Економічне обґрунтування раціональності використання енергозберігаючих ламп

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Доповідь

на тему

Економічне обґрунтування раціональності

використання енергозберігаючих ламп

Загроза зміни клімату і поступове зменшення запасів нафти і газу вимагають термінової зміни відношення до споживання енергії. Насправді є просте рішення -- економити ресурси за рахунок ефективнішого використання енергії. Зараз приблизно 20% загального запасу енергії нашої планети витрачається на освітлення, і проблема заощадження електроенергії виявляється однією з основних проблем, що робить вплив як на політику, так і на навколишнє середовище. У зв'язку з постійним зростанням вартості електроенергії і посилюванням вимог екології по викиду в атмосферу шкідливих газів, в світі широкого розгорнена пропаганда енергозбереження

В цьому відношенні необхідно відзначити законодавчі та урядові рішення про заборону виробництва і продажу ламп розжарювання:

- Великобританія - в 2009 році;

- Китай - до 2010 р

оку;

- Євросоюз - до 2009 року;

- Канада - з 2012 року;

- США і Японія - до 2010 року;

- Росія - до 2014 року;

- Австралія - з 2009 року; (допоможе знизити плату за електроенергію на 66%).

Вперше з часів винаходу лампочки, яка була винайдена ще 136 років тому (Лампа Едісона, запатентована ще в 1881 році, - найбільше по своїй простоті і геніальності винахід: спіраль з термостійкого матеріалу, що поміщена у вакумовану колбу і розігрівається електричним струмом, зіграла величезну роль в історії людства), зараз людство відкрило більш дешевший і ефективніший спосіб освітлення - світлодіодний.

Вже зараз існують масово вироблювані зразки, здатні повністю замінити лампочки розжарювання по яскравості, а ось електроенергії вони при цьому споживають невимірно менше. Витіснення застарілих джерел освітлення - справа часу.

І хоча лампочки Ілліча ще міцно тримаються в своїх патронах, перспективи глобального ринку освітлення на найближчі десятиліття є видимим як цілковита заміна традиційного освітлення на світлодіодне світло (led light) в масштабах всієї планети.

В Україні на освітлення припадає близько 16% всієї вироблюваної електроенергії. Можна виділити 3 основні сектори споживачів електроенергії: промисловий сектор, комерційний (суспільний) сектор і житловий сектор. Так виглядають потреби кожного з секторів в освітленні:

Споживання електроенергії на освітлення.

Сектор	Частка освітлення в споживаній сектором електроенергії %	Щорічне збільшення споживання електроенергії на освітлення, %
Промисловий	6,3	0,9
Комерційний	28,6	0,1
Житловий	11,4	1,5

Збільшення світлової ефективності існуючих ресурсів освітлення дозволить проводити необхідну кількість світла, зменшуючи при цьому потребу в електроенергії.

Люмінесцентні енергозберігаючі лампи

Їх називають першим кроком для тих, хто хоче зменшити використання електроенергії для освітлення.

Люмінесцентні лампи вперше були представлені в 1939 році на виставці у Нью-Йорку. Вони швидко стали популярними в магазинах, офісах й інших адміністративних будинках, оскільки використовували менше електроенергії, забезпечуючи необхідне освітлення. Однак, їх не часто можна було зустріти в домівках - мерехтіння, час вмикання, шум та розмір тих ламп не влаштовували господарів. У 80 роках знайшли спосіб зменшити розмір трубок й люмінесцентні лампи стали вже більш схожими до ламп розжарювання за своїм зовнішнім виглядом. Зараз же виробникам вдалося позбутися більшості недоліків, й енергозберігаючі лампи стають дедалі більш популярними, а звичайні лампи розжарювання планують заборонити у найближчі роки в багатьох країнах світу.

Принцип роботи енергозберігаючих ламп

Енергозберігаючі лампи складаються з електронного блоку, цоколя й люмінесцентної лампи - тому їх часто називають просто люмінесцентними лампами. Люмінесцентна лампа наповнена парами ртуті й інертним газом (аргоном), а її внутрішні стінки покриті люмінофорним покриттям. Під дією високої напруги в лампі відбувається рух електронів. Зіткнення електронів з атомами ртуті утворює невидиме Уф-випромінення, що, проходячи через люмінофор, перетворюється у видиме світло.

