БЕЗОПАСНЫЕ ИСТОЧНИКИ
ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ СВЕТИЛЬНИК
Свет это основной информационный источник, дающий около 90% информации зрительным восприятием (видением) окружающего его мира. Свет создает нормальные условия нашего быта, учебы, работы.
Эффективное использование современных источников света сохраняет здоровье человека, снижает травматизм, обеспечивает экономное использование электроэнергии, снижает выбросы использованных материалов (утилизацию ламп) в окружающею среду.
Современная жизненная деятельность человека неразрывно связана с работой на компьютере зрительным информационным вводом которого является клавиатура, а приемной – монитор. При этом глаза приспосабливаются к условиям изменения освещенности ( процесс адаптации). Процесс адаптации сопровождается фотохимическими и нервными процессами, перестройкой рецепторных полей в сетчатке глаза, изменением диаметра зрачка (зрачковый рефлекс).
Действие побочных световых раздражителей, например, общей освещенности помещения, где человек работает с компьютером может приводить к усилению или ослаблению эффекта прямого раздражителя.
В 2003 году вступил в действие документ СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 "Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий" и СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам (ПЭВМ) и организации работы», в том числе требования к проектированию, строительству и реконструкции помещений, предназначенных для эксплуатации всех типов ПЭВМ, производственного оборудования и игровых комплексов (автоматов) на базе ПЭВМ.
Нормами ограничена пульсация освещенности практически всех помещений на уровне менее 10%, а для помещений с персональными ЭВМ в соответствии СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 менее 5%.
На сегодня до 80% светильников с использованием люминесцентных ламп применяется для освещения бытовых, административных и промышленного назначения помещений, зданий и сооружений. Люминесцентные лампы, обеспечивающие достаточно много света, сохраняют тем самым зрение, снижают утомляемость, повышают работоспособность и поднимают настроение; кроме того, спектральный состав их излучения легко варьируется по цвету. Все это делает такие лампы исключительно привлекательными для потребителя.
Однако, массовому потребителю на российском рынке представлены дешевые люминесцентные светильники с электромагнитным ПРА не отвечающие на сегодня современным условиям по энергосбережению и имеющие плохие эргономические показатели. Коэффициент пульсаций этих светильников колеблется в пределах от 25 до 65%.
Пульсация освещенности наблюдается при освещении газоразрядными лампами, световой поток которых пульсирует с удвоенной частотой переменного тока, то есть 100 Герц. Восприятие движущихся предметов при пульсирующем освещении – стробоскопический эффект – приводит к травматизму. Пульсация при работе с неподвижными предметами неблагоприятно воздействует на кору головного мозга. На сегодня практически в каждой семье, школе, имеются компьютеры, игровые приставки за мониторами, которых сидят дети особенно подверженных воздействию.
С технической точки зрения коэффициент пульсации освещенности kE - это критерий глубины колебаний освещенности в результате изменения во времени светового потока
kE= 100(Еmax-Еmin )/(2Еcp ),
где Еmin, Еmax, Еср -минимальное, максимальное и среднее значения освещенности за период колебаний.
Основных причин изменений светового потока (то есть пульсации освещенности) две: первая - нестабильность питающего напряжения, вторая - и главная - питание переменным током частотой 50Гц. При питании переменным током существуют моменты, когда ток через источник света (лампу) близок к нулю. В эти моменты количество света, излучаемого источником, уменьшается. Разницу между наибольшим и наименьшим количеством света, излучаемым источником в течение определенного периода времени и характеризует коэффициент пульсации освещенности.
На рис.1 приложения представлена осциллограмма пульсаций света, массово применяемого для освещения, потолочного светильника типа ЛВ013 с 4-мя люминесцентными лампами мощностью 18 ВА каждая. Светильник оснащен зеркальным рассеивателем, 2-мя дросселями и 4-мя стартерами. В схеме предусмотрена емкостная компенсация реактивной мощности.
Как видно, высокоэффективные и низкозатратные в эксплуатации лампы для самых распространенных светильников имеют высокие коэффициенты пульсации, и, согласно СанПиН, их в большинстве случаев использовать нельзя. Единственный выход - это применять лампы в сочетании со специальной электронной пускорегулирующей аппаратурой (ЭПРА).
Современные ЭПРА, как правило, состоит из одного блока, который включает в себя все необходимые электронные компоненты для работы лампы. ЭПРА исключает возникновение явлений, вызывающих пульсацию света. ЭПРА очень эффективно использует электрическую энергию (табл.1) дополнительно повышая, тем самым, эффективность светильника. Световой поток и потребляемая мощность в светильниках с ЭПРА не зависят от колебаний напряжения в сети в широком диапазоне. ЭПРА работает бесшумно. Лампы при питании от ЭПРА служат дольше.
