В последнее двадцатилетие энергетика обеспечивала рост благосостояния в мире за счет увеличения производства энергоресурсов и улучшения их использования

Наименование секции «Техносфера»

студент группы ТЭу9-13-1

преподаватель высшей категрии

Магнитогорск, 2016
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 3

1. 
   Общие сведения об источниках света
   

1.2. Достоинства и недостатки современных источников света 6

1.3 Сравнительный анализ источников света 10

Выводы по первой главе 12

2. Практическое обоснование выбранного источника света

2.1 Выбор наиболее оптимального источника света 13

2.2 Технико-экономическое обоснование предложения по реконструкции освещения склада концентратов № 1 и склада концентратов № 2 аглофабрики ОАО «ММК» 15

Выводы по второй главе 19

Заключение 20

Литература 21

В последнее двадцатилетие энергетика обеспечивала рост благосостояния в мире за счет увеличения производства энергоресурсов и улучшения их использования. В результате энергоемкость национального дохода уменьшилась за этот период в мире на 18%. Повышение энергетической эффективности экономики, то есть системных мер по энергосбережению, является центральной задачей Энергетической стратегии России. Энергетическая стратегия предусматривает интенсивную реализацию организационных и технологических мер экономии топлива и энергии, т.е. проведения целенаправленной энергосберегающей политики. Дефицит энергоресурсов – одна из реальностей современной России. От того, насколько динамично развивается и устойчиво функционирует топливно-энергетический комплекс зависит в конечном итоге экономический рост и благополучие населения страны.

Реализация освоенных в отечественной практике мер по экономии энергоресурсов способна к 2020 году уменьшить их расход в стране на 40-48%.

Согласно закона N 261 с 01.01.2010 года все учреждения, дотируемые из федеральных, региональных или муниципальных бюджетов, должны будут в течение 5 лет снизить потребление топливно-экономических ресурсов не менее чем на 15% от использованного им в 2009 году, причем с уменьшением каждый год не менее чем на 3% (ФЗ 261, гл.7, ст.24).

Поэтому была выбрана тема исследовательской творческой работы «Сравнительный анализ современных источников света».

Актуальностью проблемы исследования является, то что энергоресурсосбережение одна из самых серьезных задач XXI века. От результатов решения этой проблемы зависит место нашего общества в ряду развитых в экономическом отношении стран и уровень жизни граждан. Россия не только располагает всеми необходимыми природными ресурсами и интеллектуальным потенциалом для успешного решения своих энергетических проблем, но и объективно является ресурсной базой для европейских и азиатских государств, экспортируя нефть, нефтепродукты и природный газ в объемах, стратегически значимых для стран-импортеров.

Цель исследования: проведение сравнительного анализа источников света и выбор системы освещения, посредством которой увеличивается энергоэффективность и уменьшается потребление электрической энергии.

Объект исследования: осветительные установки.

Предмет исследовании: современные источники света.
На основе объекта исследования выдвинута гипотеза: снижение расхода электроэнергии без ухудшения условий освещения за счет совершенствования средств и способов освещения, реконструкции действующих установок и организации их грамотной эксплуатации.

Цель исследования определила выбор следующих задач:

1. 
   Выявить достоинства и недостатки различных источников света.
   
2. 
   Выбрать наиболее оптимальный источник света.
   
3. 
   Провести технико-экономическое обоснование предложения по реконструкции освещения склада концентратов № 1 и склада концентратов № 2 аглофабрики ОАО «ММК».
   

- работа в Центральной электротехнической лаборатории в отделе «Светотехники»;

- работа в техотделе Центра энергосберегающих технологий (ЦЭСТ) ОАО «ММК»;

- работа в сети Интернет;

- систематизация, структурирование и обобщение теоретического и практического опыта работы с осветительными электроустановками

Ожидаемые результаты: проведение реконструкции систем освещения значительно сэкономит не только электроэнергию, но и снизит затраты на обслуживание систем освещения промышленных объектах.
1 Общие сведения об источниках света

1.1 Современные источники света

Лампы накаливания - тепловой источник света, спектр которого отличается от дневного света преобладанием желтого и красного излучения и полным отсутствием ультрафиолета. Применяются такие лампы в бытовом и декоративном освещении, а также там, где к освещению не предъявляют особых требований, а потребление и срок службы ламп не являются определяющими факторами.