Електронний блок (ЕПРА - електронний пускорегулювальний апарат) забезпечує запалювання (пуск) і подальше горіння люмінесцентної лампи. ЕПРА перетворює мережеву напругу 220В в напругу, необхідну для роботи люмінесцентної лампи. Завдяки ЕПРА енергозберігаюча лампа запалюється без мерехтіння й працює без миготіння, властивого звичайним люмінесцентним лампам.

Переваги енергозберігаючих ламп

1. Світлова віддача люмінесцентної лампи в середньому в п'ять разів більше, ніж у лампи накалювання. Для прикладу: світловий потік люмінесцентної лампи 20 Вт приблизно рівняється світловому потоку лампи накалювання 100 Вт. Відповідно енергозберігаючі лампи дозволяють знизити споживання електроенергії приблизно на 80% без втрати звичного для вас рівня освітленості кімнати.

	30W	25W	20W	18W	15W	13W	11W	9W
	150W	125W	100W	90W	75W	65W	55W	45W

Найчастіше причиною виходу з ладу звичайної лампочки є перегоряння нитки накалювання. Будова й принцип роботи люмінесцентної лампи принципово інші, тому строк її роботи в середньому в 6-15 разів вищий, ніж у лампи накалювання, і становить від 6 до 12 тисяч годин (звичайно ресурс роботи енергозберігаючих ламп вказують на їх упаковці). Оскільки енергозберігаючі лампи потрібно заміняти значно рідше, їх зручно використовувати у світильниках, розташованих у важкодоступних місцях. Наприклад, у квартирах або офісах із занадто високою стелею.

2. Крім меншого споживання електроенергії енергозберігаючі лампи виділяють набагато менше тепла, чим лампи накалювання. Тому їх можна сміло використовувати у світильниках і люстрах з обмеженням рівня температури - у таких світильниках від ламп накалювання з високою температурою нагрівання можуть плавитися пластмасова частина патрона, проводка або елементи обробки.

3. Площа поверхні енергозберігаючих ламп більше, ніж площа поверхні спіралі накалювання. Завдяки цьому світло розподіляється по приміщенню м'якше й рівномірніше, чим від лампи накалювання, а це, у свою чергу, знижує стомлюваність очей.

4. Енергозберігаючі лампи можуть мати різну колірну температуру, що визначає кольори лампи: 2700 К - м'яке біле світло, 4100 К - денне світло, 6400 К - холодне біле світло (колірна температура виміряється градусами по шкалі Кельвіна). Чим нижче колірна температура, тим ближче кольори до червоного; чим вище - тим ближче до синього. Таким чином, споживач одержує можливість збагатити колірну гаму приміщення.

Недоліки енергозберігаючих ламп

Напевно, головним недоліком енергозберігаючих ламп є їх досить висока вартість. Найкращими й, відповідно, найдорожчими вважаються лампи виробництва OSRAM, PHILIPS, DeLux.

Однак споживачам варто знати ще один момент. Люмінесцентна лампа заповнена парами ртуті, тому потрібно уникати її розбивання в приміщенні. Проблемою є й утилізація екологічно шкідливих енергозберігаючих ламп, тому викидати їх фактично заборонено.

Як вже було сказано, енергоефективні лампи служять набагато довше за звичайні. Час роботи енергоефективної лампи досягає 10 000 - 13 000 годин, тоді як звичайної лампи розжарювання - близько 750 - 1 000 годин. Цю економію можна перевести у грошову форму. Розрахунки представимо у вигляді таблиці:

Витрати на придбання ламп	Енергозберігаюча лампа 20 Вт	Звичайна лампа 100 Вт
	Термін служби 8000 годин. Ціна 30 грн. Всього - 30 грн.	Термін служби 1000 годин. Ціна 3,5 грн. Кількість 8 штук. Всього - 28 грн.
Витрати на електроенергію	В = (20/1000*8000)*0,28= 44,8(грн)	В = (100/1000*8000)*0,28= 224(грн)
Усього	Усього витрати 74,8 грн. Економія - 177,2 грн.	Усього витрати 252 грн.

