CC BY
24
УДК 628.9
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ И СВЕТОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В АПК
Вернер Иван Сергеевич
Студент 4 курса кафедры Агроинженерия Красноярского государственного аграрного университета Ачинский филиал Россия, город Ачинск Мальцев Василий Петрович Студент 4 курса кафедры Агроинженерия Красноярского государственного аграрного университета Ачинский филиал Россия, город Ачинск Зайцева Елена Ивановна Научный руководитель Старший преподаватель кафедры Математики и информатики Красноярского государственного аграрного университета Ачинский филиал Россия, город Ачинск
Аннотация: В работе анализируется современное состояние вопроса по источникам излучения, энергосберегающие мероприятия по освещению, возможность создания универсального стенда для изучения характеристик источников освещения.
Ключевые слова: освещение, энергетическая эффективность, облучательные установки, агропромышленный комплекс, энергосбережение.
RESEARCH OF ELECTROTECHNICAL AND LIGHTING CHARACTERISTICS OF THE SOURCES OF RADIATION APPLIED
IN AGRARIAN COMPLEX
Ivan S. Verner
Students of 4 courses of department of Agroengineering of Krasnoyarsk state agricultural university Achinsk branch Russia, city of Achinsk Vasily P. Maltsev, Students of 4 courses of department of Agroengineering of Krasnoyarsk state agricultural university Achinsk branch Russia, city of Achinsk Zaytseva Elena Ivanovna
Research supervisor Senior teacher of department of Mathematics and informatics Krasnoyarsk state agricultural university
Achinsk branch Russia, city of Achinsk
Abstract: In work the current state of a question on radiation sources, energy saving actions for lighting, possibility of creation of the universal stand for studying of characteristics of sources of lighting is analyzed.
Keywords: lighting, power efficiency, irradiating installations, agro-industrial complex, energy saving.
Освещенность - важный фактор производственной и окружающей среды. Не случайно известный французский архитектор Шарль Ле Корбюзье отмечал: «Материалами для застройки городов являются солнце, пространство, растительность, сталь и бетон. Их роль точно соответствует порядку перечисления».
И с его мнением трудно не согласиться - для нормальной жизнедеятельности человека крайне важны солнечные лучи, свет, освещение. Напротив, недостаточные уровни, низкое качество естественной и искусственной освещенности, особенно при выполнении работ, напряжении органа зрения, являются одной из значимых причин ухудшения зрения среди населения, в том числе работающих. Основные количественные и качественные характеристики освещенности могут быть обеспечены правильной эксплуатацией безопасных и соответствующих своему назначению источников света и освещения, а также государственным надзором и контролем за выполнением гигиенических регламентов и норм освещенности.
В настоящее время основная тенденция и важная закономерность развития источников света - это их дальнейшее совершенствование, в том числе повышение экономичности, надежности, эффективности, безопасности, качества цветопередачи. В этом плане следует отметить перспективу внедрения и использования люминесцентных, особенно компактных люминесцентных ламп, возможности регулировки уровней освещенности на основе использования инфракрасных и других датчиков, определяющих присутствие людей в помещении, различных систем управления светом, в том числе дистанционных. Уже сегодня активно внедряется экономически выгодное световодное освещение, создаются управляемые совмещенные системы освещения и передачи солнечного света в помещениях, дистанционное управление лампами. Развитие общества находит выражение в растущей необходимости удовлетворения определенных потребностей. Удовлетворение большей части этих потребностей связано с необходимостью потребления энергии непосредственно либо для производства товаров или оказания услуг. Таким образом, использование энергии является жизненно важным для социально-экономического развития и вносит свой вклад в улучшение условий жизни, повышая комфортность жилья, совершенствуя средства передвижения, облегчая условия труда и т.д.
Одной из основ промышленной цивилизации всегда было крупномасштабное и все возрастающее потребление энергии как в области производства продукции, так и в сфере их потребления. В связи с этим в некоторых странах негативное воздействие на окружающую природу, на человека и его здоровье, вызванное производством и потреблением энергии, достигло угрожающего уровня.
До настоящего времени лишь экономические ограничения или в отдельных случаях трудности с доступом к топливно-энергетическим ресурсам (географического или политического характера) являлись сдерживающими факторами наращивания объемов производства и потребления энергии. Расширение энергетического сектора, связанное с необходимостью удовлетворения возрастающих нужд общества в энергии, рассматривалось как беспредельное.
Повышение энергетической эффективности должно рассматриваться как выявление и реализация мер и инструментов с целью обеспечить удовлетворение потребностей в услугах и товарах при наименьших экономических и социальных затратах на необходимую энергию и при минимальных расходах, необходимых для сохранения природной среды в гармонии с устойчивым развитием на местном, национальном, региональном и мировом уровнях.
