Инновации в науке и образовании: пути развития

Заявка на участие в V Международной научно-практической конференции
«Инновации в науке и образовании: пути развития»
Ф.И.О. автора/соавторов (полностью) Соловьева Сталина Калеевна
Место работы (название учреждения полностью, Бюджетное учреждение среднего профессионального образования Ханты-Мансийского автономного округа – Югры «Лангепасский профессиональный колледж»
Должность Преподаватель специальных дисциплин
Ученая степень, звание -
Название статьи Перспективное направление развития светодиодных ламп.
Почтовый адрес, на который следует выслать сборник (с указанием индекса),
ФИО получателя
628672, Ханты-Мансийский автономный округ – Югра, г. Лангепас, ул. Ленина, дом 31 кв.16
Дуняшина Ольга Николаевна
Контактный телефон (по которому можно дозвониться) 89505222378; 89821809729
E-mail (действующий)
Olgalang75@mail.ru
Количество дополнительных экземпляров сборника -
Количество дополнительных экземпляров сертификатов участия в конференции -
Укажите наименование мероприятия, в котором Вы принимали участие, и дату проведения для определения персональной скидки на публикацию (НОУ ДПО «Экспертно-методический центр») -
Соловьева Сталина Калеевна
Преподаватель специальных дисциплин
БУ СПО ХМАО-Югры «Лангепасский профессиональный колледж»
г. Лангепас, Ханты-Мансийский автономный округ – Югра
ПЕРСПЕКТИВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯ СВЕТОДИОДНЫХ ЛАМП
Основная цель – сосредоточить внимание на достижениях настоящего времени и перспективах светотехники, опираясь на фундамент классических понятий и знаний. Осознание путей энергоэффективного развития светотехники.
Глобализация в светотехнической промышленности – явление 21 века. Она означает охват международного рынка крупнейшими фирмами –производителями, диктующими свою волю в светотехнике.
Это обеспечивается наличием новых технологий, позволяющих производить новые качественные товары так быстро, как это требует мировой рынок. Тесть новые технологии должны способствовать производить лучшие товары со скоростью спроса рынка.
Явление глобализации это:
Развитие цифровой связи, что позволило глобальный обмен информацией в режиме реального времени.
Политические события (падение «железного занавеса»), которые привели к появлению близких привлекательных площадей с дешёвой рабочей силой.
Мировой рынок капитала с мобильными финансовыми инструментами.
Глобализация предусматривает производство качественной продукции при малых затратах и сбыт её по доступным ценам большими объёмами. Это возможно, в основном, для крупных объединений, так как расходы на разработку новой продукции дадут положительный результат только при сбыте её больших количествах.
Консолидация - это объединение, сплочение отдельных лиц, групп, организаций для усиления борьбы за общие цели.
ОСВЕЩЕНИЕ, ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ТРУДА, ЗДОРОВЬЕ
В настоящее время особое внимание уделяется проблемам: « Свет и здоровье», Свет и производительность труда», « Зрительное восприятие».
Прогресс в области полупроводниковых источников света наметил новое направление – применение светодиодов (СД) для освещения и сигнализации.
На основании исследований можно сделать следующие практические выводы:
Увеличение уровня освещённости от требуемого минимального 300 лк до 500 лк приводит к повышению производительности труда не менее, чем на 11%. При этом, энергопотребление и затраты на обслуживание осветительной установки современного уровня будут ниже.
Возраст работников производства стал критерием зрительной работоспособности, а значит уровня и качества освещения.
При правильном проектировании окружающая производственная среда может оказывать стимулирующее воздействие на работающих в ней людей Это выражается большим коэффициентом полезного действия и меньшим количеством ошибок, благоприятным психологическим настроением, позволяющим сохранить бодрость более длительное время.
Вклад естественного освещения очень существенен не только для повышения уровня освещённости, но и для улучшения настроения бодрствования.
Плохое качество освещения приводит к усталости глаз, переутомлению, а иногда к головным болям. Головные боли могут быть вызваны пульсацией светового потока ламп, что является следствием применения магнитных пуско-регулирующих устройств, работающих на частоте 50 Гц.
В некоторых случаях «мерцание « вызывает стресс. Такого эффекта не создают электронные пуско-регулирующие устройства.
При изменении освещённости в диапазоне от 300 до 2000 лк линейную зависимость имеют следующие показатели: зрительная работоспособность (рост), количество брака (снижение), число несчастных случаев (меньше).
