Светотехника
01.02.15 |
Общедомовое освещение. Освещение жилых домов.
1. Обзор систем общедомового освещения
Как показывают многочисленные наблюдения, система коллективного освещения в многоэтажных жилых домах представлена лампами накаливания средней мощностью 60 Вт. Лампы, как правило, установлены без плафонов, что является нарушением требований пожарной безопасности. Пожарную опасность ламп накаливания принято рассматривать в двух аспектах:
• возможность возникновения пожара от соприкосновения лампы и горючего материала;
• возможность возникновения пожара от попадания на окружающие горючие материалы раскаленных элементов лампы, образующихся при ее разрушении.
Первый аспект связан вопервых с тем, что температура стеклянной колбы лампы накаливания после 60 минут горения составляет от 110 до 360°С (при мощности ламп от 40 до 100 Вт). Именно этим объясняется наличие темных закопченных кругов на потолке над установленной лампой.
Во-вторых, он связан с неправильной эксплуатацией, когда на одно нарушение (использование открытой лампы без рассеивателя (термостойкого плафона), который снимают многие жильцы чтобы «лампа светила ярче») накладывается другое нарушение - несоблюдение допустимого расстояния приближения горючих материалов. Это явление, весьма часто, встречается в тесных приквартирных тамбурах, которые жильцы используют как импровизированные кладовки.
Даже наличие достаточного расстояния не гарантирует безопасность - пожар может возникнуть (второй аспект) от раскаленных частиц металлов, образующихся при аварийных режимах (перегорание лампы) в дефектных лампах (оплавления электродов или вводов дуговыми разрядами) и разлетающихся от лампы на расстояние около трех метров. Вертикально падающие частицы сохраняют зажигательную способность даже при падении с 8-10 м.
Широко встречается нарушение, когда алюминиевые провода удлиняют при помощи медных проводов с использованием скруток. В результате образуется гальваническая пара, приводящая к электрохимической коррозии (разрушение контакта) и росту сопротивления контакта, что в конечном итоге также может стать источником пожара из-за нагрева места соединения проводов.
Среди основных вариантов электроснабжения можно выделить следующие основные:
• вся система включена без диодов;
• вся система включена с использованием диодов (централизованно, в электрощитовой);
• комбинированные решения (диоды установлены частично в лампах и выключателях).
Диод - электронный компонент, обладающий различной проводимостью в зависимости от направления тока. В домах используется для снижения действующего напряжения на лампах накаливания с целью снижения энергопотребления и повышения срока службы ламп накаливания.
Установленные диоды в цепи электроснабжения системы освещения дома приводят к тому, что лампы накаливания начинают заметно мерцать, что доставляет дополнительный дискомфорт жильцам.
Действующее напряжение снижается с 220 до 156 В, но следует учесть, что в связи с тем, что лампа накаливания является нелинейным элементом и её реальное энергопотребление снижается только на 42% а световой поток, зависящий от квадрата нормального напряжения - уменьшается до 27%.
Световой поток - физическая величина, характеризующая количество «световой» мощности в соответствующем потоке излучения. Является основной характеристикой источника света для оценки создаваемой данным источником света освещенности.
В результате лампы становятся менее энергоэффективными: если исходный вариант имеет световой поток 800
лм при мощности 60 Вт (светоотдача 13,3 лм/Вт), то при
использовании диода световой поток составляет 216 лм
при мощности 34,8 Вт (светоотдача 6,2 лм/Вт).
Энергоэффективность - эффективное (рациональное) использование энергетических ресурсов. В случае освещения это использование меньшего количества электроэнергии для обеспечения того же уровня освещенности.
Световая отдача источника света - отношение излучаемого источником светового потока к потребляемой им мощности. Является показателем эффективности и экономичности источников света.
Для компенсации сниженного светового потока жильцы устанавливают лампы большей мощности, доходящей до 200 Вт, что приводит к росту электроэнергии на нужды общедомового освещения.
В конечном итоге освещенность подъездов и тамбуров не соответствует нормам СанПиН 2.1.2.2645-10 (средняя освещенность на лестничных площадках, поэтажных коридорах и т.п. должна составлять не менее 20 люкс).
2. Обзор энегоэффективных источников света
Рисунок 1 - Устройство КЛЭ, где 1 - утолщение трубки; 2 - внутреннее покрытие колбы; 3 - ЭПРА; 4 - вентиляционное отверстие; 5 - цоколь
На рынке в широкой продаже имеются следующие энергоэффективные источники света (ЭИС), применимые для использования в жилых домах: люминесцентные лампы (в том числе КЛЭ (компактная люминесцентная со встроенной ЭПРА (электронная пускорегулирующая аппаратура))), светодиодные лампы и светильники.
Существенным недостатком люминесцентных ламп является наличие в их составе паров ртути, что требует особых мер по утилизации и наличие задержки включения (лампа достигает номинального светового потока работы через заметный промежуток времени). Заявленный срок службы в 25 000 часов, как правило, не выполняется по причине частого перегорания вольфрамовых электродов. В процессе работы лампа разогревается до 60 °С, и если они используются в составе каких-либо закрытых светильников, то тепловыделение приводит к перегреву электроники и преждевременному выходу лампы из строя. Гарантийный срок эксплуатации у данных ламп отсутствует. При использовании в холодных помещениях у них снижается световая отдача и срок службы. Также нельзя отбрасывать человеческий фактор - лампы могут украсть жильцы с целью применения их для освещения квартиры.
Единственным и существенным недостатком ламп со светодиодным источником света является их высокая рыночная цена. Но данная цена окупается их значительно меньшим энергопотреблением, даже в сравнении с КЛЭ. Но при использовании данной лампы в стандартном светильнике возможно ухудшение светораспределения на освещаемой поверхности, т.к. данная лампа дает узконаправленный луч света. Таким образом, данные лампы эффективно использовать только при их вертикальной установке по направлению к полу (например - в люстре).
Рисунок 2 - Устройство светодиодной лампы, где 1 - светорассеиватель; 2 - светодиоды; 3 - монтажная плата; 4 - радиатор; 5 - драйвер; 6 - вентиляционные отверстия; 7 - цоколь
Рисунок 3 - Светодиодный светильник SLG-HL8
Выбирая между светодиодной лампой и светодиодным светильником желательно сделать выбор в сторону светодиодного светильника, так как у светодиодной лампы присутствует аналогичный человеческий фактор и возможность перегрева электроники (как и у КЛЭ).
На данный момент на рынке представлены два типа светодиодных светильников, приемлемых для применения в сфере ЖКХ - основанные на бездрайверной схеме и с применением драйвера. Ценовой диапазон светильников находится в пределах 500-700 руб. без использования драйвера и 700-1600 руб. для светильников с драйвером.
Основное назначение драйвера - преобразование переменного тока и высокого напряжения первичной цепи в постоянный стабилизированный ток и низкое напряжение приемлемый для питания светодиодов. Помимо этой основной функции, драйвер обеспечивает защиту от короткого замыкания, защиту от перегрева драйвера и светильника в целом, а также устойчивую работу светильника в широком диапазоне входящего напряжения. Пониженное напряжение вторичной цепи обеспечивает безопасность при проведении электромонтажных работ и обслуживании светильника.
Сущность бездрайверной схемы заключается в том, что в светильнике используется большое количество (2070) светодиодов малой мощности (0,1—0,3 Вт), соединенных последовательно для питания их высоким напряжением (>70 В). Но надежность любой технической системы обратно пропорциональна числу используемых элементов, и перегорание любого из светодиодов (при использовании дешевых светодиодов сомнительного качества) приводит к выходу светильника из строя. Системы защиты отсутствуют.
В результате отсутствия драйвера (импульсного источника питания) происходит некорректное питание светодиодов, что приводит к их быстрому старению (снижается срок эксплуатации с 50 000 до 30 000 ч.). Также к основным недостаткам данных светильников относится большой коэффициент пульсаций, с которым можно условно мириться из-за кратковременного пребывания жильцов в подъезде.
3. Средства автоматизации
Для управления системой освещения в многоквартирном доме кроме стандартных выключателей можно использовать в качестве средства автоматизации различные датчики движения.
Датчик движения (ДД) - это датчик, который отслеживает перемещение каких-либо объектов. Как правило, под датчиком движения понимают электронный инфракрасный (ИК) датчик, который обнаруживает присутствие и перемещение человека и коммутирует нагрузку - сигнализацию в случае его использования в качестве охранной системы, или системы освещения при использовании его в качестве средства снижения энергопотребления (за счет снижения времени работы) этих систем. После выдержки определенного промежутка времени (как правило - регулируемого) ДД отключают нагрузку (в данном случае - светильник).
Весьма полезной встроенной в большинство ДД функцией является наличие у них датчиков освещенности (ДД не будет работать, если освещенность в помещении превышает определенный уровень). За счет этого система освещения не включается в светлое время суток.