Несмотря на весьма существенное замедление с середины 70-х годов темпов роста энергопотребления в промышленно развитых странах, при сохранении существующей динамики к 2030 г. энергопотребление в мире удвоится. Недостаток относительно легко доступных энергетических ресурсов, их концентрация в определенных географических зонах, увеличение стоимости энергоносителей и использование все более опасных видов энергии могут вызывать либо кризисные ситуации и экологические катастрофы, либо замедлить или остановить развитие большей части мира.
Ограничения, связанные с охраной окружающей среды, в сочетании с экономическими и политическими ограничениями в области энергообеспечения существенно влияют на определение стратегии устойчивого развития, то есть стратегии обеспечения необходимого качества жизни всех ныне живущих жителей планеты и будущих поколений и минимизации опасности для окружающей среды, экономических и социальных издержек, связанных с производством и потреблением энергии. Это и есть то, что называется стратегией энергосбережения.
Такая стратегия основана, прежде всего, на серьезном пересмотре самой концепции потребности в энергии. Идея состоит в том, что общественное развитие может обеспечиваться с использованием значительно меньшего количества энергии, чем в настоящее время, при общих издержках также значительно ниже сегодняшних уровней. Это утверждение справедливо даже для стран, использующих самые передовые технологии и располагающие наиболее эффективной экономикой. Промышленно развитые страны, прежде всего те из них, которые используют энергию наиболее неэффективно, могут значительно сократить ее расходование без ухудшения уровня жизни и негативного влияния на экономику. Развивающиеся страны также могут повысить уровень своего благосостояния при более низких темпах роста потребления энергии, чем это осуществлялось в прошлом в развитых странах. И в тех, и в других странах энергосбережение явится важным фактором, улучшающим как экономические показатели, так и состояние окружающей среды.
Энергосбережение - это фактор экономического развития на практике показавший, что во многих случаях дешевле осуществить меры по экономии энергии или вообще избежать ее использования, чем увеличить ее производство. Это означает, что финансовые ресурсы, предназначенные для расширения производства энергии, могли бы быть направлены на другие виды деятельности по повышению жизненного уровня людей. Помимо такого глобального эффекта от высвобождения значительных финансовых ресурсов, весьма велико и непосредственное влияние роста эффективности использования энергии на производственную деятельность в плане повышения продуктивности и конкурентоспособности промышленности. Следует учитывать и тот факт, что развитие национального производства передового энергетически эффективного оборудования позволит выйти с таким оборудованием на зарубежные рынки.
Выгоды от повышения энергетической эффективности для окружающей среды очевидны: энергия, которая приносит наименьший вред окружающей среде, - это та энергия, которую не надо потреблять, а значит и не надо производить. В каждом случае, когда ее потребление для определенных целей будет уменьшаться (за счет улучшения теплоизоляции жилищ, повышения КПД двигателей и т.д.), выбросы загрязняющих веществ будут автоматически сокращаться в соответствующей пропорции. Этот обычный и совершенно справедливый аргумент используется, когда для достижения такого же уровня освещения вместо ламп накаливания рекламируется использование компактных флуоресцентных ламп, благодаря чему существенно
сокращается эмиссия парниковых газов или образование радиоактивных отходов. Повышение эффективности использования топлива и энергии является самым дешевым путем защиты окружающей среды. Кроме того, польза для окружающей среды - это бесплатная награда по сравнению с затратами на меры, специально реализуемые для защиты окружающей среды и контролю за загрязнением. Поэтому энергосберегающие мероприятия должны занимать приоритетное место в государственной экологической политике, а национальная стратегия энергосбережения должна быть составной частью экономических стратегий, обеспечивающих сохранность природной среды и устойчивое развитие общества.
На основании всего сказанного, в лаборатории Ачинского филиала Красноярского ГАУ было решено создать современную светотехническую базу для повышения эффективности работы облучательных установок в АПК.
Были поставлены задачи исследования:
1. Провести анализ современного состояния вопроса по источникам излучения.
2. Дать теоретическое обоснование режимов работы источников излучения при изменении напряжения.
3. Провести экспериментальные исследования по определению рациональных режимов работы источников излучения.
4. Дать рекомендацию по эффективному использованию источников излучения.
На освещение в жилых домах, общественных зданиях, в промышленности и в сельском хозяйстве расходуется значительный объем электроэнергии. Раскрытие больших потенциалов сбережения энергии возможно путем применения инновационных концепций освещения и использования современных энергоэффективных источников света и световых приборов на их основе. Их решением сейчас занимается большое количество фирм и организаций, работающих в области светотехники.
Это является актуальной задачей, поскольку дефицит энергии становится проблемой все большего числа российских городов.
К основным энергосберегающим мероприятиям в области освещения можно отнести:
Использование компактных люминесцентных ламп;
Установка электронных пускорегулирующих устройств;
Применение ламп люминесцентных прямых типа Т5;
Применение светодиодных источников света на сверхярких светодиодах.
