SELECTION CRITERIA OF LIGHT SOURCES FOR LIGHTING SYSTEMS

Вязигин В. Л.¹, Вершинин И. М.², Сизиков А. В.³, Тенюнин С. В.⁴, Черкасова А. В.⁵

¹Кандидат технических наук, ²Кандидат технических наук, ³Магистрант,⁴Магистрант,⁵Магистрант, Югорский государственный университет

КРИТЕРИИ ВЫБОРА ИСТОЧНИКОВ СВЕТА ДЛЯ ОСВЕТИТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Аннотация

В статье строится алгоритм сравнения вариантов позволяющий проводить достаточно объективный выбор среди предлагаемых промышленностью для использования источников света, учитывающий как их технико-экономические характеристики, так и экономические условия региона применения. Ключевые слова: энергозатраты, освещение, промышленность.

Vyazigin V. L.¹, Vershinin I. M.², Sizikov A. V.³, Tenyunin S. V.⁴, Cherkasova A. V.⁵

¹PhD in Engineering, ²PhD in Engineering, ³Master student, ⁴Master student, ⁵Master student, Ugra State University

SELECTION CRITERIA OF LIGHT SOURCES FOR LIGHTING SYSTEMS

Abstract

The article considers introduction of an algorithm which allows the comparison of options to carry out an objective choice among the industry proposed light sources, taking into account their technical and economic characteristics and economic conditions of the application  region.

Keywords: energy consumption, lighting, industry. Анализ мероприятий, предлагаемых после энергоаудита многих потребителей, показывает, что одно из ведущих мест среди них занимают мероприятия в области электрического освещения. Пути энергосбережения в этом направлении многообразны – это рационализация управления электрическим освещением, правильное размещение светильников в помещении, целесообразный выбор высоты их размещения, применение  светильников с рациональной кривой силы света, широкое использование местного освещения и др. Однако ведущая роль отводится выбору оптимального источника света (ИС) [1]. При решении этого вопроса достаточно часто следуют рекомендациям рекламодателей, в качестве которых выступают производители и продавцы ИС, являющиеся своеобразными законодателями моды. В настоящее время такими «модными» ИС стали светодиодные источники света (СДИС). Но действительно ли они являются безусловными лидерами среди всех ИС? Если лидерство СДИС с позиций перспективности, моды и престижности трудно подвергнуть сомнению, то по многим другим показателям их лидерство не очевидно, а иногда и сомнительно. Определим критерии целесообразности применения того или иного ИС в тех или иных условиях. Прежде всего выясним, что может служить критерием рациональности с позиций энергосбережения и энергоэффективности, применительно к региональным аспектам [2,3]. Анализ, проведенный в указанных работах показывает, что решая вопрос об энергосберегающих мероприятиях, какими бы заманчивыми они ни были, мы не можем игнорировать вопрос их первоначальной стоимости. Энергосбережение заключается в сокращении расхода энергии как непосредственно в технологическом процессе (например, освещении), так и в сокращении расхода различных ресурсов (а в итоге – энергии) на его создание (например, стоимость ИС). Аналогичные рассуждения доказывают, что также необходим учёт ресурса, заложенного в любом оборудовании (например, ИС). Чем меньше этот ресурс (продолжительность горения ИС), тем больше материальные (а следовательно, и энергетические) затраты на восстановление отказавшего оборудования. Для нахождения критериев выбора ИС решаем следующую задачу [4]. Пусть требуется обеспечить необходимый уровень освещенности на определённой площади в течение определённого времени. Для этого могут быть использованы различные ИС с различными светильниками. Допуская, что высота подвеса выбрана рационально и для любых светильников в одном и том же помещении одинакова, считаем, что для этого помещения требуется определённый (расчётный) световой поток – Ф_Р (лм). Требуемый расчётный расход световой энергии Q_Р (лм·ч) за расчётное время Т (ч) использования осветительной установки (ОУ) Q_Р = Ф_Р Т.