Рисунок 4 - Принцип работы инфракрасного датчика движения
К недостаткам ИК ДД является
• ограниченный сектор охвата (обзора);
• снижение чувствительности при установке на высоте более 2 метров;
• невозможность установки возле сильных источников тепла (к примеру - батарей отопления).
Например, при установке датчика движения в длинном коридоре (около 6-8 метров) он срабатывает только когда человек доходит примерно к его середине, что доставляет определенные неудобства (первую треть коридора приходится проходить в темноте). Дальности их обзора (около 6 метров) вполне достаточно для использования в подъезде.
Решением ограниченного сектора охвата может стать установка 2-х ДД, используя следующие схемы монтажа:
• в начале и в конце коридора на стенках, ДД при этом направлены навстречу друг другу;
• равномерное распределение ДД на потолке.
В обоих случаях ДД должны подключаться параллельно, чтобы срабатывание любого из датчиков включало светильник. Недостатком данного решения является повышенный расход самих ДД, который при их высокой рыночной цене (около 250 р.) приведет к значительным финансовым затратам при сомнительной экономии в случае использования энегоэффективных источников света. К примеру, 2 ДД постоянно потребляют более 10% мощности работающего светодиодного светильника. Также не следует забывать, что также происходит значительное усложнение системы коммутации - необходимо проложить провод до каждого из датчиков в обоих направлениях.
Также существует более дешевые варианты ДД - звуковые (фотоаккустические). Эти датчики часто встречаются уже в составе определенных светильников (см. рисунок 1.5). Наличие в их названии слова «энергосберегающий» и невысокая рыночная стоимость около 250 руб. подкупает многие ТСЖ и УК, но серьезным их недостатком является проблема установки чувствительности на уровень звука. Установка слишком высокой чувствительности приводит, например, к тому, что житель, обутый в кроссовки может пройти мимо такого датчика, и он не сработает. Установка низкой чувствительности приводит к отсутствию избирательность по сигналу - ДД срабатывают практически от любого звука.
Рисунок 5 - Энергосберегающий светильник ЖКХ-03
Общим недостатком любых датчиков движения является то, что светильник в процессе эксплуатации испытывает значительно большее число циклов включения- выключения, что снижает его срок службы установленного источника света. К примеру, лампы накаливания перегорают в 90% случаев в момент включения при сопутствующем броске тока. В случае КЛЭ интервал между включениями, устанавливаемый гарантийными условиями для достижения положенной наработки, может быть больше двух минут (это связано с работой простых схем предпускового разогрева). Применение в их составе устройств плавного пуска не позволяет использовать КЛЭ и светодиодные лампы.
Стоимость сэкономленной электроэнергии оправдывает преждевременный выход из строя источников света только в случае применения ламп накаливания, обладающих сравнительно низкой рыночной стоимостью. Также датчики движения доставляют определенный дискомфорт жильцам, особенно при неправильной установке.
Единственной областью, где применение ДД в жилом доме экономически целесообразно, являются места редкого использования, например аварийная пожарная лестница.
Как показали наблюдения, пожарной лестницей пользуется не более 1 человека в неделю. С учетом этажности домов, где эта лестница присутствует, можно определить экономию электроэнергии в случае использования ламп накаливания и ЭИС.
В случае использовании ламп накаливания экономия электроэнергии по потребленной мощности составляет 60-0,5=59,5 Вт, где 60 - мощность лампы накаливания ЛОН-60, Вт.; 0,5 - потребляемая мощность ДД в режиме ожидания, Вт. В месяц, при работе в круглосуточном режиме, экономия составит: 0,0595 24 29,4-42 кВт ч (здесь 0,0595 - высвобождаемая мощность, кВт; 24 - количество часов в сутках; 29,4 - среднее количество дней в месяце). При цене за электроэнергию 2,367 руб./кВтч установленные ДД ценой 250 р. и стоимостью монтажа около 150 руб. каждый, проект по оборудованию ДД окупятся в течение (250+150)/(42х2,367)-4 месяцев.
В случае использования ЭИС (см. п. 1.2) средней мощностью около 8-15 Вт высвобождаемая мощность равна (15...8)-0,5=14,5...7,5 Вт (здесь 15 - мощность КЛЭ, аналога лампы накаливания 60 Вт; 8 - мощность светодиодного светильника SLG-HL8, также аналог ЛОН-60). При этом среднемесячная экономия электроэнергии составит (0,0145.,.0,0075)-24-29,4=10,2...5,6 кВт ч. Срок окупаемости - (250+150)/((10,2...5,6)х2,367)~17...30 месяцев, или полтора-три года.
Такие образом, экономически нецелесообразно устанавливать датчики движения в комплекте с ЭИС - достаточно лампы накаливания. Единственный недостаток данного решения - запрет производства и реализации в России ламп накаливания в 2014 году.
Схема установки ДД в аварийных лестницах рекомендуется нестандартная (настенная), так как она обеспечивает охват сразу двух лестничных пролетов (см рисунок 1.6). Как показывает практика, ДД при данной схеме срабатывает только при подходе человека на середине лестничной площадки (перед самой лестницей), что при малой интенсивности использования пожарной лестницы можно отнести к несущественному недостатку.
Рисунок 6 - Применение датчиков движения на аварийной лестнице
4. Характеристика светильника SLG-HL8
Светодиодные светильники серии SLG-HL8 (Silen- LED Group, for House Light 8 W- «светильник фирмы Си- лэн-Лэд для домового освещения номинальной мощностью 8 Вт) предназначены для общего освещения объектов ЖКХ. Они специально разработаны согласно светотехнических расчетов для энергосберегающего освещения технических и общественных помещений, находящихся на обеспечении жилищно-коммунальных хозяйств: подъездов жилых домов, лестниц и лестничных клеток, лифтовых шахт, коридоров, тамбуров, площадок жилых домов и других общественных помещений.
Светильники данной серии можно использовать для дежурного и аварийного освещения любых нежилых помещений общественных и частных зданий, кроме того они подходят для наружного освещения под навесом — под козырьками подъездов (существует специальная версия для наружного применения с повышенными характеристиками антивандальной защиты и стойкости к перепадам температур).
Светильник в классическом экономичном исполнении выпускается в корпусе НПБ 1301 со степенью защиты IP54 , допускающий установку на стенки и потолки. Корпус выполнен из алюминиевого сплава, способствующего отведению тепла от светильника, и закрыт борсиликатным матовым стеклом для ограничения слепящего эффекта от светодиодов. По желанию заказчика возможна разработка и изготовление светильника в иных корпусах.
Светильники изготавливаются в г. Барнауле, проходя всесторонний контроль качества. При изготовлении используются различные машиностроительные шаблоны и кондуктора.
На все светильники действует 3-х летняя гарантия, в течение которой происходит бесплатная замена вышедших из строя светильников. Следует учесть, что данный период превышает максимальный срок окупаемости светильников.
Таблица 1 - Характеристики SLG-HL8
5. Монтаж светодиодных светильников
Так как светодиодные светильники имеют определенную направленность, то установка светодиодных светильников на места, где были установлены лампы накаливания, не является правильным решением. Это объясняется тем, что основной «рабочей поверхностью» в подъезде является пол, и в случае установки светильника на стену основной световой поток будет приходиться на противоположную месту установки стену. В итоге пол будет освещаться только отраженным освещением, что снизит требуемую освещенность. По этой причине светильники устанавливаются на потолок (исключения составляют случаи, когда установка светильника на потолок невозможна).
Не смотря на то, что монтаж при этом усложняется, так как приходится прокладывать длинный соединительный шнур от точки подключения до светильника, данный способ кроме повышения средней освещенности, улучшает светораспределение, а также уменьшает человеческий фактор - светильник располагается на максимальной высоте, что затрудняет свободный доступ к нему, снижает слепящий эффект и возможность его случайного повреждения.
Рисунок 7 - Схема типового монтажа светодиодных светильников в подъезде дома 97 и 121 серии
Монтаж светильников производится в рабочие дни. В исключительных случаях монтаж может осуществляться и в субботу. О дне монтажа уведомляется не менее чем за сутки. Подготовительные работы для жильцов, которые установили двери в тамбурах, сводятся к уборке вещей, боящихся пыли, и обеспечению доступа в тамбур в указанный день.
Работы проводит специально обученный, монтажник, знающий устройство и правила монтажа светодиодных светильников, который также проводит с жильцами разъяснительную работу. Подключение к электросети дома происходит по линии коммунального освещения без необходимости открытия электрощитов. Обязательно проводятся работы по выявлению и устранению установленных диодов, которые могут снизить срок эксплуатации светодиодных светильников.
Электромонтаж сводится к следующим операциям:
• удаление старого светильника;
• установка новой распределительной коробки;
• установка светодиодного светильника на потолок;
• прокладка кабеля до светильника;
• подключение (в зависимости от типа провода) через специализированные зажимы для осветительного оборудования к проводам.
