ПЛАН ЗАНЯТТЯ
1. Освітлювальні та опромінювальні установки з різними типами джерел випромінювання, порівняння їх техніко-економічних показників.
2. Вибір енергоощадних установок для освітлення і опромінювання.
3. Ефективне використання електричних полів.
4. Магнітна та електромагнітна активація води.
ПИТАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ
1. Що таке освітленість?
2. Назвіть типи ламп та їх характеристики.
3. Для чого потрібна пускорегулююча апаратура?
4. Від чого залежать нормативні рівні освітленості?
5. Які лампи найбільш ефективні? Назвіть критерії їх вибору.
6. Як визначити витрати електроенергії в системах освітлення?
7. Які основні причини перевитрати електроенергії при організації освітлення об’єктів?
8. Забрудненість світильників і її вплив на енергоефективність
9. Який вплив має електромагнітне поле на рослини та тварини?
10. Вплив магнітного та електричного полів на властивості води
11. Як працює апарат магнітної обробки води?
1 ОСВІТЛЮВАЛЬНІ ТА ОПРОМІНЮВАЛЬНІ УСТАНОВКИ З РІЗНИМИ ТИПАМИ ДЖЕРЕЛ ВИПРОМІНЮВАННЯ, ПОРІВНЯННЯ ЇХ ТЕХНІКО-ЕКОНОМІЧНИХ ПОКАЗНИКІВ
Порівняльний аналіз джерел світла
Напевно Ви що-небудь знаєте про лампи різних типів, однак навряд чи вивчали це питання занадто глибоко. В даному огляді ми вирішили розкрити ряд технічних нюансів більш повно, щоб кожен споживач чітко розумів, що являють собою різні типи лампочок та які існують характеристики ефективності їх роботи.
Світлова віддача
Щоб розуміти, на що варто звертати основну увагу, проаналізуємо базову характеристику лампи – світлову віддачу. Дана величина вимірюється в Лм/Вт, тобто показує нам, скільки одиниць світлового потоку (люменів) ми можемо отримати від кожної спожитої виробом одиниці енергії (ватта).
Неважко побачити, що цей показник за своєю суттю відображає рівень енергетичної ефективності лампи. Якщо Вам здається, що галузь виробництва лампочок вже повністю усталилася та практично не розвивається – це не так. Навпаки, зараз виробники ламп всіх типів борються саме за те, щоб наблизити реальну світлову віддачу своїх виробів до теоретично досяжних меж. У чому полягають ці межі? Тут все просто: це та величина світлової віддачі, яка може бути досягнута при повному перетворенні електричної енергії у видиме світло необхідної яскравості.
Крім суто технологічних складнощів, є також певні обмеження, що вносяться механізмами сприйняття світла людиною. Рівень чутливості наших очей неоднаковий при різних довжинах хвиль, які випромінюються джерелом світла. Найкраще ми бачимо жовто-зелену частину оптичного спектру (близько 555 нм), але в інших його областях чутливість знижується. Таким чином, в технічну систему координат, сформовану поняттями «світловий потік» та «потужність», включається третій фактор, фізіологічний. Для його позначення застосовують термін «видиме світло», який досить чітко вказує на важливість однієї обставини: в кінцевому підсумку пріоритет має не те, скільки становить співвідношення Лм/Вт, а те, яким чином людське око сприймає результат випромінювання при даній світловий віддачі джерела.
Припустимо, ми використовуємо новітню лампочку, яка здатна видавати максимальний рівень перетворення електроенергії у світло. При цьому будемо також вважати, що необхідний нам відтінок якраз знаходиться в середині оптимального для нас жовто-зеленого діапазону. У цих умовах ми могли б отримати рекордну світлову ефективність – близько 680 Лм/Вт для значення світлової хвилі в 555 нм. Якщо ж ми візьмемо значення для червоного кольору, яке нами розрізняється набагато гірше, то отримаємо 180 Лм/Вт за довжини хвилі в 630 нм. Таким чином, очевидною є колосальна різниця між розривом в діапазоні кольору світіння та зміною величини видимого світла. Тому щоб домогтися білого світла, необхідно провести змішання випромінювань в різних спектрах у правильній пропорції. При цьому сам спектр може бути як суцільним, так і лінійчатим, а часом навіть смугастим.
