CC BY
1
УДК 628.9
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-9-406-407
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ НА ПРИМЕРЕ ГОРОДА БРЯНСКА
И.В. Ворначева, В.В. Степанова
Рассмотрены проблемы внедрения технологий энергосбережения в городах России на примере Брянской области. Даны характеристики современных светодиодных источников света отечественных и зарубежных производителей. Приведен светотехнический расчет уличного освещения в программе DialuxEvo с подбором оптимального варианта светильника.
Ключевые слова: энергосбережение, светотехнический расчет, уличное освещение, DialuxEvo, освещенность, яркость.
Проблема внедрения технологий энергосбережения в России на сегодняшний день является достаточно актуальной. Как показывают исследования, имеется реальная возможность значительно снизить расход электроэнергии в осветительных приборах без ухудшения условий освещения за счет их модернизации.
Эффективной следует считать такую осветительную систему, которая создает высококачественное освещение и сохраняет свои характеристики на протяжении длительной работы при минимальном энергопотреблении. Сегодня в России из-за низкой эффективности источников света и световых приборов затраты электроэнергии на производство световой энергии в 1,5 раза выше, чем в странах ЕС.
Основными причинами этого являются:
- использование малоэффективных светильников;
- использование малоэффективных источников света;
- эксплуатация физически устаревших световых приборов;
- низкий КПД;
- малоэффективное распределение кривой света.
Революцией в области освещения стало развитие инновационных светодиодных технологий, представленных мировыми производителями светодиодов такими, как Cree Lighting (США), OSRAM Opto Semiconductor (Германия), Philips Lumileds Lighting (США), Nichia (Япония), а также отечественными ООО «Технологии света». Преимущества светодиодов перед всеми остальными светильниками аналогами трудно переоценить. Основными из них являются: высокая эффективность, высокая мощность излучения, хорошая цветопередача, высокая надежность, низкая стоимость производства и безопасность для окружающей среды. Также плюсами использования светодиодных осветительных устройств можно назвать:
- экономичность и световая эффективность. Светодиоды по потребляемой энергии экономичней ламп накаливания в 8-10 раз, люминесцентных ламп - в 1,5-2 раза;
- большая светоотдача. Светоотдача ламп - 50-150 Лм/Вт - сравнима со световой отдачей ламп накаливания мощностью 75-100 Вт;
- более качественная цветопередача. Большинство эффективных светодиодов имеют высокую цветовую температуру, часто выше 5000 К и испускают «холодный белый» свет;
- излучение СД близко к монохроматическому, имеется широкий набор СД различных цветов, что позволяет использовать СД в различных устройствах и получать любой цвет излучения сочетанием разных СД;
- высокая устойчивость СД к механическим воздействиям и работоспособность в широком диапазоне температур;
- высокий КПД. Такие компании, как Cree, Nichia достигли уровня КПД 50 % при производстве белых светодиодов;
- срок службы. Минимальное время работы светодиодных ламп, заявленное производителями, 30000 часов, т. е. более трех лет непрерывной работы, что в 30 раз дольше, чем у ламп накаливания. Заявленный срок работы некоторых светодиодных ламп более 100 тысяч часов. Типично все производители указывают 50000 часов;
- безопасность. Светодиодные лампы не требуют специальной утилизации и транспортировки, они безвредны для окружающей среды;
- отсутствие вредных материалов. СД не содержат экологически вредных
компонентов (типа ртути в люминесцентных лампах); не имеют разбивающихся стеклянных баллонов, необходимых в лампах накаливания.
Существующим светодиодам присущи все эти свойства, что позволяет им успешно конкурировать с традиционными осветительными устройствами, такими как флуоресцентные лампы и лампы накаливания.
К недостаткам светильников на базе светодиодов можно отнести необходимость специализированного источника питания и охлаждения.
Особой категорией полупроводниковых осветительных приборов можно считать уличные светильники, поскольку в данном случае добавляется еще необходимость учитывать влияние погодных условий: высокие и низкие температуры окружающей среды, осадки, ветер и т.д.
На начало 2023 года система наружного освещения города Брянска была представлена в основном светильниками ЖКУ, ДНАТ, ДРЛ с мощностями от 70 до 250 Вт, а также светодиодными светильниками мощностью от 70 до 400 Вт. Светодиодные светильники установлены только на центральных улицах областного центра. Экономия электрической энергии без ущерба интересов потребителей может быть достигнута внедрением энергосберегающих технологий и новейших технологических решений в системе освещения, которые опираются на:
- внедрение новейшего светотехнического оборудования, имеющего высокие технико-экономические и эксплуатационные характеристики;
- разработку и внедрение специальных режимов работы осветительных установок, позволяющих снизить электропотребление без ущерба для зрительного восприятия;
411
- применение современных приборов для определения технического состояния светотехнического оборудования с проведением энергоаудита.