Рисунок 8 -Типовой монтаж светодиодного светильника
Средняя скорость монтажа составляет около 30 светильников в день, что соответствует 1 подъезду 9-этажного дома.
6. Экономические расчеты
Под сроком окупаемости в случае систем освещения понимается период времени, прошедший после закупа и установки более энегоэффективных источников света, в течение которого цена сэкономленной электроэнергии превысит цену светильника с учетом его монтажа.
Окупаемость = Инвестиции/Годовая экономия (1.1)
Исходным вариантом является работающая лампа ЛОН-60 в 2-х основных вариантах (см. п.1.1) - с использованием в цепи питания диода и без него. Необходимо определить, во сколько обходится эксплуатация данного источника света в обоих вариантах
Расчеты будем вести для следующих вариантов замены (через тире - принятое в дальнейшем сокращение):
• Компактная люминесцентная лампа SPIRAL- econom мощностью 12 Вт, 600 Лм (пр-во ASD) - КЛЛ12.
• Светодиодная лампа мощностью LED-A60-standard мощностью 7 Вт, 600 Лм (фирма ASD) - LL7.
• Светодиодной светильник СПП-2101 мощностью 8 Вт, 640 Лм (фирма ASD) - LED8
• Светодиодный светильник SLG-HL8 мощностью 8 Вт, 660 Лм (фирма Silen-Led) - SLG-HL8.
Источники света подбирались по принципу равенству световому потоку лампе накаливания в 60 Вт (600 Лм).
Для оценки сроков окупаемости необходимо наличие исходных данных для расчетов, к которым относится цена за электроэнергию (с 2015 года для домов, оборудованных в установленном порядке стационарными электроплитами - 2,5 руб.) и среднесуточное время работы - 14 часов;
6.1 Затраты на эксплуатацию ламп накаливания
Потребленную электроэнергию в год Рэл можно рассчитать по следующей формуле:
Рэл = Рсвет / Tсут * 365 (1.2)
где Рсвет - мощность светильника, Вт; Tсут - среднесуточное время работы, ч; 365 - число дней в году.
Согласно п. 1.1, если лампа накаливания включена через диод, то её энергопотребление уменьшается на 42%. Соответственно, для ЛОН-60, включенной через диод эта мощность составит 60 - 42%=35 Вт.
Обозначим в дальнейших расчетах этот расчетный случай как вариант использования лампы накаливания мощностью в 35 Вт (ЛОН35). Лампу, включенную без использования диода, будем обозначать как ЛОН60.
РэлЛОН35 = 35 * 14 * 365 = 178,85 кВт*ч (1.3)
РэлЛОН60 = 60 * 14 * 365 = 306,6 кВт*ч (1.4)
В денежном выражении стоимость потребленной энергию можно посчитать по следующей формуле:
Сэл = Рэл * ЦкВт*ч (1.5)
где ЦкВт*ч - стоимость киловатт-часа, руб./кВт*ч.
Согласно данной формулы, для приведенных расчетных случаев стоимость потребленной электроэнергии составит:
СэлЛОН35 = 178,85 * 2,5 = 447,12 руб (1.6)
СэлЛОН60 = 306,6 * 2,5 = 766,5 руб (1.7)
Следует учесть, что лампы, включенные без диода, работаю в номинальном режиме, и они перегорают в процессе эксплуатации, а лампы, включенные с использованием диода - практически не перегорают.
Значит необходимо определить, сколько в год расходуется на замену перегоревших ламп. Эта стоимость Сзам складывается из стоимости лампы, умноженная на число замен.
Сзам = Цл * nз (1.8)
где Цл - стоимость лампы, руб.; nз - число замен, шт./год;
Число замен nз для можно определить исходя из среднесуточного времени работы источника света Tсут и среднего срока службы источника света Тсл.
nз = (Tсут * 365) / Тсл (1.9)
где Tсут - среднесуточное время работы ч, Тсл - средний срок службы источника света, ч.
Средний срок службы для лампы накаливания номинальной мощностью в 60 Вт (например, Б220-230-60-1) приводится в ГОСТ 2239-79 и составляет 1300 часов.
Для ламы ЛОН-60 число замен составляет:
nзЛОН60 = (14 * 365) / 1300 = 3,9шт (1.10)
Для данной лампы средняя цена по г. Барнаулу за 2014 год составила 13,3 руб. Следовательно, годовые расходы на замену ламп составляют:
СзамЛОН60 = 3,93 * 13,3 = 52,28руб (1.11)
Итого получаем, что годовые затраты на эксплуатацию лампы накаливания мощностью 60 Вт составляют:
• 485,45 руб. - в случае использования диодов;
• 766,5 + 52,28 = 818,78 руб. - без их использования. При этом данные расчеты не учитывают стоимость самих работ по их замене.
6.2 Сроки окупаемости вариантов замены
Для определения сроков окупаемости для различных вариантов замены ЛОН-60 на ЭИС, согласно формуле 1.1 определяются два основных параметра - стоимость закупа (инвестиции) и годовая экономия.
Стоимость закупа Сз можно рассчитать по следующей формуле:
Сз = ЦЭИС + Цмон (1.12)
где ЦЭИС - стоимость ЭИС, руб.; Цмон - стоимость работ по демонтажу старых светильников и монтажу новых, руб. Данная стоимость относится к капитальным затратам.
Годовую экономию электроэнергии Сэкон можно рассчитать по следующей формуле:
Сэкон = ЦэлЛОН + ЦэлЭИС (1.13)
где ЦэлЛОН - годовое энергопотребление лампы накаливания в (в обоих расчетных вариантах), кВт ч; ЦэлЭИС - годовое энергопотребление ЭИС, кВтч.
Если стоимость закупа (см. формулу 1.12) разделить на годовую экономию (см. формулу 1.13), то можно определить срок окупаемости в годах:
Токуп = Сз / Сэкон (1.14)
Для перевода получившегося значения от полученной дроби необходимо отнять целую часть - это будут целые года - и остаток умножить на 12 для получения месяцев.
Следует учесть, что расчеты не учитывают инфляцию и ежегодный рост тарифа на электроэнергию, которые приводят к дополнительному снижению срока окупаемости.
Вариант замены на КЛЛ 12 Вт:
СзКЛЛ12 = 130 + 100 + 100 = 330руб
здесь 130 - стоимость КЛЭ мощностью 15 Вт с цоколем Е27, руб.; 100 - стоимость наиболее ходового светильника НББ 64-60 с рассеивателем РПА-85-001, руб.; 100 - стоимость работ по замене, руб.
РэлКЛЛ12 = 12 * 14 * 365 = 61,32кВт*ч
ЦэлКЛЛ12 = 61,32 * 2,5 = 153,3руб
nзКЛЛ12 = (14 * 365) / 8000 = 0,64шт
СзамКЛЛ12 = 0,64 * 130 = 83,2руб
Также к этой стоимости необходимо обязательно добавить стоимость по утилизации вышедшей из строя ртутьсодержащей лампы (12 руб), которая с учетом доставки обойдется примерно в 20 руб.
В случае нарушения согласно ст.8.2. КОАП РФ граждане должны будут от 1 до 2 тысяч рублей, должностные лица - от 10 до 30 тысяч рублей, предприниматели - от 30 тыс. до 50 тыс. рублей (или административное приостановление деятельности на срок до девяноста суток), а юридические лица - от 100 тысяч до 250 тысяч рублей (или административное приостановление деятельности на срок до девяноста суток).
Сзам+утилКЛЛ12 = 83,2 + 20 * 0,64 = 96руб
ЦэксплКЛЛ12 = 153,3 + 96 = 249,3руб
Сэкон = 818,78 - 249,3 = 569,48руб
Сэкондиод = 485,45 - 249,3 = 236,15руб
Токуп = 330 / 569,48 = 0,58 = 7 месяцев
Токупдиод = 330 / 236 15 = 1,4 = 1 год 5 месяцев
Вариант замены на светодиодную лампу в 7 Вт:
CзLL7 = 200 +100 +100 = 400руб
здесь 200 - стоимость светодиодной лампы мощностью 7 Вт с цоколем Е27, руб.; 100 - стоимость светильника НББ 64-60 с рассеивателем РПА-85-001, руб.; 100 - стоимость работ по замене, руб.