Колір та світло
Незважаючи на певну мовленнєву спорідненість цих слів, з оптичної точки зору це поняття лише пов'язані, але не мають однозначної взаємної кореляції. Навіть банальний білий світ від люстри, розташованої в приміщенні, визначається колірністю й типом лампочки, що потребує її попереднього аналізу, інакше Ви ризикуєте отримати зовсім не той результат, на який розраховували.
Житлові кімнати прийнято освітлювати теплими тонами на рівні колірної температури 2700-3000К. Такі відтінки сприяють заспокоєнню, допомагають відпочити і розслабитися після трудового дня. Через колір нашої шкіри в такому освітленні ми виглядаємо найприродніше.
Офіс, робочий кабінет або письмовий стіл можна освітлити набагато більш холодним світлом. Він має колірну температуру на рівні 4000-4500К та відмінно підійде для охоплення великої території. Знову ж, зелень на підвіконні кабінету буде виглядати при ньому більш насичено, а це, як відомо, корисно для втомлених від комп'ютера очей. Раніше для офісів нерідко застосовували галогенові лампи з колірною температурою близько 3000К. Хоч даний тип з самого початку й має більш холодний тон світіння, за цих величин він може створювати на предметах «ефект старовини»: сторінки книг і листя рослин будуть виглядати пожовклими, а меблі – вицвілими.
Грамотний розподіл ламп з різним спектром може давати дуже цікаві результати. Наприклад, непогано себе зарекомендувало вуличне двокольорове освітлення, при якому проїжджа частина освітлюється добре розпізнаваним жовто-зеленим світлом, а тротуари – концентруючим увагу прохолодним білим.
Передача кольору
У внутрішніх приміщеннях теж можна вдаватися до прийомів комбінування, подібних до описаного раніше, але робити це слід з обережністю. Справа в тому, що у невеликому просторі буде дуже помітна «різношерстість» освітлення, а це не тільки неестетично, а й на підсвідомому рівні викликає у людини дискомфорт.
Незважаючи на важливість однорідності кольору освітлення, в інтер'єрах на перший план виходить саме передача кольору. Щоб люди, речі і предмети меблів виглядали звично і природно, у ламп повинен бути суцільний спектр випромінювання з високим індексом CRI. Орієнтиром при цьому є сонячне світло, чия колірна температура протягом дня змінюється від 1800К до 6000К, але передача кольору залишається незмінно високою.
Зазвичай лампи розжарювання і якісні галогенки не грішать спотвореннями, оскільки мають суцільний спектр, але розрядні лампи можуть досить погано передавати кольори предметів через наявність у їх спектрах смуг та ліній. Не завжди виробники пишуть індекс передачі кольору прямо на упаковці ламп, проте в фірмових каталогах можна знайти більш повну інформацію з цього приводу. Там даний показник наводиться в одиницях Ra або вказується як індекс CRI. Ціна поділки, нульова відмітка і максимум (100 одиниць) в обох шкал однакові, тому можна не боятися переплутати значення при виборі.
У класичному випадку за еталон взяті 8 зразків світла. Лампочки розжарювання наближаються до значення в 100 од., розрядні лампи (наприклад, натрієві) можуть мати діапазон індексу від 20 до 95 од. і т.д. Заради справедливості, хочемо зазначити, що індексом Ra ще потрібно навчитися користуватися. Люмінесцентні лампи та білі світлодіоди з рівнем Ra=80 позиціонуються як вироби з «гарною» передачею кольорів, проте допускається, щоб навіть в них один колір трохи «випадав з обойми». З'ясувати подібні нюанси можна тільки методом спроб та помилок, а тому у досвідчених дизайнерів і архітекторів вже є власна база перевірених освітлювальних приладів.
