CC BY
39СПЕЦИАЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ: МОЛОДЫЕ УЧЕНЫЕ
УДК: 656.07
Кожин В.В.
магистрант VI курса Направление подготовки: Менеджмент Институт экономики и управления Гуманитарно-педагогической академии ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского»,
г. Ялта
Научный руководитель: Казак А. Н. к.э.н., доцент кафедры менеджмента, Институт экономики и управления Гуманитарно-педагогической академии ФГАОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского»,
г. Ялта
ХАРАКТЕРИСТИКИ ВНЕДРЕНИЯ LED-ИСТОЧНИКОВ ОСВЕЩЕНИЯ В ОРГАНИЗАЦИИ НА ПРИМЕРЕ МОДЕРНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ ОСВЕЩЕНИЯ КОРПУСА «ИНСТИТУТА ЭКОНОМИКИ И УПРАВЛЕНИЯ» ГУМАНИТАРНО-ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ АКАДЕМИИ (Г. ЯЛТА)
В исследовании рассматривается возможность и экономическая целесообразность замены устаревших источников освещения новейшими лампами на базе полупроводниковых диодов повышенной яркости (LED — Light-emitting diode). Исследование содержит две части: в теоретической части отражены главные технические характеристики LED. Отмечены и рассмотрены отдельные аспекты применения различных конструктивных особенностей ламп, имеющихся на рынке электротехнических товаров РФ. Практическая часть позволяет отметить перспективы внедрения LED на организационном уровне (на примере положительного экономического эффекта модернизации освещения корпуса Института «Экономики и Управления»).
Ключевые слова: диодный источник света, инновация, модернизация, освещение, полупроводниковый диод, практический подход, технические характеристики, LED, экономический эффект.
В современных условиях развития светотехнической отрасли, создания новых экономичных осветительных приборов, является закономерным интерес организаций различного уровня к новейшим методикам модернизации освещения. Данный подход способствует значительному снижению издержек, вызванных энергетическими затратами, что особенно актуально в настоящее время ввиду повышения интереса корпораций к сбалансированному потреблению ресурсов и повышению экологизации производства. Развитие данной сферы и обусловило актуальность данного исследования.
Теоретические аспекты рассмотрения проблемы внедрения диодных источников подкреплены расчетными данными модернизации системы освещения корпуса Института «Экономики и Управления» («ЭиУ») Гуманитарно-Педагогической Академии, филиала ФГАОУ ВО КФУ им. Вернадского в г. Ялта.
I. Теоретические характеристики применимости LED источников освещения в жилых
и рабочих помещениях
Повышению интереса к новейшим источникам света способствовало снижение стоимости полупроводниковых диодов, что, в частности, позволило использовать их значительно шире, чем обычно. Данные источники обладают широкой гаммой
www.tavr.science
потребительских характеристик, начиная от мощности светового потока, мощности потребления, разнообразием размеров и заканчивая цветом самого излучения.
Определиться с выбором подходящей светодиодной лампы можно ознакомившись с её техническими характеристиками. Они представлены на упаковке и в сокращённом виде на самом устройстве. Основные стандартные характеристики приведены ниже в сравнении с популярными видами люминесцентных ламп.
• Цоколь и тип исполнения корпуса (E27, E14, G5, G13, GU4, GU5.3 (см. Рисунок 1)); Потребляемая мощность 3-20 Вт;
Питаемое напряжение от 12В постоянного до 220В переменного напряжения; Мощность излучения в люменах — 70-90 Лм/Вт; Возможность регулировки яркости; Распределение света;
Диапазон температур рабочей среды (от -50 до +50) Цветовая температура свечения1 (Рисунок 2)
Конструктивное исполнение (позволяет применять LED в различных светильниках).
Рис. 1. Типы цоколей светодиодных ламп [3]
1 Оттенок света по шкале, представленной на Рисунке 2, определяется на основании свечения металла, когда он раскалён до определённой температуры.
Для замены люминесцентных ламп дневного освещения используются светодиоды в трубчатом корпусе с двухштырьковыми выводами 05 и 013 (Рисунок 1)
Рис. 2. Спектр световых температур, которые могут быть воспроизведены LED источниками
света [3]
Температура жёлтого тёплого свечения металла соответствует температуре 2700К (градусов по шкале Кельвина). Для белого цвета дневного освещения соответствует температура 4500-6000К (в физическом плане, соотнесённая с температурой поверхности Солнца). При этом на нижней границе белый свет имеет желтоватый оттенок, а на верхней (выше 6500К) — голубоватый холодный свет.