РэлLL7 = 7 * 14 * 365 = 35,77 кВт*ч
ЦэлLL7 = 35,77 * 2,5 = 89,43 руб
nзLL7 = (14 * 365) / 30000 = 0,17шт
СзамLL7 = 0,17 * 200 = 34руб
ЦэксплLL7 = 89,43 + 34 = 123,43 руб
Сэкон = 818,78 - 123,43 = 695,35 руб
Сэкондиод = 485,45 - 123,43 = 362,02 руб
Токуп = 400 / 695,35 = 0,58 = 7 месяцев
Токупдиод = 400 / 362,02 = 1,1 = 1 год 1 месяц
Вариант замены на светильник СПП-2101:
СзLED8 = 500 + 200 = 700руб
здесь 500 - стоимость светодиодного светильника СПП-2101, руб.; 200- стоимость работ по замене, руб. Рост стоимости установки объясняется тем, что светильник ставится не на прежнее место, а на потолок (см. рисунок 8)
PэлLED8 = 8 * 14 * 365 = 40,88 кВт*ч
ЦэлLED8 = 40,88 * 2,5 = 102,2 руб
nзLED8 = (14 * 365) / 30000 = 0,17 шт
СзамLED8 = 0,17 * 500 = 85 руб
Здесь уместнее применить термин не «стоимость замены» а «объем амортизационных отчислений», так как светильник является неотъемлемой частью источника света и заменять приходится весь комплекс.
ЦэксплLED8 = 102,2 + 85 = 187,2 руб
Сэкон = 818,78 - 187,2 = 631,58 руб
Сэкондиод = 485,45 - 187,2 = 298,25 руб
Токуп = 700 / 631,58 = 1,11 = 1 год 1 месяц
Токупдиод = 700 / 298,25 = 2,35 = 2 года 4 месяца
Вариант замены на SHG-HL8:
СзSG-HL8 = 750 + 200 = 950 руб
здесь 750 - стоимость SLG-HL8, руб.; 200- стоимость работ по замене, руб.
РэлSG-HL8 = 8 * 14 * 365 = 4°, 88 кВт*ч
ЦэлSG-HL8 = 4°, 88 * 2,5 = 1°2,2 руб
nзSG-HL8 = (14 * 365) / 50000 = 0,1 шт
В случае светодиодного светильника SLG-HL8 по окончанию срока эксплуатации в 50 000 часов при ожидаемом хорошем состоянии плафона, возможно проведение замены светового модуля без замены самого плафона и систем охлаждения. Цена данных работ составляет 500 руб.
СзамSG-HL8 = 0,1 * 500 = 50 руб
ЦэксплSG-HL8 = 102,2 + 50 = 152,2 руб
Сэкон = 818,78 - 152,2 = 666,58 руб
Сэкондиод = 485,45 - 152,2 = 333,25 руб
Токуп = 950 / 666,58 = 1,43 = 1 год 5 месяцев
Токупдиод = 950 / 333 25 = 2,85 = 2 года 10 месяцев
7. Выводы
Сведем все технические характеристики и полученные экономические данные по рассмотренным светильникам в единую таблицу. Светильники приводятся в порядке их описания.
Таблица 2 - Характеристики источников света
На основе проведенного исследования дадим краткую характеристику к каждому источнику света, указав его основные преимущества и недостатки.
Лампа накаливания мощностью 60 Вт. Типовая система освещения подъездов многоквартирных домов. Обладает наибольшим энергопотреблением и наименьшей светоотдачей и сроком службы. Пожароопасная. При использовании с диодами не обеспечивает нормируемую освещенность. Основное преимущество - низкая цена лампы.
Компактная люминесцентная лампа мощностью 12 Вт. Содержит в своем составе ртуть, что требует специальных мер по её утилизации (и как следует - расходов на утилизацию). Основное преимущество - улучшенные показатели по светоотдаче и сроку службы при умеренной стоимости и простота замены.
Светодиодная лампа мощностью 7 Вт. Обеспечивает наименьшее энергопотребление. Наиболее дешевый вариант светодиодного источника света. Но при этом вероятность хищения максимальная (либо требуется установка специального светильника). Основное преимущество - наименьшие сроки окупаемости и простота замены.
Светодиодный светильник СПП-2101 (8 Вт). Вариант светодиодной лампы в корпусе светильника. Из-за высокой цены сроки окупаемости в 2 раза больше. Основное преимущество - сниженная по сравнению со светодиодной лампой вероятность хищения.
Светодиодный светильник SLG-HL8 (8 Вт). Наиболее дорогой вариант замены. Вариант светодиодного светильника в металлическом корпусе. Наибольшие сроки окупаемости. Ремонтопригоден, при этом ремонт проводится в г. Барнауле. Основное преимущество - срок окупаемости во всех случаях меньше гарантийного срока эксплуатации (3 года).
8. Пример модернизации систем освещения в многоквартирном доме в г. Барнауле
Объектом модернизации выступил панельный жилой многоквартирный дом 97-ой серии на 205 квартир.
Средний показатель освещенности 8,7±0,1 люкс
Результаты измерения освещенности согласно ГОСТ Р 54944
Дом управляется товариществом собственников жилья (ТСЖ) «Алтай» с 1997 года. На заседании правления от 7 апреля 2011 года было принято решение о замене системы коллективного освещения, представленной в виде 170 ламп накаливания, установленных в подъездах и тамбурах, на энергоэффективные источники света. Все лампы были централизованно (в электрощитовой) включены через силовые диоды. Высота потолка составляет 2,63 м. Стены покрашены светлой краской до половины, верхняя часть стен и потолок побелены. Результаты замера освещенности в поэтажном коридоре представлены ниже.
В качестве ЭИС света был выбран светодиодный светильник марки SLG-HL8. Расходы на проведение работ 170 000 рублей. Срок исполнения работ - 2 месяца.
Согласно расчетным данным, срок окупаемости составил 2 года. После проведения работ для проверки данных расчетов был взят журнал по регистрации показаний электросчетчиков, на основании результатов которых построен график, приведенный на рисунке ниже. Для улучшенной визуализации проведена ступенчатая апроксимация полученных данных.
Рисунок 9 - Энергопотребление дома за 2010-2013 г.
По графику видно, что после ноября 2011 года, когда были завершены работы, расходы на освещение с 45005500 кВтч снизились до 1000-1200 кВтч, а общее энергопотребление уменьшилось в 2 раза (с 8000 до 4000 кВтч). Энергопотребление лифтов осталось неизменным, но в перспективе разработаны планы по проведению работ по энергосбережению и в лифтах.
Другим вариантом визуализации данных, предназначенного для представления о структуре общего энергопотребления, является рисунок 10.
Рисунок 10 - Структура энергопотребления дома за 2010-2014 г.
Из приведенной диаграммы видно, что до модернизации расходы на освещение составляли 2/3 от ОДН, после модернизации - меньше 1/3. При этом среднегодовая экономия электроэнергии составляет около 4000-12=48 000 кВтч, что в денежном выражении в ценах на электроэнергию за 2011 год составляет 48 000 1,79=85 920 р. При затратах на энергосбережение срок окупаемости составил 1 год и 10 месяцев. Снижение срока окупаемости обосновывается приведением всех светильников к единому номиналу - многие жильцы для улучшения освещенности установили вместо штатных 60 ваттных лампы мощность до 200 Вт. Также были восстановлены системы управления освещением - выключатели. Частично сыграло свою роль внедрение средств автоматизации - установлены датчики движения на аварийной лестнице.
Обязательным условием являлось доведение уровня освещенности в подъездах до нормируемого. Результаты измерения освещенности после проведения модернизации приведены на рисунке и таблице ниже.
Средний показатель освещенности 25,3±0,1 люкс. Результаты измерения освещенности после модернизации
Важной особенностью проведенных замеров является то, что они проведены с шагом в 24 часа в одно и то же время и тех же настройках фотоаппарата.
Как показывают приведенные данные, средний показатель в обоих случаях превышает 20 люкс и составляет в среднем 22 люкса. Эти показания полностью соответствуют СанПиН 2.1.2.2645-10. Это подтверждает правильность выбора и светодиодных светильников.
В 2014 году в шихтах лифтов и в лифтовых кабинах были заменены лампы накаливания на светодиодные. Это также снизило энергопотребление дома, доведя его до 25% от изначального значения (с ~8000 до ~2000 кВтч).
Автор: Новиковский Егор Алексеевич, физик-инженер ЗАО «Силэл-Лэд»
Как показывают многочисленные наблюдения, система коллективного освещения в многоэтажных жилых домах представлена лампами накаливания средней мощностью 60 Вт. Лампы, как правило, установлены без плафонов, что является нарушением требований пожарной безопасности. Пожарную опасность ламп накаливания принято рассматривать в двух аспектах:
• возможность возникновения пожара от соприкосновения лампы и горючего материала;
• возможность возникновения пожара от попадания на окружающие горючие материалы раскаленных элементов лампы, образующихся при ее разрушении.
Первый аспект связан вопервых с тем, что температура стеклянной колбы лампы накаливания после 60 минут горения составляет от 110 до 360°С (при мощности ламп от 40 до 100 Вт). Именно этим объясняется наличие темных закопченных кругов на потолке над установленной лампой.
