Снижение расхода электроэнергии в электроустановках зданий - Источники света и их выбор

Для искусственного освещения применяются лампы накаливания и газоразрядные лампы.
Основной частью ламп накаливания является вольфрамовая нить, помещенная в стеклянную колбу, заполненную инертным газом. Температура нити при протекании через нее электрического тока достигает 3000 °C. Лампы накаливания имеют сплошной спектр излучения с максимумом в оранжево-красной области и подразделяются на лампы общего типа и специальные. К последним относятся лампы зеркальные и галогенные.
Характерными особенностями ламп накаливания являются: низкая светоотдача — от 7 до 22 лм/Вт, относительно малый срок службы (1000 ч), высокая чувствительность к изменениям напряжения. Изменения технических параметров ламп накаливания в зависимости от изменений напряжения от номинального значения на ± 1 % составляют: по световому потоку ±3,7%, мощности ±1,5%, светоотдаче ±2,2 %, сроку службы ±14 %.
Несмотря на определенные отрицательные свойства лампы накаливания все еще широко применяются вследствие простоты конструкции, дешевизны, отсутствия специальных пускорегулирующих аппаратов, высокого коэффициента мощности (cos φ=l). Существует большое количество типов ламп накаливания, из которых наибольшее распространение имеют лампы общего назначения мощностью от 15 до 1500 Вт, изготовляемые на номинальное напряжение 127 и 220 В. Чувствительность ламп к изменению напряжения потребовала организации производства ламп общего назначения, рассчитанных на напряжение 127—135 и 215—245 В. В сетях малого напряжения применяются лампы типа МО на напряжение 42, 36¹ , 24 и 12 В, мощностью от 15 до 100 Вт.
Некоторое распространение имеют лампы с криптоновым наполнением мощностью 40, 60, 100 Вт, имеющие световой поток соответственно 460, 790, 1450 лм (при напряжении 220 В).
В некоторых помещениях, например, в салонах, залах, на эстрадах, для освещения иногда используются зеркальные лампы, выпускаемые мощностью от 40 до 1000 Вт с широким, средним и концентрированным светораспределением. Их световой поток на 15—20 % ниже, чем ламп общего назначения, срок службы 750—1500 ч. Преимущество зеркальных ламп состоит в том, что они являются лампами-светильниками и обеспечивают определенное светораспределение, причем сила света мало изменяется с течением времени вследствие малого загрязнения выходного отверстия ламп.
Галогенные лампы накаливания появились относительно недавно. В них применен так называемый вольфрамогалогенный цикл. При этом в колбу лампы наряду с инертным газом добавляют так называемые галогениды (фтор, бром, хлор, йод). Введение в дозированном количестве йода приводит к тому, что пары йода соединяются с распылившимся на стенке колбы вольфрамом и образуют йодид вольфрама, который под влиянием высокой температуры распадается на вольфрам, оседающий на нити, и йод. В результате срок службы лампы возрастает до 2000 ч н светоотдача увеличивается до 22 лм/Вт. Эти лампы получают распространение для освещения эстрад, сцен актовых залов и других крупных помещений.

Не менее 75 % светового потока осветительных установок в нашей стране излучается газоразрядными лампами. Как уже указывалось выше, в зданиях общественного назначения применяются преимущественно люминесцентные лампы, имеющие высокую светоотдачу (до 80 лм/Вт), что позволяет поднять уровни освещенности в 2—5 раз без перерасхода энергии. Промышленность выпускает люминесцентные лампы (прямые V-образные, W-образные и кольцевые мощностью 4—80 Вт). Лампы 4—15 Вт в практике освещения общественных зданий не применяются, они используются в бытовых светильниках. Наибольшую светоотдачу имеют лампы белого цвета типа ЛБ. Световой поток ламп другой цветности ниже. 

¹ Лампы на напряжение 36 В будут заменены в соответствии с международными стандартами лампами на напряжение 42 В.