При тарифі за 1 квт електроенергії 0,28 грн, за період в 8000 годин служби.

Начебто економія порядку 177 грн за цей період не сильно вражають, але якщо помножити цю цифру на кількість лампочок у всьому будинку, то сума виходить цілком значна. Також варто враховувати постійний ріст цін на електроенергію.

Розрахуємо термін окупності енергозберігаючої лампи. При розрахунках будемо вважати, що вона працює 8 годин у день.

Обчислюємо денну економію електроенергії для енергозберігаючої лампи у грошовій формі:

Ед = ((100Вт - 20Вт) / 1000) * 0,28 * 8 = 0,18 (грн)

Тепер обчислимо додаткові витрати на придбання енергозберігаючої лампи замість звичайної лампи накалювання:

В = 30 - 3,5 = 26,5 (грн).

Знайдемо термін окупності енергозберігаючої лампи:

Ток = 26,5 / 0,18 = 147 (днів)

У великих масштабах (адміністративні будинки, організація) додаткова економія коштів досягається завдяки меншим витратам на заміну ламп та на охолодження приміщень кондиціонерами.

Отже, використання енергозберігаючих ламп замість звичайних ламп накалювання дозволяє не тільки економити електроенергію, а також значно заощаджувати гроші. У країнах Західної Європи та США лампи накалювання майже зняті з виробництва. Але попит на них в Україні поки ще не сягнув значних масштабів, бо електроенергія поки ще не є дефіцитним ресурсом, отже, люди дозволяють собі її марнувати.

Діодні лампи

Історія світлодіодів сягає середини 50-х років, коли було відкрито інфрачервоне випромінювання напівпровідників. Однак, тоді ще було далеко до їх використання в якості освітлювальних приладів - занадто мала яскравість. В 1993 році професор Накамура ( Shuji Nakamura ) представив світу перший яскравий світлодіод, базований на нітриді галію. Дуже скоро після цього вченому вдалося створити зелений та білий світлодіод. В 2001 році через суд професор Накамура отримав від компанії, в якій працював, 7 мільйонів доларів, як винагороду за використання свого винаходу. А в 2006 році - “Премію тисячоліття” від Національного технологічного агентства Фінляндії.



Розвиток ефективності різних джерел світла від минулого до сьогодення

Світлодіомд (англ. LED - light-emitting diode) -- напівпровідниковий пристрій, що випромінює некогерентне світло, при пропусканні через нього електричного струму (ефект, відомий як електролюмінесценція). Випромінюване світло традиційних світлодіодів лежить у вузькій ділянці спектру, а його колір залежить від хімічного складу використаного у світлодіоді напівпровідника. Сучасні світлодіоди можуть випромінювати світло від інфрачервоної ділянки спектру до близької до ультрафіолету. Існують методи розширення смуги випромінювання і створення білих світлодіодів. На відміну від ламп розжарювання, які випромінюють світловий потік широкого спектру, рівномірно у всіх напрямках, звичайні світлодіоди випромінюють світло певної довжини хвилі і в певному напрямі. Світлодіоди були удосконалені до лазерних діодів, - які працюють на тому ж принципі, але можуть напрямлено випромінювати когерентне світло.

Принцип дії. Як і в нормальному напівпровідниковому діоді, в світлодіоді є p-n перехід. При пропусканні електричного струму в прямому напрямку, носії заряду -- електрони і дірки, рекомбінують, з випромінюванням фотонів.



Не всі напівпровідникові матеріали ефективно випускають світло, при рекомбінації. Гарними випромінювачами є, як правило, прямозонні напівпровідники типу A^IIIB^V (наприклад, GaAs або InP) і A^IIB^VI (наприклад, ZnSe або CdTe). Варіюючи склад напівпровідників, можна створювати світлодіоди різних довжин хвиль, - від ультрафіолету (GaN) до середнього інфрачервоного діапазону (PbS).

Діоди зроблені з непрямозонних напівпровідників (наприклад, кремнієвий Si або германієвий Ge діоди, а також сплави SiGe, SiC), світло практично не випромінюють. Втім, у зв'язку з розвиненістю кремнієвої технології, роботи зі створення світлодіодів на основі кремнію активно ведуться.