На ближайшее время основой экономии электроэнергии должна стать замена малоэффективных ламп на более энергоэкономичные, т.к. в жилом секторе ртутные и натриевые лампы составляют еще значительную часть (в целом по областному центру Брянска более 70%).
В связи с необходимостью экономии электроэнергии в осветительных системах возникает вопрос о влиянии этой экономии на годовое ее потребление, так как при этом происходит сокращение мощности из графика нагрузки в системе электроэнергетики города. Основными критериями выбора массовых источников света для установок освещения являются энергоэкономичность, реальная продолжительность горения, размеры светящегося тела и самой лампы, зависимость работы от климатических условий и требования к ПРА, цветности излучения и стоимость. Сравнительные характеристики светодиодных источников света мировых брендов полупроводниковых осветительных устройств Cree Lighting, OSRAM Opto Semiconductor, Philips Lumileds Lighting, Nichia, ООО «Технологии света» приведены в табл. 1.
Таблица 1
Сравнительные характеристики светодиодных источников света мировых брендов полупроводниковых осветительных устройств Cree Lighting, OSRAM Opto Semiconductor, _Philips Lumileds Lighting, Nichia, ООО «Технологии света»_
Марка светильников Характеристики
Индекс цветопередачи (Ra) Светоотдача, Лм/Вт Угол излучения, ° Цветовая температура, К
Cree Lighting 80 130-140 115 4700—5300
OSRAM Opto Semiconductor не менее 80 108 140 2700—5000
Philips Lumileds Lighting 80 110 120 2700—5000
Nichia 92 160 120 2500—11000
ООО Технологии света 72-90 160 120-145 4000-5000
В условиях импортозамещения очень важно использование светотехнической продукции, разработанной отечественным производителем. Для сравнения были взяты светильники компании ООО «Технологии света» - группа компаний с локализованным производством полного цикла в г. Таганроге Ростовской области, которая обеспечивает полный комплекс услуг по проектированию, строительству, производству и монтажу сетей и светодиодного оборудования. Как видно из табл. 1 характеристики светильников уличного освещения фирмы ООО «Технологии света» соответствуют характеристикам светильников основных мировых разработчиков светодиодной продукции.
При разработке проекта уличного освещения необходимо учесть индивидуальные особенности уличной городской среды. Базой для разработки проекта освещения является светотехнический расчет, целью которого является подбор осветительного оборудования.
Для расчета освещенности и выбора типа светильника использовался программный продукт Dialux Evo, которая обладает возможностью импорта IFC-файлов, что позволяет проводить расчет и сравнивать большое количество вариантов светильников и выбирать среди них оптимальный.
Для расчета светотехнического проектирования была выбрана улица класса Б1 с четырьмя полосами движения (по две полосы в каждую сторону) и разделительной полосой между ними, с двухсторонним расположением светильников (рис. 1).
Рис. 1. Панорама улицы для светотехнического расчета
Расчет освещения дорог состоит из пяти этапов:
1. Подбор стандарта и описание дорожного профиля (рис. 2).
2. Конфигурация осветительной установки (рис. 3).
3. Оптимизация осветительной установки (рис. 4)
4. Экспорт всех результатов в виде файла * .csv.
5. Документация плана.
Полярная кривая распределения света для светильника TL-STREET 120 5К F3 W приведена на рис. 5.
—1 -- Проезжая часть 2 (М1), 70.00 тл Пйфытио: С1Е ЯЗ, ч0: 0.070
=0
Сред, полоса 1
—о Проезжая часть 1 (М4), 70.00 пУ Покрытие: С1Е ЯЗ. 40 0.070
I
Рис. 2. Описание дорожного профиля
УТ000008569 (двухсторонне напротив)
Рас стопинг между мачтами 10000 т
(1] Высом СНТйвОГО ЦвШрЛ 11.000 т
(2) выя»т актового ценгра 0000 т
(3) Наклон консоли ЮЛ*
(4) Длим« к ом солы 0.000 т
Годовые рабочие часы 4000 И: 100.0*, 1ШШ
ВаТТноЛъ ! маршрут 22640.0 ШЛЮТ
иЛДЛ-йЙ аоо/о.»
