Главная Контакт
МИКЦЭ

Дистанционное обучение

Парниковый эффект и изменение климата

Возобновляемые источники энергии

Энергосбережение в зданиях

Термоизоляция

Энергосберегающие технические системы и оборудование

Cоветы по энергосбережению

Страница конкурса

Рубрика "вопрос-ответ"

Услуги

Полезные ссылки

Лабораторное оборудование

Энергокалькуляторы - "считалки экономии"

Энергосбережение и безопасность

Карта сайта

Школа энергосбережения

Презентации

Экономия энергии: зачем и что мы в состоянии сделать?

Альтернативные источники энергии

Режим ожидания “stand-by”: большая экономия без инвестиций.

Много света за небольшие деньги

Все об окнах

Выбор бытовой техники

Вода и ее экономия

Советы по энергосбережению

Итоги. Проектируя будущее

Энергия из отходов

Умный дом: комфорт и возможности энергосбережения

Энергопутешествие

Условия использования


Много света за небольшие деньги

© Закрытое акционерное общество "Технологический парк Могилев" - ЗАО "ТПМ"

Перепечатка текстов, использование иллюстраций только с письменного согласия ЗАО "ТПМ" 

Cправки по тел. + 375 222 299909 или info@technopark.by МИКЦЭ

Цели:

  • рассмотреть основные светотехнические характеристики, принципы работы источников света, их преимущества и недостатки;
  • сформировать основные понятия в области энергосбережения при организации освещения;
  • научить производить сравнительные расчеты эффективности применения различных источников света;
  • акцентировать внимание на взаимосвязь экономии энергии и состояния окружающей среды;
  • стимулировать интерес к практическому применению полученных знаний и навыков.
 

Свет жизненно важен для человека, поскольку с его помощью человек получает более 90% всей получаемой информации об окружающем мире.

Свет обеспечивает безопасность. На улице, дома и на рабочем месте благодаря правильному освещению мы избегаем несчастных случаев.

 

В свете проявляются яркие цвета и формы, свойственные материальному миру. Самое лучшее и полезное освещение дает нам Солнце.

 

Однако длительность дня ограничена и, кроме того, естественный свет не везде доступен. Поэтому нам приходится прибегать к помощи искусственных источников света, для работы которых требуется энергия.

Магия так называемого "искусственного солнца" заключается в том, что оно способно дополнять или заменять естественное освещение, оптимизировать работу или отдых в любое время суток, подчеркивать архитектурные детали и декоративные элементы, а также насыщать или высвобождать пространство.

На диаграмме представлено соотношение продолжительности светлого и темного времени суток на широте 53 градуса с. ш.

Диаграмма наглядно показывает необходимую продолжительность искусственного освещения в течение года.

  
18% от общего расхода электроэнергии среднестатистической белорусской семьей приходится на освещение, что составляет приблизительно 500 кВт·ч в год.
Поэтому, если каждый будет осознавать свою ответственность за экологию, то в целом можно сэкономить большое количество энергии. При этом не нужно отказываться ни от приятных ощущений, ни от уюта в жилом помещении, создаваемого за счет света, а также не нужно отказываться от функциональной необходимости света для работы.

 

 
Настоящий слайд позволяет произвести выбор одного из двух возможных вариантов дальнейшего просмотра презентации:
1. Предварительное изучение информации о свете и цветопередаче «Подробнее о свете», которая весьма важна для понимания второй части презентации, и собственно, вторая часть презентации «Об энергосбережении».
2.Переход ко второй части презентации «Об энергосбережении», минуя предварительную информацию «Подробнее о свете».
Знания о физической природе света  и вопросы цветопередачи важны для правильного и осознанного выбора источников освещения.
 