Во-вторых, он связан с неправильной эксплуатацией, когда на одно нарушение (использование открытой лампы без рассеивателя (термостойкого плафона), который снимают многие жильцы чтобы «лампа светила ярче») накладывается другое нарушение - несоблюдение допустимого расстояния приближения горючих материалов. Это явление, весьма часто, встречается в тесных приквартирных тамбурах, которые жильцы используют как импровизированные кладовки.
Даже наличие достаточного расстояния не гарантирует безопасность - пожар может возникнуть (второй аспект) от раскаленных частиц металлов, образующихся при аварийных режимах (перегорание лампы) в дефектных лампах (оплавления электродов или вводов дуговыми разрядами) и разлетающихся от лампы на расстояние около трех метров. Вертикально падающие частицы сохраняют зажигательную способность даже при падении с 8-10 м.
Широко встречается нарушение, когда алюминиевые провода удлиняют при помощи медных проводов с использованием скруток. В результате образуется гальваническая пара, приводящая к электрохимической коррозии (разрушение контакта) и росту сопротивления контакта, что в конечном итоге также может стать источником пожара из-за нагрева места соединения проводов.
Среди основных вариантов электроснабжения можно выделить следующие основные:
• вся система включена без диодов;
• вся система включена с использованием диодов (централизованно, в электрощитовой);
• комбинированные решения (диоды установлены частично в лампах и выключателях).
Диод - электронный компонент, обладающий различной проводимостью в зависимости от направления тока. В домах используется для снижения действующего напряжения на лампах накаливания с целью снижения энергопотребления и повышения срока службы ламп накаливания.
Установленные диоды в цепи электроснабжения системы освещения дома приводят к тому, что лампы накаливания начинают заметно мерцать, что доставляет дополнительный дискомфорт жильцам.
Действующее напряжение снижается с 220 до 156 В, но следует учесть, что в связи с тем, что лампа накаливания является нелинейным элементом и её реальное энергопотребление снижается только на 42% а световой поток, зависящий от квадрата нормального напряжения - уменьшается до 27%.
Световой поток - физическая величина, характеризующая количество «световой» мощности в соответствующем потоке излучения. Является основной характеристикой источника света для оценки создаваемой данным источником света освещенности.
В результате лампы становятся менее энергоэффективными: если исходный вариант имеет световой поток 800
лм при мощности 60 Вт (светоотдача 13,3 лм/Вт), то при
использовании диода световой поток составляет 216 лм
при мощности 34,8 Вт (светоотдача 6,2 лм/Вт).
Энергоэффективность - эффективное (рациональное) использование энергетических ресурсов. В случае освещения это использование меньшего количества электроэнергии для обеспечения того же уровня освещенности.
Световая отдача источника света - отношение излучаемого источником светового потока к потребляемой им мощности. Является показателем эффективности и экономичности источников света.
Для компенсации сниженного светового потока жильцы устанавливают лампы большей мощности, доходящей до 200 Вт, что приводит к росту электроэнергии на нужды общедомового освещения.
В конечном итоге освещенность подъездов и тамбуров не соответствует нормам СанПиН 2.1.2.2645-10 (средняя освещенность на лестничных площадках, поэтажных коридорах и т.п. должна составлять не менее 20 люкс).
2. Обзор энегоэффективных источников света
Рисунок 1 - Устройство КЛЭ, где 1 - утолщение трубки; 2 - внутреннее покрытие колбы; 3 - ЭПРА; 4 - вентиляционное отверстие; 5 - цоколь
На рынке в широкой продаже имеются следующие энергоэффективные источники света (ЭИС), применимые для использования в жилых домах: люминесцентные лампы (в том числе КЛЭ (компактная люминесцентная со встроенной ЭПРА (электронная пускорегулирующая аппаратура))), светодиодные лампы и светильники.
Существенным недостатком люминесцентных ламп является наличие в их составе паров ртути, что требует особых мер по утилизации и наличие задержки включения (лампа достигает номинального светового потока работы через заметный промежуток времени). Заявленный срок службы в 25 000 часов, как правило, не выполняется по причине частого перегорания вольфрамовых электродов. В процессе работы лампа разогревается до 60 °С, и если они используются в составе каких-либо закрытых светильников, то тепловыделение приводит к перегреву электроники и преждевременному выходу лампы из строя. Гарантийный срок эксплуатации у данных ламп отсутствует. При использовании в холодных помещениях у них снижается световая отдача и срок службы. Также нельзя отбрасывать человеческий фактор - лампы могут украсть жильцы с целью применения их для освещения квартиры.
Единственным и существенным недостатком ламп со светодиодным источником света является их высокая рыночная цена. Но данная цена окупается их значительно меньшим энергопотреблением, даже в сравнении с КЛЭ. Но при использовании данной лампы в стандартном светильнике возможно ухудшение светораспределения на освещаемой поверхности, т.к. данная лампа дает узконаправленный луч света. Таким образом, данные лампы эффективно использовать только при их вертикальной установке по направлению к полу (например - в люстре).
Рисунок 2 - Устройство светодиодной лампы, где 1 - светорассеиватель; 2 - светодиоды; 3 - монтажная плата; 4 - радиатор; 5 - драйвер; 6 - вентиляционные отверстия; 7 - цоколь
Рисунок 3 - Светодиодный светильник SLG-HL8
Выбирая между светодиодной лампой и светодиодным светильником желательно сделать выбор в сторону светодиодного светильника, так как у светодиодной лампы присутствует аналогичный человеческий фактор и возможность перегрева электроники (как и у КЛЭ).
На данный момент на рынке представлены два типа светодиодных светильников, приемлемых для применения в сфере ЖКХ - основанные на бездрайверной схеме и с применением драйвера. Ценовой диапазон светильников находится в пределах 500-700 руб. без использования драйвера и 700-1600 руб. для светильников с драйвером.
Основное назначение драйвера - преобразование переменного тока и высокого напряжения первичной цепи в постоянный стабилизированный ток и низкое напряжение приемлемый для питания светодиодов. Помимо этой основной функции, драйвер обеспечивает защиту от короткого замыкания, защиту от перегрева драйвера и светильника в целом, а также устойчивую работу светильника в широком диапазоне входящего напряжения. Пониженное напряжение вторичной цепи обеспечивает безопасность при проведении электромонтажных работ и обслуживании светильника.
Сущность бездрайверной схемы заключается в том, что в светильнике используется большое количество (2070) светодиодов малой мощности (0,1—0,3 Вт), соединенных последовательно для питания их высоким напряжением (>70 В). Но надежность любой технической системы обратно пропорциональна числу используемых элементов, и перегорание любого из светодиодов (при использовании дешевых светодиодов сомнительного качества) приводит к выходу светильника из строя. Системы защиты отсутствуют.
В результате отсутствия драйвера (импульсного источника питания) происходит некорректное питание светодиодов, что приводит к их быстрому старению (снижается срок эксплуатации с 50 000 до 30 000 ч.). Также к основным недостаткам данных светильников относится большой коэффициент пульсаций, с которым можно условно мириться из-за кратковременного пребывания жильцов в подъезде.
3. Средства автоматизации
Для управления системой освещения в многоквартирном доме кроме стандартных выключателей можно использовать в качестве средства автоматизации различные датчики движения.
Датчик движения (ДД) - это датчик, который отслеживает перемещение каких-либо объектов. Как правило, под датчиком движения понимают электронный инфракрасный (ИК) датчик, который обнаруживает присутствие и перемещение человека и коммутирует нагрузку - сигнализацию в случае его использования в качестве охранной системы, или системы освещения при использовании его в качестве средства снижения энергопотребления (за счет снижения времени работы) этих систем. После выдержки определенного промежутка времени (как правило - регулируемого) ДД отключают нагрузку (в данном случае - светильник).
Весьма полезной встроенной в большинство ДД функцией является наличие у них датчиков освещенности (ДД не будет работать, если освещенность в помещении превышает определенный уровень). За счет этого система освещения не включается в светлое время суток.
Рисунок 4 - Принцип работы инфракрасного датчика движения
К недостаткам ИК ДД является
• ограниченный сектор охвата (обзора);
• снижение чувствительности при установке на высоте более 2 метров;
• невозможность установки возле сильных источников тепла (к примеру - батарей отопления).
Например, при установке датчика движения в длинном коридоре (около 6-8 метров) он срабатывает только когда человек доходит примерно к его середине, что доставляет определенные неудобства (первую треть коридора приходится проходить в темноте). Дальности их обзора (около 6 метров) вполне достаточно для использования в подъезде.
Решением ограниченного сектора охвата может стать установка 2-х ДД, используя следующие схемы монтажа:
• в начале и в конце коридора на стенках, ДД при этом направлены навстречу друг другу;
• равномерное распределение ДД на потолке.
В обоих случаях ДД должны подключаться параллельно, чтобы срабатывание любого из датчиков включало светильник. Недостатком данного решения является повышенный расход самих ДД, который при их высокой рыночной цене (около 250 р.) приведет к значительным финансовым затратам при сомнительной экономии в случае использования энегоэффективных источников света. К примеру, 2 ДД постоянно потребляют более 10% мощности работающего светодиодного светильника. Также не следует забывать, что также происходит значительное усложнение системы коммутации - необходимо проложить провод до каждого из датчиков в обоих направлениях.
