CC BY
96
благоприятная среда жизнедеятельности человека
Повышение энергетической эффективности. Энергосберегающие лампы
Д.В. Сандольская
Энергоемкость экономики России вдвое выше, чем мировой экономики в целом, и в 3 раза — чем в 15 странах Евросоюза и Японии. На производство и транспортировку большинства российских товаров расходуется намного больше энергии и топлива (доля энергозатрат в себестоимости продукции достигает 30-40%) и в конечном результате они оказываются гораздо дороже товаров из других стран. В связи с этим новое направление в развитии России стало энергосбережение и повышение энергетической эффективности.
В ноябре 2009 года Государственной Думой был принят Федеральный закон Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». В котором под термином «энергосбережение» понимается реализация организационных, правовых, технических, технологических, экономических и иных мер, направленных на уменьшение объема используемых энергетических ресурсов при сохранении соответствующего полезного эффекта от их использования.
Действие этого закона распространяется на всю деятельность, связанную с использованием энергетических ресурсов. То есть на каждого человека, который в повседневной жизни пользуется различными бытовыми энергопотребляющими устройствами (лампы, бытовые приборы, различная электротехника и т. п.). 19% потребляемой электроэнергии в мире расходуется на освещение, поэтому необходимо уделять внимание световым технологиям. А замена ламп на энергоэффективные не потребует таких колоссальных вложений, как в иные направления осуществления программы энергосбережения.
В статье 10 Закона N 261-ФЗ «Об энергосбережении... » приводится ряд мер для обеспечения энергетической эффективности при обороте товаров. Предусматривается обязательное информирование потребителей об энергетической эффективности с указанием класса энергетической эффективности в технической документации, прилагаемой к товарам, в их маркировке, на этикетках, приобретаемых ими различных бытовых энергопотребляющих устройств, компьютеров, и т.п. На этикетке должно быть указано:
— категория эффективности использования энергии от А до О;
— световой поток лампы в люмен;
— энергопотребление лампы в Вт;
— срок службы в часах.
С 1 января 2011 года к обороту на территории Российской Федерации вводится запрет на электрические лампы накаливания мощностью сто ватт и более, которые могут быть использованы в цепях переменного тока в целях освещения; а также не допускается размещение заказов на поставки электрических ламп накаливания для государственных или муниципальных нужд, которые могут быть использованы в цепях переменного тока в целях освещения. В целях последовательной реализации требований о сокращении оборота электрических ламп накаливания с 1 января 2013 года может быть введен запрет на оборот на территории Российской Федерации электрических ламп накаливания мощностью семьдесят пять ватт и более, которые могут быть использованы в цепях переменного тока в целях освещения.
Правительством Российской Федерации утверждаются правила обращения с отходами производства и потребления в части осветительных устройств, электрических ламп, ненадлежащие сбор, накопление, использование, обезвреживание, транспортировка или размещение которых могут повлечь за собой причинение вреда жизни, здоровью граждан, вреда животным, растениям, окружающей среде. В целях создания организационных, материально-технических, финансовых и иных условий, обеспечивающих реализацию требований к обращению с указанными отходами, утверждается государственная программа, которая подлежит реализации с 1 января 2011 года.
Осуществление вышеописанных мероприятий предполагается в комплексе с запуском образовательной, информационной кампании, пропагандирующей рациональное потребление энергоресурсов, что должно научить потребителя экономии и продемонстрировать реальную пользу от энергосбережения. Следует отметить, что благодаря такому подходу, энергосберегающие лампы могут получить широкое распространение не только среди частных потребителей. Сегодня такими лампами оборудуются системы освещения многих коммер-
благоприятная среда жизнедеятельности человека
Характеристики Лампа накаливания Компактная люминесцентная лампа Светодиодная лампа
Цена 7-15 рублей 70-200 рублей 200-500 рублей
Срок службы До 1000 часов От 6000 до 12000 часов От 30000 до 50 000 часов
Источник света Вольфрамовая нить накаливания Люминофор Светодиоды
Световая отдача 10-15 лм/Вт 80-100 лм/Вт 60-130 лм/Вт
Цветовая температура 2300—2900 К 2700—6400 К 2700—9000 К
Наличие вредных веществ Отсутствуют Содержат ртуть от 3 до 7 мг, ядовитое вещество 1-го класса опасности ("чрезвычайно опасные") Отсутствуют
Тепловыделение До 90% электроэнергии превращается тепло До 45% электроэнергии превращается тепло Незначительное
Таблица 1. Сравнительные характеристики основных видов ламп.
ческих объектов, государственных и муниципальных учреждений.
Однако широкого выбора альтернативной замены ламп накаливания на российском рынке в данное время нет. Возможно лишь несколько вариантов: компактная люминесцентная лампа (КЛЛ) и светодиодные лампы.