Галогенные лампы - это усовершенствованные лампы накаливания. Достоинством галогенных ламп является неизменно яркий свет, прекрасная передача цвета и возможность создания разнообразных световых оттенков. Благодаря добавлению в колбу газов фтора, брома, хлора, йода, уменьшающих количество испарения вольфрама, срок службы лампы увеличился до 2000-5000 часов. Использование специальных фильтров, нанесенных на кварцевое стекло, "останавливает" ультрафиолет, что оберегает освещаемые вещи от выгорания. Дихроичные отражатели отводят тепловое излучение за пределы освещаемой площади. Яркость освещения регулируется с помощью большого ассортимента диаметров отражателей.

Люминесцентная лампа - газоразрядный источник света низкого давления. Его световой поток определяется свечением люминофора под воздействием ультрафиолетового излучения, которое возникает вследствие электрического разряда. По мнению специалистов, в соотношении "цена и качество" люминесцентные лампы являются наиболее эффективными и востребованными именно в сфере коммерческой недвижимости.

Изнутри стенка колбы покрыта смесью люминесцентных порошков, которая называется люминофор. Лампы с трех полосным люминофором более экономичны, поскольку световая отдача у них составляет до 104 Лм/Вт, но обладают худшей цветопередачей (Ra=80), а лампы с пятиполосным люминофором имеют отличную цветопередачу (Ra=90-98) при меньшей световой отдаче (до 88 Лм/Вт). Существует два способа поджига люминесцентных ламп - электромагнитным и электронным балластом. Тип балласта влияет на зажигание ламп, а также на мерцание в работе и срок службы поджигающих электродов. При поджиге люминесцентных ламп с электромагнитным балластом происходит до 30% потерь электроэнергии. Основным отличием люминесцентного светильника с электронным балластом от такого же светильника с электромагнитным балластом, помимо энергосбережения, веса и объема, является частота мерцания: Лампы с электронным балластом работают с высокой частотой мерцания около 42 000 Гц в секунду, тогда как лампы с электромагнитным балластом работают с частотой 100 Гц в секунду, что при длительном использовании вызывает усталость глаз.

В группу газоразрядных ламп входят металлогалогенные, натриевые и ртутные лампы.

Работа ртутной лампы основывается на использовании излучения электрического разряда в парах ртути. Лампы данного типа отличаются высокой светоотдачей при сравнительно небольших габаритах, они имеют длительный срок службы. 40% излучения приходится на ультрафиолетовую область спектра. Для увеличения светоотдачи ультрафиолетовое излучение преобразуют в видимый свет с помощью люминофора, которым покрыта колба лампы. Эти лампы позволяют значительно снижать затраты при установке, эксплуатации и техническом обслуживании в следующих областях применения: дорожное освещение, освещение ландшафтов.

Ртутная лампа высокого давления содержит пары ртути, парциальное давление которых во время работы достигает 105 Па. Такие лампы обладают высокой надежностью, хорошей цветопередачей, позволяют снизить затраты на установку и техническое обслуживание. Применяются для внутреннего и наружного освещения коммерческих и производственных объектов, для декоративного и охранного освещения. Ртутно-вольфрамовая лампа - лампа, внутри которой в одной и той же колбе находятся разрядная трубка ртутной лампы высокого давления и спираль лампы накаливания, соединенные последовательно. Колба может быть покрыта люминофором. Вольфрамовая спираль служит дополнительным источником света в красной области света и одновременно выполняет функцию балластного давления для ртутной горелки. Благодаря этому устройству улучшается передача цвета и отпадает необходимость использования дополнительного дросселя.

По мнению большинства специалистов, будущее освещения - за лампами и светильниками на светодиодах. На данный момент они еще не так востребованы на рынке, как люминесцентные лампы или лампы накаливания, и в основном применяются в архитектурном, ландшафтном и декоративном освещении, Особое внимание хотелось уделить светодиодам, продуцирующим большой световой поток, как правило, эти светодиоды с мощностью от 1 Вт до 15 Вт. Данные источники света имеют достаточно большую светоотдачу, приближающуюся уже к значению светоотдачи газоразрядных ламп, большой срок службы, компактные размеры и достаточно большую яркость. Все эти свойства открывают новые возможности применения светодиодов, как для общего, так и для прожекторного освещения. Благодаря отсутствию тела накала светодиоды отличаются высоким КПД и большим сроком службы (80 000 - 100 000 часов).