Свет - это воспринимаемое глазом (видимое) электромагнитное излучение, которое лежит в промежутке длин волн от 380 до 780 нм (1 нм = 10-9 м).
Конечно, чувствительность глаз конкретного человека индивидуальна, поэтому приведенный выше диапазон соответствует среднестатистическому человеку.
Вплотную к диапазону видимого излучения прилегают еще два диапазона - слева по спектру ультрафиолетовое (от 10 нм до 380 нм) и справа по спектру инфракрасное излучение (от 780 нм до 1 мм). Ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучения (диапазон длин волн от 10 нм до 1 мм) совместно называются оптическим излучением. При этом свет (видимая человеком часть излучения) составляет всего 0,04% оптического диапазона, а сам оптический диапазон весьма незначителен в сравнении с остальным электромагнитным спектром.
Световое излучение каждой длины волны воспринимается как цветное. Чувствительность глаза человека к разным длинам волн неодинакова. Она наиболее высока в середине видимого диапазона, приходящейся на зеленый свет с длиной волны 555 нм, и минимальна к его краям, то есть в области синих и красных излучений (смотри график, совмещенный со спектром). Очевидно, что излучение одной и той же мощности воспринимается глазом как более интенсивное, если в его спектре больше зеленого света.
 
Все световые величины (световой поток, сила света, освещенность и др.) представляют собой соответствующие энергетические величины, применимые для любого электромагнитного излучения и взвешенные по видимому спектру с учетом чувствительности глаза.
Традиционно мощность излучения оценивают в ваттах. Однако 1 Вт излучения с длиной волны 555 нм (зеленый) дает нам такой же зрительный эффект, как, скажем, 10 Вт излучения с длиной волны 700 нм (красный). Ответить на вопрос о яркости излучения, пользуясь лишь мощностью излучения, невозможно. Например, если этот излучатель красный или синий (длина волны 450 нм), то при одинаковой мощности излучения он будет восприниматься нами намного менее ярким, чем зеленый. А если вся мощность излучения сосредоточена в инфракрасной области спектра, то свечения такого излучателя мы вообще не увидим.
Поэтому оценивают не мощность, а производимый эффект излучений всех длин волн. Проще всего это сделать, умножив мощность излучения данной длины волны на относительную чувствительность глаза к такому излучению. Подобный процесс приведения мощности излучения к эффекту его действия носит название взвешивания мощности по чувствительности человеческого глаза, а оцененный таким образом эффект светового действия излучения - световым потоком.
Световой поток представляет собой мощность излучения, оцененную с позиции его воздействия на зрительный аппарат человека.
 
Эффективность источника излучения, показывающая, какой световой поток вырабатывается на 1 Вт потребляемой энергии, измеряется в люменах на ватт (лм/Вт) и носит название световой отдачи. Максимальная теоретически возможная световая отдача равна 683 лм/Вт и наблюдаться она может только у источника с длиной волны 555 нм, преобразующего энергию в свет без потерь. Излучатель, содержащий в своем спектре свет с другими длинами волн, всегда будет иметь худшую эффективность. Лучшие из современных ламп имеют световую отдачу, приближающуюся к 200 лм/Вт.
Справка: Можно предположить, что мощность, развиваемая котом, не превышает 60 Вт.
Если принять, что к.п.д. установки (механическая передача и генератор) - 70%, то мощность лампы будет не выше 60*0,7=40 Вт.
Световой поток лампы накаливания такой мощности около 420 лм.
Справка: Мышцы примерно 25% химической энергии переводят в механическую работу, а остальные 75% - в теплоту.
 
Кроме общего количества света, излучаемого источником в пространство, необходимо представлять распределение излучения по направлениям. Интенсивность излучения традиционно оценивается потоком излучения в исчезающе малом телесном угле, отнесенным к этому углу. Для светового излучения она описывается силой света, единицей измерения которой является 1 кандела (кд). Упрощенно можно считать, что сила света показывает, какую долю светового потока отдает источник в рассматриваемом направлении.
Сила света, излучаемая свечой, примерно равна одной канделе (лат. candela — свеча), поэтому раньше единица измерения силы света называлась «свечой», сейчас это название является устаревшим и не используется.
 
Подобно силе света, яркость характеризует количество света, излучаемого или отражаемого в данном направлении, однако не в абсолютном выражении, а в отношении к площади излучающей (переизлучающей) поверхности. Таким образом, источник площадью 1 м2 и силой света 10 кд будет иметь такую же яркость, как источник площадью 0,5 м2 и силой света 5 кд. Их поверхности будут восприниматься человеческим глазом, как разные по размеру, но одинаково яркие, в этом и заключается физиологический смысл понятия яркости.
Яркость измеряется в канделах на квадратный метр (кд/м2).
 