Для сравнения в выше описанный светильник в замен 2-х электромагнитных ПРА была установлена одна разработанная исполнительная электронная система ЭИС с электронным пускорегулирующим аппаратом ЭИС ЭПРА-220-2х36 с активным корректором мощности и системой защиты.
Внешний вид ЭИС ЭПРА приведен на рис.1, в Приложении 1 показаны осциллограммы основных источников света и источника света с использованием ЭИС ЭПРА.
Как видно из осциллограмм приложения, что использование в светильнике люминесцентных ламп электронной исполнительной системы электронного пускорегулирующего аппарата обеспечивают практически нулевой процент пульсаций света приближаясь к солнечному.
Используя лампы, спектр излучения которых приближен к солнечному свету и насыщен строго дозированным ближним ультрафиолетом, можно использовать одновременно и для освещения, и для облучения жилых, административных, школьных помещений, особенно при недостаточности естественного света.
Следует отметить, что в 2000 году Энергетическая комиссия Евро-парламента Европейского экономического союза (ЕЭС) приняла директиву № 000/55/ЕО, предписывающую странам-членам ЕЭС с мая 2001 года прекратить производство электромагнитных ПРА класса В со стандартными потерями, с ноября 2005 года — класса «С» с малыми потерями, с декабря 2005 года — класса В1 с пониженными потерями. Практически это решение означает, что, начиная с 2006 года в странах ЕЭС для люминесцентных ламп, будут производиться только электронные ПРА.
Для оценки экономической эффективности был проведен технико-экономический сравнительный анализ массово выпускаемого светильника типа ЛВ013:
- с обычно выпускаемым вариантом - два электромагнитных ПРА, четыре стартера и емкости для компенсации реактивной мощности,
- с одной электронной исполнительной системой пускорегулирующего аппарата ЭИС ЭПРА-220-36,
- с лампой накаливания, массово применяемой в бытовом жилище.
Технические и экономические показатели приведены в табл.1.
Таблица1
Наименование показателей | С электронной исполнительной системой ЭИС ЭПРА-220-2х36 | С электро-магнитным ПРА и компенсацией реактивной мощности | Лампочка накаливания номинальной мощностью 100 Вт |
1.Основные технические данные: | |||
1.1Потребляемая мощность, ВА | 73.75 | 97.61 | 88.75 |
1.2. Освещенность, лк Примечание: замеры проведены на расстоянии 1метра от источника света по центру | 930 | 820 | 230 |
1.3.Коэффициент мощности | >0.98 | 0.9 | 1 |
1.4.Коэффициент пульсаций, в % | 0 | 22 | 3 |
2.Технико-экономические показатели: | |||
2.1. Стоимость, руб. | 1400 | 900 | 15 |
2.2. Потребляемая мощность на ед. освещенности, Вт/лк | 0.0793 | 0.119 | 0.386 |
Как видно из таблицы типовой светильник с ЭИС ЭПРА имеет явные преимущества по всем техническим и экономическим параметрам:
· по освещенности на 12% по сравнению электромагнитным ПРА и на 75% по сравнению с лампочкой накаливания,
· по экономии электроэнергии на 33% по сравнению с электромагнитным ПРА и на 80% по сравнению с лампой накаливания.
Дальнейшее увеличение эффективности использования электроэнергии для освещения помещений можно за счет применения современных высокоэкономичных и высоконадежных (гарантийный срок работы которых лежит в пределах до 20 тыс. часов, для сравнения - лампы накаливания 500 часов) люминесцентных ламп типа TL`5 - газоразрядная ртутная лампа низкого давления с трубчатой колбой диаметром 16 мм.
Особенности:
На 40% тоньше ламп 'TL'D
Высокая эффективность лампы - до 104 лм/Вт
Высокоэффективное 3-слойное люминесцентное покрытие с грунтовкой и зарядом лампы
Низкое содержание ртути 2-3мг по сравнению с лампами 'TL'D 30-40 мг
Разработаны для работы с электронными ПРА.
Включаются в диапазоне температур от -15° до +50°C
Преимущества:
Позволяют максимально уменьшить размеры светильников, длина лампы позволяет легко монтировать их в потолочные светильники
Имеют максимальную эффективность и низкое энергопотребление при использовании их как источников прямого света
Фактически постоянный уровень светового потока
Хорошая цветопередача (Ra= 80)
Светильники с такими лампами идеально подходят для утопленных и висячих светильников в офисах, магазинах, школах, общественных зданиях и на производстве, в местах, где требуется высококачественное освещение с низким потреблением электроэнергии.
Применение таких ламп позволит экономить дополнительно до 22 % электроэнергии (лампа TL5, мощностью 14 ВА имеет световой поток 1200 лм, лампа TLD мощностью 18 ВА имеет световой поток 1115 лм, при равенстве световых потоков экономия электроэнергии составит 4 Вт, что составляет примерно 22%).