Светодиодное освещение применяется, в основном, в установках, где не требуется высокий уровень освещенности: дежурное и аварийное освещение, ночное интерьерное, знаки и таблички, «маркировочное» освещение.

Для больших мощностей (от 1 000 Вт) ввиду отсутствия светодиодной альтернативы металлогалогенные прожекторы остаются вне конкуренции, они экономичнее галогенных аналогов.

Добавление внутрь разрядной трубки ртутной лампы галогенидов различных металлов позволило создать новый класс источников света — металлогалогенные лампы (МГЛ), отличающиеся очень широким спектром излучения и прекрасными параметрами. По сравнению с ДРЛ МГЛ (обычно под аббревиатурой «МГЛ», подразумевается именно лампа общего назначения типа ДРИ) обладает лучшей светоотдачей и более высоким индексом цветопередачи. А вот срок службы МГЛ несколько ниже, чем у ДРЛ. Стоимость ламп этого типа значительно выше (7 ламп ДРЛ по стоимости), но экономические недостатки покрываются универсальностью ламп. Металлогалогенные лампы широко используют для промышленного освещения внутренних помещений, например, цехов, работающих во вторую смену. Однако здесь следует принимать во внимание тот факт, что как и другие разрядные лампы, эти лампы разогреваются до номинальной яркости и цветовой температуры несколько минут, а зажечь горячую лампу повторно обычно не представляется возможным. Ей нужно дать остыть пять – десять минут. Это ограничивает применение металлогалогенных ламп там, где перерывы в освещении могут привести, например, к несчастным случаям (в некоторых отраслях производства).

Достоинства и недостатки современных источников света представлены в таблице 1.

На основании проведённого теоретического анализа технической литературы сделан сравнительный анализ источников света, представленный в таблице 2.

На основании проведённого теоретического анализа технической литературы, работы в Центральной электротехнической лаборатории в отделе «Светотехники», работы в техотделе Центра энергосберегающих технологий (ЦЭСТ) ОАО «ММК» были определены:

1. 
   Технические параметры современных источников света.
   
2. 
   Достоинства и недостатки современных источников света.
   

Поэтому требуется выбор оптимального источника света и проведение модернизации систем освещения, которая значительно сэкономит не только электроэнергию, но и снизит затраты на обслуживание систем освещения промышленных объектах.

Светодиодное освещение — одно из перспективных направлений технологий искусственного освещения, основанное на использовании светодиодов в качестве источника света

Особое внимание уделятся светодиодам, продуцирующим большой световой поток, как правило, эти светодиоды с мощностью от 1 Вт до 15 Вт. Данные источники света имеют достаточно большую светоотдачу, приближающуюся уже к значению светоотдачи газоразрядных ламп, большой срок службы, компактные размеры и достаточно большую яркость. Все эти свойства открывают новые возможности применения светодиодов, как для общего, так и для прожекторного освещения. Благодаря отсутствию тела накала светодиоды отличаются высоким КПД и большим сроком службы (80 000 - 100 000 часов).

Главный недостаток светодиодов — высокая цена, так как цена одного люмена, излученного светодиодом, в сто раз выше, чем у галогенной лампы.

Поэтому натриевые лампы ДНаТ высокого давления на сегодняшний день — один из наиболее экономичных источников света. Их широкое, повсеместное применение подтверждает этот факт — лампы ДНаТ различной мощности (70, 150, 250 или 400 Вт) используются для уличного освещения, в том числе для освещения транспортных магистралей, туннелей, вокзалов, аэродромов, промышленных территорий — то есть везде, где требуется обеспечить кoнтрaстную видимoсть oбъeктoв в любых погодных условиях.

Натриевые лампы высокого давления обладают высоким КПД (примерно 30%). Исходя из спектрального анализа света, излучаемого лампами ДНаТ, на длины волн 550-640 нм приходится наибольшее излучение, что наиболее близко для восприятия человеком. Цветопередачу можно улучшить, используя разнообразные газовые смеси и люминесцирующие материалы, а также изменяя давление в лампе. Однако подобные приемы уменьшают КПД и световой поток лампы.

Натриевые лампы ДНаТ высокого давления выпускают различной мощности 70, 150, 250, 400 ватт. Благодаря высокой светоотдаче натриевые лампы одни из самых экономичных источников искусственного света.

