениях с тяжелыми условиями среды, так и выносить за наружные стены зданий. Для аварийного освещения в световодах устанавливают лампы накаливания общего назначения или зеркальные лампы.
Годовая экономия электроэнергии от внедрения КОУ на одной нефтеперекачивающей станции составляет 73920-33264 = 40656 кВт·ч (при расчете экономического эффекта от применения КОУ не учитывалась экономия, получаемая от уменьшения установленной трансформаторной мощности). С учетом большого числа взрывоопасных помещений в нефтяной и газовой промышленности, где могут быть внедрены световоды, экономический эффект может составить около 2,5 млн руб. в год. Принимая во внимание фактор надежности, который должен учитывать уменьшение вероятностей аварий из-за отсутствия проводок и светильников во взрывоопасных помещениях, можно рассчитать дополнительную годовую экономию, связанную с уменьшением затрат на ликвидацию аварий.
Определенный опыт совершенствования освещения с использованием КОУ накоплен на предприятиях текстильной промышленности. Основными объектами различения на прядильных и ткацких фабриках являются нити и их переплетения. Для обеспечения высокой видимости нитей и создания комфортных условий искусственное освещение основных цехов текстильных предприятии выполняется светильниками с люминесцентными лампами мощностью 40-80 Вт, установленными поперек рядов технологического оборудования, в виде светящих полос. Осветительные установки состоят из значительного количества двух-четырехламповых светильников, общее количество которых даже на предприятиях средней мощности достигает 45-50 тыс. шт., что затрудняет их эксплуатацию. Задачу усовершенствования освещения пытаются решить, используя газоразрядные лампы высокого давления типов ДРИ и ДНаТ. Возможность концентрации мощности, высокая световая отдача, большой срок службы делают указанные источники света незаменимыми для освещения больших пространств. В то же время применение их для внутреннего освещения текстильных предприятий может оказаться ограниченным, так как не во всех случаях возможны необходимое ограничение слепящего действия и пульсации освещенности, а также компенсация отрицательного воздействия специфического спектра излучения ламп типа ДНаТ на производительность труда и физиологическое состояние работающих.
Для освещения помещений с тяжелыми условиями среды на текстильных предприятиях с успехом могут быть использованы КОУ со щелевыми световодами, позволяющие применять металлогалогенные лампы большой единичной мощности и требуемым образом распределять световой поток. Для выявления целесообразности использования КОУ в цехе нетканых материалов Ивановского камвольно-суконного комбината были проведены их лабораторные и производственные испытания. Изучение полученных эксплуатационных характеристик показало, что за 10 мес. работы КОУ в цехе с содержанием пыли более 5 мг/м3 практически не наблюдалось загрязненности поверхности световода, а следовательно, и снижения освещенности из-за запыления.
В связи с тем, что особенностью щелевых световодов является наличие холодного, без электрического потенциала протяженного канала со степенью защиты вводного устройства IP54, их целесообразно использовать прежде всего в цехах с взрыво- и пожароопасными зонами. К первым в текстильной промышленности относятся приготовительно-прядильные цехи льнофабрик, а ко вторым - большинство основных технологических цехов текстильной промышленности.
Для определения экономической эффективности применения КОУ со щелевыми световодами был выполнен сравнительный проект искусственного освещения приготовительно-прядильного цеха льнофабрики "Красная текстильщица" в г. Нерехте. Результаты расчета показали, что при использовании первых экспериментальных образцов КОУ расход электроэнергии на 18,3% ниже, чем при светильниках с люминесцентными лампами. Стоимость электромонтажных работ при использовании КОУ снижается в 1,3 раза, и, кроме того, в 10 раз уменьшается число точек обслуживания освещения, что приводит к высвобождению обслуживающего персонала. В дальнейшем ожидается снижение годовых затрат за счет утилизации теплоты от мощных источников света путем подключения вводных устройств к вытяжной части системы кондиционирования.
Успешный опыт применения КОУ при освещении взрывоопасных помещений получен и в машиностроении.
Измерения освещенности показали, что ее уровень лежит в пределах нормируемого значения (300 лк) и после 3 лет эксплуатации практически не уменьшился. В течение 3 лет эксплуатации повреждений эластичных каналов не было, несмотря на ежегодные испытания системы пожаротушения. Опыт эксплуатации КОУ показал их большую перспективность, возможность применения практически во всех взрывоопасных помещениях предприятия, КОУ создают в помещениях равномерную освещенность, спектр излучения ламп ДРИ3700-1 близок к дневному, средний срок их службы составил более 6000 ч. Затраты на эксплуатацию оказались значительно ниже, чем для применявшихся ранее светильников Н4Б, ВЗГ. Применение КОУ улучшило условия труда работников, повысило производительность труда и культуру производства. Особо надо подчеркнуть, что в приведенном случае для создания тех же уровней освещенности, что и при использовании светильников, применение КОУ позволило уменьшить установленную мощность освещения приблизительно в 1,8 раза.
Опыт применения КОУ в промышленном освещении показывает, что использование их позволяет: создать высококачественное и безопасное освещение прежде всего взрывоопасных и пожароопасных зон; резко сократить число применяемых для освещения ламп и светильников; снизить эксплуатационные расходы, протяженность и стоимость осветительной сети и трудоемкость работ по монтажу осветительных установок; повысить надежность работы установок благодаря резервированию источников света; в ряде случаев снизить принимаемые при проектировании значения коэффициентов запаса.
Как уже отмечалось, одним из перспективных направлений рационализации освещения является упорядочение управления освещением. В качестве примера рационализации управления освещением можно привести опыт ряда предприятий тяжелого машиностроения, где введен режим частичного отключения освещения цехов во время перерывов между сменами. Производится отключение от 30 до 50% всех светильников в течение 2 ч в сутки. При 260 рабочих днях в году и отключаемой мощности ламп 50 кВт экономия электроэнергии составляет около 26 тыс. кВт·ч в год на один цех, что при работе освещения цеха 16 ч в сутки соответствует около 12% общего электропотребления. В целом по заводу введение режима частичного отключения освещения в периоды между сменами позволило получить около 250 тыс. кВт·ч годовой экономии электроэнергии.
|