М««, <кды света к 70*. 4С0 сОЛАп
• к «П1Н1ПМ«. ■ игэрм обрлцпг г 80*: 79.4 йШп
ушан»* ттал <: мши* мртцши . г 90* 8 93 сЛ№п
снч
Кл*сс индекс« осле пмниа 0,5
№ ОБО
Рис. 3. Конфигурация осветительной установки
ВЫ' Светнпъник Ком гик Рэсстояи Высота а Наклон (°) Свес са ЙССТОЯ! Длима 1 0р Расход зи 0е(«8" Мощностью к 1-Цп (ссУт2} 1Ч1_0
•У Не латается партнером ЮЛШх УГО000085С9 1 X 10.000 11.000 10.000 0.000 0.019 0.000 0.0122 906 6.47 22640 7.46 0.В9
V Не является партнером МАШх УГ000008569 IX 10.000 11.000 5.000 0.000 0.009 0.000 0.0129 906 6.47 22640 7.08 0.85
•г не я&ляекя партнере* шаык /ТООООСЙ.%9 IX 10.000 11.000 15.000 0-000 0.028 0.000 0,0119 905 6,47 22640 7.89 0.90
Не является партнером 01А1±к УТ000008569 1 X 10.000 11.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.0141 906 6.47 22640 6.54 0.78
Не является партнером 01Л1ш УТООООС&%9 1 X 10.000 11.000 5.000 0.000 0.009 0.000 0.0129 9« 6.4? 22640 7.08 035
Не является партнером МЛШх УТООООС85С9 1 X 10.000 11.000 15.000 0.000 о.о?а О.СЙО 0.0119 906 6.47 22640 7.59 О.ЭД
Не является партнером ША1ш УТ000008569 1 X 10.000 11.000 10.000 0.000 0.019 0.000 0.0122 906 6.47 22640 7.46 0.89
Не нцлж-кн 01А1их утоооооа%9 IX 10.000 11.000 0.000 одоо 04300 0.000 0,0141 906 6.47 22640 6,54 0.7»
Рис. 4. Оптимизация осветительной установки
' М* II' Г 1Г »
С£>- С>10 СН -ОЧ
Рис. 5. Полярная кривая распределения света для светильника ТЬ-8ТЯЕЕТ120 5К 1'3 Ж
413
Выводы. В результате оптимизации был выбран светильник светодиодный TL-STREET 120 5K F3 W, отвечающий требованиям к необходимой горизонатальной освещенности, освещенности, равномерности яркости, средней яркости, яркости сухого покрытия автомобильных дорог при наименьших затратах электроэнергии. Из вышесказанного следует, что имеются значительные резервы для повышения энергоэффективности наружного освещения при сохранении необходимых качественных и количественных показателей осветительных установок.
Список литературы
1. Сапрыка А.В. Современные технологии в осветительном комплексе города: монография / А.В. Са-прыка, А.В. Белоусов, Р.С. Сингатулин и др. Белгород: Изд-во БГТУ. 2017. 256 с.
2. Вилисов А., Калугин К., Солдаткин В., Перминова Е. Белые светодиоды // Полупроводниковая светотехника. 2012. Т. 4. № 18. С. 14-17.
3. Серебренникова И.В., Маломуж П.А., Солдаткин В.С., Туев В.И. Моделирование световых характеристик светодиода для систем освещения // Технические науки - от теории к практике. 2013. № 21. С. 174-179.
4. Филонович А.В. К использованию скин-эффекта для вихретокового контроля металлических изделий цилиндрической формы / Филонович А.В., Колмыков В.И., Кутуев А.Н., Ворначева И.В. // Известия Юго-Западного государственного университета. 2014. № 5 (56). С. 89-93.
5. Гадалов В.Н. Идентификация размеров дефектов при вихретоковом контроле / Гадалов В.Н., Губанов О.М., Филонович А.В., Ворначева И.В. // Справочник. Инженерный журнал. 2021. № 11 (296). С. 16-19.
6. Шаров Ю.В. Управление качеством электроэнергии / Ю.В. Шаров и др. М.: Изд. дом МЭИ, 2017.
347 с.
7. Филонович А.В. Системный подход к управлению процессами энергопотребления зданий и сооружений / Филонович А.В., Горлов А.Н., Ворначева И.В., Шаповалов В.В., Алымов Д.С., Зайцева А.И. // Естественные и технические науки. 2017. № 11 (113). С. 176-178.
Ворначева Ирина Валерьевна, канд. техн. наук, профессор, и.о. заведующего кафедрой, [email protected], Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,
Степанова Виктория Валерьевна, инженер, Stepanova.viktor@mail. ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет
RESEARCH OF THE POSSIBILITIES OF INCREASING THE EFFICIENCY OF LIGHTING COMPLEXES USING THE
EXAMPLE OF THE CITY OF BRYANSK
I.V. Vornacheva, V.V. Stepanova
The problems of introducing energy saving technologies in Russian cities are considered using the example of the Bryansk region. The characteristics of modern LED light sources from domestic and foreign manufacturers are given. A lighting engineering calculation of street lighting in the DialuxEvo program with the selection of the optimal luminaire option is presented.
Key words: energy saving, lighting design, street lighting, DialuxEvo, illumination, brightness.
Varnacheva Irina Valeryevna, candidate of technical sciences, professor, acting head of the department, [email protected], Russia, Kursk, Southwest State University,
Stepanova Irina Valeryevna,, engineer, [email protected], Russia, Kursk, Southwest State University