Среди недостатков ламп ЭНаТ можно выделить: плохие цветопередающие свойства, повышенная пульсация светового потока, высокое напряжение зажигания и еще большее — перезажигания.

Согласно характеристики ламп с высокими цветопередающими свойствами, разработчикам удалось приблизиться к оптимуму для этой группы источников света. Борьба с пульсацией излучения, достигающей у натриевых ламп высокого давления 70 — 80%, обычно осуществляется с помощью распространенных методов, таких как включение ламп в разные фазы сети (в многоламповых установках) и питание током повышенной частоты. Использование специальных электронных ПРА практически исключает эту проблему.

Импульсные зажигающие устройства (ИЗУ), эксплуатирующиеся в настоящее время с большинством комплектов НЛВД — ПРА, усложняют эксплуатацию ламп и удорожают комплект лампа—ПРА. Поджигающие импульсы ИЗУ негативно воздействуют на балласт и лампу, имеют место преждевременные отказы этих устройств. Поэтому на сегодняшний день одна из проблем - это снижение напряжения зажигания, позволяющие отказаться от ИЗУ.

Проблема обеспечения мгновенного перезажигания решается двумя способами. Можно использовать зажигающие устройства, выдающие импульсы с повышенной амплитудой, или применять натриевую лампу с двумя горелками, не требующую подобных устройств.

Срок службы у натриевых ламп наибольший среди разрядных источников света высокой интенсивности, но зависят от скорости ухода натрия из горелки. Уход натрия из разряда приводит к обогащению состава амальгамы ртутью и росту напряжения на лампе до тех пор (150 — 160 В) пока она не погаснет. Поэтому в серийных лампах применяется амальгамный дозатор фирмы GE. Конструкция дозатора обеспечивает строго ограниченное поступление амальгамы натрия в разрядную трубку в течение всего срока службы лампы, в результате срок службы увеличивается, затемнение концов трубки уменьшается, и световой поток сохраняется почти постоянным (до 90% от начального).

Для включения натриевой лампы высокого давления требуется вдвое меньший пусковой ток. А рабочий - на 30% меньше. Это не только экономия на оплате счетов за электричество, но и более «щадящий» режим работы горелок самих ламп. Если в наружном освещении используется натриевая лампа ДНаТ, то экономия на электроэнергии может составлять до 40% по сравнению с другими технологическими решениями. А расходы на техобслуживание снижаются на 80%.

Область применения лампы различной мощности (70, 150, 250 или 400 Вт): для уличного освещения, в том числе для освещения транспортных магистралей, туннелей, вокзалов, аэродромов, промышленных территорий — то есть везде где требуется обеспечить кoнтрaстную видимость oбъeктoв в любых погодных условиях. Идеально подходят для освещения производственных помещений и складов.

Предлагается технико-экономическое обоснование предложения по реконструкции освещения складов концентратов № 1 и № 2 аглофабрики ОАО «ММК». На складе концентратов храниться железоуглеродистое сырье, поступающее с рудно-обогатительной фабрики.

Общее освещение склада концентратов предполагается выполнить на оборудовании фирмы SBP (Италия). Для освещения с отметки 20.00 предлагается применить симметричные прожекторы, расположив их в оду линию в каждом пролете. Для освещения с мостков расположенных вдоль колон применить ассиметричные прожектора. Это позволит избежать эффект ослепления машинистов кранов. В качестве источников света применены натриевые лампы высокого давления, у которых световая отдача в 7 раз выше чем у ламп накаливания. Кроме этого желтый спектр ламп позволит улучшить освещение при большой запыленности и испарении, то есть предусматривается противотуманный эффект.

Все оборудование поставляется со встроенными компенсационными конденсаторами.

Технические данные для проектирования:

Существующая осветительная установка

Освещение склада концентратов выполнено четырьмя линями светильников

ППР-500 расположенными на отметке 20.00 метров в две линии по 40 шт. в каждой, и по одной линии расположенной на перилах мостков для обслуживания светильников, расположены вдоль колонн с двух сторон помещения.

