Сравнительный анализ энергоэффективных источников света для частного домовладения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»



УДК 628.97

Сравнительный анализ энергоэффективных источников света для частного домовладения

B. М. Аванесов,

Московский институт энергобезопасности и энергосбережения,

декан энергетического факультета, кандидат технических наук, доцент

C. В. Клюшников,

Московский институт энергобезопасности и энергосбережения, кандидат технических наук, доцент-энергоаудитор

В статье приведён алгоритм оценки эффективности замены устаревших источников света (ламп накаливания) на современные источники (компактные люминесцентные и светодиодные лампы). Критериями оценки могут служить приведённые годовые затраты на покупку и эксплуатацию источников света и срок окупаемости предложенных вариантов замены. Оценка эффективности проводится на примере типовой городской однокомнатной квартиры.

Ключевые слова: источники света, приведённые годовые затраты, срок окупаемости, годовые расходы на эксплуатацию, амортизационные отчисления, капитальные затраты.

Существенную часть в общем энергопотреблении занимает освещение. Это относится не только к промышленным и офисным помещениям, но и к домовладениям в городах и сельской местности. Годовой расход электроэнергии на освещение соответствует 14 % (167,5 ГВт • ч) потребляемой в

стране электроэнергии; из них 15 % приходится на частные домовладения и домохозяйства [1].

Отношение у большинства жителей к вопросам энергоэффективного использования энергоресурсов в целом и к освещению в частности остаётся недостаточно ответственным. Так, 46 % опрошенных считают проблему энергосбережения несущественной для себя; 16 % не намерены приобретать энергосберегающие источники света, так как уверены, что затраты не окупятся; 24 % хотели бы отказаться от ламп накаливания, но этому препятствует высокая цена компактных люминесцентных и светодиодных ламп. Лишь 14 % уже установили у себя энергоэффективные источники света [2]. Для продвижения идей энергосбережения в этом сегменте среди жителей необходима демонстрация конкретной выгоды от экономии.

Для примера рассмотрим типовую однокомнатную квартиру, имеющую коридор (прихожую), кухню, комнату, ванную/туалет. Дополнительно к освещению помещений включены одноламповый торшер и два светильника-бра по одной лампе в каждом. Общее количество источников

света - 16 ламп накаливания мощностью Wлн = 60 Вт каждая, номинальное напряжение питания - 220 В. Для простоты рассуждений примем, что все лампы накаливания однотипны. Распределение светильников по помещениям приведено в табл. 1.

Предположим, что замена всех 16 ламп накаливания на энергоэффективные источники света происходит одновременно. Это необязательное условие, так как невыполнение его не меняет сути результата, но упрощает понимание вопроса.

В качестве традиционного источника света рассматриваются лампы накаливания (ЛН) модели 1МШТ-60 мощностью 60 Вт производителя «Лис-ма»; световой поток - 580 лм, срок службы - 1 год, цена - 15 руб. (согласно прайс-листу компании «Электромонтаж» по состоянию на конец 2013 года). В качестве альтернативного источника исследована компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) фирмы Uniel (Россия-Китай), модель ESL-P55-12 мощностью WKM = 12 Вт; световой поток - 600 лм, цветовая температура Тц - 2750 К, срок службы -18 000 ч, цена - 80 руб. (согласно прайс-листу www.amperkin.ru). Другим энергоэффективным источником света выбрана светодиодная лампа (СДЛ) фирмы Navigator (Китай), модель NLL-A55-8W-230V-2700K-E27 с матовым рассеивателем. Световой поток - 600 лм, срок службы - 40 000 ч, мощность W^ = 8 Вт, цена - 405 руб. (согласно прайс-листу компании «Электромонтаж»). Одним из

Таблица 1

Распределение светильников/ламп Кухня Комната Ванная/ туалет Коридор Торшер Бра

Кол-во светильников/ламп 1/2 1/5 3/1 1/3 1/1 2/1

Итого ламп 2 5 3 3 1 2

шнЕРашРЕтурСШШБЕШШЕтишшэнЕРШшэФФЕшаштишЬ 9

непременных условий корректности проводимого сравнительного анализа является равенство световых потоков источников.