Также существует более дешевые варианты ДД - звуковые (фотоаккустические). Эти датчики часто встречаются уже в составе определенных светильников (см. рисунок 1.5). Наличие в их названии слова «энергосберегающий» и невысокая рыночная стоимость около 250 руб. подкупает многие ТСЖ и УК, но серьезным их недостатком является проблема установки чувствительности на уровень звука. Установка слишком высокой чувствительности приводит, например, к тому, что житель, обутый в кроссовки может пройти мимо такого датчика, и он не сработает. Установка низкой чувствительности приводит к отсутствию избирательность по сигналу - ДД срабатывают практически от любого звука.
Рисунок 5 - Энергосберегающий светильник ЖКХ-03
Общим недостатком любых датчиков движения является то, что светильник в процессе эксплуатации испытывает значительно большее число циклов включения- выключения, что снижает его срок службы установленного источника света. К примеру, лампы накаливания перегорают в 90% случаев в момент включения при сопутствующем броске тока. В случае КЛЭ интервал между включениями, устанавливаемый гарантийными условиями для достижения положенной наработки, может быть больше двух минут (это связано с работой простых схем предпускового разогрева). Применение в их составе устройств плавного пуска не позволяет использовать КЛЭ и светодиодные лампы.
Стоимость сэкономленной электроэнергии оправдывает преждевременный выход из строя источников света только в случае применения ламп накаливания, обладающих сравнительно низкой рыночной стоимостью. Также датчики движения доставляют определенный дискомфорт жильцам, особенно при неправильной установке.
Единственной областью, где применение ДД в жилом доме экономически целесообразно, являются места редкого использования, например аварийная пожарная лестница.
Как показали наблюдения, пожарной лестницей пользуется не более 1 человека в неделю. С учетом этажности домов, где эта лестница присутствует, можно определить экономию электроэнергии в случае использования ламп накаливания и ЭИС.
В случае использовании ламп накаливания экономия электроэнергии по потребленной мощности составляет 60-0,5=59,5 Вт, где 60 - мощность лампы накаливания ЛОН-60, Вт.; 0,5 - потребляемая мощность ДД в режиме ожидания, Вт. В месяц, при работе в круглосуточном режиме, экономия составит: 0,0595 24 29,4-42 кВт ч (здесь 0,0595 - высвобождаемая мощность, кВт; 24 - количество часов в сутках; 29,4 - среднее количество дней в месяце). При цене за электроэнергию 2,367 руб./кВтч установленные ДД ценой 250 р. и стоимостью монтажа около 150 руб. каждый, проект по оборудованию ДД окупятся в течение (250+150)/(42х2,367)-4 месяцев.
В случае использования ЭИС (см. п. 1.2) средней мощностью около 8-15 Вт высвобождаемая мощность равна (15...8)-0,5=14,5...7,5 Вт (здесь 15 - мощность КЛЭ, аналога лампы накаливания 60 Вт; 8 - мощность светодиодного светильника SLG-HL8, также аналог ЛОН-60). При этом среднемесячная экономия электроэнергии составит (0,0145.,.0,0075)-24-29,4=10,2...5,6 кВт ч. Срок окупаемости - (250+150)/((10,2...5,6)х2,367)~17...30 месяцев, или полтора-три года.
Такие образом, экономически нецелесообразно устанавливать датчики движения в комплекте с ЭИС - достаточно лампы накаливания. Единственный недостаток данного решения - запрет производства и реализации в России ламп накаливания в 2014 году.
Схема установки ДД в аварийных лестницах рекомендуется нестандартная (настенная), так как она обеспечивает охват сразу двух лестничных пролетов (см рисунок 1.6). Как показывает практика, ДД при данной схеме срабатывает только при подходе человека на середине лестничной площадки (перед самой лестницей), что при малой интенсивности использования пожарной лестницы можно отнести к несущественному недостатку.
Рисунок 6 - Применение датчиков движения на аварийной лестнице
4. Характеристика светильника SLG-HL8
Светодиодные светильники серии SLG-HL8 (Silen- LED Group, for House Light 8 W- «светильник фирмы Си- лэн-Лэд для домового освещения номинальной мощностью 8 Вт) предназначены для общего освещения объектов ЖКХ. Они специально разработаны согласно светотехнических расчетов для энергосберегающего освещения технических и общественных помещений, находящихся на обеспечении жилищно-коммунальных хозяйств: подъездов жилых домов, лестниц и лестничных клеток, лифтовых шахт, коридоров, тамбуров, площадок жилых домов и других общественных помещений.
Светильники данной серии можно использовать для дежурного и аварийного освещения любых нежилых помещений общественных и частных зданий, кроме того они подходят для наружного освещения под навесом — под козырьками подъездов (существует специальная версия для наружного применения с повышенными характеристиками антивандальной защиты и стойкости к перепадам температур).
Светильник в классическом экономичном исполнении выпускается в корпусе НПБ 1301 со степенью защиты IP54 , допускающий установку на стенки и потолки. Корпус выполнен из алюминиевого сплава, способствующего отведению тепла от светильника, и закрыт борсиликатным матовым стеклом для ограничения слепящего эффекта от светодиодов. По желанию заказчика возможна разработка и изготовление светильника в иных корпусах.
Светильники изготавливаются в г. Барнауле, проходя всесторонний контроль качества. При изготовлении используются различные машиностроительные шаблоны и кондуктора.
На все светильники действует 3-х летняя гарантия, в течение которой происходит бесплатная замена вышедших из строя светильников. Следует учесть, что данный период превышает максимальный срок окупаемости светильников.
Таблица 1 - Характеристики SLG-HL8
Параметр | Значение |
Напряжение питающей сети, В | 160-260 |
Частота питающей сети, Гц | 50±10% |
Температура цвета, К | 4000±10% |
Температура эксплуатации, °С | -20...+40 |
Степень защиты от внешних воздействий | IP54 |
Максимальная температура корпуса, °С | 50 |
Габаритные размеры светильника, мм | 180x75 |
Класс защиты от поражения электрическим током | I |
Мощность светового модуля, Вт | 8,0 |
Потребляемая мощность светильника, Вт | 8,5 |
Световой поток, Лм | 600±10% |
Ресурс светодиодов, ч | 50 000 |
5. Монтаж светодиодных светильников
Так как светодиодные светильники имеют определенную направленность, то установка светодиодных светильников на места, где были установлены лампы накаливания, не является правильным решением. Это объясняется тем, что основной «рабочей поверхностью» в подъезде является пол, и в случае установки светильника на стену основной световой поток будет приходиться на противоположную месту установки стену. В итоге пол будет освещаться только отраженным освещением, что снизит требуемую освещенность. По этой причине светильники устанавливаются на потолок (исключения составляют случаи, когда установка светильника на потолок невозможна).
Не смотря на то, что монтаж при этом усложняется, так как приходится прокладывать длинный соединительный шнур от точки подключения до светильника, данный способ кроме повышения средней освещенности, улучшает светораспределение, а также уменьшает человеческий фактор - светильник располагается на максимальной высоте, что затрудняет свободный доступ к нему, снижает слепящий эффект и возможность его случайного повреждения.
Рисунок 7 - Схема типового монтажа светодиодных светильников в подъезде дома 97 и 121 серии
Монтаж светильников производится в рабочие дни. В исключительных случаях монтаж может осуществляться и в субботу. О дне монтажа уведомляется не менее чем за сутки. Подготовительные работы для жильцов, которые установили двери в тамбурах, сводятся к уборке вещей, боящихся пыли, и обеспечению доступа в тамбур в указанный день.
Работы проводит специально обученный, монтажник, знающий устройство и правила монтажа светодиодных светильников, который также проводит с жильцами разъяснительную работу. Подключение к электросети дома происходит по линии коммунального освещения без необходимости открытия электрощитов. Обязательно проводятся работы по выявлению и устранению установленных диодов, которые могут снизить срок эксплуатации светодиодных светильников.
Электромонтаж сводится к следующим операциям:
• удаление старого светильника;
• установка новой распределительной коробки;
• установка светодиодного светильника на потолок;
• прокладка кабеля до светильника;
• подключение (в зависимости от типа провода) через специализированные зажимы для осветительного оборудования к проводам.
Рисунок 8 -Типовой монтаж светодиодного светильника
Средняя скорость монтажа составляет около 30 светильников в день, что соответствует 1 подъезду 9-этажного дома.
6. Экономические расчеты
Под сроком окупаемости в случае систем освещения понимается период времени, прошедший после закупа и установки более энегоэффективных источников света, в течение которого цена сэкономленной электроэнергии превысит цену светильника с учетом его монтажа.