З кожним роком асортимент лампочок різних типів і форм тільки зростає. Переважну частину споживчого попиту як і раніше становлять лампи розжарювання, проте їх поступово витісняють з ринку галогенові, люмінесцентні, енергозберігаючі (КЛЛ) та світлодіодні лампочки. Останні два типи зараз розташовуються на гребені хвилі, проте з технічної точки зору КЛЛ помітно програють світлодіодним – як у плані економічності, так і з експлуатаційної точки зору. Виробники регулярно вдосконалюють свою продукцію, що дає нам можливість сподіватися на якісно новий виток в сфері освітлювальної техніки, який належить побачити людству в найближче десятиліття.
Типи ламп
Далі коротко розглянемо окремі типи ламп з урахуванням вже знайомих нам характеристик. Зараз на ринку можна знайти таку продукцію:
- лампи розжарювання;
- галогенові лампи;
- люмінесцентні лампи;
- енергозберігаючі лампи (КЛЛ);
- світлодіодні лампи;
- модулі на базі світлодіодів.
Лампи розжарювання
Цей різновид лапочек добре відомий усім нам з дитинства. У скляній колбі розташовується вольфрамова нитка, яка нагрівається при проходженні через неї електричного струму. У порівнянні з іншими типами, їхня світлова віддача виглядає сміховинно: близько 10-15 Лм/Вт. З точки зору якості перетворення енергії, вони також помітно програють іншим типам, оскільки більшою мірою витрачаються на отримання тепла, аніж на вироблення світла.
Вони випромінюють дуже теплі тони (колірна температура близько 2600-2700К) і мають найвищий рівень передачі кольору (Ra=100). Проте, ресурс роботи у даних виробів невеликий – близько 1000 годин, що також неймовірно мало для сучасних освітлювальних приладів. Незважаючи на те, що більшість людей знають про це, продажі лампочок розжарювання стабільні як і раніше. Причиною попиту є низька ціна продукції і її традиційність, що укорінена в нашій свідомості.
Галогенові лампи
Галогенки є більш сучасним типом ламп, заснованим на ефекті світіння спіралі в газовому середовищі. Для їх виготовлення використовуються спеціальні сорти кварцового скла, що забезпечує багаторазове віддзеркалення світлотеплового випромінювання всередину колби. Світлова віддача таких ламп тримається на рівні 30 Лм/Вт, а колірна температура коливається від 3000 К для переважної більшості типових моделей – та до 4200 К для лампочок денного світла.
Якщо галогенка виготовлена солідної фірмою, її Ra буде наближатися до 100. Кут розсіювання таких ламп без відбивачів невеликий, тому вони частіше застосовуються для фокусування світла на окремих об'єктах. Термін служби перевищує аналогічний показник попереднього типу в 2-4 рази, тобто становить близько 2000-4000 годин.
Люмінесцентні лампи
Люмінесцентні лампи являють собою довгий циліндр, наповнений парами ртуті, з розташованими усередині електродами. В електричному полі пари починають випромінювати УФ-промені, що провокує люмінофор, нанесений на стінки трубки, світитися в видимому діапазоні. Залежно від класу, такі лампи можуть забезпечувати або середню передачу кольору Ra=80 при світловій віддачі до 104 Лм/Вт, або ж Ra=90-98 при світловіддачі близько 88 Лм/Вт. Особливістю люмінесцентних ламп є необхідність використання пускорегулювальних пристроїв. Проте, їх сильною стороною є довговічність – в офісах такі лампи можуть успішно працювати понад 20 тис. годин.
Енергозберігаючі лампи
Відомі зараз як «енергозберігаючі», такі лампи мають другу, більш правильну назву, КЛЛ – компактні люмінесцентні лампи. За своєю будовою вони є доповненням до попереднього типу, тільки трубка тут закручується в спіраль. Їх світловіддача в середньому становить до 75 Лм/Вт при колірній температурі 2700-6000 К та індексі передачі кольору понад 80 од. В останні п'ять років вони отримали велике поширення як заміна традиційних лампочок у всіх сферах застосування останніх. Незважаючи на достатню простоту ламп цього типу та помірну вартість, їх потенціал переоцінений, і експерти стверджують, що ажіотаж навколо КЛЛ викликаний більшою мірою рекламою, аніж реальною ефективністю виробу.
