Повышение качества и энергоэффективности осветительных установок на предприятиях металлургической промышленности

8.3 Повышение качества и энергоэффективности осветительных установок на предприятиях металлургической промышленности

Главной задачей современной светотехники является создание комфортной световой среды для труда и отдыха человека, а также эффективное применение оптического излучения в технологических процессах при рациональном использовании электрической энергии.

Сегодня для нужд освещения ежегодно расходуется более 13% электроэнергии от общего объема, что вырабатывается в стране. Это говорит не о высококачественном и эффективном освещении, а наоборот, это вызвано тем, что уже более 10—15 лет в разных отраслях промышленности эксплуатируются морально и физически устаревшие световые приборы, где применяется более 50% малоэффективных источников света с низкой светоотдачей, а световые приборы в основном одного светораспределения.

Поэтому эффективное использование света с помощью последних достижений светотехники — важнейший резерв повышения производительности труда и качества продукции, снижения травматизма, улучшения экологии и сохранения здоровья людей.

Всё это послужило толчком к пересмотру требований к качеству освещения и энергоэффективности в светотехнике.

На смену представлениям об осветительной установке, как совокупности её ламповых и светоприборных компонентов, приходит понимание того, что это БИОТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА. Эта система наряду с общими задачами освещения должна учитывать проблемы эстетического, психологического и эмоционального воздействия на человека световой среды, а также проблематику травматизма, производительности и качества труда в зависимости от качества освещения.

При проектировании современного промышленного освещения необходимые уровни освещенности нормируются согласно СНиП в зависимости от точности выполняемых производственных операций.

Для улучшения освещения следует знать основные характеристики качества освещения и механизмы влияния на организм человека этих характеристик. Основные характеристики качества освещения следующие:

яркость рабочей поверхности;

слепящее действие источников света;

блёсткость;

неравномерность распределения света;

пульсация светового потока;

спектральный состав излучения источников света (цветопередача);

динамичность освещения.

 

Рисунок 1. Влияние увеличения уровня освещенности на зрительную работоспособность (а), количество брака (б) и количество несчастных случаев (в) в металлургической промышленности

Работая при освещении плохого качества или низких уровней, люди могут ощущать усталость глаз и переутомление, что приводит к снижению работоспособности, а в ряде случаев к различным видам заболеваний. Причиной этого могут быть низкие уровни освещенности, слепящее действие источников света, несбалансированное распределение яркостей, пульсации светового потока, плохая цветопередача. Группой специалистов фирмы «Philips» были проведены исследования влияния качества освещения на производительность труда, на качество , работы и на количество несчастных случаев (рис. 1). Для оценки были выбраны предприятия металлургической промышленности. Анализируя результаты исследований, пришли к таким выводам, что увеличение освещенности с 300 до 500 лк:

приводит к росту производительности труда на 3-11%;

снижению количества брака приблизительно на 8%;

снижению количества несчастных случаев приблизительно на 14%.

Как видно из приведенных выше основных характеристик, качество промышленного освещения многокомпонентное и характеризуется большим количеством различных факторов. Пожалуй, наибольший интерес с точки зрения использования последних достижений научно-технического прогресса в области светотехники, представляет динамическое освещение как один из характерных методов повышения качества промышленного освещения. Известно, что солнечный свет является естественным биологически наиболее ценным видом освещения, к которому максимально приспособлен глаз человека. Поэтому при проектировании осветительных систем нужно стремиться создавать такое искусственное освещение, световые характеристики которого были бы наиболее близки к характеристикам солнечного освещения и, кроме того, целенаправленно изменялись во времени с целью положительного воздействия на организм человека. Такое искусственное освещение называется динамическим. При использовании динамического освещения, при выполнении монотонных работ производительность труда повышается на 20%, вследствие чего достаточно быстро достигается окупаемость капитальных затрат на систему регулирования.

Ещё 20—25 лет тому назад задача создания такого освещения была практически невыполнимой из-за отсутствия источников света со спектральным составом, близким к спектральному составу солнечного излучения (Ra~90), a также отсутствием аппаратуры управления световым потоком газоразрядных ламп.

Сегодня наша промышленность и многие зарубежные фирмы выпускают широкую гамму высокоинтенсивных источников света с высоким индексом цветопередачи (Ra~90). Это металлогалогенные лампы типа ДРИ мощностью от 70 до 2000 Вт.

Проблемы повышения качества промышленного освещения тесно переплетаются с проблемами энергоэффективности осветительных установок. Это заставляет изменить подход к проектированию осветительных систем, а также к конструированию светотехнического обо-

рудования. В условиях возрастания цен на энергоресурсы, а также повышения требований к качеству освещения всё более актуальным является вопрос снижения затрат на электроэнергию и повышение эффективности осветительных установок.