Цвет излучения подбирается из личных предпочтений или для того, чтобы представить интерьер помещения в наилучшем виде. В рабочих помещениях необходимо исходить из медицинских соображений.
Потребляемая мощность играет существенную роль фактически только для расчета общего потребления освещения в помещении или здании целиком. У всех типов светодиодных светильников, предназначенных для освещения жилых и рабочих помещений, потребляемая мощность варьируется от 3 до 25 Вт. Однозначно и достоверно определить яркость или мощность светового потока по потребляемой мощности нельзя.
Самый значительный для потребителя параметр (ввиду его наглядности) — это мощность излучения света от лампы и её эффективность. Она измеряется в люменах (Лм) или Лм/Вт (прирост светимости в единицу мощности). Второй параметр также определяет отношение мощности излучения к потребляемой мощности, фактически показывая её экономичность (см. Рисунок 3). Более широкие характеристики LED в сравнении с эквивалентной люминесцентной лампой приведены в таблице 1 основной части (см. таблицу 1).
Таблица 1.
Сравнительная таблица технических характеристик светодиодных и люминесцентных ламп (составлено на основании исследования производственных характеристик ламп [2, 3])
Технические характеристики Светодиодная лампа Эквивалентная люминесцентная лампа
Источник света Светодиоды SMD Люминофор
Цвет Холодно-белый Холодно-белый
Цветовая температура 5000-5500К 5000-5500К
Рабочее напряжение АС 220В (120-280В) АС 220В
Рабочая частота 50 Гц 50 Гц
Мощность 10 Вт 20 Вт
КПД 97% 20%
Угол свечения 120 160
Яркость 910 Лм 1300 Лм
Материал Оптический поликарбонат Стекло
Таврический научный обозреватель
www.tavr.science № 2 (7) — февраль 2016
Утилизация Не требуется Требуется
Срок службы до 80000 часов (20 лет) до 10000 часов (1 год)
Пульсации светового потока Отсутствуют Есть пульсации
Работа при пониженных температурах Работают нормально Не работают при 1;о<+5оС
продолжение табл
Снижение светового потока Незначительное Значительное
Работа при снижении напряжения Стабильна Не зажигаются
Потери энергии в ПРА Нет 25%-35%
Ультрафиолетовое излучение Отсутствует Присутствует
Стробоскопический эффект Нет Да
Зажигание Мгновенное 2-3 сек
Чувствительность к частым включениям Отсутствует Высокая
Освещенность — это отношение значения светового потока лампы к площади освещаемой поверхности. Измеряется в «люксах» (Лк)2. По величине освещенности определяют интенсивность освещения той или иной лампы на разных точках поверхности. Для сравнения, нить накаливания в лампе Эдисона-Суона имеет световой поток:
1. 40 Вт — 360 Лм
2. 60 Вт — 600 Лм
3. 100 Вт — 1000 Лм
Лампа накаливания, мощность в Вт
Люминесцентная гампа, мощность в Вт
Светодиодная
гампа, мощность в Вт
Световой поток, Лм
20 ВТ 5-7 ВТ 2-3 ВТ ОКОЛО 250 Лм
40 Вт 10-13 Вт 4-5 Вт Около 400 Лм
60 Вт 15-16 Вт 8-110 Вт Около 700 Лм
75 ВТ 18-20 ВТ 10-12 Вт Около £)00 Лм
100 ВТ 25-30 ВТ 12-15 ВТ Около 1200 Лм
150 ВТ 40-50 ВТ 18-20 ВТ ОКОЛО 1800 Лм
200 Вт 60-80 Вт 25-30 Вт Около 2500 Лм
Рис. 3. Сравнительная характеристика мощности светового потока LED по отношению к люминесцентным ламп и лампам накаливания системы Эдисона-Суона [5]
2 1Лк = 1Лм/1кв.м, т.е. освещенность на поверхности равна 1 (Лк), если световой поток мощностью 1 (Лм) будет падать на поверхность площадью 1 (кв.м.)
При этом на упаковке почти всегда указывается мощность светового потока или эффективность (светоотдача) или же вся сравнительная характеристика с приравниванием её к аналогичной по светимости нити накаливания.