Світлодіодні лампи
Існує два основних види світлодіодних ламп: SMD і LED filament. Тут ми не будемо заглиблюватися в технологію їх виробництва і порівнювати їх (для цього є окрема стаття), але зазначимо, що в основі їх всіх лежить робота світлодіодів. З технічної точки зору, на нинішній момент даний тип ламп займає лідируючі позиції.
При потужності лампи в п'ять ват, її світлова віддача складає 25Лм/Вт, а рівень передачі кольору – понад 85 од. При цьому світлодіодні джерела мають поки вищу ціну, однак вона повністю компенсується терміном служби: від 50 до 100 тис. годин.
Можна говорити, що даний тип лампочок зробив своєрідну революцію, перевівши ефективне освітлення на твердотільні матеріали. З урахуванням їх високої економічності, найближчим часом ніякі конкуренти світлодіодам не страшні.
Модулі на базі світлодіодів
Світлодіоди потроху починають заповнювати всі сфери життя, а тому багато виробників намагаються адаптувати їх під різні господарські та громадські потреби. Першою на черзі стоїть заміна тих ламп, які потрібні для створення колірних ефектів. У порівнянні з лампою розжарювання, доповненої світлофільтром, кілька діодів виглядають набагато більш зручними і економічними.
Муніципалітети великих закордонних міст передбачають переведення на світлодіоди практично всіх сигнальних об'єктів інфраструктури: світлофорів, вуличних ліхтарів, наземної навігації, стоп-сигналів на комунальній техніці та ін. Такі вироби споживають набагато менше енергії і потребують заміни лише раз в 5-7 років, що робить їх незрівнянно більш вигідними для місцевих бюджетів.
ВИСНОВОК
Не потрібно бути експертом, щоб розуміти, наскільки важливу роль в житті людини відіграє освітлення. Без світла ми не могли б займатися багатьма звичними сучасній людині справами: працювати, читати, вчитися, ходити по вулицях в темний час доби, займатися домашніми справами.
Представлений вище порівняльний аналіз джерел світла покликаний показати не тільки еволюцію світлотехнічного обладнання, а й продемонструвати збереження розбіжності в сфері застосування окремих типів ламп. Ймовірно, в найближчі роки ми станемо свідками нових винаходів у цій сфері і зможемо гідно оцінити результати досліджень вчених. А поки що пропонуємо Вам максимально використовувати вже доступні нам блага сучасної цивілізації і переходити на більш енергоефективні джерела світла.
2 ВИБІР ЕНЕРГООЩАДНИХ УСТАНОВОК ДЛЯ ОСВІТЛЕННЯ І ОПРОМІНЮВАННЯ
Зазвичай говорять про ефективність перетворення електричної енергії в світлову, справедливо вбачаючи в підвищенні ефективності такого перетворення основний потенціал енергозбереження в установках освітлення
За умови дотримання норм освітлення, встановлених ДБН В.2.5-28-2006 Природне і штучне освітлення, можна виділити такі основні фактори, що впливають на споживання енергії освітлювальними установками:
• проект схеми освітлення, яким передбачено спільне використання природного та штучного освітлення, забезпечення гнучкості керування освітлювальними мережами;
• зовнішній вигляд та облицювання, які повинні сприяти збільшенню коефіцієнтів відбиття поверхонь приміщень;
• світлова віддача лампи, яка характеризується світловим виходом на один ватт електроенергії що споживається лампою даного типу;
• ефективність світильника (коефіцієнт корисної дії освітлювальної апаратури);
• правильне (раціональне) використання вимикачів та регуляторів, а у разі застосування люмінесцентних ламп - стартерних пускорегулювальних пристроїв;
• схеми розміщення світильників;
• зниження коефіцієнта запасу під час вибору освітлювальних установок;
• автоматичне регулювання освітлення та централізоване керування базовими освітлювальними
установками;
• запиленість повітря приміщень;
• чистота вікон, необхідна для якнайповнішого використання природного освітлення.