Научно-техническое решение этой важной проблемы сводится к решению 3-х основных задач:

1. Усовершенствование средств освещения за счет применения высокоинтенсивных источников света и современных эффективных световых приборов.

2. Усовершенствование методов освещения за счет внедрения новых методов проектирования и норм освещения.

3. Улучшение эксплуатации осветительных установок.

Первая из перечисленных задач самая важная, так как создает базу для решения всех остальных. Решать эту задачу нужно в два этапа.

Первый этап - замена в осветительных установках светильников с лампами накаливания (ЛН) и с ртутными лампами (ДРЛ) на светильники с высокоинтенсивными металлогалогенными лампами (ДРИ) и натриевыми лампами (ДНаТ). Энергетическая эффективность и сроки службы ламп ДРИ и ДНаТ очень высоки (табл. 1).

Металлогалогенные лампы обладают прекрасным спектральным составом излучения, а натриевые лампы с двумя горелками дают возможность увеличить срок службы до 55000 часов и решить задачу мгновенного перезажигания в горячем состоянии. Поэтому проектным организациям необходимо расширить зону применения этих ламп.

Возможная экономия электроэнергии за счет перехода на более эффективные источники света приведены в табл. 2.

В помещениях с тяжелыми условиями окружающей среды, а особенно в цехах металлургических предприятий целесообразно использовать газоразрядные лампы типа ДРИ и ДНаТ, что может обеспечить качественное освещение и снизить расход электроэнергии на 30-45%.

Технико-экономическую оценку экономической эффективности и улучшения осветительных условий в производственных помещениях можно дать, анализируя представленный расчет (табл. 3).

 

Таблица 1 – Основные характеристики источников света

Тип источника света	Срок службы, Т часов	Светоотдача, лм/Вт	Цветовой индекс, Ra
лампы накаливания (ЛН)	1000	17	100
ртутные лампы (ДРЛ)	12000-15000	50	40
металлогалогенные лампы (ДРИ)	6000-10000	90	90
натриевые лампы (ДНаТ)	15000-25000	120	25

 

Таблица 2 – Экономия электроэнергии за счет перехода на более эффективные источники света

При замене источника света	Средняя экономия электроэнергии,%
ЛНнаДРЛ	40-45
ЛНнаЛЛ	54
ЛН наДнаТ	57-70
ДРЛ на ДнаТ	40-50
ДРЛ на ДРИ	30-40

 

Таблица 3 – Расчет технико-экономического эффекта при замене светильника с ЛН мощностью 1000 Вт на светильник с лампой ДНАТ или ДРИ мощностью 250 Вт

Лампа накаливания (ЛН)	Натриевая лампа (ДНаТ)	Металлогалогенная лампа (ДРИ)
Р,=1000 Вт	Р2=250 Вт	Р2=250 Вт
Р=18800лм	F=24800 лм	Р=19500лм
Т= 1000 часов	Т= 15000 часов	Т= 10000 часов

Стоимость сэкономленной электроэнергии за год из расчета на 1 светильник может быть определена по формуле:

дСЭ = q(P1-P2 * a) *T (РУБ.) , где

q - 1,2 руб./кВт • час - тариф на электроэнергию;

P1- 1,0 кВт - мощность лампы накаливания;

Р2 - 0,25 кВт - мощность натриевой лампы;

а - 1,1 - коэффициент, учитывающий потери в ПРА;

Т- 2250 часов - работа светильника в год при двухсменной работе.

Итак, дCэ = 1,2 * (1,0 - 0,25 * 1,1)*2250 = 1937 руб. (~63 $)

на одном светильнике.

Если светильник НСП-20-1000 или НСП-17-1000 заменить на адекватный по световому потоку на ЖСП-04В-250 или ГСП-04В-250 производства ОАО «Ватра», то получим:

1) экономию электроэнергии на одном светильнике в год приблизительно на 63$;

2) экономию эксплуатационных расходов на замену ламп. Частота замены лампы накаливания - 3 раза в год, а натриевой лампы - раз в 5 лет. Срок службы ламп увеличивается в 10-15 раз;

3) окупаемость меньше года;

4) улучшение качества освещения и, соответственно, качества труда (выше освещенность, лучше цветопередача). Освещенность увеличивается больше, чем в 1,5 раза;

Второй этап усовершенствования средств освещения - разработка, освоение и использование в осветительных установках новых световых приборов с высокоинтенсивными энергоэкономичными источниками света.