ППР – 500 – 322 шт

режим работы – 4800 ч/год,

Источники света:

световой поток – 9250 лм;

световая отдача – 18,5 лм/Вт;

cрок службы – 1000 часов;

общая установленная мощность: Р_уст =162 кВт

Предлагаемая ОУ:

Общее освещение склада концентратов предполагается выполнить на оборудовании фирмы SBP (Италия). Для освещения с отметки 20.00 предлагается применить симметричные прожектора, расположив их в оду линию в каждом пролете. Для освещения с мостков расположенных вдоль колон применить ассиметричные прожектора. Это позволит избежать эффекта ослепления машинистов кранов. В качестве источников света применены натриевые лампы высокого давления. НЛВД являются самыми экономичными лампами их световая отдача 130 лм/Вт, это в 7 раз выше чем у ламп накаливания. Кроме этого желтый спектр ламп позволит улучшить освещение при большой запыленности и испарении (противотуманный эффект).

режим работы – 4800 ч/год;

степень защиты светильников IP 65 ( полная защита от пыли и струй воды).

В качестве источников света применены натриевые лампы высокого давления:

световой поток – 52000 лм;

световая отдача ламп 130лм/Вт (в 7 раза больше чем у ламп накаливания и в 2,2 чем у ДРЛ);

cрок службы лампы 28000 часов;

Все оборудование поставляется со встроенными компенсационными конденсаторами.

Общая установленная мощность Руст = 31,2 кВт

Уровень освещенности на дне склада - 100 люкс, на горловине бункера - 100 люкс, что соответствует заданным величинам проектирования, и в 2 – 2,5 раза выше существующего уровня освещенности.

В качестве аварийного светильника применён прожектор c галогенной лампой.

SPAIDER 511 – 12 шт

режим работы 150 час/год; степень защиты IP 65

В качестве источника света для аварийного светильника используется галогенная лампа

Plusline Pro Small 500 W фирмы PHILIPS (Нидерланды)

световой поток – 12000 лм;

световая отдача лампы 24 лм/Вт;

срок службы лампы при составляет 2000 часов.

Технико-экономическое обоснование проекта осуществляется на основе сравнения капитальных затрат на осуществление предлагаемого варианта и годовых эксплуатационных затрат на существующий и предлагаемый варианты ОУ.

Формула включает в себя следующие составляющие:

Р∙k∙Т∙N∙q,

где Р — мощность одной лампы, Вт;

k – коэффициент потерь электроэнергии (1,14); [1]

Т — число часов работы лампы в год;

N – количество приборов;

q — тариф на электроэнергию, руб/кВт∙ч (1,951); [1]

Стоимость замены ламп за год эксплуатации:

N∙T∙(A + a)∙1/t,

где N – количество приборов;

Т - число часов работы лампы в год;

А - стоимость одной лампы, руб.;

а - стоимость работ по замене одной лампы, руб (1,2∙0,7); [1]

t — номинальный срок службы лампы, ч;

Стоимость чистки оборудования за год эксплуатации

m∙В∙N

В - стоимость одной чистки одного ОП, руб (1,2); [1]

1. 
   Благодаря высокой светоотдаче - это экономичные источники света, применяемые для уличного освещения, транспортных магистралей, туннелей, вокзалов, аэродромов, промышленных территорий, обеспечивающие кoнтрaстную видимoсть oбъeктoв в любых погодных условиях.
   
2. 
   Идеально подходят для освещения производственных складов, так как при большой запыленности обладают противотуманным эффектом.
   
3. 
   Обладают высоким КПД (30%); срок службы у натриевых ламп наибольший среди разрядных источников света высокой интенсивности.
   

1. 
   Выявлены достоинства и недостатки различных источников света.
   
2. 
   Выбран наиболее оптимальный источник света.
   
3. 
   Проведено технико-экономическое обоснование предложения по реконструкции освещения склада концентратов № 1 и склада концентратов № 2 аглофабрики ОАО «ММК».
   

1. 
   Айзенберг, Ю.Б. Справочная книга по светотехнике. М.: Знак, 2002– 972 с: ил.
   
2. 
   Большам, Я.М. Справочник по проектированию электрического привода, силовых и осветительных установок. 2-е изд. М.: «Энергия». 1999. – 728 с.: ил.
   
3. 
   Кнорринг, Г.М., Фадин И.М., Сидоров В.Н. Справочная книга для проектирования электрического освещения. 2-е изд. – СПб.: Энергоатомиздат 1992. -448 с: ил.
   
4. 
   Козловская, В.В. Электрическое освещение. 2-е изд. – Минск: Техноперспектива, 2008. – 271с.: ил.
   
5. 
   Шеховцов, В. П. Осветительные установки промышленных и гражданских объектов. – М.: ФОРУМ, 2009. – 160 с.: ил.