Ефективність світлодіодів найбільше проявляється там, де потрібно генерувати потужні кольорові світлові потоки (світлові сигнали). Світло від лампи розжарювання доводиться пропускати через спеціальні оптичні фільтри, що виділяють певну частину спектру (червону, синю, зелену). 90% енергії світлового потоку, від лампи рожарювання, втрачається, при проходженні свтла через світлофільтр. Усі ж 100% випромінювання світлодіода є забарвленим світлом і в застосуванні світлофільтра немає потреби. Більше того, близько 80-90% споживаної потужності лампи розжарювання, витрачається на її нагрів, - для досягнення потрібної колірної температури (шкала Кельвіна), на яку вони спроектовані.

Світлодіодні лампи споживають від 3% до 60% потужності, необхідної для звичайних ламп розжарювання, аналогічної яскравості. Удароміцна конструкція твердотілих випромінювачів (світлодіодів), дозволяє використовувати світлодіодні лампи при підвищених вібраціях. Світлодіоди не бояться частих вмикань і вимикань. Термін служби світлодіодної лампи -- більше 100 000 годин (більше 11 років).

Використовуючи світлодіоди можна одержати світло з високою насиченістю кольору. Світлодіоди застосовують у індикаційній техніці, при побудові світлодіодних джерел світла (інформаційні табло, світлофори, ліхтарики, гірлянди тощо).

Світлодіодне освітлення економне за рахунок звуженого направлення потоку світла ( не в 360 град, а лише в 90, 60, 45, 30 і т.д.) та більшого КПД в перетворенні електроенергії в енергію світла (не нагріваються!).

Ще однією перевагою світильників з використанням світлодіодів: вони працюють від низької напруги і, відповідно, споживають порівняно із звичайними джерелами світла, незначну потужність, - вони практично усю енергію перетворюють в світло. Світлодіоди не перегорають. Діодні лампи розраховані (принаймні так стверджують виробники) на 50-100 тисяч годин безперервної роботи! В той час, як для люмінесцентних 10 000 - 13 000, а звичайних ламп розжарювання - 750-1000 годин.

Світлодіодні світильники можуть мати різні режими роботи: постійне освітлення та динамічне або лише постійне. Колір світла діодних ламп залежить від напівпровідника, який використовується та домішок.

Світлодіодні лампи не містять парів ртуті й не піддаються механічними пошкодженням у тій мірі, як звичайні та люмінесцентні лампи. Нагадаю, що не варто лякатися ртуті, яка міститься в люмінесцентних лампах: тих максимум 4 міліграми ледь вистачить, аби покрити кульку звичайної ручки. В звичних для нас термометрах ртуті міститься до 500 міліграм! Та навіть вони є далеко не основним джерелом ртуті в навколишньому природному середовищі. Набагато більший внесок роблять електростанції, які використовують вугілля.

Особливістю й великою перевагою світлодіодів є широта їх застосування: окрім освітлення світлодіоди можуть бути використані для очищення питної води (ультрафіолетові світлодіоди), збереження цифрових даних, в інформаційних табло та моніторах, світлофорах, гірляндах, ландшафтному дизайні, в принтерах й багато чого іншого.

Найбільш перспективні області застосування світильників на світлодіодах в освітленні, це об'єкти житлово-комунального господарства.

З об'єктів житлово-комунального господарства перспективними з погляду використання світильників з світлодіодами в даний час можуть бути ті, в яких нормативними документами, що діють, встановлені порівняно низькі рівні освітленості за відсутності вимог до якості перенесення кольорів або невисокому рівні цих вимог. До таких об'єктів можна віднести:

1- сходові клітки (майданчики, прольоти, марші);

2- ліфти;

3- номерні знаки будинків і покажчики назв вулиць;

4- освітлення технічних поверхів, підвалів, горищ, колясок, кубових, комор, машинних приміщень ліфтів, насосних, теплових пунктів, електрощитових, вентиляційних і сміття збірних камер, що рекомендується виконувати лампами розжарювання.

Мале тепловиділення і низька живляча напруга гарантує високий рівень безпеки.