Однако теоретическая часть исследования была бы не полной без приведения положительных и отрицательных характеристик диодных источников света. Положительные:
• Экономичность в плане энергопотребления (3-25 Вт);
• Высокая эффективность в плане светоотдачи на потреблённый 1 Ватт мощности (7090 Лм/Вт);
• Чистый цвет свечения, узкий спектр;
• Отсутствие ультрафиолетового излучения;
• Низкий уровень электромагнитных пульсаций <1%;
• Равномерность светового потока, отсутствие стробоскопического эффекта (мерцания);
• Широкий диапазон оттенков освещения 2700-6700К;
• Рабочий ресурс от 50000 до 100000 часов непрерывной работы (если лампа используется около 5 часов в день, производитель заявляет о сроке работы в 36 лет с потерей светимости на 30%);
• Прочность и разнообразие способов установки;
• Адаптация под любое питающее напряжение (12-220В);
• Гарантии от производителя (от 2-х до 10-ти лет). Отрицательные:
• Достаточно высокая цена;
• Недостаточная изученность влияния на здоровье.
II. Практические характеристики применения LED источников освещения в корпусе
института экономики и управления
В основе расчёта экономической эффективности внедрения LED источников освещения лежат данные, полученные в хозяйственном отделе Гуманитарно-педагогической Академии. Они представлены показаниями электросчётчика в киловаттах по месяцам за учётный период (2014 г.), а также суммой в рублях, уплаченных за потреблённое электричество.
Исходя из предоставленных данных, была вычислена приблизительная сумма затрат Академии по корпусу Института «ЭиУ» на освещение в 2014 году при имеющихся ресурсах осветительных приборов. Именно, приборов, представленных люминесцентными лампами дневного света мощностью 30 и 20 Вт, установленных в потолочные светильники по 4 и по 2 штуки (суммарная мощность светильников 120, 60, 80 Вт). Внешнее освещение не учитывалось, так как оно не задействовано в течение рабочего дня.
На основании исследования расположения светильников в корпусе Института «ЭиУ» было вычислена суммарная потребляемая мощность за период, равный одному рабочему дню (8 часов), за месяц, равный 22 дням и рабочий год, равный 10 месяцам (июль и август не брались в рассмотрение).
Для того чтобы оценить соотношение светового потока (в люменах (Лм)) и мощности ламп различного рода (накаливания, люминесцентных и LED) были изучены данные исследовательских центров Германии, выведены коэффициенты соответствия. Информация, приведённая в таблице №2, даёт наглядное представление о соотношении мощности ламп различного рода.
Таблица 2.
Соотношение эффективной мощности ламп в Ваттах (составлено на основании данных, _полученных немецкими исследовательскими центрами [2,4])_
№ Светодиодная Коэффициент Люминесцентная Коэффициент Лампа
п/п лампа (LED) соотношения лампа соотношения накаливания
1 1 3,00 3 5,00 15
2 3 2,33 7 5,00 35
3 5 2,20 11 4,55 50
4 6 2,00 12 5,00 60
5 7 2,29 16 4,38 70
6 9 2,22 20 4,50 90
7 12 2,08 25 4,80 120
8 15 2,07 31 4,84 150
9 18 2,00 36 5,00 180
Предложенный автором вариант модернизации корпуса представляет собой полную замену всех люминесцентных ламп в аудиториях на аналогичные по форме и характеристикам ЬБО-лампы, имеющие соответствующую светимость, однако, потребляющие в 5,8 раз меньше электроэнергии. При данном варианте становится нецелесообразна замена самих светильников, так как лампы имеют совместимые электроды (Рис.1).
При этом, затраты на осуществление предложенного варианты будут составлять:
1) ¿общ = Кл * Цл ср ,
где: Кл — количество ламп одного порядка мощности и размера (категории) по корпусу, Цл ср — средняя цена одной новой ЬББ-лампы в рамках выбранной категории (мощность+размер).
Показатель Цлср был вычислен на основании анализа ценовых характеристик пяти компаний занимающихся производством ЬББ-ламп и составляет:
- для ламп (по данным рис. 3, мощностью 7 Вт с эквивалентной светимостью для 20 Вт) — 350 руб.
- для ламп мощностью 15 Вт (эквивалентно светимости 30 Вт) — 480 руб.
Для ламп в 7 Вт (Кл вычислено практически):
¿1 = 176 * 350 = 61600 (руб.)
