Практическое энергосбережение при модернизации уличного освещения в муниципальных образованиях

Practical energy saving in the modernization of street lighting in municipal entities

Виноградов К.М. Буфетова И.С.

24.10.2016 2492

№ 10 (31)

07. Электротехника

Цитировать:

Виноградов К.М., Буфетова И.С. Практическое энергосбережение при модернизации уличного освещения в муниципальных образованиях // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2016. № 10 (31). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/3798 (дата обращения: 26.04.2024).

Прочитать статью:

Keywords: energy saving; street lighting; mercury arc lamps DRL; high-pressure sodium arc lamp DNaT; modernization; lumi-nance; lux; computer modeling; energy efficiency

АННОТАЦИЯ

Актуальность и цель исследований. Статья посвящена вопросам практического энергосбережения при модернизации уличного освещения небольших населенных пунктов. Объект исследования – уличное освещение. Предмет исследования – замена типа и мощности светильника.

Метод. В работе рассмотрена текущая ситуация с уличным освещением на основе существующих уличных светильников типа РКУ с дуговыми ртутными лампами ДРЛ мощностью 250 Вт. На основе современных программных продуктов проводится компьютерное моделирование уличного освещения и расчет нормируемых показателей для варианта использования светильников типа ЖКУ с натриевыми лампами высокого давления ДНат мощностью 150 Вт. Сделан светотехнический расчет участка дороги с существующими светильниками РКУ-250 и сравнительный светотехнический расчет со светильниками ЖКУ-150. Приведены графические характеристики 2D и 3D моделей освещенности исследуемого участка дороги. Показано нормируемое значение средней освещенности согласно ГОСТ. Сделан расчет основных светотехнических параметров (средней яркости, средней освещенности, максимальной освещенности, минимальной освещенности).

Результаты. Приведены сведения о финансовых затратах модернизации уличного освещения. Рассчитан годовой экономический эффект от замены светильников с лампами ДРЛ 250 на светильники с лампами ДНат 150 Вт. Сделан расчет срока окупаемости проекта.

Выводы. Получен энергосберегающий эффект. Рекомендовано дальнейшее внедрение практики замены светильников с лампами ДРЛ 250 Вт на светильники с лампами ДНат 150 Вт.

ABSTRACT

The relevance and the goal of research. The article is devoted to issues of the practical energy saving when upgrading street lighting of small settlements. The object of research is street lighting. The subject of research is the replacement of the type and power of the lamp.

The method. The article deals with the current situation with street lighting on the basis of existing street lamps of RKY type with mercury arc lamps DRL of 250W. Based on modern software products, computer modeling of street lighting and the calculation of standardized indicators for use cases of JKY lamps with high-pressure sodium arc lamp DNaT of 150W are conducted. Lighting design of the road with the existing lamps RKY-250 and a comparative calculation with lamps JKY -150 are made. Graphic characteristics of 2D and 3D models of the test section of the road illumination are provided. Specified value of the average luminance in accordance with GOST is shown. The calculation of basic lighting parameters (average brightness, average luminance, maximum luminance, minimum luminance) is made.

The results. The information about the financial cost of street lighting modernization is presented. Annual economic impact of replacing incandescent lamps DRL 250 with DNaT 150W is calculated. The calculation of the payback period of the project is made.

The conclusions. Energy-saving effect is received. Further introduction of replacement lamps practice of lamps DRL 250W to DNaT lamps of 150W is recommended.

Проблема энергосбережения является одной из самых главных во всех развитых странах. В последние годы на эту проблему всерьез начали обращать внимание и в России. Однако, местные власти в муниципалитетах, особенно в малых городах численностью от 1000 до 30000 жителей, не понимают за счет чего можно получить экономический эффект.В октябре 2009 года Президентом РФ Медведевым Д.А. был подписан закон об энергосбережении. Задача состояла и состоит в том, что необходимо за 10 лет снизить электропотребление на 30%. Однако, надо иметь в виду, что снижение электропотребления не должно вызвать снижение производительности труда или ухудшение качества предоставляемых услуг! Тем более, что СНиПы, ГОСТы, СанПиНы никто не отменял [2].Что касается искусственного освещения, то на российском рынке представлен широкий ассортимент уличных светильников [3].В связи с непростой экономической ситуацией в стране вопросы энергосбережения стали еще более актуальны [1,2,3]. Власти как муниципального, так и регионального уровней все чаще заключают энергосервисные контракты. Встречаются такие контракты и на примере модернизации уличного освещения. Особенно много коммерческих предложенный от производителей уличных светодиодных светильников. Они заявляют об их несомненных преимуществах по сравнению с применяемыми на протяжении нескольких десятилетий светильников с газоразрядными лампами. Нередко встречаются рекламные материалы, в которых заявляются большой световой поток светодиодных светильников, их низкое электропотребление, высокая светоотдача, огромный ресурс работы. Некоторые производители заявляют, что срок службы составляет 100 000 часов или 25 лет. Но кто проверял эти данные? Кто их может подтвердить? Однако, и высокая стоимость светодиодных светильников заставляет более обдуманно подходить к вопросам энергосбережения, особенно в непростых экономических условиях дефицита бюджета. Поэтому в качестве варианта модернизации уличного освещения г. Юрюзани Челябинской области был предложен проект замены существующих светильников с дуговыми ртутными лампами ДРЛ мощностью 250 Вт на светильники с дуговыми натриевыми лампами высокого давления ДНат мощностью 150 Вт.Прежде чем предложить указанную замену, был проведен сравнительный расчет освещенности для стандартного участка улицы между двумя опорами уличного освещения. Измерив геометрические параметры осветительных опор и проезжей части, был сделан светотехнический расчет в специальной программе «Light-in-Night Road v.6» компании ЗАО НПСП «Светосервис». Эта программа сертифицирована на соответствие нормам освещения СП 52.13330.2011 (СЕРТИФИКАТ № POCC RU.СП15.Н00837). На рис. 1 представлена 2D модель исследуемого участка улицы с существующими светильниками и лампами ДРЛ 250. Имеется проезжая часть шириной 7 метров. Опоры расположены с шагом 30 метров друг от друга. Высота подвеса светильников 10,5 метров, угол наклона кронштейна 15 градусов.