При замене ЛН на современные энергоэффективные логично допустить, что принятию решения о замене источников света являются оценка первоначальных вложений (закупка ламп) и расходы на замену ламп в течение срока эксплуатации светильников, в которых они установлены (эксплуатационные расходы). В связи с этим возникает вопрос, каким экономическим показателем следует руководствоваться при выборе типа альтернативного источника света. На первый взгляд, таким показателем должен служить минимум стоимости энергосберегающих ламп. Опыт показывает, что это не всегда является верным.

Действительно, если исходить из критерия минимума затрат на покупку ламп, то оптимальной по первоначальным экономическим показателям будет закупка самых дешёвых, а значит наименее надёжных источников света, которые характеризуются наименьшим сроком службы. Более дешёвый вариант замены ламп имеет более высокие годовые эксплуатационные расходы по сравнению с дорогими источниками. Разница в расходах на эксплуатацию такого варианта по сравнению с расходами на эксплуатацию более рационального варианта может за несколько лет превысить разницу в первоначальных капиталовложениях сравниваемых вариантов. Это не позволяет считать более дешёвый вариант экономически целесообразным.

Возможно ли сравнить экономичность рассматриваемых вариантов без учёта первоначальных затрат? Такое сравнение является некорректным: при экономической оценке исключение первоначальных затрат не позволяет правильно оценить сроки окупаемости предложенных вариантов и делает процедуру сравнивания осветительных установок бессмысленной.

Вариант замены ЛН на энергоэффективные источники с повышенными первоначальными затратами может быть признан экономически целесообразным лишь при условии, что превышение достаточно быстро окупается за счёт меньших годовых расходов. При оценке экономичности сравниваемых вариантов в рассматриваемой типовой однокомнатной квартире в частности и в домовладениях вообще следует одновременно сопоставлять как первоначальные разовые вложения (капитальные затраты), так и расходы на эксплуатацию (эксплуатационные расходы).

В соответствии с изложенным, примем за критерий экономичности сравниваемых вариантов минимум приведённых (расчётных) затрат Qп [3]. В общем случае приведённые затраты Qп определяются выражением

яп = с + к, (1)

где С - годовые эксплуатационные затраты, руб.;

К - начальные вложения в замену освещения квартиры (капитальные затраты), руб.

Следует ещё раз отметить, что изложенный метод сравнения вариантов замены ламп применим только в тех случаях, когда источники имеют схожие световые потоки.

Годовые расходы на эксплуатацию различных вариантов источников света складываются из следующих основных элементов [4]:

С = Сэ + Сл + Са, (2)

где Сэ - стоимость электроэнергии, израсходованной за год, руб.;

Сл - стоимость ламп, сменяемых за год, руб.;

Са - стоимость амортизации осветительной установки в год, руб.

Стоимость электроэнергии, израсходованной за год, может быть определена как

Сэ = а-^-Т-д, (3)

где !^ис - суммарная установленная мощность источников света, кВт; Т - количество часов использования осветительной установки в год, ч/год; д - стоимость 1 кВт • ч электроэнергии, в

статье выбрана равной 4,01 руб.; а - коэффициент, учитывающий потери электроэнергии в пускорегули-рующих аппаратах источников света (табл. 2).

Таблица 2

Тип источника света Лампы накаливания Компактные люминесцентные лампы Светодиодные лампы

Коэффициент а 1,0 1,09 1,06

Стоимость ламп, сменяемых за год:

где N - количество светильников в данной комнате, шт.;

п - количество ламп в светильнике, шт.;

I - номинальный срок службы лампы, ч;

А - цена одной лампы, руб.

В общем случае, если в помещении несколько различных типов светильников, то произведение N • п должно показывать общее количество ламп, используемых в данном помещении.

Стоимость амортизации осветительной установки (амортизационные отчисления) определяется как часть первоначальных затрат. Сроки службы отдельных элементов светильников в квартире различны. Однако, учитывая, что сравнению подлежат варианты, различающиеся только источниками света, стоимость элементов осветительной установки (электропроводка, щитки, автоматические выключатели и т. д.) принимаем равной и исключаем из сравнения.

Средний срок службы светильника в быту с некоторым приближением может быть принят независимым от конструкции самого светильника и равным 10 годам. Обозначим стоимость светильника Б, а стоимость монтажа М. Амортизационные отчисления на осветительную установку в год можно выразить формулой

Са = 0,1-И-(Б + М).

(5)

С = СЭ+СЛ =а-5Х

■ Т ■ с/ + N ■ п ■ — ■ А.