Освещенность показывает, сколько света падает на ту или иную поверхность. Освещенность равна отношению светового потока, упавшего на поверхность, к площади этой поверхности.
Единицей измерения освещенности является 1 люкс (лк). 1 лк = 1 лм/м2.
Освещенность - световой поток, падающий на единицу площади данной поверхности. Освещенность является характеристикой именно освещаемой поверхности, а не излучателя. Помимо характеристик излучателя, освещенность зависит также от геометрии и отражающих характеристик, окружающих данную поверхность предметов, а также от взаимного положения излучателя и данной поверхности.
Распространенной ошибкой является попытка считать освещенность характеристикой излучателя. Нередко можно услышать некорректный вопрос: а какую освещенность дает эта лампа? Теперь ответ нам очевиден. Освещенность дает не лампа, а та часть ее светового потока, которая попала на интересующую нас поверхность. А то, сколько света дойдет до поверхности, зависит от расстояния до этой поверхности, ориентации лампы в пространстве, наличия отражающих или поглощающих свет объектов.
 
Шкала цветовых температур распространённых источников света:
  800 К — начало видимого темно-красного свечения раскалённых тел;
  2000 К — свет пламени свечи и натриевой лампы высокого давления;
  2360 К — вакуумная лампа накаливания;
  2800 - 2854 К — газонаполненные лампы накаливания с вольфрамовой спиралью;
  3200 - 3250 К — киносъёмочные лампы;
  5500 К — прямой солнечный дневной свет;
  6500 К — стандартный источник дневного белого света, он близок к полуденному солнечному свету,
  7500 К — дневной свет с большой долей рассеянного от чистого голубого неба.
Цветовая температура источника света определяется путем сравнения с так называемым «черным телом» и отображается «линией черного тела».
Если температура «черного тела» повышается, то синяя составляющая в спектре возрастает, а красная составляющая убывает (на рисунке показан Цветовой график).
 
Когда свет попадает на объект, то часть света отражается. Именно отраженный свет мы и воспринимаем как цвет объекта.
Искусственный свет должен обеспечивать возможность наилучшего восприятия цвета (как при естественном дневном свете). Характеристика цветопередачи лампы описывает, насколько натурально выглядят окружающие нас предметы в свете этой лампы, и оценивается коэффициентом цветопередачи.
Коэффициент (индекс) цветопередачи отражает уровень соответствия естественного цвета тела с видимым цветом этого тела при освещении его источником света принятым за эталон.
Источник света с Ra =100 излучает свет, оптимально отражающий все цвета, как свет эталонного источника света. Чем ниже значение Ra тем хуже передаются цвета освещаемого объекта. На рисунке показаны характеристики цветопередачи в виде взаимосвязи степени (очень хорошо, хорошо, достаточно и недостаточно) и индекса цветопередачи. 
 
Все источники света традиционно делятся на:
  тепловые (планковские);
  люминесцентные.
В первом случае за счет сильного нагрева тело начинает излучать полный спектр излучения, включающий и видимую часть, а во втором - излучением света сопровождается высвобождение внутренней энергии электронов вещества.
 
Лампы накаливания предпочтительно и целесообразно использовать в тех случаях, когда освещение необходимо на непродолжительное время, например, в спальных комнатах, туалетах, кладовках и в других вспомогательных помещениях. Эти лампы относительно дешевые, но имеют плохую световую отдачу: 10-15 лм/Вт, так как только около 5% от используемой энергии преобразуется в свет. Кроме того, у этих ламп небольшой средний срок службы: около 1 000 рабочих часов.
В этих лампах ток проходит через выводы к резистивной нити накаливания, обычно вольфрамовой, нагревая ее до температуры свечения. Со временем в результате испарения вольфрама внутри вакуумной колбы нить истончается и, в конце концов, перегорает. В лампах мощностью больше 25 Вт колбу, чтобы замедлить испарение вольфрама, заполняют азотом или инертным газом (например, аргоном или ксеноном).
 