При достаточном количестве света для выполнения зрительной работы освещение должно удовлетворять трём основным критериям:
Равномерность освещения и распределение яркости в рабочей зоне помещения,
Требуемый цвет освещения и хорошая цветопередача,
Отсутствие пульсаций и блесткости осветительной установки
Осветительная установка (ОУ) – это электроустановка, предназначенная для искусственного освещения объектов, состоящая из источника света (ИС), осветительной, пуско-регулирующей аппаратуры (ПРА) и устройств электроснабжения (ЭСН).
ПЕРСПЕКТИВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ РАЗВИТИЯ ИСТОЧНИКОВ СВЕТА
Материаловедение и тело накала
Материаловедение – это одна из основных областей перспективного развития светотехники.
Повышение светоотдачи и долговечности источников света являются основными проблемами современности.
Главным показателем эффективности источников света являются светоотдача и срок службы.
Современные технологии открыли возможности управления свойствами материалов в желательном направлении для пользователя.
«Порошковая» технология позволила получить вольфрамовую проволоку прессованием, спеканием и другими способами деформации, что открыло дорогу дальнейшего развития источников света
«Нанотехнологии» открывают широкие возможности в области энергосберегающих материалов электронной техники и светотехники.
Пути повышения светоотдачи:
Исследование и применение карбидных тел накала,
Совершенствование структуры люминофора
Благодаря постоянному совершенствованию, усилиям металлургов и светотехников вольфрам превратился в настоящее время по свойствам в уникальный металл.
Практически нет другого металла, который не проявлял бы свойства ползучести при нагреве до температуры, близкой к температуре плавления.
Вольфрам — единственный из всех имеющихся металлов, у которого скорость испарения при постоянной фиксированной температуре не остается постоянной, а замедляется с течением времени в 104... 106 раз.
Именно поэтому срок службы отдельных промышленных партий ламп достигает нескольких тысяч часов. Есть лампы-долгожители, имеющие срок службы в условиях бытового использования до 17·103 часов.
Новый карбидный материал должен удовлетворять следующим требованиям:
плотность (без пор) и тугоплавкость, что определяет долговечностьтела накала,
способность принимать форму спирали, т.к. спирализованные тела накала имеют меньшую склонность к потемнению колб (испарение атомов между витками) и меньшие потери энергии (теплопроводность в газовой среде).
Плоские тела накала работают в лампе меньше по времени в тысячи раз, чем спирали, что объясняется «самозалечиванием» возникающих на поверхности трещин в процессе переиспарения атомов между витками (эффект Иоффе).
•обладать структурой, близкой к монокристалльной, что обеспечитменьшую склонность к ползучести и провисанию (практика использованиявольфрамовых нитей).
Применение новых тел накала обещает огромную экономию энергии и средств.
Не следует прекращать совершенствовать технологию производства «вольфрамовых» ЛН.
Проблемы и перспективы применения светодиодов.
Пристальное внимание к СД и СД-изделиям в освещении вызвано нарастающей ролью энергосбережения.
Страны, организовавшие массовое производство СД, сейчас в выигрыше. В мире есть уже лабораторные образцы со световой отдачей 150 лм/Вт (это вдвое больше, чем у промышленных образцов), в некоторых странах в 2005 г. разработаны и утверждены «Государственные программы развития СД и СД-изделий» (США, КНР и др.).
В России маяками производства СД являются «Светлана-Опто-электроника», «Оптэл», «КаверЛайт», «Протон», но без собственной государственной программы.
В США производят СД с техническими данными: белые СД; 1,2 Вт при токе 350 А; светоотдача до 107 лм/Вт при Тц = 5000...10000 К. Например, замена уличных СП с НЛВД на СП с СД в одном городе составляет 40 %, качество освещения лучше.
В России только «Светлана-Оптоэлектроника» владеет всеми этапами производства СД (потребность 5... 14 подобных компаний). Отечественные белые СД пригодны для ЖКХ в местах общего пользования. Саранский завод «Электровыпрямитель» готов выпускать СП для ЖКХ серийно: потребляемая мощность — 9 Вт, поток — 700 лм, цена — 600...650 руб., окупаемость — 4 года.