I

С = N-п-Та-Гис-<7 + у ].

(7)

К = 1,1'И'П'А,

(8)

коридор комната кухня ванная,туалет торшер бра

п

■

II II1

щ

п

5 10 15 20 2

В нашем примере в помещениях не производятся замена светильников и их монтаж, а только замена источников света. Следовательно, в выражении (5) значения слагаемых Б и М равны нулю. Поэтому выражение для годовых эксплуатационных расходов упрощается и принимает вид

(6)

Как отмечалось, Т^ис - суммарная установленная мощность всех источников света в помещении. Исходя из допущения равенства установленной мощности однотипных источников света можно записать, что

^ = N • п^

ис ис

где Wис - мощность одного источника света, Вт. Тогда выражение (6) перепишем в виде

Полученное соотношение (7) является основным для расчёта годовых эксплуатационных расходов для любых типов ламп. Для чистоты рассуждений примем, что исходное состояние освещения в квартире соответствует наличию в светильниках новых ламп накаливания по цене 15 руб., имеющих средний срок службы 1 000 ч.

Капитальные затраты на замену ламп определяются по формуле

где коэффициент 1,1 учитывает расходы на доставку ламп к месту нахождения квартиры.

0 5 10 15 20 24,часы

а б

Рис. 1. Примерное распределение времени работы источников света: а — в выходные дни; б — в будние дни

Для расчёта приведённых затрат по каждому типу источника света необходимо определить величину Т, то есть время работы источника в год. Для этого составим диаграммы учёта времени работы источника отдельно в рабочие и в выходные дни (рис. 1 а, б). Диаграммы составлены отдельно для освещения коридора, ванной и туалета, комнаты, кухни, а также для торшера и двух бра. При их составлении учтены следующие соображения:

- общее время работы источников выбираем как сумму времени работы в будние и выходные дни;

- выбор времени работы достаточно условен и определён исходя из средневзвешенного времени работы осветительных устройств жилого дома, составленного на основе эмпирических данных;

- при определении времени работы источников не учитывалось влияние естественного освещения.

Общее количество времени работы в год для каждой комнаты представлено в табл. 3.

Ежегодные расходы определяем по формуле (7), а капитальные затраты при покупке КЛЛ и СДЛ - по формуле (8). В сводной табл. 4 приведены результаты расчётов.

Из табл. 4 видно, что ежегодные эксплуатационные расходы при использовании КЛЛ составляют только 21 % от расходов на ЛН, а при использовании СДЛ - 16 %.

Таблица 3

Параметр Комната Кухня Коридор Ванная/туалет Торшер Бра

Время работы в год, ч 2 392 1 820 2 600 1 456 1 092 728

Количество светильников И, шт. 1 2 1 3 1 2

Количество ламп в светильниках п, шт. 5 1 3 1 1 1

Примечание: количество недель в году принято равным 52.

шнЕРашРЕтурсшсБЕШШЕтиЕшшэнЕРШшэФФЕшаштишЬ ц

Таблица 4

Помещение Ежегодные расходы на освещение, руб.

Лампы накаливания Компактные люминесцентные лампы Светодиодные лампы

Комната 3 056,98 669,76 502,32

Кухня 930,38 203,84 152,88

Коридор 1 993,68 436,8 327,60

Ванная/туалет 1 116,46 244,61 183,46

Торшер 279,12 61,15 45,86

Бра 372,15 81,54 61,15

Итого 7 748,77 1 697,7 1 273,27

Приведённые годовые затраты для каждого типа источника находим по формуле (1).

Предположим, что первоначально все лампы накаливания закуплены и установлены в светильники одновременно. Найдем капитальные затраты на их приобретение исходя из соотношения (8):

КЛН = 1,1-п^-А = 1,1-16-15 = 264 [руб.].

С учётом данных табл. 4 находим приведённые затраты при использовании ламп накаливания флн

«ЛН = Клн + Слн = 264 + 7 748,77 = 8 012,77 [руб.].

Аналогично находим приведённые годовые затраты при использовании КЛЛ и СДЛ.

Расчётные данные сведены в табл. 5.

Для оценки срока окупаемости того или иного источника света (обозначим эту величину Т0) необходимо учитывать следующее:

1. Срок окупаемости принятого решения определяется моментом, при котором приведённые затраты при использовании старых и новых источников света совпадают.