В то время как стандартная лампа накаливания достигает светоотдачи 10 лм/Вт, галогенная лампа накаливания достигает 25-30 лм/Вт.
Стандартным сроком службы сетевых и многих низковольтных галогенных ламп принято считать период в 2 000 часов. Как и у обычных ламп накаливания, механические воздействия на галогенные лампы в процессе эксплуатации, а также частые включения сокращают их срок службы.
Галогенные лампы накаливания имеют более компактную конструкцию и пригодны для изящных и специальных светильников.
В продаже имеются галогенные лампы накаливания для работы с напряжением сети 220 вольт и лампы для низковольтного режима работы: на 6, 12, 24 вольт. Для низковольтных галогенных ламп дополнительно требуется трансформатор.
Цветовая температура галогенных ламп, как и реальная температура их нити накала, выше, чем у традиционных ламп накаливания, и составляет 3000-3200 К.
Коэффициент цветопередачи Ra галогенных ламп, как и у всех тепловых источников света, максимален и равен 100, причем за счет более высокой температуры накала (по сравнению с обычными лампами накаливания) свет галогенных ламп лучше воспроизводит сине-зеленые цвета.
На сегодняшний день галогенные лампы остаются сравнительно экономичным и при этом недорогим видом источника света с “теплым” спектром. Этим объясняется их богатый ассортимент, имеющий тенденцию к расширению. В первую очередь лампы данного вида находят применение в бытовом и функционально-декоративном освещении.
 
Светоотдача люминесцентных ламп приблизительно в 8 раз больше, чем у обычных ламп накаливания  и служат они в 10 раз дольше.
Люминесцентные лампы рассчитаны на так называемую оптимальную окружающую температуру, которая обычно совпадает с комнатной (18-25°С). При меньших или больших температурах светоотдача лампы падает. Если окружающая температура ниже +5°С, зажигание лампы вообще не гарантируется. С этой особенностью связаны ограничения, накладываемые на применение этих ламп в наружном освещении.
Люминесцентные лампы охватывают практически весь диапазон цветовых температур от 2700 до 10000 К. Существуют также цветные лампы. Индекс цветопередачи Ra меняется от 60 для ламп со стандартными люминофорами до 92...95 у ламп с очень хорошей цветопередачей. Улучшение цветопередачи сопровождается некоторым снижением световой отдачи.
К недостаткам люминесцентных трубчатых ламп следует отнести их относительную громоздкость и необходимость в специальном пускорегулирующем устройстве.  
Использованные люминесцентные лампы нельзя выбрасывать в контейнеры с бытовыми отходами (они содержат ртуть), они должны утилизироваться отдельно.
 
В люминесцентных лампах свет производится с помощью ртути и нанесенного на внутренней стороне колбы лампы люминесцентного слоя. Специальный пускорегулирующий аппарат (балласт) обеспечивает работу лампы, создавая высокое напряжение, которое вызывает разряд между вольфрамовыми электродами. Разряд возбуждает атомы ртути, которые испускают фотоны ультрафиолета. Эти фотоны попадают на люминофор, покрывающий стенки лампы, вызывая испускание видимых фотонов (люминесценцию). После зажигания разряда балласт поддерживает меньшие уровни напряжения и тока, не давая разряду погаснуть. Аргон в лампе ускоряет ее запуск и повышает интенсивность света.
Различные люминофоры имеют различные цвета света и свойства цветопередачи. Светоотдача различных люминофоров также отличается друг от друга.
Средний полезный срок службы современных люминесцентных ламп в зависимости от модели составляет 8000-15000 часов.
Срок службы люминесцентных ламп определяется многими факторами и в основном зависит от качества их изготовления. Физическое перегорание лампы происходит в момент разрушения активного слоя либо обрыва одного из ее электродов. Наиболее интенсивное распыление электродов наблюдается при зажигании лампы, поэтому полный срок службы сокращается при частых включениях.
 
