Энергосберегающие технологии освещения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В последнее двадцатилетие энергетика обеспечивала рост благосостояния в мире примерно в равных долях за счет увеличения производства энергоресурсов и улучшения их использования и в развитых странах меры по энергосбережению давала 60-65% экономического роста. В результате энергоемкость национального дохода уменьшилась за этот период в мире на 18% и в развитых странах - на 21-27%. Не случайно коренное повышение энергетической эффективности экономики (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. Для этого Россия располагает большим потенциалом организационного и технологического энергосбережения. Реализация освоенных в отечественной и мировой практике организационных и технологических мер по экономии энергоресурсов способна к 2020 году уменьшить их расход в стране на 40-48% или на 360-430 млн. т. у. т. в год. Около трети потенциала энергосбережения имеют отрасли ТЭК, другая треть сосредоточена в остальных отраслях промышленности и в строительстве, свыше четверти - в коммунально-бытовом секторе, 6-7% - на транспорте и 3% - в сельском хозяйстве.

Требуемые для внутреннего развития энергоресурсы можно получить не только за счет увеличения добычи сырья в труднодоступных районах и строительства новых энергообъектов но и, с меньшими затратами, за счет энергосбережения непосредственно в центрах потребления энергоресурсов - больших и малых поселениях.

Стратегическая цель энергосбережения одна и следует из его определения - это повышение энергоэффективности во всех отраслях, во всех поселениях и в стране в целом. И задача - определить, какими мерами и насколько можно осуществить это повышение.

Цели энергосбережения совпадают и с другими целями муниципальных образований, таких как улучшение экологической ситуации, повышение экономичности систем энергоснабжения и др.

Снижение потребления позволяет обеспечивать подключение новых потребителей при минимальных капитальных затратах на развитие инфраструктуры и снимает проблемы выделения земельных участков под новое строительство объектов генерации, отчуждение санитарно-защитных зон и т. д., что в целом положительно сказывается на градостроительном развитии.

В данном реферате мы рассматриваем современные энергосберегающие технологии освещения и их характеристики.

1. Обзор энергосберегающих технологий освещения

В связи с появлением проблемы экономии энергоресурсов, за короткое время стали доступными для людей новые способы освещения, помимо ламп накаливания, созданных еще в 19 веке.

За 100 с лишним лет была доработана лампа накаливания, появились газоразрядные лампы, а также светодиоды. Уменьшилось потребление электричества, повысилась яркость, увеличился срок службы. Появилась необходимость безопасной утилизации, так как технологии использовали опасные вещества, такие как ртуть.

Чтобы оценить преимущества новых типов ламп освещения, необходимо вспомнить об особенностях и конструкции классической лампы накаливания.

Лампы накаливания делятся на (расположены по порядку возрастания эффективности) :

Вакуумные (самые простые)

Аргоновые (азот-аргоновые)

Криптоновые (примерно +10% яркости от аргоновых)

Ксеноновые (в 2 раза ярче аргоновых)

Галогенные (наполнитель I или Br, в 2, 5 раза ярче аргоновых, большой срок службы, не любят недокала, так как не работает галогенный цикл)

Галогенные с двумя колбами (более эффективный галогенный цикл за счёт лучшего нагрева внутренней колбы)

Ксенон-галогенные (наполнитель Xe + I или Br, наиболее эффективный наполнитель, до 3х раз ярче аргоновых)

Ксенон-галогенные с отражателем ИК излучения (так как большая часть излучения лампы приходится на ИК диапазон, то отражение ИК излучения внутрь лампы заметно повышает КПД, производятся для охотничьих фонарей)

Накаливания с покрытием преобразующим ИК излучение в видимый диапазон. Ведутся разработки ламп с высокотемпературным люминофором, который при нагреве излучает видимый спектр.

Преимущества:

высокий индекс цветопередачи, Ra 100

налаженность в массовом производстве

низкая цена

небольшие размеры

отсутствие пускорегулирующей аппаратуры

нечувствительность к ионизирующей радиации

чисто активное электрическое сопротивление (единичный коэффициент мощности)

мгновенное зажигание и перезажигание

невысокая чувствительность к сбоям в питании и скачкам напряжения

отсутствие токсичных компонентов и как следствие отсутствие необходимости в инфраструктуре по сбору и утилизации

возможность работы на любом роде тока

нечувствительность к полярности напряжения

возможность изготовления ламп на самое разное напряжение (от долей вольта до сотен вольт)

отсутствие мерцания при работе на переменном токе (важно на предприятиях).