В Республике Корея представлены СД-модули белого света прямого включения в сеть переменного тока 110 или 220 (230) В без традиционных вспомогательных устройств. Недостатки: низкая светоотдача — от 29 до 35 лм/Вт, большая пульсация светового потока — с частотой 100 или 120 Гц, высокая стоимость.
В Германии выпускают малогабаритные СД, но с большими радиаторами для охлаждения, стабилизированными источниками напряжения в сочетании с резисторными балластами для питания, светоотдачей 100 лм/вт-
В Австрии выпускают белые СД и изделия с меньшим разбросом по Тц(3000 К, 4200 К, 5000 К), светоотдачей 90 лм/Вт (к 2011 г. — 120 лм/Вт). Тенденция использования СД в двух вариантах: имитация ЛН и в виде СД-модулей.
Выставка «Интерсвет-2007» в ЦВК «Экспоцентр» в г. Москве показала, что такой международный форум проводится у нас впервые и означает начало «эры СД» в светотехнической наук и технике России.
Цель форума — способствовать развитию освещения СД в России в свете решения этой проблемы в странах мира.
Экология и энергосбережение в светотехнике
Европейская комиссия (ЕК) является ведущей в области нормирования экологически чистой и энергоэффективной светотехнической продукции.
Главная цель ЕК — это выполнение «Программы Европейского Союза (ЕС)» по защите окружающей среды от вредного влияния электротехнической продукции до 2015 г.
Наглядное представление о направлениях деятельности ЕК, начиная с 2002 г., дает блок-схема (рис. ?).
Выделены три основных приоритетных направления:
•Климатическое. Оно состоит в уменьшении выбросов углекислого газа (СО2) на объектах электротехнической индустрии.
Планируется уменьшить выбросы СО2 по сравнению с 1998 г. до 12 % в 2015 г., пересмотреть нормирование в светотехнике с целью увеличения энергоэффективности (15% всей мировой ЭЭ используется в светотехнике).
Окружающая среда. Оно состоит в ограничении использования вредных веществ в светотехнической промышленности.
Утилизация. Оно состоит в обеспечении безопасности при переработкеотходов и ответственности изготовителей продукции.
Перспективы развития светотехнической промышленности сведены к трем ключевым направлениям:
Разработка и производство нового, высокоэффективного источникасвета — светодиода (СД).
Оптимизация структур световодов.
Создание высокотехнологичных материалов для поверхностей.
Все программы энергосбережения в настоящее время в светотехнике основаны на производстве КЛЛ (компактных люминесцентных ламп) и использовании их вместо ЛН, электронных ПРА — для разрядных ламп (РЛ) и переходе на использование тонких ЛЛ типа Т5.
У нас в стране за 5 лет (с 2001 по 2006 г.) потребление ЭЭ возросло в 2,5 раза, пересмотрена программа ввода новых генерирующих мощностей с 23 до 41 тыс. МВт.
Энергообеспечение для дальнейшего развития является определяющим.
Для сравнения, только в 2006 г. в КНР введено 103 тыс. МВт.
Чем больше энерговооруженность, тем больше загрязняется окружающая среда.
Истина в разумном сочетании новых мощностей и снижении потребления ЭЭ за счет эффективного и экономного использования электроприемников (в том числе ОУ).
Для сравнения, на создание 1 кВт новых генерирующих мощностей требуется от 1000 до 3000 условных ед., а на экономию 1 кВт мощности ОУ –200 - 250 условных ед.
Запрет применения ИС со световой отдачей ниже 20 лм/Вт (это ЛН,КПД 5 - 8 %) и использование КЛЛ во всех странах мира снизит потребление ЭЭ на величину 5 ежегодным потребностям Австралии.
Одна из проблем общества — это преодоление общей опасности экологической катастрофы. Развитие экономики на базе «грязных» технологий приведет к чрезмерным затратам на ликвидацию последствий разрушения биосферы.
В России сейчас наблюдается ухудшение демографических показателей, так, например, средняя продолжительность жизни японцев — 81 год, россиян — 60 лет.
Основной загрязнитель окружающей среды в России — это предприятия ТЭК (тепло-энергетического комплекса):
48 % выбросов вредных веществ,
27 % загрязненных стоков,
30 % твердых отходов,
70 % объема парниковых газов (по СНГ),
72 % выделение оксидов азота (по СНГ).
Вклад предприятий электроэнергетики около 6٠106 т в год выбросов вредных веществ.