Учитывая современные тенденции развития светотехники, а также требования к качеству и энергоэффективности светотехнических установок, ОАО «Ватра» разрабатывает и выпускает новые высокоэффективные световые приборы для различных отраслей промышленности. Большая работа сегодня ведется по созданию нового светотехнического оборудования. Эти работы ведутся по трем основным направлениям — это создание и выпуск:

световых приборов для общего освещения основных цехов и участков металлургических предприятий, где необходимы высокая степень защиты, высокоинтенсивные источники света с большими сроками службы и с улучшенной цветопередачей, а также чтобы конструкция исключала необходимость частого обслуживания;

взрывобезопасных световых приборов с уровнем взрывозащиты 1Ех и 2Ех для освещения различных взрывоопасных участков на металлургических предприятиях, а также объектов нефтегазового комплекса и химической промышленности;

мощных прожекторов широкого и узкого светораспределения с высокоинтенсивными источниками света для освещения больших открытых пространств, карьеров, терминалов, станций и т.д.

Большое разнообразие различных технологических процессов на металлургических предприятиях, где подавляющее большинство производственных и вспомогательных помещений относится к помещениям с тяжелыми условиями окружающей среды и располагается на разных высотах, вследствие чего для общего освещения требуются светильники с разными источниками света и разного светораспределения.

Для освещения невысоких производственных, вспомогательных помещений и участков подготовки производства ОАО «Ватра» серийно выпускает светильники с газоразрядными лампами и вмонтированной аппаратурой управления, с защитным стеклянным колпаком и с кривой силы света (КСС) типа «М».

Это светильники типа ЖСП-02В-70/100 РСП-12В-250/400, и ЖСП-12В-250/400, ЖСП-05В-150 и ГСП-05В-150/175 (рис.2).

ЖСП-02В- РСП-12В-250/400, ЖСП-05В-150, 70/100 ЖСП-12В-250/400 ГСП-05В-150/175

 

Для общего освещения производственных помещений высотой 8-12м нашли широкое применение новые светильники с вмонтированной аппаратурой управления с КСС типа «Д», «Г» и «К». Это светильники серий ГСП-04В-250/400, ЖСП-04В-250/400, РСП-04В-250/400, ЖПП-02В-250/400, ГПП-02В-250/400, а также РСП-08В-700 и ГСП-17В-700 (рис.3).

ГСП-04В-250/400,

ЖСП-04В-250/400,

РСП-04В-250/400

ЖПП-02В-250/400,

 ГПП-02В-250/400

РСП-08В-700, ГСП-17В-700

 Особенно следует отметить новую разработку светильников с принципиально новой оптической системой, это серия ЖСП-17В-250/400 и РСП-17В-250/400, где удачно сочетаются первоклассные светотехнические характеристики, малые габариты, масса и современный дизайн (рис.4).

Для высоких 20-40м производственных помещений металлургических предприятий, характеризующихся большой запыленностью, высокой температурой восходящих потоков воздуха, где уход и обслуживание светильников затруднены и добиться нормируемой освещенности трудно, ОАО «Ватра» разработало и освоило принципиально новую конструкцию светильников с применением металлогалогенных ламп типа ДРИ, мощностью 700, 1000 и 2000Вт и натриевых ламп типа ДНАТ, мощностью 1000Вт с одной и двумя горелками. Это серия ГСП-19В-700, ГСП-19В-1000, ГСП-20В-2000 на напряжение 380В и ЖСП-19В-1000 (рис.5).

 

ГСП-19В-700, ГСП-19В-1000, ЖСП-19В-1000

ГСП-20В-2000

Эти светильники ( рис. 5) со встроенной аппаратурой управления, высокой степенью защиты оснащены пылезащитным элементом, который предотвращает загрязнение внешней поверхности защитного стекла, а применение фильтра защищает внутреннюю поверхность отражателя от загрязнения.

За счет указанных конструктивных особенностей светотехнические характеристики остаются стабильными.

Применение 2-х горелочных ламп позволяет увеличить срок службы до 55000 часов.

Серийно выпускаются светильники серии ГСП-09В-700/1000 и ЖСП-09В-1000 с независимыми ПРА закрытого и открытого исполнения.

Применение вышеуказанных новых светильников взамен морально устаревших типа РСП-05-1000 и ГСП-17-2000 даст возможность решить вопросы качественного освещения доменных, сталеплавильных, конверторных, прокатных цехов и адьюстажных отделений металлургических предприятий.

На металлургических предприятиях имеется много различных взрывоопасных помещений (участки окраски, грунтовки, кладовые огнеопасных материалов и т.д.), для освещения которых необходимы взрывозащищенные светильники. Здесь широкое применение нашли взрывозащищенные светильники с уровнем взрывозащиты lExdeIIcT4/T6, которые выпускает ОАО «Ватра».

Это серия РСП-ПВЕх-250, ЖСП-ПВЕх-150, а также новая серия типа НСП-18ВЕх-200, разработанная для замены ВЗГ-200. Эта серия выпускается и с газоразрядными лампами, это светильники РСП-18ВЕх-80/125 и ЖСП-18ВЕх-70/100 (рис.6).