отсутствие гудения при работе на переменном токе

непрерывный спектр излучения

приятный и привычный в быту спектр

устойчивость к электромагнитному импульсу

возможность использования регуляторов яркости

не боятся низкой и повышенной температуры окружающей среды, устойчивы к конденсату

Недостатки:

низкая световая отдача

относительно малый срок службы

хрупкость, чувствительность к удару и вибрации

бросок тока при включении (примерно десятикратный)

при термоударе или разрыве нити под напряжением возможен взрыв баллона

резкая зависимость световой отдачи и срока службы от напряжения

лампы накаливания представляют пожарную опасность. Через 30 минут после включения ламп накаливания температура наружной поверхности достигает в зависимости от мощности следующих величин: 25 Вт - 100 °C, 40 Вт - 145 °C, 75 Вт - 250 °C, 100 Вт - 290 °C, 200 Вт - 330 °C. При соприкосновении ламп с текстильными материалами их колба нагревается ещё сильнее. Солома, касающаяся поверхности лампы мощностью 60 Вт, вспыхивает примерно через 67 минут.

нагрев частей лампы требует термостойкой арматуры светильников

световой коэффициент полезного действия ламп накаливания, определяемый как отношение мощности лучей видимого спектра к мощности, потребляемой от электрической сети, весьма мал и не превышает 4%. Включение электролампы через диод, что часто применяется с целью продления ресурса на лестничных площадках, в тамбурах и прочих затрудняющих замену местах, ещё больше усугубляет её недостаток: значительно уменьшается КПД, а также появляется значительное мерцание света.

2. Люминисцентные лампы

Люминесцемнтная лампа - газоразрядный источник света, в котором электрический разряд в парах ртути создаёт ультрафиолетовое излучение, которое преобразовывается в видимый свет с помощью люминофора - смеси фосфора с другими элементами. Световая отдача люминесцентной лампы в несколько раз больше, чем у ламп накаливания аналогичной мощности. Срок службы люминесцентных ламп может в 10 раз превышать срок службы ламп накаливания при условии обеспечения достаточного качества электропитания, балласта и соблюдения ограничений по числу включений и выключений.

История создания:

Впервые свечение газов под воздействием электрического тока наблюдал Михаил Ломоносов, пропуская ток через заполненный водородом стеклянный шар. Считается что первая газоразрядная лампа изобретена в 1856 году. Генрих Гайсслер получил синее свечение от заполненной газом трубки, которая была возбуждена при помощи соленоида. 23 июня 1891 года Никола Тесла запатентовал систему электрического освещения газоразрядными лампами, которая состояла из источника высокого напряжения высокой частоты и газоразрядных аргоновых ламп запатентованных им. Аргоновые лампы используются и в настоящее время. В 1893 году на всемирной выставке в Чикаго, штат Иллинойс, Томас Эдисон показал люминесцентное свечение. В 1894 году М. Ф. Моор создал лампу, в которой использовал азот и углекислый газ, испускающий розово-белый свет. Эта лампа имела умеренный успех. В 1901, Питер Купер Хьюитт демонстрировал ртутную лампу, которая испускала свет сине-зелёного цвета, и таким образом была непригодна в практических целях. Однако, её конструкция была очень близка к современной, и имела намного более высокую эффективность, чем лампы Гайсслера и Эдисона. В 1926 году Эдмунд Гермер и его сотрудники предложили увеличить операционное давление в пределах колбы и покрывать колбы флуоресцентным порошком, который преобразовывает ультрафиолетовый свет, испускаемый возбуждённой плазмой в более однородно бело-цветной свет. Э. Гермер в настоящее время признан как изобретатель лампы дневного света. General Electric позже купила патент Гермера, и под руководством Джорджа Э. Инмана довела лампы дневного света до широкого коммерческого использования к 1938 году. В 1951 году за разработку в СССР люминесцентных ламп В. А. Фабрикант был удостоен звания лауреата Сталинской премии второй степени совместно с С. И. Вавиловым, В. Л. Левшиным, Ф. А. Бутаевой, М. А. Константиновой-Шлезингер, В. И. Долгополовым.

Принцип работы:

При работе люминесцентной лампы между двумя электродами, находящимися в противоположных концах лампы, горит дуговой разряд. Лампа заполнена инертным газом и парами ртути, проходящий ток приводит к появлению УФ излучения. Это излучение невидимо для человеческого глаза, поэтому его преобразуют в видимый свет с помощью явления люминесценции. Внутренние стенки лампы покрыты специальным веществом - люминофором, которое поглощает УФ излучение и излучает видимый свет. Изменяя состав люминофора, можно менять оттенок свечения лампы. В качестве люминофора используют в основном галофосфаты кальция и ортофосфаты кальция-цинка.

Преимущества и недостатки:

Популярность люминесцентных ламп обусловлена их преимуществами (над лампами накаливания) :

значительно большая светоотдача (люминесцентная лампа 20 Вт даёт освещенность как лампа накаливания на 100 Вт) и более высокий КПД;

приближенный к естественному спектр излучения лампы;

разнообразие оттенков света;

рассеянный свет;

длительный срок службы (2?000[1]-20?000 часов в отличие от 1?000 у ламп накаливания), при условии обеспечения достаточного качества электропитания, балласта и соблюдения ограничений по числу включений и выключений (поэтому их не рекомендуется применять в местах общего пользования с авт. включателями с датчиками движения).

