Области применения светильников на светодиодах

НАИБОЛЕЕ ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СВЕТИЛЬНИКОВ НА СВЕТОДИОДАХ В ОСВЕЩЕНИИ ОБЪЕКТОВ ЖИЛИЩНО-КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА

Айзенберг Ю.Б. – ВНИСИ, г. Москва, доктор технических наук, академик АЭН РФ
Рожкова Н.В. – ВНИСИ, г. Москва, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник
Федюкина Г.В. - ВНИСИ, г. Москва, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник
Варфоломеев Л.П. – ВНИСИ, кандидат технических наук, консультант

Из объектов жилищно-коммунального хозяйства перспективными с точки зрения использования светильников со светодиодами (СД) в настоящее время могут быть те, в которых действующими нормативными документами установлены сравнительно низкие уровни освещенности при отсутствии требований к качеству цветопередачи или невысоком уровне этих требований. К таким объектам можно отнести:
1. Лестничные клетки (площадки, пролеты, марши).
2. Лифты.
3. Номерные знаки домов и указатели названий улиц.
Освещение квартир, парадных вестибюлей и фойе, комнат для консьерж, контор и других помещений с постоянным или длительным пребыванием людей могут представлять интерес с точки зрения использования СД, по-видимому, лишь в отдаленной перспективе. В настоящем отчете не рассматриваются здания общественного назначения (школы, дошкольные детские учреждения, больницы, кинотеатры и т.п.).

1. Освещение лестничных клеток.
В настоящее время для освещения лестничных клеток применяются только два вида источников света - лампы накаливания (ЛН) и линейные люминесцентные лампы (ЛЛ), установленные, как правило, в примитивную осветительную арматуру.
Московские городские строительные нормы МГСН 2-06-99, созданные на базе Всероссийских строительных норм и правил СНиП 23-05-95, регламентируют освещенность лестничных клеток, поэтажных внеквартирных коридоров, вестибюлей и лифтовых холлов на уровне пола и ступенек 20 лк.
Документ – МГСН 2.01-99 «Энергосбережение в зданиях» устанавливает максимально допустимую удельную установленную мощность для лестничных клеток 4 Вт/м2. Требования к цветоразличению отсутствуют, что позволяет использовать для этого вида освещения любой, в том числе и квазимонохроматический, источник света. С точки зрения выполнения нормативных требований здесь современные светодиоды (СД) - вполне конкурентоспособные источники света. Желтые СД имеют световую отдачу около 30 лм/Вт, т.е. в 3 раза выше, чем ЛН общего назначения, используемые для освещения лестничных клеток в подавляющем большинстве жилых зданий.
Люминесцентные лампы применяются для освещения лестничных клеток в домах-новостройках последних лет, и их доля в общем объеме светильников для этих целей слишком мала (менее 10 %). Световая отдача ЛЛ заметно выше, чем СД (отечественных цветности ЛБ-75 лм/Вт), но если учесть КПД светильников (не более 75%), коэффициент использования светового потока и практически постоянную запыленность и загрязненность деталей светильников из-за полного отсутствия ухода, то это преимущество сводится к нулю.
Наиболее слабое место всех светильников, применяемых в настоящее время для освещения лестничных клеток (как с ЛН, так и ЛЛ), - их неустойчивость против нарочитого разрушения (вандализма), приводящая к тому, что даже в домах, оборудованных кодовыми замками и домофонами, больше половины (иногда и 100%) светильников разбиты, и лестничные клетки вообще не освещены. В случае применения ЛЛ разрушение светильников, кроме житейских неудобств, ведет к серьезным экологическим проблемам, т.к. содержащаяся в лампах ртуть является сильнодействующим ядовитым веществом (предельно допустимая концентрация - ПДК - для паров ртути в населенных пунктах - 0,0003 мг/м3, а в каждой ЛЛ содержится до 100 мг ртути).
Рассмотрим экономическую сторону проблемы применения светильников с СД для освещения лестничных клеток.
В настоящее время для освещения каждого пролета лестниц используется один светильник, мощностью, как правило, 40 Вт. Цена такого светильника с ЛН (например, типа НПО-23) 90 рублей, с ЛЛ (например, ЛП046 -2х18) - 201 рубль. Светильники работают (должны работать) все темное время суток, т.е. около 5000 часов в год. Срок службы (без учета фактора вандализма) ЛН - 1000 часов, ЛЛ - 12000 часов; цена ЛН мощностью 40 Вт - около 5 руб., ЛЛ - 11 р. 40 к. За год каждый светильник с ЛН потребляет 200 кВт.ч, с ЛЛ - 250 кВт.ч электроэнергии, т.е. при существующем тарифе на бытовую электроэнергию на 126 руб. и 157,5 руб. соответственно.
Для обеспечения на полу лестничных клеток площадью 4,5 м2 и пролетов площадью около 4 м2 освещенности 20 лк необходим световой поток не менее 170 лм. С учетом коэффициентов запаса возьмем для расчета 300 лм. Такой световой поток может быть обеспечен СД с суммарной мощностью 10 Вт (при световой отдаче 30 лм/Вт). При мощности одного СД около 0,1 Вт (40 мА, 2,5 В) потребуется 100 СД, суммарная стоимость которых - 32 доллара США.
Для надежной работы СД необходим источник питания с постоянным напряжением на выходе 12В. Цена такого источника питания, например, на предприятии «Аэроэлектро», г.Москва, около 300р. Примем (с большим запасом) стоимость арматуры для монтажа СД, печатных плат, проводов и т.п., а так же сборки светильника - 200 рублей. Отсюда цена светильника на СД может составлять не более 1420 руб. При этом светильник будет потреблять в год 50 кВт.ч электроэнергии на сумму 31р.50к. (при существующем тарифе 63 коп/кВт.ч) Срок службы СД - не менее 100000ч., т.е. 20 лет при ежегодной наработке 5000 часов. При этих данных срок окупаемости светильника может составить при замене им светильника с ЛН - 11 лет, а светильника с ЛЛ - 8 лет. Учитывая неизбежные в современных условиях акты вандализма и случайного разрушения светильников, эти сроки должны быть сокращены как минимум в два раза.
Если считать, что в жилых домах Москвы не менее 1 миллиона лестничных клеток, то при замене на них светильников с ЛН (40 Вт) на светильники с СД (10 Вт) может быть получена годовая экономия электроэнергии около 150 млн. кВт.ч. Применение светильников с СД в коридорах , холлах и т.п. может увеличить эту цифру еще в 2-3 раза.