Компактные люминесцентные лампы можно использовать везде, где необходимо более длительное время их работы, например, в гостиной, детских комнатах, кухне, в ванной комнате. По сравнению с лампами накаливания они имеют в 5-6 раз большую светоотдачу и в 10 раз больший срок службы. Очень частое включение сокращает их срок службы.
Эти лампы работают также как трубчатые люминесцентные лампы, но трубка у них изогнута, а оба ее конца вставлены в цоколь, который можно ввинтить в стандартный патрон для лампы накаливания.
Энергосберегающие лампы не могут регулироваться по яркости и требуют так называемого пускорегулирующего аппарата.
Цветовая температура компактных люминесцентных ламп, как правило, составляет 2700...4000 К. Это обстоятельство определяется их целевой областью применения - бытовым освещением. Существуют также модели дневной (5000-6500 К) цветности. Во всех компактных лампах используются трех - и пятиполосные люминофоры, за счет чего обеспечивается индекс цветопередачи Ra не ниже 80-85.
Компактные люминесцентные лампы представляют собой серьезную альтернативу обычным и зеркальным лампам накаливания как в бытовом, так и в профессиональном освещении.
Компактные люминесцентные лампы содержат ртуть и требуют отдельной утилизации.
 
Диаграмма наглядно показывает сравнительную световую отдачу различных типов ламп и характеризует их эффективность с точки зрения использования энергии.
Расход электроэнергии одной энергосберегающей лампы составляет только 20% по сравнению со стандартной лампой накаливания.
Срок службы одной энергосберегающей лампы составляет 10 000 рабочих часов, что в 10 раз больше, чем у стандартной лампы накаливания.
Вместе с тем, стоимость люминесцентных ламп существенно выше, чем стоимость ламп накаливания. Однако с учетом срока службы ламп, количества и стоимости потребляемой электроэнергии, экономическая эффективность люминесцентных ламп выше, чем у ламп накаливания. Кроме этого, необходимо учитывать экологические аспекты энергосбережения. 
 
В настоящее время возможности развития разрядных ламп практически исчерпаны и вполне вероятно, что в ближайшие годы место разрядных ламп начнут постепенно занимать новые, более эффективные источники света.
Примером таких возможных источников являются светодиоды, не относящиеся ни к тепловым, ни к разрядным лампам. Принцип действия светодиода основан на электролюминесценции кристалла полупроводника при протекании через него тока. Ток проходит через полупроводниковый диод, вызывая движение электронов и дырок. Встреча электрона и дырки вызывает испускание фотона определенного цвета, зависящего от рода полупроводника. Сочетая в одном корпусе красные, синие и зеленые светодиоды или покрыв синий светодиод желтоватым люминофором, можно получить в итоге белый свет.
Первые светодиоды появились в 1962 году, а в 1968 – первая светодиодная лампочка. Световой поток их был слабым, всего 0,001 лм и цвет - только красный. К 1976 году были получены оранжевые, желтые и желто-зеленые светодиоды, яркие настолько, что их можно было разглядеть и при солнечном свете. До 1985 года они использовались исключительно в качестве индикаторов. С 1985 года их световой поток увеличился до 1-100 лм, и они уже стали применяться в качестве отдельных световых элементов, таких, например, как лампы в автомобилях. В 1990 году светоотдача полупроводников достигла уже 10 лм/Вт, что позволило им стать адекватной заменой лампам накаливания.
Твердотельные источники света, или светодиоды, уже прочно заняли свое место в секторе монохромного освещения, найдя свое применение в автомобильных тормозных фонарях, светофорах, дорожных знаках, вывесках и указателях.
 
Правильный и экономически обоснованный выбор того или иного источника света можно сделать на основании расчетов с учетом
  потребляемой мощности лампы;
  светового потока лампы;
  действующего тарифа на электроэнергию;
  срока службы лампы;
  цены лампы.
Специальный калькулятор позволяет рассчитать экономический эффект от замены ламп накаливания на энергосберегающие компактные люминесцентные лампы и, связанный с этой заменой, срок окупаемости дополнительных затрат на приобретение ламп. При этом имеется возможность одновременно сравнить четыре варианта энергосберегающих ламп между собой и на основании этого сделать обоснованный экономическими расчетами выбор в пользу той или иной энергосберегающей лампы. Калькулятор для каждой лампы производит вычисление и строит сравнительные диаграммы:
  общие затраты на лампы и энергию в год (руб.);
  экономия за период срока службы лампы (руб.);
  срок окупаемости компактных люминесцентных ламп (мес.);
  выбросы углекислого газа в год, кг.
 