Із вище зазначених факторів випливає, що впровадження нових прогресивних джерел світла, використання світильників з високим ККД, широке впровадження конструкцій відбивальної арматури та вибір оптимальних схем освітлення дозволяють в переважній більшості випадків різко підвищити ефективність електроосвітлювальних установок, збільшити освітленість робочих місць і тим самим досягти реальної економії електроенергії.
3 ЕФЕКТИВНЕ ВИКОРИСТАННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ ПОЛІВ
4 МАГНІТНА ТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНА АКТИВАЦІЯ ВОДИ
ВПЛИВ МАГНІТНОГО ТА ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛІВ НА ВЛАСТИВОСТІ ВОДИ
Вода, як термодинамічно не рівноважна система, є дуже чутливою до дії зовнішніх чинників, зокрема, магнітного та електричного полів. З цього приводу в літературі
Рис.1. Схема електромагнітного пристрою
1 – електромагнітна котушка; 2 – феромагнітний стержень; 3 – пластмасова вставка; 4 – електроди; 5 – трубка для протікання води
На магнітні котушки та електроди подавали постійний електричний струм, напругу якого можна задавати в певних межах. При такій конструкції пристрою вода протікає перпендикулярно, як до магнітного, так і до електричного полів. Це забезпечує максимальний перепад напруженості магнітного поля.
Досліди проводили наступним чином. Дистильована вода за допомогою поршневого дозатора А-2 циркулювала через електромагнітний пристрій протягом певного часу. Після цього в середовищі такої води досліджували кінетику окиснення тіоктової кислоти йодом. Згідно роботи в середовищі води, яка пройшла магнітну обробку, швидкість окисно-відновних реакцій зростає. Ефективність впливу магнітного чи електричного
полів на воду оцінювали за величиною ефективної константи швидкості реакції у воді, модифікованій полем (k'), порівняно зі швидкістю такої ж реакції в звичайній дистильованій воді (k). В одній із серій експериментів було досліджено ефективність дії магнітного поля з індукцією 90 мТл на воду в залежності від часу магнітної обробки. Як видно з рис.2, тривалість магнітної обробки води спочатку впливає на кінетику окисно-відновної реакції, через приблизно 3,5 години швидкість даної реакції в такій воді досягає максимуму і спостерігається своєрідне “плато”. Подібне явище вже було описане в літературі, наприклад, в роботі.
Рис. 2. Залежність відносної швидкості реакції окисненя тіоктової кислоти йодом від часу магнітної обробки води
В подальших експериментах ми досліджували одночасну дію магнітного та електричного полів на воду протягом однієї години. Результати наведені в табл.1.
Як видно з таблиці, при одночасній дії магнітного та електричного полів на воду в більшості випадків ефект такого впливу зменшується, особливо при збільшенні напруги електричного поля на електродах.
В наступних дослідах час обробки було збільшено до 2-х годин. При загальному зростанні відносної швидкості окиснення тіоктової кислоти йодом сумарний ефект сумісної дії полів залишається меншим, ніж у випадку їх окремого впливу на воду (табл.2). Так, після 2-х годинної обробки води магнітним полем з індукцією 90 мТл k'/k = 1,90, а при наявності електричного поля максимальний ефект спостерігається, якщо напруга цього поля становить 10 В (в цьому випадку k'/k = 1,50). Електричне поле з напругою 50 В за такий самий час призводить до збільшення відносної швидкості окисно-відновної реакції в 2,5 рази. Причиною цього могло бути викривлення магнітних силових ліній електричним полем. В звичайних умовах постійне електричне поле не впливає на магнітне. Однак, в даному разі поміж електродами протікає вода, яка є хоч і слабким, але все-таки електролітом. Під впливом електричного поля, окрім зростання дипольних моментів молекул води (наведені диполі), можливе виникнення електричного струму, а це вже може призводити до викривлення магнітних силових ліній, котрі при під’єднанні котушок до постійного електричного струму, як це показано на рис.1, є практично паралельними.