Анализ основных характеристик различных видов ламп позволяет сделать выводы об их эффективности и экономичности (Табл.1). Также для потребителей ламп фирмы-изготовители предлагают «Калькуляторы бережливости», с помощью которых можно оценить последующую экономию при использовании определенных видов ламп (Рис.1).
Рисунок 1. Калькулятор бережливости
благоприятная среда жизнедеятельности человека
Рассмотрим каждый из видов ламп более подробно.
Энергосберегающие лампы — это электрические лампы, обладающие существенно большей светоотдачей (соотношением между световым потоком и потребляемой мощностью). В быту под энергосберегающими лампами чаще всего имеются в виду компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) или компактные флуоресцентные лампы, которые являются газоразрядными ртутными лампами низкого давления.
КЛЛ — лампа, имеющая меньшие размеры по сравнению с колбчатой лампой и меньшую чувствительность к механическим повреждениям. Зачастую встречаются лампы, предназначенные для установки в стандартный патрон для ламп накаливания с интегрированным электронным балластом (Рис.2).
Электронный блок или электронный пускорегу-лирующий аппарат (ЭПРА) обеспечивает зажигание (пуск) и дальнейшее горение люминесцентной лампы. ЭПРА преобразует сетевое напряжение 220В в напряжение, необходимое для работы люминесцентной лампы. Благодаря ЭПРА энергосберегающая лампа зажигается без мерцания и работает без мигания свойственного обычным люминесцентным лампам. А равномерное распределение люминофора по колбе обеспечивает мягкое, более равномерное распределение света, что снижает утомляемость человеческого глаза.
Из сравнительной таблицы следует, что КЛЛ имеют больший срок службы, чем обычная лампа накаливания. Однако зависимость срока службы от колебаний напряжения в электросети приводит к тому, что в России он может равняться или даже быть меньше срока службы ламп, заявленного изготовителем на этикетке. Частично это преодолевается применением стабилизаторов напряжения и сетевых фильтров. Основными причинами, снижающими срок службы лампы, являются нестабильность напряжения в сети, частое включение-выключение лампы.
Высокая светоотдача (световой КПД): при равной мощности световой поток КЛЛ в 4—6 раз выше, чем у лампы накаливания, что дает экономию электроэнергии 75—85 % (Рис.3).
В отличие от традиционных ламп накаливания спектральный состав видимого излучения люминес-
Люминесцентная лампа \
Цоколь
/
Электронный блок (ЭПРА)
Рисунок 2. Компактная люминесцентная лампа
500 1000 1500 2000 Сила светового потока (1т)
Лампа накаливания 240 В Лампа накаливания 120 В Компактная люминесцентная лампа
2500
Рисунок 3. Сравнительная характеристика ламп накаливания и КЛЛ
центных энергосберегающих ламп зависит от состава люминофора, в связи с чем последние могут иметь разную цветовую температуру, которая определяет цвет лампы. Если лампа накаливания создает только теплый желтый свет (2400 К) , то у КЛЛ температура 2700 К соответствует мягкому белому свету, 4200 К — дневному свету, 6400 К — холодному белому свету (Рис.4).
Незначительное тепловыделение позволяет использовать компактные люминесцентные лампы большой мощности в хрупких бра, светильниках и люстрах, в которых от ламп накаливания с высокой температурой нагрева может оплавляться пластмассовая часть патрона, либо сам провод.
Основные недостатки, которые можно выделить у КЛЛ:
• зависимость световых характеристик от температуры окружающей среды (в отличие от обычной лампы накаливания, которая обеспечивает нормальную работу при низкой температуре окружающей среды, некоторые КЛЛ не работают при отрицательных температурах);
• значительное снижение светового потока к концу срока службы, до 30% и более;
• невозможность использования энергосберегающей лампы совместно с устройствами снижения/увеличения освещения (диммерами обычных типов, включаемых последовательно с лампой), необходимость особого подключения с прокладкой дополнительных проводов;
• влияние ультрафиолетового излучения на людей с чувствительной кожей;
благоприятная среда жизнедеятельности человека
• использование ртути при производстве энергосберегающих ламп;
• необходимость особой утилизации использованных ламп;
• более высокая стоимость по сравнению с обычными лампами накаливания.
Применение КЛЛ имеет как положительные, так и отрицательные стороны, но их существенным недостатком является наличие вредных веществ — ртути. Пары ртути заключены внутри самой колбы лампы, что делает ее небезопасной для человека и ставит перед необходимостью утилизировать отработавшие лампы в специальных местах. В России в настоящее время не в полной мере организована специальная утилизация в виду ограниченности подготовленных специалистов и специализированных предприятий.
Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение (LED — лампы, англ. light emitting diode) (Рис.5).
В настоящее время активно развивается диодная
светотехника и, в частности, направления по использованию светодиодных ламп в качестве замены декоративных и осветительных ламп накаливания.
Таблица сравнительных характеристик показывает, что светодиодные лампы являются лучшими по всем основным показателям:
• длительный срок службы;
• экономичное использование электроэнергии по сравнению с другими лампами;
• возможность получения различных спектральных характеристик этого источника света, без потери в световых фильтрах (как в случае ламп накаливания);
• возможность изготовления светодиодной лампы на любое напряжение (без необходимости установки дополнительных балластных резисторов);
• отсутствие ультрафиолетового излучения и малое инфракрасное излучение;
• незначительное тепловыделение;
• безопасность использования (отсутствие ртутных паров);
• целесообразность применения в случае до-
(К)
1. Небо в северных 20,000
широтах
15,000
10,000
7,000
2. Пасмурное 6,500
небо
6,000
3. Пасмурное 5,500
небо в полдень 5,000
4.Небо через 2 час 4,500
после восхода и за 2 -
часа до захода 4,000
5.Небо через 1 час 3,500
после восхода и за 1 ~
час до захода солнца 3,000
6. Небо накануне 2,500
восхода и захода 2,000
солнца ^я
Люминесцентные лампы
Люминесцентные лампы Ртутные лампы, МГЛ
Лампы накаливания Пламя свечи
Рисунок 4. Цветовая температура (К) в сравнении с некоторыми источниками света
2010
489
3
благоприятная среда жизнедеятельности человека
рогого частого обслуживания, необходимости жесткой экономии энергии и высоких требований по электробезопасности;
• возможность работы в различных климатических условиях при температуре от -60 до +60 °С;
• устойчивость к вибрации и механическим ударам.
Основной недостаток — высокая цена. В отличие от привычных ламп накаливания, где питающее напряжение строго нормировано для каждого вида ламп, светодиоду необходим номинальный рабочий ток. Из-за этого появляются дополнительные электронные узлы, называемые источниками тока. Это обстоятельство влияет на себестоимость системы освещения в целом. В самом простом случае, когда ток невелик, возможно подключение светодиода к источнику постоянного напряжения, но с использованием резистора.
Также у светодиодов существуют ограничения в применении. Согласно действующим санитарно-эпидемиологические требованиям к освещению в учреждениях дошкольного, школьного и профессионально-технического образования, а также в основных функциональных помещениях лечебно-профилактических учреждений следует применять разрядные лампы и лампы накаливания.
Стоимость светодиодных ламп за последние 10 лет снизилась в 4-5 раз, следовательно, в будущем использование новых технологий при изготовлении светодиодных ламп позволит сделать выпускаемую продукцию более доступной для потребителя.
Из вышеизложенного можно сделать следующие выводы. Внедрение светодиодных ламп является более перспективным решением проблем энергетической эффективности в России, с точки зрения безопасности, экологии и функциональности. Однако использование компактных люминесцентных ламп потребует меньших денежных затрат, хотя появится необходимость введения специальной программы утилизации ламп, что повлечет дополнительных материальные расходы. Следовательно, переход на
альтернативные лампы должен быть выполнен свободно и обдуманно, так как каждый вид ламп имеет свои преимущества, но необходимо учитывать и негативные последствия их применения.
Литература
1. Б.М.Яворский, А.А.Пинский. «Основы физики. Том 2. Колебания и волны. Квантовая физика», Наука, 1981 г.
2. Федеральный закон РФ от 23.11.2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации»
3. СанПиН 2.2.1/2.1.1.2585-10 «Изменения и дополнение № 1 к СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278-03 «Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий».
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайтов:
1. Информационный и коммерческий портал «Источник света — White Nights» http://svetila.ru/
2. Свободная энциклопедия Википедия http:// ru.wikipedia.org/
Повышение энергетической эффективности. Энергосберегающие дампы
Сравнительный анализ основных характеристик ламп накаливания, люминесцентных и светодиодных ламп показал эффективные и экономические преимущества светодиодного освещения по сравнению с другими.
Improving energy efficiency. Energy saving lamps
by D.V. Sandolskaya
Comparative analysis of the basic characteristics of incandescent, fluorescent and LED lamps have shown effective and economic benefits of LED lighting compared to the others.
Ключевые слова: энергосбережение, энергетическая эффективность, энергосберегающие лампы, люминесцентные лампы, светодиодные лампы, световые характеристики.
Key words: energy conservation, energy efficiency, energy saving lamps, fluorescent lamps, LED lamps, lighting characteristics.