Окупаемость = Инвестиции/Годовая экономия (1.1)
Исходным вариантом является работающая лампа ЛОН-60 в 2-х основных вариантах (см. п.1.1) - с использованием в цепи питания диода и без него. Необходимо определить, во сколько обходится эксплуатация данного источника света в обоих вариантах
Расчеты будем вести для следующих вариантов замены (через тире - принятое в дальнейшем сокращение):
• Компактная люминесцентная лампа SPIRAL- econom мощностью 12 Вт, 600 Лм (пр-во ASD) - КЛЛ12.
• Светодиодная лампа мощностью LED-A60-standard мощностью 7 Вт, 600 Лм (фирма ASD) - LL7.
• Светодиодной светильник СПП-2101 мощностью 8 Вт, 640 Лм (фирма ASD) - LED8
• Светодиодный светильник SLG-HL8 мощностью 8 Вт, 660 Лм (фирма Silen-Led) - SLG-HL8.
Источники света подбирались по принципу равенству световому потоку лампе накаливания в 60 Вт (600 Лм).
Для оценки сроков окупаемости необходимо наличие исходных данных для расчетов, к которым относится цена за электроэнергию (с 2015 года для домов, оборудованных в установленном порядке стационарными электроплитами - 2,5 руб.) и среднесуточное время работы - 14 часов;
6.1 Затраты на эксплуатацию ламп накаливания
Потребленную электроэнергию в год Рэл можно рассчитать по следующей формуле:
Рэл = Рсвет / Tсут * 365 (1.2)
где Рсвет - мощность светильника, Вт; Tсут - среднесуточное время работы, ч; 365 - число дней в году.
Согласно п. 1.1, если лампа накаливания включена через диод, то её энергопотребление уменьшается на 42%. Соответственно, для ЛОН-60, включенной через диод эта мощность составит 60 - 42%=35 Вт.
Обозначим в дальнейших расчетах этот расчетный случай как вариант использования лампы накаливания мощностью в 35 Вт (ЛОН35). Лампу, включенную без использования диода, будем обозначать как ЛОН60.
РэлЛОН35 = 35 * 14 * 365 = 178,85 кВт*ч (1.3)
РэлЛОН60 = 60 * 14 * 365 = 306,6 кВт*ч (1.4)
В денежном выражении стоимость потребленной энергию можно посчитать по следующей формуле:
Сэл = Рэл * ЦкВт*ч (1.5)
где ЦкВт*ч - стоимость киловатт-часа, руб./кВт*ч.
Согласно данной формулы, для приведенных расчетных случаев стоимость потребленной электроэнергии составит:
СэлЛОН35 = 178,85 * 2,5 = 447,12 руб (1.6)
СэлЛОН60 = 306,6 * 2,5 = 766,5 руб (1.7)
Следует учесть, что лампы, включенные без диода, работаю в номинальном режиме, и они перегорают в процессе эксплуатации, а лампы, включенные с использованием диода - практически не перегорают.
Значит необходимо определить, сколько в год расходуется на замену перегоревших ламп. Эта стоимость Сзам складывается из стоимости лампы, умноженная на число замен.
Сзам = Цл * nз (1.8)
где Цл - стоимость лампы, руб.; nз - число замен, шт./год;
Число замен nз для можно определить исходя из среднесуточного времени работы источника света Tсут и среднего срока службы источника света Тсл.
nз = (Tсут * 365) / Тсл (1.9)
где Tсут - среднесуточное время работы ч, Тсл - средний срок службы источника света, ч.
Средний срок службы для лампы накаливания номинальной мощностью в 60 Вт (например, Б220-230-60-1) приводится в ГОСТ 2239-79 и составляет 1300 часов.
Для ламы ЛОН-60 число замен составляет:
nзЛОН60 = (14 * 365) / 1300 = 3,9шт (1.10)
Для данной лампы средняя цена по г. Барнаулу за 2014 год составила 13,3 руб. Следовательно, годовые расходы на замену ламп составляют:
СзамЛОН60 = 3,93 * 13,3 = 52,28руб (1.11)
Итого получаем, что годовые затраты на эксплуатацию лампы накаливания мощностью 60 Вт составляют:
• 485,45 руб. - в случае использования диодов;
• 766,5 + 52,28 = 818,78 руб. - без их использования. При этом данные расчеты не учитывают стоимость самих работ по их замене.
6.2 Сроки окупаемости вариантов замены
Для определения сроков окупаемости для различных вариантов замены ЛОН-60 на ЭИС, согласно формуле 1.1 определяются два основных параметра - стоимость закупа (инвестиции) и годовая экономия.
Стоимость закупа Сз можно рассчитать по следующей формуле:
Сз = ЦЭИС + Цмон (1.12)
где ЦЭИС - стоимость ЭИС, руб.; Цмон - стоимость работ по демонтажу старых светильников и монтажу новых, руб. Данная стоимость относится к капитальным затратам.
Годовую экономию электроэнергии Сэкон можно рассчитать по следующей формуле:
Сэкон = ЦэлЛОН + ЦэлЭИС (1.13)
где ЦэлЛОН - годовое энергопотребление лампы накаливания в (в обоих расчетных вариантах), кВт ч; ЦэлЭИС - годовое энергопотребление ЭИС, кВтч.
Если стоимость закупа (см. формулу 1.12) разделить на годовую экономию (см. формулу 1.13), то можно определить срок окупаемости в годах:
Токуп = Сз / Сэкон (1.14)
Для перевода получившегося значения от полученной дроби необходимо отнять целую часть - это будут целые года - и остаток умножить на 12 для получения месяцев.
Следует учесть, что расчеты не учитывают инфляцию и ежегодный рост тарифа на электроэнергию, которые приводят к дополнительному снижению срока окупаемости.
Вариант замены на КЛЛ 12 Вт:
СзКЛЛ12 = 130 + 100 + 100 = 330руб
здесь 130 - стоимость КЛЭ мощностью 15 Вт с цоколем Е27, руб.; 100 - стоимость наиболее ходового светильника НББ 64-60 с рассеивателем РПА-85-001, руб.; 100 - стоимость работ по замене, руб.
РэлКЛЛ12 = 12 * 14 * 365 = 61,32кВт*ч
ЦэлКЛЛ12 = 61,32 * 2,5 = 153,3руб
nзКЛЛ12 = (14 * 365) / 8000 = 0,64шт
СзамКЛЛ12 = 0,64 * 130 = 83,2руб
Также к этой стоимости необходимо обязательно добавить стоимость по утилизации вышедшей из строя ртутьсодержащей лампы (12 руб), которая с учетом доставки обойдется примерно в 20 руб.
В случае нарушения согласно ст.8.2. КОАП РФ граждане должны будут от 1 до 2 тысяч рублей, должностные лица - от 10 до 30 тысяч рублей, предприниматели - от 30 тыс. до 50 тыс. рублей (или административное приостановление деятельности на срок до девяноста суток), а юридические лица - от 100 тысяч до 250 тысяч рублей (или административное приостановление деятельности на срок до девяноста суток).
Сзам+утилКЛЛ12 = 83,2 + 20 * 0,64 = 96руб
ЦэксплКЛЛ12 = 153,3 + 96 = 249,3руб
Сэкон = 818,78 - 249,3 = 569,48руб
Сэкондиод = 485,45 - 249,3 = 236,15руб
Токуп = 330 / 569,48 = 0,58 = 7 месяцев
Токупдиод = 330 / 236 15 = 1,4 = 1 год 5 месяцев
Вариант замены на светодиодную лампу в 7 Вт:
CзLL7 = 200 +100 +100 = 400руб
здесь 200 - стоимость светодиодной лампы мощностью 7 Вт с цоколем Е27, руб.; 100 - стоимость светильника НББ 64-60 с рассеивателем РПА-85-001, руб.; 100 - стоимость работ по замене, руб.
РэлLL7 = 7 * 14 * 365 = 35,77 кВт*ч
ЦэлLL7 = 35,77 * 2,5 = 89,43 руб
nзLL7 = (14 * 365) / 30000 = 0,17шт
СзамLL7 = 0,17 * 200 = 34руб
ЦэксплLL7 = 89,43 + 34 = 123,43 руб
Сэкон = 818,78 - 123,43 = 695,35 руб
Сэкондиод = 485,45 - 123,43 = 362,02 руб
Токуп = 400 / 695,35 = 0,58 = 7 месяцев
Токупдиод = 400 / 362,02 = 1,1 = 1 год 1 месяц
Вариант замены на светильник СПП-2101:
СзLED8 = 500 + 200 = 700руб
здесь 500 - стоимость светодиодного светильника СПП-2101, руб.; 200- стоимость работ по замене, руб. Рост стоимости установки объясняется тем, что светильник ставится не на прежнее место, а на потолок (см. рисунок 8)
PэлLED8 = 8 * 14 * 365 = 40,88 кВт*ч
ЦэлLED8 = 40,88 * 2,5 = 102,2 руб
nзLED8 = (14 * 365) / 30000 = 0,17 шт
СзамLED8 = 0,17 * 500 = 85 руб
Здесь уместнее применить термин не «стоимость замены» а «объем амортизационных отчислений», так как светильник является неотъемлемой частью источника света и заменять приходится весь комплекс.