Так, номинальный световой поток лампы ЛБ мощностью 40 Вт 3200 лм, а лампы той же мощности ЛХБ—2980 лм; ЛДЦ и ЛЕЦ — 2240 лм. Это вынуждает соответственно увеличивать число светильников для создания нормируемой освещенности, поэтому в целях экономии энергии следует во всех случаях предусматривать лампы ЛБ, за исключением тех помещений, где целесообразна улучшенная цветопередача.
С 1985 г. начат выпуск энергоэкономичных люминесцентных ламп диаметром 26 мм мощностью 18, 36 и 58 Вт и увеличенной на 8-10 % световой отдачей по сравнению с лампами диаметром 38 мм мощностью 20, 40 и 65 Вт.
Люминесцентные лампы, как уже говорилось выше, имеют значительное преимущество перед лампами накаливания благодаря высокой светоотдаче, большому сроку службы (12 000 ч). Они менее чувствительны к изменениям напряжения в сети, особенно при температуре окружающей среды 20—25 °C, однако они безотказно включаются только при температуре 10—50 °C.
Наряду с указанными преимуществами люминесцентные лампы не свободны от недостатков:
довольно сложная схема включения, требующая специальной аппаратуры;
наличие пульсаций светового потока, уменьшение которых требует применения специальных мер, таких как включение с индуктивным и емкостным балластами, подключение светильников к двум, а при особых требованиях—к трем фазам сети переменного тока;
высокая стоимость по сравнению со стоимостью ламп накаливания;
наличие высших гармонических составляющих в кривой тока, в результате чего даже при равномерной нагрузке фаз в нулевом проводе электрической сети протекает ток, значение которого при компенсированном пускорегулирующем аппарате (ПРА) достигает 87 % тока в фазах. Это вызывает дополнительные потери энергии и напряжения. В таких трехфазных четырехпроводных сетях сечение нулевого провода, как правило, принимается равным сечению фазных проводов;
наличие помех радио- и телеприему, требующих специальных средств для их ослабления или ликвидации.
Отмеченные недостатки, конечно, перекрываются преимуществами люминесцентных ламп, что и служит основанием для их практически повсеместного применения для общего освещения в зданиях, за исключением вспомогательных и некоторых специальных помещений.

Таблица 3.2. Энергетическая эффективность источников света (средние данные)

Источник света	Относительная уставов· ленная мощность ламп, %	Световая отдача (средняя), лм/Вт	Коэффициент, учитывающий потери в ПРА
Люминесцентные лампы типа ЛВ	100	70	1,2
Металлогалогенные лампы	77	83	1,1
Лампы накаливания при	220	15,3	—
снижении   освещенности
на одну ступень
То же на две ступени	150	15,3	—
То же на пять ступеней	100	15,3	—

  Это позволило использовать в разряде щелочные элементы натрий, цезий, литий и металлы кадмий и цинк, которые в чистом виде разрушают кварцевое стекло, а в виде галогенидов такого действия не оказывают. В итоге резко увеличивается количество химических элементов, используемых для генерации излучения, что позволяет создавать лампы с различными спектрами излучения. Лампы типа ДРИ выпускаются мощностью 250, 400, 700, 1000, 2000, 3000 и 3500 Вт. Они, особенно ДРИЗ с зеркальным отражением, весьма перспективны и для щелевых световодов. Для наружного освещения территорий зданий применяются и широко известные ртутные газоразрядные лампы высокого давления типа ДРЛ. В последние годы для этой цели применяются экономичные натриевые лампы типа ДНаТ.
Для оценки энергетической эффективности можно пользоваться данными табл. 3.2 [11].

Сравнительные расчеты относительной мощности Ротн, %, производятся по следующей формуле:
(3.1)

где а2 и а2 — коэффициенты, учитывающие потери мощности в ПРА источников света 1 и 2; Е1 и Е2 — освещенности, лк; Кз1 и Кз2 — коэффициенты запаса; η1 и η2 — светоотдача, лм/Вт.