Предполагая, что КПД используемых светильников и дополнительные потери мощности в пускорегулирующих аппаратах примерно одинаковы, определим требуемую расчётную электрическую мощность (Вт) ОУ:

Р_Р = Ф_Р/Н_ИС ,

где:

Н_ИС – световая отдача используемого источника света, лм/Вт.

Расчётный расход электрической энергии (кВт·ч) за расчётное время

Расчётные единовременные капиталовложения (руб.) на создание ОУ (без учёта стоимости светильников, электрических сетей и монтажных работ)

К_Р = N_ИС С_ИС k_СМ , где: N_ИС – требуемое количество используемых ИС; С_ИС – стоимость одного ИС, руб.; k_СМ – коэффициент сменяемости ИС. В свою очередь где: Ф_ИС,  Р_ИС  – соответственно световой поток и  мощность одного используемого ИС; τ_ИС – продолжительность горения (ресурс) ИС, ч. Тогда Расчётные затраты З_Р (руб.) на ОУ за расчётный период использования считаем состоящими укрупнено из затрат на ИС и стоимости расходуемой электроэнергии С_Э (руб.) где: С_ОЭ – стоимость 1 кВт·ч электрической энергии в регионе расположения  ОУ, руб./ кВт·ч; С_ОИС – стоимость капиталовложений на 1 кВт·ч потребляемой ИС электрической энергии за время его использования, руб./ кВт·ч.

Так как при анализе вариантов выбора ИС предполагается, что длительность их использования  и требуемый световой поток во всех случаях одинаковы, целесообразно сравнение вариантов проводить по удельным затратам з_О (руб./ лм·ч) на один лм·ч вырабатываемой световой энергии за время использования:

Таким образом, целесообразность использования различных ИС определяется стоимостью электроэнергии в регионе, световой отдачей, стоимостью, мощностью и средней продолжительностью горения ИС.

Полученное выражение является упрощенным, так как не учитывает ряд факторов, в большей или меньшей степени влияющих на стоимость использования ОУ. К таковым относятся:

– КПД и тип кривой силы света устанавливаемых светильников, их стоимость, стоимость монтажных работ;

– размеры, отражающие свойства, коэффициент использования помещения;

– затраты на осветительные сети;

– единовременность капитальных вложений и упущенную выгоду от их возможного использования в других целях;

– изменение тарифов на электроэнергию и стоимости ИС по мере использования ОУ;

– моральное старение принятых к применению ИС при их длительной эксплуатации вследствие создании новых более эффективных ИС;

– возможное недоиспользование ИС при малом сроке применения ОУ;

– иные факторы.

По этой причине численные значения получаемых удельных затрат нельзя считать абсолютно точными. Однако для сравнения вариантов выбора типа ИС они могут дать достаточно объективную картину, так как учитывают стоимость, мощность, световую отдачу и продолжительность горения ИС, а также тариф на электрическую энергию в регионе расположения ОУ.

Так,  сравнение различных вариантов применения ИС (рис. 1) показывает, что применение 1-го ИС целесообразно во всех регионах (з₀ меньше, чем у других ИС), 4-го – нецелесообразно нигде (з₀ больше, чем у других ИС), а 2-й имеет преимущество перед 3-м при относительно больших тарифах на электроэнергию (граничное значение тарифа определяется точкой пересечения графиков 2 и 3).

Рис. 1 - Сравнение вариантов выбора ИС при разных тарифах на электроэнергию в регионе размещения

 

В качестве примеров рассмотрено сравнение вариантов использования для освещения помещений люминесцентных ламп серии Т5 и трубчатых светодиодных ламп (рис. 2 и 3).

Сравнение ламп Т5 (Philips Master TL5 HE -35 Вт-105лм/Вт- 24 тыс. ч-164 руб.) и трубчатой LED (Osram HB4–18,5 Вт–91 лм/Вт–40000 ч–557 руб), представленное на рис. 2,  показывает, что лампа Т5 имеет преимущество при применении в любом регионе. Более того, она выиграла бы по экономическим показателям даже в том случае, если бы светодиодная лампа была бесплатной.