Тому в подальшому досліди було видозмінено, а власне - електроди розміщено не поміж магнітними котушками, як у попередніх випадках, а винесено збоку від цих котушок. Час обробки води той самий – 2 години. Ефект, виявлений у попередніх дослідах, тобто, зменшення відносної швидкості окисно-відновної реакції при сумісній дії магнітного та електричного полів, порівняно з їх окремим впливом, тут проявляється чіткіше (табл.3). Так, при індукції магнітного поля 30 мТл та напрузі електричного 10 В k'/ k = 1,10 і при напрузі 50 В k'/ k = 1,0, тобто, ефект практично відсутній. Він невеликий і при інших параметрах магнітного та електричного полів і до того ж зменшується із зростанням напруги електричного поля.
Однією з причин збільшення швидкості хімічних реакцій у воді після дії на неї фізичних полів є зростання “структурної температури” розчину. Це може бути наслідком зменшення енергії водневих зв’язків між молекулами води. Однак, слід гадати, що механізми елементарних актів дії магнітного та електричного полів на воду суттєво відрізняються один від одного і при їх сумісній дії взаємно компенсують одне одного. Тому дане питання вимагає подальшого вивчення.
ЯК ПРАЦЮЄ АПАРАТ МАГНІТНОЇ ОБРОБКИ ВОДИ?
Магнітна обробка води застосовується в побуті і промисловості для зниження накипоутворення перед нагрівальними приладами.
Магнітні фільтри не видаляють іони кальцію і магнію, які утворюють щільні осади у вигляді кірки на Тенах і забивають водопровідні труби, звужуючи всередині прохідний перетин.
Вода, що пройшла через магнітне поле змінює свою структуру, і солі жорсткості стають менш схильними прилипати до нагрівальних поверхонь. В основному вони випадають в осад у вигляді дрібного піску, який легко видаляється з обладнання при його чищенні.
При магнітній обробці вода повинна проходити перпендикулярно магнітним силовим лініям.
Як правило, ці пристрої являють собою постійні магніти з рідкоземельних металів або електромагніти, закріплені на трубопроводі подачі води в приміщення.
Фільтри магнітні є екологічними, мають невелику вартість, не вимагають складних робіт з монтажу.
Ефективність роботи магнітного пристрою залежить від напруженості магнітного поля, складу води, швидкості руху рідини і тривалості її перебування під дією магнітного поля.
Під час тривалої роботи прохідний отвір фільтра на постійних магнітах може забиватися феромагнітними домішками. Тому їх потрібно час від часу демонтувати і проводити очищення внутрішніх поверхонь.
Проте потрібно також розуміти, що зберігає свої властивості намагнічена вода менше доби, а далі веде себе, так як, ніби магнітна обробка води не відбувалася.
Втрата магнітних властивостей водою називається релаксацією.
Тому при встановленні магнітного фільтра на підживлення газового або електричного котла необхідно встановити ще одне магнітне пристрій в контурі циркуляції для створення антирелаксационного ефекту. Додатковий фільтр буде подмагничивать воду, контуру циркуляції тим самим підвищуючи ефективність роботи системи від накипеобразований.
Умови застосування магнітних фільтрів
При використанні накладних магнітних фільтрів в системах гарячого водопостачання повинні виконуватися ряд умов:
▪ Загальне залізо – до 0,3 мг/л;
▪ Карбонатна жорсткість – не більше 7 ммоль/л;
▪ Сума хлоридів і сульфатів – не більше 50 мг/л
▪ Наявність розчиненого кисню – не більше 3 мг/л
При підвищеному вмісті розчиненого кисню О2>3 мг/л або при сумі сульфатів і хлоридів більше 50 мг/л, металеві поверхні опалювального обладнання, що контактують з водою будуть піддані корозії із-за поступового руйнування шару оксидної плівки на поверхні металу.
Магнітні фільтри для води при дотриманні всіх умов, описаних вище без зусиль здатні захистити побутові нагрівальні прилади від накипоутворення продовживши їх термін служби і позбавивши себе від зайвих витрат в післягарантійний період.