При выборе лампы следует обращать внимание на ее этикетку энергетической эффективности, на которой должны быть указаны класс энергоэффективности, световой поток, мощность и средний срок службы лампы. Используя эти данные и зная цену лампы и тариф на электроэнергию, можно сделать экономически обоснованный выбор в пользу той или иной лампы. Кроме того, стоит обратить внимание на качество цветопередачи (индекс Ra) и цветность света (цветовую температуру) лампы, а также на гарантийный срок.
Содержание этикетки энергетической эффективности бытовых ламп определяется стандартом СТБ 1779-2007 «Лампы бытовые. Показатели энергетической эффективности».
 
Прежде всего, следует обратить внимание на класс энергетической эффективности лампы, который определяется в зависимости от потребляемой ими мощности и светового потока. Порядок расчета потребляемой лампой мощности для разных классов энергоэффективности приведен в стандарте СТБ 1779-2007 «Лампы бытовые. Показатели энергетической эффективности».
Лампы относятся к классу А, если для
- люминесцентных ламп без встроенного пускорегулирующего устройства
W ≤ 0,15·√Ф + 0,0097·Ф,
- других ламп W ≤ 0,24·√Ф + 0,0103·Ф,
где Ф – световой поток лампы, лм;
W – потребляемая мощность лампы, Вт.
Если лампа не относится к классу А, стандартная мощность WR, Вт, рассчитывается следующим образом:
WR = 0,88·√Ф + 0,049·Ф для Ф > 34 лм,
WR = 0,2·Ф для Ф34 лм.
Индекс экономичности энергопотребления ЕI  рассчитывается по формуле
 ЕI = W/ WR.
Класс энергетической эффективности ламп определяется по шкале от В до G:
B    ЕI  <  60%
C 60% ЕI  < 80%
D 80% ЕI  < 95%
E 95% ЕI  < 110%
F 110% ЕI  < 130%
G    ЕI  ≥ 130%
 
Энергетическую эффективность лампы в соответствии со стандартом СТБ 1779-2007 «Лампы бытовые. Показатели энергетической эффективности» определяют только два показателя: мощность и световой поток лампы.
 
Часто на упаковках энергосберегающих ламп приводится сравнение мощности компактной люминесцентной лампы в сравнении с лампой накаливания, дающей такой же световой поток.
Например, рядом с условными изображениями энергосберегающей и обычной ламп показывается их мощность со знаком равенства, со стрелкой или шрифтом разного цвета:
15W = 75W;
100Вт → 20Вт;
15 Вт = 75;
17W     75W и т.п.
 
Обычно считается, что 1 000 часов работы лампы соответствует 1 году ее эксплуатации. Это соотношение справедливо, если лампа работает в среднем по 2,74 часа в сутки:  2,74 * 365 = 1000.
 
На компактных люминесцентных лампах цветность указывается, как правило, цветовой температурой в градусах Кельвина:
  тепло-белая < 3300 K;
  холодно-белая 3300-5000 K;
  дневного света > 5000 K.
На обычных трубчатых люминесцентных лампах российского производства можно встретить, например, такое обозначение цветности: ЛД – лампа дневного света; ЛБ – лампа белого света; ЛТБ — лампа тепло-белого света; ЛБЦ – лампа белого цвета с улучшенной цветопередачей.
У ламп накаливания свет всегда теплый, поэтому обозначение, как правило, не ставится.
Для жилых помещений лучше выбирать лампы с теплым светом, т. е. до 3 300К.
 
На упаковке указывается размер цоколя: Е27 – средний, Е14 – малый, а также требования к характеристикам электрической сети – напряжение и частота тока.
Цоколь Эдисона — резьбовая система быстрого соединения ламп накаливания, разработанная Томасом Эдисоном в 1909 году. Обозначение Exx соответствует диаметру цоколя в миллиметрах, так цоколь E27 имеет диаметр 27 мм.
 
Световой поток используемой лампы и ее характеристики должны соответствовать фактической потребности в свете.

ЗАО "Технологический парк Могилев
www.technopark.by