Рис. 2 - Экономическое сравнение целесообразности применения лампы Т5 (Philips Master TL5 HE) и LED трубчатая (Osram HB4)

 

Сравнение ламп Т5 (Philips Master TL5 HE -35 Вт-105лм/Вт- 24 тыс. ч-164 руб.) и трубчатой LED (Philips Master LED Tube High Output–23 Вт–134 лм/Вт–40000 ч–1250 руб.(?)), представленное на рис. 3,  показывает, что лампа Т5 имеет преимущество при применении в регионах, где стоимость электрической энергии не превосходит 4 руб./кВт·ч. При более дорогой электрической энергии преимущество получает светодиодная лампа. В рассмотренном примере цена LED лампы принята условно, так эта лампа в России ещё не продаётся. Используя предложенный алгоритм несложно определить при какой стоимости она превзойдёт лампу Т5 в любом регионе.

Рис. 3 - Экономическое сравнение целесообразности применения лампы Т5 (Philips Master TL5 HE) и трубчатой LED  (Philips Master LED Tube High Output)

Выводы:

1. Приведенный в статье алгоритм сравнения вариантов позволяет проводить достаточно объективный выбор среди предлагаемых для использования ИС, учитывающий как их технико-экономические характеристики, так и экономические условия региона.
2. Использование предлагаемого критерия позволяет оптимизировать потребление энергетических ресурсов не только при использовании осветительных приборов, но и в комплексе, учитывая энергозатраты на создание самой системы освещения.

Литература

1. Ковалев В.З., Мальгин Г.В., Архипова О.В., Математическое моделирование электротехнических комплексов нефтегазодобычи в задачах энергосбережения: монография. Департамент образования и науки ханты-мансийского авт. окр. - Югры, Югорский государственный университет. Ханты-Мансийск. 2008. 222.
2. Архипова О.В. Принципы оптимизации электроснабжения населенных пунктов крайнего севера на базе ветродизельных комплексов. Вестник Югорского государственного университета. № S2 (37). С. 204-206.
3. Ковалев В.З., Архипова О.В., Ковалева С.Е. Энергетические аспекты регионально обособленного электротехнического комплекса // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 11 [Электронный ресурс]. URL:http://web.snauka.ru/issues/2015/11/60093 (дата обращения: 12.05.2016).
4. Вязигин, В.Л.. Основы электрического освещения. Учебное пособие./ В.Л. Вязигин. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2013. – 196 с.

References

1. Kovalev V.Z., Mal'gin G.V., Arhipova O.V., Matematicheskoe modelirovanie jelektrotehnicheskih kompleksov neftegazodobychi v zadachah jenergosberezhenija: monografija. Departament obrazovanija i nauki hanty-mansijskogo avt. okr. - Jugry, Jugorskij gosudarstvennyj universitet. Hanty-Mansijsk. 2008. C. 222.
2. Arhipova O.V. Principy optimizacii jelektrosnabzhenija naselennyh punktov krajnego severa na baze vetrodizel'nyh kompleksov. Vestnik Jugorskogo gosudarstvennogo universiteta. № S2 (37). S. 204-206.
3. Kovalev V.Z., Arhipova O.V., Kovaleva S.E. Jenergeticheskie aspekty regional'no obosoblennogo jelektrotehnicheskogo kompleksa // Sovremennye nauchnye issledovanija i innovacii. 2015. № 11 [Jelektronnyj resurs]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/11/60093 (data obrashhenija: 12.05.2016).
4. Vjazigin, V.L. Osnovy jelektricheskogo osveshhenija. Uchebnoe posobie./ V.L. Vjazigin.  Omsk: Izd-vo OmGTU, 2013. – 196 s.