Следовательно, радикальное снижение загрязнения — это уменьшение энергопроизводства, что не приемлемо для общества.
Экологического и экономического эффекта без ущемления интересов общества можно достичь внедрением повсеместного энергосбережения. Эффективное использование энергии должно стимулироваться на всех уровнях хозяйствования и законодательства.
Например, в планах РАО ЕЭС России приоритетным было наращивание энергомощностей (АО «Томскэнерго»), а в Западных странах поощряются любые мероприятия по снижению производства ЭЭ.
Потребление ЭЭ ОУ в жилом секторе по России составляет 24 % (25,9 млрд. кВт-ч) от общих расходов на освещение.
Если заменить ЛН на КЛЛ, то возможно снижение потребления ЭЭ в 4 раза (экономия составит 19,4 млрд. кВт-ч). Эта цифра, для сравнения, соизмерима с годовой выработкой ЭЭ Саяно-Шушенской ГЭС или потреблением ЭЭ Томской и Омской областями, вместе взятыми.
Более дальняя перспектива принадлежит светодиодам (СД), например, применение СД (С = 150 лм/Вт) в общем освещении позволит снизить долю потребления ЭЭ в ОУ в 10 раз.
Стратегическая программа России предлагает:
• Сократить производство и применение ЛН, малоэффективных ДРЛ и ЭмПРА.
Об экономической целесообразности замены ламп ДРЛ в светильниках наружного освещения (НО) на ДНаМ-Т.
В настоящее время натриевые лампы высокого давления в матированной эллиптической колбе предназначены для замены ламп ДРЛ в существующих светильниках.
Сравнительные варианты приведенных годовых затрат рассмотрены для ОУ в Таблице 2. Варианты осветительной установки ОУ:
с лампами ДРЛ по 250 и 400 Вт,
с лампами ДНаМ-T по 210 и 340 Вт,
с лампами ДНаТ по 150 и 250 Вт.
Методика расчетов
Эффективность замены (∆С, руб./год) определяется как разница приведенных затрат двух вариантов ОУ НО:
∆С = C1 – С2 или ∆С = С1 - С3
где С1 С2, С3 — годовые затраты для каждого варианта ОУ, руб./год.
٠ Годовые затраты для каждого варианта установки (С, руб./год) определяются по формуле:
С = С1+ ∆К,
где С1— приведенные годовые эксплуатационные затраты, руб./год;
∆К — приведенные капитальные затраты на 1 год эксплуатации, руб./год.
С1 = Сэл+ Сл,
где Сэл — стоимость электроэнергии, руб./год;
Сл — стоимость замены ламп, руб./год.
Сэл= Ксети٠КПРА٠Тр.год٠Рл٠Кэл
где Ксети — коэффициент, учитывающий потери в сети, на основании опыта эксплуатации принимается Ксети = 1,084;
КПРА — коэффициент, учитывающий потери в пускорегулирующей аппаратуре; что составляет 0,2%, (согласно ПТЭЭП)
Тр.год — число часов работы ОУ в год, принимается Тр.год = 4000 час;
Кэл — тариф, принимается Кэл = 2,3 руб./Квт٠ч;
Сл= Тр.год٠ (Цл+ Ссзл) / Тс.с.
где Тс.с. — срок службы лампы, час;
Цл — цена лампы, руб.;
Ссзл — стоимость замены лампы, принимается Ссзл = 192,72 руб. (при работе 2 электромонтёров, третьего и четвёртого разрядов, продолжительностью в 30 мин., работа на высоте, согласно ППРОСПЭ ).
Таблица 1
3 разряд 4 разряд
1 Тарифная ставка Сt , руб./час 62 84
2 Премия Пр. , % 20 74,4 100,8
3 Северная надбавка Сн, % 50 37,2 50,4
4 Районный коэффициент Рк, % 70 52,08 70,56
5 Заработная плата за 1 час работы 163,68 221,76
٠Приведенные капитальные затраты на год эксплуатации определяются по формуле:
∆К = ( Цсв+ Ссзс) / Тсв
где Цсв — цена светильника, руб.;
Ссзс — стоимость замены светильника, принимается Ссзс = 385,44 руб.;
Тсв — срок службы светильника, год.
Ссзс — стоимость замены светильника, принимается Ссзс = 385,44руб. (при работе 2 электромонтёров, третьего и четвёртого разрядов, продолжительностью в 1 час., работа на высоте, согласно ППРОСПЭ ).