Совокупно, применяя в светильнике ЭИС ЭПРА и высокоэффективные люминесцентные лампы, экономия электроэнергии составит 55% по сравнению со светильниками, выполненными на люминесцентных лампах с электромагнитными ПРА, и около 100% с лампами накаливания.
Выводы:
Таким образом, современный светильник отвечающий эргономическим и эстетическим требованиям, обеспечивающий максимально низкое потребление электроэнергии должен содержать:
- электронный пускорегулирующий аппарат с эффективной коррекцией мощности, с защитой лампы при работе ее в аномальных режимах (обрыв, разгерметизация, дезактивации), а также с заградительными фильтрами, обеспечивающие защиту от радиопомех оптимальной из которых является ЭИС ЭПРА;
- современные высокоэффективные люминесцентные лампы типа TL5.
Конструкция таких светильников, благодаря использованию трубчатых люминесцентных ламп малого диаметра, имеет форму квадрата или прямоугольника высотой 25-30 мм. Такой светильник вполне может вживаться в интерьер жилого помещения, обеспечивая потребителя естественным светом и значительно меньшими расходами на электроэнергию.
Вариант исполнения экологически безопасного искусственного источника освещения
Рис. 1. Электронная исполнительная система ЭИС ЭПРА
Основные данные разработанной электронной исполнительной системой ЭИС ЭПРА:
· диапазон рабочего напряжения от 140 до 260 В
· изменение уровня освещенности в диапазоне рабочего напряжения не более 10%
· защита при работе лампы в аномальных режимах работы (обрыв одного из электродов, разгерметизации, выпрямляющего эффекта)
· полная помехозащищенность
· полная защита электронного блока от воздействия окружающей среды и влаги
· габаритные размеры не более 230х35х27 мм.
В приложении 1 представлены сравнительные осциллограммы пульсаций света светильника с электронной исполнительной системой ЭИС ЭПРА и других источников света.
Приложение 1
Осциллограммы основных источников света
и характеристики светильников
Таблица
Рис.1 Пульсации света от ЛВ013 с дросселями По вертикали освещенность 0.1В/дел По горизонтали время 2мс/дел. | Потолочный светильник типа ЛВ013 с установленными люминесцентными лампами 4 х 18 Вт. Светильник оснащен зеркальным рассеивателем, двумя дросселями и четырьмя стартерами. В схеме предусмотрена емкостная компенсация реактивной мощности. Реальная потребляемая мощность 97.61 Вт Освещенность на расстоянии 1м – 820 лк Коэффициент пульсаций составляет 22% |
Рис.2 Пульсации света лампы накаливания По вертикали освещенность 0.1В/дел По горизонтали время 2мс/дел. | Лампа накаливания номинальной мощности 100Вт. Реальная потребляемая мощность 88.75Вт. Освещенность на расстоянии 1м – 230 лк. Коэффициент пульсаций составляет 3% |
Рис.3 Пульсации света от ЛВ013 с ЭИС По вертикали освещенность 0.1В/дел По горизонтали время 2мс/дел. | Потолочный светильник типа ЛВ013 с установленными люминесцентными лампами 4 х 18 Вт. Светильник оснащен зеркальным рассеивателем, разработанной электронной исполнительной системой ЭИС ЭПРА-220-2х36. Реальная потребляемая мощность 73.75 Вт Освещенность на расстоянии 1м – 930 лк Пульсаций нет |
Осциллограммы основных источников света
и характеристики светильников
Продолжение
таблицы
Рис.4 Пульсации света от ЛВ013 с ЭИС По вертикали освещенность 0.01В/дел По горизонтали время 2мс/дел. | Тоже при усилении сигнала в 10 раз |
Рис.4 Пульсации солнечного света По вертикали освещенность 0.01В/дел По горизонтали время 2мс/дел | Солнечный свет |
Рис. 2. Вариант светильника с электронной исполнительной системой
Технические характеристики:
Габаритные размеры, мм …………………………. 370х370х30
Вес, кГ …………………………………………………………. 0.5
Освещенность на уровне 1м, лк …………………….…………. 470
Потребляемая мощность, ВА……………………………………… 36
Установка светильника:
Крепление на поверхность потолка или на стену.
Конструкция:
Цельнометаллическое основание, покрытое порошковой краской белого цвета, на котором установлены четыре люминесцентных лампы типа TL4 (диаметр 14 мм) мощностью 8 ВА. На основании установлено электронное пускорегулирующее устройство на четыре лампы. Особенностью электронного пускорегулирующего устройства является его малая высота (макс.16 мм.).
Оптическая часть:
Закрывает источник света корпус, изготовленный из светотехнического пластика типа ПСМ, способность светопропускания более 85%.