Економічність - світлодіодні світильники споживають в 10 разів менше енергії, ніж світильники на основі ламп розжарювання з аналогічною яскравістю;

Надійність - світлодіоди працюють в будь-яких погодних умовах при температурі від - 60°С до +40 °С. Володіють високою стійкістю до вібрації і механічних дій;

Компактність - завдяки зверхмалим розмірам світлодіодів з'явилася можливість створювати самі різні світлові рішення і нестандартні освітлювальні прилади;

Спрямованість випромінювання - використання різних оптичних аксесуарів (лінзи, коліматори, рефлектора) дозволяють регулювати спрямованість свічення.

Додаткові переваги:

- відсутність скляної колби (визначає дуже високу механічну міцність і надійність);

- відсутність розігрівання або високої пускової напруги при включенні;

- мала інерційність включення/виключення (реакція < 100 нс);

- не потрібний перетворювач постійного / змінного струму;

- абсолютний контроль (регулювання яскравості і кольору в повному динамічному діапазоні);

- повний спектр випромінюваного світла (або, якщо потрібний, спеціалізований спектр);

- вбудований світлорозподіл;

- висока механічна міцність і вібростійка;

- меньший сліпучий ефект, повна відсутність мерехтіння;

- компактність і зручність в установці;

- простота в монтажі і експлуатації.

Велика економія споживаної електроенергії і високий ККД, звідси швидка окупність, за рахунок економії електроенергії і мінімальних втрат на експлуатацію.

Енергозберігаюча технологія

Новий або вдосконалений технологічний процес, що характеризується вищим коефіцієнтом корисного використання ТЕР.

Нові світлодіоди підвищеної яскравості відкривають ринок по заміні існуючих ламп розжарювання і люмінесцентного освітлення світлодіодними аналогами в найрізноманітніших застосуваннях. Остаточний успіх суперяскравих світлодіодів наступить з переходом від технологій, що впливають на ринок, до впливу фактичних застосувань на ринок.

Використання надяскравих світлодіодів як джерел світла знаходить все більше застосування на практиці завдяки ряду незаперечних переваг.

По світловидатності на одиницю споживаної енергії (100 люм./Вт.) СД давно обігнали лампи розжарювання ( 10 люм./Вт.) і стрімко наздоганяють люмінесцентні і газорозрядні лампи ( 70- 100 лмн./Вт.). Теоретично СД можуть видати до 200 люм./Вт. І таким чином стати найекономічнішими джерелами світла.

Тепер про економію

Порівняльна характеристика
Фактор	Світильник з лампою розжарювання	Світодіодний світильник
Освітлення	750 люменів	750 люменів
Потужність споживання	75 Вт	4 Вт
Вартість виробу в цілому	Світильник: від 40 до 100грн.; Лампа розжарювання: 3,5 грн.	Світильник : 250 грн.
Термін експлуатації	1 000 год.	100 000 год.

Розрахуємо економію від впровадження одного світлодіодного приладу що виготовляється на підприємстві ПП НВФ «Д.ЖенІрАл»

Загальна економія при заміні світильників з лампами розжарювання на світлодіодні складається з суми двох чинників:

- економія електроенергії;

- експлуатаційні витрати.

1- Економія електроенергії дорівнює різниці між споживанням світильника з лампою розжарювання і світлодіодного світильника за одну годину за умови, що світлотехнічні параметри однакові або кращі:

Е(ел)= W(л) - W(с)

W(л) лампи розжарювання встановленої у світильник 75Вт.

W(с)світлодіодного світильника 4Вт.

Вартість заощадженій електроенергії за одну годину

0,071кВт/година * 0,28грн.= 0,01988грн.(Кее)

2 - Економія експлуатаційних витрат це різниці між витратами на експлуатацію світильника з лампою розжарювання і світлодіодного світильника при максимальному терміну (100тис.год.) служби у розрахунку на годину (Ев).

Ев = Ел - Ес

Витрати на експлуатацію світильника з лампою розжарювання (Елр) складає:

Елр = Зл + Вл

(Зл) - заміна лампи розжарювання (нормо година електрика 3 розряду = 3.9грн.)

(Вл) - вартість лампи розжарювання =1.5гр

Ел = (1год.*3,9грн). + 3,5грн. = 7,4грн.