ДРЛ-250.
Сэл — стоимость электроэнергии, руб./год;
Сэл= Ксети٠КПРА٠Тр.год٠Рл٠Кэл
где
Ксети — коэффициент, учитывающий потери в сети, на основании опыта эксплуатации принимается Ксети = 1,084;
КПРА — коэффициент, учитывающий потери в пускорегулирующей аппаратуре; что составляет 0,2%, (согласно ПТЭЭП) КПРА = 1,002
Тр.год — число часов работы ОУ в год, принимается Тр.год = 4000 час;
Рл - мощность лампы Рл = 250 Вт
Кэл — тариф, принимается Кэл = 2,3 руб./Квт٠ч;
Сэл= 1,084 ٠1,002 ٠4000٠250 ٠2,3 = 2498,19 руб./год
Сл — стоимость замены ламп, руб./год.
Сл= Тр.год٠ (Цл+ Ссзл) / Тс.с.
где
Цл — цена лампы, руб.;
Ссзл — стоимость замены лампы, Ссзл = 192,72руб.
Тс.с. — срок службы лампы, час;Тс.с.=12000 час
Сл= 4000٠ (110+192,72)/12000=100,91 руб./год.
С1— приведенные годовые эксплуатационные затраты, руб./год;
С1 = Сэл+ Сл,
С1 = 2498,19 + 100,91 = 2599,1 руб./год.
Приведенные капитальные затраты на год эксплуатации определяются по формуле:
∆К = ( Цсв+ Ссзс) / Тсв
∆К — приведенные капитальные затраты на 1 год эксплуатации, руб./год.
где Цсв — цена светильника, руб.; Цсв = 3366,00 руб.
Ссзс — стоимость замены светильника, принимается Ссзс = 385,44 руб.;
Тсв — срок службы светильника, год. Тсв= 8 лет
Ссзс — стоимость замены лампы, принимается Ссзс = 385,44руб. (при работе 2 электромонтёров, третьего и четвёртого разрядов, продолжительностью в 1 час., работа на высоте, согласно ППРОСПЭ ).
∆К = (3366+385,44)/8 = 468,93 руб./год.
Годовые затраты для каждого варианта установки (С, руб./год) определяются по формуле:
С = С1+ ∆К,
С = 2599,1 + 468,93 = 3068,03 руб./год.
Результаты расчетов сведены в Таблицу 2
Таблица 2
Наименование
показателя Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3 Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3
1 2 3 4 5 6 7
Тип лампы ДРЛ-250 ДНаМ-Т-210 ДНаТ-150 ДРЛ-400 ДНаМ-Т-340 ДНаТ-250
Срок службы лампы, час 12000 5000 6000 15000 5000 10000
Цена лампы, руб. 110 300 420 130 350 480
Сл,руб. 100,91 394,2 408,5 86,06 434,2 269,1
Сэл, руб. 2498,19 2098,32 1498,9 3997,12 3397,5 2498,2
С1 = Сэл+ Сл, руб. 2599,1 2492,7 1907,4 4083,2 3831,7 2767,3
Цена светильника, руб. 3366 3440 3250 4230 3860 3500
∆К = ( Цсв+ Ссв) / Тсв, руб. 468,93 478,18 454,43 576,93 530,7 485,7
С, руб./год 3068,03 2970,88 2361,8 4660,13 4362,4 3253
∆С, руб./год 97,15 706,23 247,73 1707,13
При расчетах значения срока службы ламп приняты в соответствии с ТУ СПО «Светотехника».
Выводы
Как видно из полученных данных, прямая замена ламп ДРЛ лампами ДНаМ-Т нецелесообразна (допускается временно).
Для получения экономического эффекта следует заменять светильники с лампами ДРЛ светильниками с лампами ДНаТ.
Список использованных источников
Сибикин Ю.Д., Сибикин М.Ю. «Технология энергосбережения». Форум. М. 2012.
Шеховцов В.П. «Электрическое и электромеханическое оборудование». Форум. М. 2012.
Шеховцов В.П. «Осветительные установки промышленных и гражданских объектов» Форум. М. 2009.
Щербаков Е.Ф., Александров Д.С., Дубов А.Л. «Электроснабжение и электропотребление на предприятиях». Форум. М. 2012.