Рисунок 1. 2D - модель исследуемого участка с лампами ДРЛ 250

Программа имеет интуитивно понятный интерфейс, поэтому любой студент и тем более инженер сможет достаточно быстро освоиться с расчетами. Кроме того, в программе имеется достаточно обширная база как отечественных, так и зарубежных светильников. Достаточно просто и понятно вводятся параметры исследуемого участка улицы. Еще одним хорошим качеством программы является автоматическая проверка регламентируемых параметров на соответствие своду правил. На рис. 2 изображена трехмерная модель исследуемого участка для варианта светильников с лампами ДРЛ 150.

Рисунок 2. Результаты расчета на 3D модели с лампами ДНат 150

Изолинии освещенности позволяют наглядно представить уровень освещенности в любой точке исследуемого участка. Даже визуально заметна разница сравниваемых вариантов.

На рис. 3 приведены результаты расчета, и произведена оценка двух вариантов на соответствие нормируемых параметров своду правил. Как видно по результатам моделирования, ранее установленные светильники с лампами ДРЛ 250 на данном участке улицы не соответствуют своду правил СП 52.13330.2011 (СНиП 23-05-95* «Естественное и искусственное освещение»). Практически на 40% занижена средняя освещенность проезжей части дороги, которая равна 9.3 люкса. Это может привести к увеличению аварийности на данном участке дороги. После модернизации улица стала освещаться светильниками типа ЖКУ, в которые были установлены газоразрядные лампы ДНат мощностью 150 Вт. Средняя освещенность стала равна 18.1 люкса при норме 15 люкс. Как видно из результатов расчета, средняя освещенность стала на 20% выше нормы, а ведь при этом мощность лампы была уменьшена на 100 Вт. Результаты моделирования однозначно говорят, что по светотехническим параметрам такая замена достаточно энергоэффективна.

Рисунок 3. Оценка нормируемых параметров двух вариантов

Всего в рамках этого пилотного проекта была произведена замена 150 светильников на разных улицах г. Юрюзани Челябинской области. Число часов горения светильников составляет 3866 часов в год. Средний тариф на электроэнергию для уличного освещения равен 5,25 руб. за 1 кВт*час. Поэтому годовой экономический эффект составит порядка 303 867 рублей. Затраты на покупку новых светильников ЖКУ150 составили 232 000 рублей. Учитывая затраты на установку, срок окупаемости составит 10..11 месяцев, что является очень хорошим результатом, учитывая увеличение уровня средней освещенности дороги.

С учетом полученных результатов, можно рекомендовать проводить подобную модернизацию, т.е. далее распространять практику замены дуговых ртутных ламп на газоразрядные натриевые лампы высокого давления.

Список литературы:

1. Айзенберг Ю.Б., Матвеева Е.Ю., Юшков Д.Д. О состоянии наружного освещения городов страны // Свето-техника. – 2012. – №. 6. – С. 42-43.
2. Боммель В.В. Качество освещения и энергоэффективность: критический обзор //Светотехника. – 2011. –
№. 1. – С. 6-11.
3. Варфоломеев Л.П. О действительной энергоэффективности применения светодиодов в осветительных уста-новках // Светотехника. – 2012. – №. 6. – С. 22-25.
4. Дехофф П. Качество освещения и энергоэффективность не противоречат друг другу // Светотехника. – 2012. – №. 3. – С. 64-68.

References:

1. Ajzenberg Ju.B., Matveeva E.Ju., Jushkov. D.D. About the state of the country's urban outdoor lighting. Svetotehnika [Light & Engineering]. 2012, no. 6, pp. 42-43. (In Russian).
2. Bommel' V.V. Lighting quality and energy efficiency: critical review. Svetotehnika [Light & Engineering]. 2011, no. 1, pp. 6-11. (In Russian).
3. Varfolomeev L.P. About the actual energy efficiency of LEDs in lighting installations. Svetotehnika [Light & Engi-neering]. 2012, no. 6, pp. 22-25. (In Russian).
4. Dehoff P. Lighting quality and energy efficiency is not a contradiction. Svetotehnika [Light & Engineering]. 2012, no. 3, pp. 64-68. (In Russian).

Информация об авторах

Виноградов Константин Михайлович

канд. техн. наук, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)», 454080, РФ, Челябинская область, Челябинск, проспект Ленина, дом № 76

Vinogradov Konstantin

Candidate of Technical Sciences, South Ural State University (national research university), 454080, Russia, Chelyabinsk region, Chelyabinsk, Lenina ave., 76

Буфетова Ирина Сергеевна

студентка, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)», 454080, РФ, Челябинская область, Челябинск, проспект Ленина, дом № 76

Bufetova Irina

Student, South Ural State University (national research university), 454080, Russia, Chelyabinsk region, Chelyabinsk, Lenina ave., 76