ЦэксплLED8 = 102,2 + 85 = 187,2 руб
Сэкон = 818,78 - 187,2 = 631,58 руб
Сэкондиод = 485,45 - 187,2 = 298,25 руб
Токуп = 700 / 631,58 = 1,11 = 1 год 1 месяц
Токупдиод = 700 / 298,25 = 2,35 = 2 года 4 месяца
Вариант замены на SHG-HL8:
СзSG-HL8 = 750 + 200 = 950 руб
здесь 750 - стоимость SLG-HL8, руб.; 200- стоимость работ по замене, руб.
РэлSG-HL8 = 8 * 14 * 365 = 4°, 88 кВт*ч
ЦэлSG-HL8 = 4°, 88 * 2,5 = 1°2,2 руб
nзSG-HL8 = (14 * 365) / 50000 = 0,1 шт
В случае светодиодного светильника SLG-HL8 по окончанию срока эксплуатации в 50 000 часов при ожидаемом хорошем состоянии плафона, возможно проведение замены светового модуля без замены самого плафона и систем охлаждения. Цена данных работ составляет 500 руб.
СзамSG-HL8 = 0,1 * 500 = 50 руб
ЦэксплSG-HL8 = 102,2 + 50 = 152,2 руб
Сэкон = 818,78 - 152,2 = 666,58 руб
Сэкондиод = 485,45 - 152,2 = 333,25 руб
Токуп = 950 / 666,58 = 1,43 = 1 год 5 месяцев
Токупдиод = 950 / 333 25 = 2,85 = 2 года 10 месяцев
7. Выводы
Сведем все технические характеристики и полученные экономические данные по рассмотренным светильникам в единую таблицу. Светильники приводятся в порядке их описания.
Таблица 2 - Характеристики источников света
Параметры | ЛОН60 | КЛЛ12 | LL7 | LED8 | SLG-HL8 |
Технические характеристики | |||||
Световой поток, лм | 730 | 600 | 600 | 640 | 600 |
Потребляемая мощность, Вт | 60 | 12 | 7 | 8 | 8 |
Светоотдача, лм/Вт | 12 | 50 | 86 | 80 | 75 |
Средний срок службы, ч. | 1 300 | 8 000 | 30 000 | 30 000 | 50 000 |
Наличие ртути | - | + | - | - | - |
Ценовые характеристики | |||||
Цена лампы, руб. | 13,3 | 130 | 200 | - | - |
Цена светильника, руб. | 100 | 100 | 100 | 500 | 750 |
Цена комплекта с установкой, руб. | - | 330 | 400 | 700 | 950 |
Окупаемость, мес. | |||||
без диодов | - | 7 | 7 | 12 | 17 |
с диодами | - | 17 | 13 | 26 | 34 |
Эксплуатационные характеристики | |||||
Число замен, шт. | 3,90 | 0,64 | 0,17 | 0,17 | 0,10 |
Годовое потребление, кВт*ч | 306,60 | 61,33 | 35,77 | 40,88 | 40,88 |
Вероятность хищения | низкая | высокая | максим. | низкая | низкая |
На основе проведенного исследования дадим краткую характеристику к каждому источнику света, указав его основные преимущества и недостатки.
Лампа накаливания мощностью 60 Вт. Типовая система освещения подъездов многоквартирных домов. Обладает наибольшим энергопотреблением и наименьшей светоотдачей и сроком службы. Пожароопасная. При использовании с диодами не обеспечивает нормируемую освещенность. Основное преимущество - низкая цена лампы.
Компактная люминесцентная лампа мощностью 12 Вт. Содержит в своем составе ртуть, что требует специальных мер по её утилизации (и как следует - расходов на утилизацию). Основное преимущество - улучшенные показатели по светоотдаче и сроку службы при умеренной стоимости и простота замены.
Светодиодная лампа мощностью 7 Вт. Обеспечивает наименьшее энергопотребление. Наиболее дешевый вариант светодиодного источника света. Но при этом вероятность хищения максимальная (либо требуется установка специального светильника). Основное преимущество - наименьшие сроки окупаемости и простота замены.
Светодиодный светильник СПП-2101 (8 Вт). Вариант светодиодной лампы в корпусе светильника. Из-за высокой цены сроки окупаемости в 2 раза больше. Основное преимущество - сниженная по сравнению со светодиодной лампой вероятность хищения.
Светодиодный светильник SLG-HL8 (8 Вт). Наиболее дорогой вариант замены. Вариант светодиодного светильника в металлическом корпусе. Наибольшие сроки окупаемости. Ремонтопригоден, при этом ремонт проводится в г. Барнауле. Основное преимущество - срок окупаемости во всех случаях меньше гарантийного срока эксплуатации (3 года).
8. Пример модернизации систем освещения в многоквартирном доме в г. Барнауле
Объектом модернизации выступил панельный жилой многоквартирный дом 97-ой серии на 205 квартир.
Средний показатель освещенности 8,7±0,1 люкс
Результаты измерения освещенности согласно ГОСТ Р 54944
Дом управляется товариществом собственников жилья (ТСЖ) «Алтай» с 1997 года. На заседании правления от 7 апреля 2011 года было принято решение о замене системы коллективного освещения, представленной в виде 170 ламп накаливания, установленных в подъездах и тамбурах, на энергоэффективные источники света. Все лампы были централизованно (в электрощитовой) включены через силовые диоды. Высота потолка составляет 2,63 м. Стены покрашены светлой краской до половины, верхняя часть стен и потолок побелены. Результаты замера освещенности в поэтажном коридоре представлены ниже.
В качестве ЭИС света был выбран светодиодный светильник марки SLG-HL8. Расходы на проведение работ 170 000 рублей. Срок исполнения работ - 2 месяца.
Согласно расчетным данным, срок окупаемости составил 2 года. После проведения работ для проверки данных расчетов был взят журнал по регистрации показаний электросчетчиков, на основании результатов которых построен график, приведенный на рисунке ниже. Для улучшенной визуализации проведена ступенчатая апроксимация полученных данных.
Рисунок 9 - Энергопотребление дома за 2010-2013 г.
По графику видно, что после ноября 2011 года, когда были завершены работы, расходы на освещение с 45005500 кВтч снизились до 1000-1200 кВтч, а общее энергопотребление уменьшилось в 2 раза (с 8000 до 4000 кВтч). Энергопотребление лифтов осталось неизменным, но в перспективе разработаны планы по проведению работ по энергосбережению и в лифтах.
Другим вариантом визуализации данных, предназначенного для представления о структуре общего энергопотребления, является рисунок 10.
Рисунок 10 - Структура энергопотребления дома за 2010-2014 г.
Из приведенной диаграммы видно, что до модернизации расходы на освещение составляли 2/3 от ОДН, после модернизации - меньше 1/3. При этом среднегодовая экономия электроэнергии составляет около 4000-12=48 000 кВтч, что в денежном выражении в ценах на электроэнергию за 2011 год составляет 48 000 1,79=85 920 р. При затратах на энергосбережение срок окупаемости составил 1 год и 10 месяцев. Снижение срока окупаемости обосновывается приведением всех светильников к единому номиналу - многие жильцы для улучшения освещенности установили вместо штатных 60 ваттных лампы мощность до 200 Вт. Также были восстановлены системы управления освещением - выключатели. Частично сыграло свою роль внедрение средств автоматизации - установлены датчики движения на аварийной лестнице.
Обязательным условием являлось доведение уровня освещенности в подъездах до нормируемого. Результаты измерения освещенности после проведения модернизации приведены на рисунке и таблице ниже.
Средний показатель освещенности 25,3±0,1 люкс. Результаты измерения освещенности после модернизации
Важной особенностью проведенных замеров является то, что они проведены с шагом в 24 часа в одно и то же время и тех же настройках фотоаппарата.
Как показывают приведенные данные, средний показатель в обоих случаях превышает 20 люкс и составляет в среднем 22 люкса. Эти показания полностью соответствуют СанПиН 2.1.2.2645-10. Это подтверждает правильность выбора и светодиодных светильников.
В 2014 году в шихтах лифтов и в лифтовых кабинах были заменены лампы накаливания на светодиодные. Это также снизило энергопотребление дома, доведя его до 25% от изначального значения (с ~8000 до ~2000 кВтч).
Автор: Новиковский Егор Алексеевич, физик-инженер ЗАО «Силэл-Лэд»
| Этапы проектирования светодиодного освещения |
| Энергосбережение как конкурентное преимущество компании |
| Основные этапы изготовления светодиодных светильников |