Для ламп в 15 Вт (Кл вычислено практически):
¿2 = 172 * 480 = 82560 (руб.)
Всего:
¿общ = ¿1 + ¿2 = 61600 + 82560 = 144160 (руб.)
Исходя из представленных расчетов, становится известно, что при реализации данного варианта модернизации потребуется единовременно 144 160 руб. на полную замену люминесцентных ламп по корпусу Института «ЭиУ» (при расчете не рассматривались лампы накаливания, которые нецелесообразно заменять в виду их редкого использования).
Исходя из данных оплаты за электроснабжение, возможно вычислить период окупаемости предложенного варианта модернизации. Учитывая, что издержки Института
«ЭиУ» на освещение в год составляют примерно 67 141,89 руб., период окупаемости вычисляется следующим образом:
2) Пок = 10мес / (Зг / Зм) ,
где: Пок — период окупаемости за год (в сравнении с учебным годом), З г — затраты Института в год на освещение, Зм — затраты на предпринятую модернизацию осветительных приборов.
Пок = 10 / (67141,89 / 144160) = 10 / 0,4657456298 = 21,47 (мес.)
Результаты вычислений доказывают, что единовременная замена люминесцентных ламп в корпусе института светодиодными окупится за период в 21,47 месяц или за 1,78 рабочих года.
Кроме того, учитывая уменьшение реально потребляемой мощности без ущерба светимости, целесообразно также провести расчёт снижения энергозатрат по Институту при использовании LED-ламп мощностью 7 и 15 Вт.
Основываясь на расчетных данных, суммарное годовое потребление электроэнергии будет составлять порядка 6392,32 кВт*ч, что при тарифе в 4,22 руб. за кВт для предприятий составит сумму 26 975,59 руб.
Таким образом, благодаря внедрению данного варианта модернизации осветительных приборов в Институте «Экономики и Управления», экономическая эффективность от внедрения LED-ламп составит 40 166,29 руб. в год.
Выводы: На основе анализа различных официальных источников информации были исследованы технические данные, сравнительные характеристики источников освещения. Руководствуясь теоретическими данными, был выделен и сформулирован вариант модернизации системы освещения корпуса Института экономики и управления Гуманитарно-педагогической академии — филиала ФГАОУ ВО КФУ им. Вернадского в Ялте. На примере данного варианта была также исследована целесообразность внедрения новейших экономичных источников освещения в организации для снижения издержек на энергопотребление.
Произведённые расчёты наглядно доказывают экономическую эффективность модернизации, однако без учёта возможных единовременных затрат на переоборудование, ремонтные и монтажные работы.
В заключение, необходимо отметить экологическую составляющую модернизации — LED источники света являются неопасными компонентами среды обитания человека и не несут угрозы окружающей среде ввиду низкой теплоотдачи (благодаря высокому КПД LED (Таблица 1)), а также отсутствию вредных и токсичных веществ3.
Таким образом, применение экологически безопасных источников освещения на основе полупроводниковых диодов позволит снизить не только издержки организации на освещение, но и позволит минимизировать тепловое загрязнение окружающей среды, а также снизить риски химического загрязнения помещений.
Литература
1. LED // [Электронный ресурс ] Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/LED
3 В люминесцентных и энергосберегающих лампах используется вредный люминофор и жидкая ртуть в количестве, сравнимом с медицинским термометром. Из-за этого, люминесцентные и энергосберегающие лампы подлежат обязательной утилизации специализированными службами.
2. Кузнецов Я. Светодиодные лампы для дома: стоит ли их использовать? Теоретические выкладки и практические сравнения различных источников света, применение светодиодных ламп 11.03.2012/Я. Кузнецов// [Электронный ресурс ] Режим доступа: http://electrik.info/main/lighting/501-svetodiodnye-lampy-dlya-doma-stoit-li-ih-ispolzovat.html
3. Светодиодное освещение // [Электронный ресурс ] Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Светодиодное_освещение
4. Сравнение характеристик люминесцентных и светодиодных ламп // [Электронный ресурс ] Режим доступа: http://microel.info/oborudovaniedlaptichnika/svetodiod-luminescent.html
5. Технические характеристики и преимущества светодиодных ламп // [Электронный ресурс] Режим доступа: http://indeolight.com/lampy-i-svetilniki/svetodiodnye/tehnicheskie-harakteristiki - svetodi odnyh-lamp.html