Принятие Федерального закона №261 «Об энергоэффективности и ...» способствовало увеличению на российском рынке современных высокотехнологичных ламп. Однако производство современных ламп с высокой световой отдачей в России пока не освоено - в таких категориях, как КЛЛ, МГЛ, НЛВД, СД доля импорта но российском рынке составляет от 90 до 100 процентов.
Подавляющее большинство энергоэффективных источников света функционирует на основе электрического разряда в парах ртути, которая является токсичным веществом и при попадании в окружающую среду может нанести ощутимый вред здоровью человека и окружающей среде. Работы по повышению экологичности таких ламп ведутся по сей день.
Вследствие широкой номенклатуры существующих источников оптического излучения и световых приборов на их основе для повышения их энергоэффективности требуется проведение комплекса исследовательских работ. Это требует определенных затрат времени и средств, поэтому такие задачи возможно решать по мере их возникновения, то ест когда эффективность источника света не соответствует требованиям времени.
Расширяются возможности использования оптического излучения в деятельности человека, это требует создания новых световых приборов и расширения их номенклатуры. В то же время, большое количество световых приборов в помещении загромождает его, соответственно, целесообразно разрабатывать многофункциональные световые приборы.
Использование оптического излучения для технологических целей позволяет повысить эффективность производства той или иной продукции, в частности, это касается животноводства, где ощущается потребность в энергосберегающих и биологически эффективных светотехнических установках.
В исследовании указанных проблем и проявляется актуальность работы.
Преподавателями и студентами Ачинского филиала Красноярского ГАУ разрабатывается универсальный стенд для исследования электрических характеристик энергосберегающих ламп.
Объектом исследования являются четыре источника излучения:
Лампа галогеновая ( HALOGEN CLASSIC A ECO 64547 A PRO ),
Лампа светодиодная ( CLASSIC 12W E27 ),
КЛЛ ( DULUX INTELLIGENT FACILITY )
Индукционная лампа ( VENUS LVD-ZWJY-JY-23 ).
В осветительных приборах широко применяются газоразрядные и люминесцентные лампы разных мощностей с различными типами балластов: электронными, индуктивными. Питание светильников, как правило, осуществляется от фазного напряжения с номинальным значением 220В. Ряд мощностей ламп изменяется в диапазоне от единиц ватт (лампы дежурного освещения) до десятков киловатт (карьерные лампы). Задача исследования электрических характеристик ламп в широком диапазоне мощностей может быть решена с помощью универсального стенда за счет применения сменных шунтов для измерения токов и при решении проблемы гальванической развязки цепей измерения с сетью. При типовых испытаниях светильников исследуется ток лампы, напряжение на лампе, мощность светильника, изменение этих характеристик во времени. Теплофизические процессы при газовом разряде отражает вольтамперная характеристика лампы.
При разработке стенда предусмотрено создание двух групп испытуемых ламп с разными режимами работы - часть из них должна работать при фиксированном напряжении питания и неизменных тепловых условиях, а другая часть должна находиться в режиме коммутации с довольно быстрым характером остывания. Та часть, которая постоянно переключается -разделена на две равные группы с переключением в противофазе - так можно снизить броски тока потребления и уменьшить девиацию светового потока от стенда.
Для области постоянно горящих ламп температура воздуха в блоке на 15 градусов превышает окружающую среду и является стабильной все время тестирования. Температура блоков электроники КЛЛ оказалась еще на 12-18 градусов выше, то есть была примерно 55 градусов. Разные лампы характеризуются несколько отличающейся температурой корпуса в месте электроники, но эта разница весьма небольшая.
Испытание на надежность выявило слабые стороны в лампах, на основе испытаний были составлены таблицы и диаграммы.
Экономия при использовании энергосберегающих ламп происходит за счет более длительного срока работы и меньшего потребления электроэнергии. Однако многие люди скептически относятся к такой экономии, мол, хоть и энергосберегающие лампы имеют большой срок службы, но за счет своей дороговизны не окупаются вообще. Результатом наших исследований является подтверждение недостоверности этого факта.
Список литературы:
1. СНиП II-4-79. Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования. - М.: Стройиздат, 1980. - 48 с.
2. Кунгс Я.А. Экономия электрической энергии в осветительных установках: Учебное пособие для вузов/ Я.А. Кунгс, М.А. Фаермарк. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 161 с.
3. Кунгс Я.А. Автоматизация управления электрическим освещением: Учебное пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 112 с.
4. Кунгс Я.А. Энергосберегающие технологии освещения и облучения: Учебное пособие/ Цугленок Н.В., Кунгс Я.А., Михеева Н.Б. - Красноярск: Краснояр.гос.аграр.ун-т.-Красноярск, 2000. - 174 с.
5. http://electricalschool.info/