К недостаткам относят:

химическая опасность (ЛЛ содержат ртуть в количестве от 10 мг до 1 г);

неравномерный, линейчатый спектр, неприятный для глаз и вызывающий искажения цвета освещённых предметов (существуют лампы с люминофором спектра, близкого к сплошному, но имеющие меньшую светоотдачу) ;

деградация люминофора со временем приводит к изменению спектра, уменьшению светоотдачи и как следствие понижению КПД ЛЛ;

мерцание лампы с удвоенной частотой питающей сети (применение ЭПРА решает проблему, при условии достаточной ёмкости сглаживающего конденсатора выпрямленного тока на входе инвертора ЭПРА (производители часто экономят на ёмкости конденсатора) ;

наличие дополнительного приспособления для пуска лампы - пускорегулирующего аппарата (громоздкий шумный дроссель с ненадёжным стартером или же дорогой ЭПРА) ;

очень низкий коэффициент мощности ламп - такие лампы являются неудачной для электросети нагрузкой (нивелируется применением очень дорогих ЭПРА с корректором коэффициента мощности) ;

3. Светодиодные лампы

Светодиодные лампы или светодиодные светильники в качестве источника света используют светодиоды, применяются для бытового, промышленного и уличного освещения.

Светодиод- полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра. Его спектральные характеристики зависят во многом от химического состава использованных в нём полупроводников.

История создания:

В 1907 году Генри Джозеф Раунд впервые открыл и описал электролюминесценцию, обнаруженную им при изучении прохождения тока в паре металл - карбид кремния (карборунд, SiC), и отметил жёлтое, зелёное и оранжевое свечение на катоде.

Эти эксперименты были позже, независимо от Раунда, повторены в 1923 году О. В. Лосевым, который, экспериментируя с выпрямляющим контактом из пары карборунд - стальная проволока, обнаружил в точке контакта двух разнородных материалов слабое свечение - электролюминесценцию полупроводникового перехода (в то время понятия «полупроводниковый переход» ещё не существовало). Это наблюдение было опубликовано, но тогда весомое значение этого наблюдения не было понято и потому не исследовалось в течение многих десятилетий.

Вероятно, первый светодиод, излучающий свет в видимом диапазоне спектра, был изготовлен в 1962 году в Университете Иллинойса группой, которой руководил Ник Холоньяк.

Преимущества:

По сравнению с другими электрическими источниками света (преобразователями электроэнергии в электромагнитное излучение видимого диапазона), светодиоды имеют следующие отличия:

Высокая световая отдача. Современные светодиоды сравнялись по этому параметру с натриевыми газоразрядными лампами[9] и металлогалогенными лампами, достигнув 160 люмен на ватт.

Высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие нити накаливания и иных чувствительных составляющих).

Длительный срок службы - от 30000 до 100000 часов (при работе 8 часов в день - 34 года). Но и он не бесконечен - при длительной работе и/или плохом охлаждении происходит «отравление» кристалла и постепенное падение яркости.

Спектр современных светодиодов бывает различным - от тёплого белого = 2700 К до холодного белого = 6500 К.

Малая инерционность - включаются сразу на полную яркость, в то время как у ртутно-фосфорных (люминесцентных-экономичных) ламп время включения от 1 с до 1 мин, а яркость увеличивается от 30% до 100% за 3-10 минут, в зависимости от температуры окружающей среды.

Количество циклов включения-выключения не оказывают существенного влияния на срок службы светодиодов (в отличие от традиционных источников света - ламп накаливания, газоразрядных ламп).

Различный угол излучения - от 15 до 180 градусов.

Низкая стоимость индикаторных светодиодов.

Безопасность - не требуются высокие напряжения, низкая температура светодиода или арматуры, обычно не выше 60 °C.

Нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам.

Экологичность - отсутствие ртути, фосфора и ультрафиолетового излучения в отличие от люминесцентных ламп.

Недостатки:

Относительная дороговизна ламп, использующихся в освещении помещений и открытых пространств.

Выводы

Современные технологии освещения уверенно обходят классическую лампу накаливания по всем показателям экономичности, но в других случаях могут проявлять худшие характеристики.

Только лампы накаливания могут передавать большую часть спектра видимого излучения, в следствии чего свет этих ламп более комфортен.

При использовании ламп накаливания не используются опасные для человека и окружающей среды вещества, типа ртути. Утилизация таких ламп полностью безопасна.

Производство ламп накаливания длится уже более 100 лет, поэтому они до сих пор самые дешевые.

На основании всех характеристик расмотренных выше ламп, можно отметить светодиоды как самый лучший способ освещения, так как сочетает в себе хорошее освещение, экономичность, экологичность и неприхотливость в качестве электричества.

энергосберегающая технология освещение

Размещено на Allbest.ru