Если светильники типа ВЗГ-200 рассчитаны для категории взрывоопасных смесей группы «В», то светильники типа РСП-18ВЕх, ЖСП-18ВЕх и НСП-18ВЕх рассчитаны для группы «С», что делает их универсальными для применения во всех категориях взрывоопасных смесей.

Сейчас на ОАО «Ватра» ведутся работы по созданию и освоению новых взрывозащищен-ных светильников с люминесцентными лампами мощностью 65 и 80Вт взамен морально устаревших ЛСП-ОЗВЕх (Н4Т4Л), а также взрыво-безопасных светильников и прожекторов с газоразрядными лампами типа ДРИ, ДНАТ и ДРЛ мощностью 100-400Вт с разными уровнями взрывозащиты.

В состав многих цехов металлургических предприятий входят различные открытые технологические установки и участки, требующие искусственного освещения (литейный двор, бункерная эстакада, железнодорожные пути и т.д.). Сегодня для освещения этих объектов применяется устаревшая прожекторная техника. Это в основном прожекторы типа СКсН-10000, ОУКсН-20000 с мощными ксеноновыми лампами и типа ИСУ-2000, ИСУ-5000 с галогенными лампами накаливания. Как известно это лампы с очень низкой светоотдачей и малым сроком службы.

ГО-06В-1000/2000

ЖО-07В-250/400, ГО-07В-250/400

В настоящее время ОАО «Ватра» выпускает широкую гамму прожекторов для освещения различных промышленных объектов. Это современные высокоэффективные прожекторы с металлогалогенными и натриевыми лампами мощностью от 100 до 2000 Вт узкого и широкого светораспределения типа ЖО-01-250/400, ЖО-02В-150/250, ЖО-03В-100/150, ЖО-04В-250/400/1000, ЖО-07В-250/400, ГО-06В-1000/2000, ГО-07-1000/2000, ГО-07В-250/400, ГО-15В-1000, ЖО-09В-70/100. Все эти прожекторы выпускаются с различными источниками света с ИЗУ или БМП (рис. 7).

Список используемой литературы

1.     Денисенко Г.Ф. Охрана труда: Учеб. Пособие для инж.-экон. спец. Вузов -М.:Высш. шк., 1985.

2.     ДСТУ 2155-93. Енергозбереження. Методи визначення економічної ефективності заходів по енергозбереженню. — Чинний від 01.01.95. — К.: Держстандарт України.

3.     Енергетичний менеджмент: Навчальний посібник / Праховник А.В., Розен В.П., Разумовський О.В. та інші. - К.: Нот. ф-ка, 1999.

4.     Енергозбереження - пріоритетний напрямок державної політики
України / Ковалко М.П., Денисюк СП.; Відпов. ред. Шидловський А.К. - Киів: УЕЗ, 1998.

5.     Кунгс Я.А. Автоматизация управления электрическим освещением. - М.:Энергоатомиздат, 1989.

6.     Методические указания к лабораторной работе «Исследование освещения производственных помещений. Естественное освещение» - Харьков: Изд-воХПИ, 1985.

7.     Промышленность Украины: путь к энергетической эффективности. ЕС — Energy Centre Kiev, Ukraine. TACIS - Programme. Printed in Denmark 1995
by DanPost Grafik.

8.     «Светотехника» журнал: №3, 5 - 1999, №1,6 -2000.

9.     СНиП 23-05-95. Строительные нормы и правила Российской федерации. Естественное и искусственное освещение. - Действует от 01.01.96. - М.: Минстрой России.

10.   Справочная книга по светотехнике / Под ред.Айзенберга Ю.Б., 2-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1995.

11.   Ткачук Ю.Я. Энергозбережение. Конспект лекций. - Сумы: Изд-во СумГУ, 2001.

12.  Трембач В.В. Световые приборы. Уч. пос, 2-е изд. - М.: Высш.шк.,1990.

13.  Управління енерговикористанням. 2-а Міжнародна науково-практична конференція. Доповіді. 3-6 червня 1997 рік. Львів.

14.  Управління енерговикористанням: Збірник доповідей / Під загальною редакцією, д.т.н., проф. А.В.Праховника. - К.: Альянс за збереження енергії, 2001.

15.  Щербина О. Енергія для вcix: Техн. довідник. - Вид. 2-е, доп. i перероб. - Ужгород: Вид-во Валерія Падяка, 2000.

16.  «Электротехника» журнал: №1 - 2000.

17.  Энергетический менеджмент / А.В.Праховник, А.И.Соловей, В.В.Прокопенко и др. К.: IEE НТУУ "КПИ" ,2001.

18.  «Энергосбережение» журнал: №1,3- 2003.