2. Приведённые затраты являются линейной функцией времени использования осветительной установки. При этом предполагается, что стоимость 1 кВт-ч предоставляемой электроэнергии неизменна в течение всего Т0. Если это условие не выполняется, то приведённые затраты приобретают нелинейный характер зависимости от времени. По существу это не нарушает наших рассуждений, но несколько усложняет анализ.

При сравнении ЛН с КЛЛ и СДЛ может быть установлена графическая зависимость величины приведённых затрат от календарного времени (рис. 2).

Таблица 5

Тип источника света Количество, шт. Цена, руб./шт. К, руб. С, руб. руб.

Лампы накаливания 16 15 264 7 748,77 8 012,77

Компактные люминесцентные лампы 16 80 1 408 1 697,7 3 105,7

Светодиодные лампы 16 405 7 128 1 273,27 8 401,27

Из табл. 5 видно, что наименьшие затраты будут при замене ЛН на КЛЛ (3 105,7 руб.). При этом самые низкие эксплуатационные затраты наблюдаются у СДЛ (1 273,27 руб.). Значительные капитальные затраты на приобретение СДЛ не позволяют рекомендовать их сегодня для использования в домохо-зяйствах как энергоэффективные источники света. Однако следует учесть, что цена на СДЛ имеет тенденцию к снижению. Стремительное развитие технологий и массовое производство в некоторой перспективе несомненно сделают СДЛ более доступными и распространенными. Из табл. 5 видно, что приведённые затраты для СДЛ мало отличаются от приведённых затрат для ЛН [(«сдл/«лн) = 105 %]. Приведённые годовые затраты на КЛЛ меньше приведённых затрат для ЛН в 2,58 раза.

Как правило, при сравнении того или иного источника света как претендента на использование в осветительной установке возникает вопрос о сроках окупаемости предлагаемого решения. В нашем случае интересен срок окупаемости при замене ЛН на КЛЛ и замене ЛН на СДЛ.

В момент достижения срока окупаемости Т0 в случае замены ЛН на КЛЛ выполняется равенство:

«ЛН = «КЛЛ. (10)

Раскрывая величины, входящие в (10), получим:

Рис. 2. График изменения приведённых затрат при использовании ЛН (прямая 1), КЛЛ (прямая 2) и СДЛ (прямая 3)

КЛН + СЛН'

T0 = ККЛЛ + СКЛЛ '

T0

(11)

Отсюда

Т0 =

Кклл ^лн ^лн - Слн

1408-264 7748,77-1697,7

= 0,189 [года] (70 дней).

(12)

Аналогично при замене ЛН на СДЛ <ЭЛН = <Эсдл-Тогда

(13)

Таким образом, сравнительный анализ эффективности источников света с такими критериями эффективности, как показатель годовых приведённых затрат и срок окупаемости при замене ламп накаливания на компактные люминесцентные и светодиодные лампы, показывает, что первоначальные капитальные затраты при замене ламп накаливания на светодиодные лампы значительны. Однако в долгосрочной перспективе они окупаются через период чуть больше года. При замене ламп накаливания на компактные люминесцентные лампы выгода более очевидна, так как срок окупаемости не превышает 70 дней.

Литература

1. Айзенберг Ю. Б. Как повысить эффективность освещения / / Энергосбережение. - 2011. - С. 52-56.

2. Циссис Ж., Айзенберг Ю. Б., Шевченко А. С. Формирование светотехнического рынка России для повышения эффективности освещения / / Светотехника. - 2009. - № 9. - С. 42-48.

3. Справочная книга по светотехнике / Под. ред. Ю. Б. Айзенберга. - М.: Знак, 2008. - 952 с.

4. Епанешников М. М. Электрическое освещение. - М.: Энергия, 1973. - 352 с.

Comparison of energy efficient lights for households V. М. Аvanesov,

Моscow Institute of Energy-Safety and Energy-Economy, PhD, assistant professor, dean of the Energy faculty S. V. fflyushnikov,

Моscow Institute of Energy-Safety and Energy-Economy, PhD, assistant professor

The paper is dedicated to the estimation algorithm of lights change efficiency (concerning incandescent, fluorescent, and LED lamps). Main criteria of this efficiency are equivalent annual cost and a payback period. Efficiency is estimated for a typical one-bedroom apartment.

Keywords: lights, equivalent annual cost, payback period, annual operating cost, depreciated cost, general cost.