Тепер розрахуємо експлуатаційні витрати лампи розжарювання переведені до витрат на експлуатацію світлодіодів(Ел).

Ел = Тс/Тл*Елр

Термін експлуатації лампи розжарювання (Тл) 1тис. годин

Термін експлуатації світлодіодів (Тс) 100 тис. годин

Вартість експлуатаційних витрат ламп розжарювання при 100тис. годин експлуатації:

(100тис./1тис.)*7,4грн = 740грн.,

а з урахуванням вартості світильника для ламп розжарювання, складатиме :

740 грн. + (від 40 грн. до 100грн.) = 780 грн.

Витрати на експлуатацію світлодіодного світильника (Ес) складається з двох чинників це термін виконання ремонтних робіт та вартість комплектуючих:

Ес =Рс+Вк

(Рс) - ремонт світлодіодного світильника;

Згідно нормативу коефіцієнт ризику замовника 10%. Термін гарантійної наробітки світлодіодів 100 тис. годин, тоді розрахунковий ремонт треба проводити кожних 100000год./100*10=10000год., при нормо година радіомеханіка 4 розряду = 3.9грн. і терміну виконання робіт 2 години дорівнює 3.9грн.*2год. = 7.8грн.

(Вк) - Розрахункова вартість комплектуючих - це 5% від вартості виробу і дорівнює 250грн./100*5 = 12,5грн.

Витрати на один ремонт світлодіодного світильника

7,8грн.(вартість робіт) + 12,5грн.( вартість комплектуючих) = 20,3грн.

Вартість експлуатаційних витрат світлодіодів при 100тис. годин експлуатації (Ес).

20,3грн.*10 = 203грн., а з урахуванням вартості світлодіодного світильника, складатиме : 203 грн. + 250 грн. = 453 грн.

Тепер можна вирахувати економію експлуатаційних витрат при 100тис.год. роботи світильників:

Ев = Ел - Ес = 780грн.- 453грн. =327грн.

А економія експлуатаційних витрат за одну годину експлуатації становитиме:

327грн./100000год.= 0,00327грн. (Кев)

Загальна економія при заміні світильників з лампами розжарювання на світлодіодні за годину, назвемо його коефіцієнт економії (Ке) за допомоги якого можна розрахувати економію для любого терміну часу.

0,01988грн. (Кее) + 0,00327грн. (Кев) = 0,02315грн.

Світлодіодний світильник розроблений для під'їзного освітлення має інтегрований фотоавтомат, що згідно «Методики розрахунку економії електроенергії в освітлювальних установках приміщень, що діють, при проведенні енергетичного аудиту», де К - коефіцієнт ефективності автоматизації управління освітленням і якщо застосовано «Зонне управління освітленням (включення і відключення освітлення дискретне, залежно від зонного розподілу природної освітленості)» - значення К = 1,25.

Можемо розрахувати загальну економію при заміні світильників з лампами розжарювання на світлодіодні за рік:

Ер = Чд * С * Ке *К

Ер - загальну економію за рік,

Чд - кількість годин роботи за добу (середній світовий день 12 годин),

С - кількість днів роботи за рік (365днів).

12год.*365днів*0,02315грн.* 1,25 = 126,75грн.

Економія електроенергії за рік буде складати: Ее/рік

12год.*365днів*0.071кВт/година * 1,25 = 338,7кВт

енергозберігаюча лампа світлодіод

Останніми роками ми стаємо свідками стрімкого розвитку оптоелектроніки. Судячи з усього, вже найближчим часом світлодіоди в освітленні здатні зробити решту всіх джерел світла лише надбанням історії, оскільки по-перше світлодіоди споживають на багато менше електричної енергії, по-друге - практично не нагріваються, що робить їх абсолютно безпечними у використанні. Окрім цього вони дуже мініатюрні (збувається мрія всіх світлодізайнеров. Такий недолік, як невеликий світловий потік, судячи по вищевикладеній інформації йде в минуле. Якщо ж виробникам світлодіодів вдасться з часом зменшити їх вартість, то за прогнозами вже в самий найближчий час все освітлення навколо буде світлодіодним.

Размещено на Allbest.ru