2. Освещение лифтов.
Для освещения кабин лифтов отечественного производства в жилых домах в настоящее время используются исключительно светильники с ЛН мощностью 40-60 Вт. Нормами МГСН 2-06-99 предусмотрена освещенность на уровне пола 20 лк при очень низких требованиях к качеству цветопередачи (Ra = 20). Здесь при площади пассажирского лифта 1 м2 можно обеспечить требуемую освещенность СД общей мощностью не более 1 Вт, т.е. десятью СД желтого цвета.
Экономия электроэнергии на каждый лифт может составить почти 200 кВт.ч при замене на СД ламп мощностью 40 Вт и почти 300 кВт.ч при замене ламп 60 Вт.
В лифтах ЛН работают в режиме частых включений, что приводит к сокращению их срока службы, который реально не превышает 500 ч. При ежегодной наработке лифта 5000 ч. за год требуется замена перегоревших ламп до 10 раз на сумму около 50 рублей.
Если цена светильника на 10 СД (с источником питания) составит даже 500 рублей, то срок окупаемости его не превысит трех лет (при экономии электроэнергии 200 кВт.ч, т.е. на 126 рублей и ламп на 50 рублей) даже без учета цены светильника на ЛН.
Суммарная экономия электроэнергии по Москве при парке 50000 лифтов может составить не менее 10 млн. кВт.ч в год.

3. Освещение номерных знаков домов и указателей названий улиц.
В настоящее время в Москве указатели номеров домов и названий улиц делаются в виде коробов из молочного полиметилметакрилата с наклеенными на них цифрами и буквами, сделанными из непрозрачного материала и подсвечиваемыми изнутри ЛН или ЛЛ. Короба легко разбиваются камнями или палками и поэтому часто становятся просто «объектами развлечений» подростков. Вместе с коробами разбиваются и установленные в них ЛЛ, загрязняя окружающее пространство ядовитой ртутью. Для освещения номерных знаков используется 1-2 ЛН мощностью 40 .Вт, для освещения указателей названий улиц одна или две ЛЛ по 40 Вт, т.е. мощность каждого изделия с учетом потерь в ПРА - 100 Вт. Лампы должны быть включены все темное время суток, т.е. около 5000 ч. в год. Учитывая, что в Москве «пронумеровано» около 100000 домов и не менее 10000 перекрестков с указателями наименований улиц, расход электроэнергии на эти цели составляет не менее 30 млн. кВт.ч в год.
Светотехнических функций эти указатели и знаки не несут, т.е. от них не требуется какой-то определенной освещенности на заданной площади. Очевидно, что качественной цветопередачи здесь тоже не требуется.
Применение СД в уличных и домовых указателях существующей конструкции позволит снизить потребление электроэнергии, как минимум, в 10 раз - 40-100 до 5-10 Вт на один знак (10 Вт - это 100 СД с источниками питания, которые могут обеспечить равномерную яркость свечения знаков площадью 0,25 м2 около 50 кд/м2). Годовая экономия электроэнергии по Москве за счет этого составит не менее 25 млн. кВт.ч.
Еще большую экономию электроэнергии при одновременном удешевлении самих знаков можно получить, отказавшись от существующей конструкции.

ВЫВОДЫ:
1. Применение СД в качестве альтернативного источника света только в трех названных участках жилищно-коммунального хозяйства может обеспечить годовую экономию электроэнергии не менее 200 млн. кВт.ч
2. Светильники на СД могут избавить жилищно-коммунальное хозяйство города от такого бедствия, как вандализм, т.к. отсутствие в них стекла и изготовление корпусов СД из монолитного поликарбоната делает их практически неразрушаемыми.
3. Замена ЛЛ на СД благоприятно скажется на экологии, т.к. исключит загрязнение атмосферы ртутью.
4. При современном уровне цен на СД и их световых параметрах представляется целесообразным первоочередное внедрение этих источников света в местах, где нет жестких требований к качеству цветопередачи, а также в местах, наиболее подверженных актам вандализма. К таким местам могут быть отнесены лестничные клетки, холлы, лифты, номерные знаки домов и указатели названий улиц.
5. По мере снижения стоимости белых и много кристальных (полноцветных) СД область их применения в жилищно-коммунальном хозяйстве может быть значительно расширена. Например, на ряде светотехнических выставок (в том числе на выставке «Интерсвет-2000» в Москве) экспонировались настольные светильники, ручные фонари и другие осветительные приборы на СД.
6. Применение СД для освещения лестниц, лифтов и т.п. в административно-общественных зданиях, а также в специальных электротехнических устройствах будет рассмотрено и оценено при выполнении следующих этапов работы.

По материалам

Строительные нормы и правила СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. Светотехника, 1995г., №11-12, с.2-30.

Московские городские строительные нормы МГСН 2.06-99. Естественное и искусственное освещение. Москва, 1999г.

Московские городские строительные нормы МГСН 2.01-99. Энергосбережение в зданиях. Москва, 1999г.

Энциклопедия «Москва». Москва.