Киоррииг Г. М.
ОСВЕТИТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ
*** 1981 ***
| ПРЕДИСЛОВИЕ
С установками искусственного освещения повседневно приходится сталкиваться всем, и из всех инженерных устройств они являются, пожалуй, наиболее массовыми. Их осуществление и эксплуатация требуют больших затрат материальных средств, электроэнергии и человеческого труда, но эти затраты с избытком окупаются тем, что обеспечивается возможность нормальной жизни и деятельности людей в условиях отсутствия или недостаточности естественного освещения. Более того, искусственное освещение решает ряд задач, вообще недоступных естественному освещению, от особенностей же устройства искусственного освещения, подчас кажущихся весьма незначительными, во многом зависят и производительность труда, и безопасность работы, и сохранность зрения, и архитектурный облик помещения. В нашей стране, ведущей в небывалых масштабах промышленное и культурно-бытовое строительство, только в проектировании осветительных установок принимают участие многие тысячи специалистов, число же лиц, связанных g эксплуатацией освещения, не поддается даже приблизительной оценке. Предлагаемая книга рассматривает вопросы проектирования, устройства и эксплуатации осветительных установок и в основном предназначена служить практическим пособием для работников проектных организаций, энергетиков промышленных предприятий и санитарных инспекторов. Примерно совпадая по своему содержанию с учебной программой курса «Осветительные установки», читаемого для студентов техникумов специализации 0632 «Осветительные приборы и установки», она может также служить учебным пособием по указанному курсу. Назначение и объем книги заставляют подчеркнуть, что она никоим образом не является курсом светотехники вообще и рассчитана на лиц, знакомых с основами светотехники, а также имеющих общие сведения об источниках света и осветительных приборах. Лишь в порядке краткого напоминания в начале книги приведен перечень основных понятий и соотношений светотехники. Не следует рассматривать книгу и как справочное пособие: объем справочных материалов, необходимых только для проектирования освещения, превышает весь объем данной книги, а их частая изменчивость оправдывает сложившуюся практику выделения их в самостоятельные издания. Достаточно частым изменениям подвергаются и некоторые нормативно-руководящие материалы, поэтому автор старался, насколько возможно, больше внимания уделять принципиальной стороне вопросов, а не пересказу официальных требований и рекомендаций. ФPAГMEHT УЧЕБНИКА (...) Вопреки некоторым указаниям в литературе в большинстве случаев учитывать АР в экономических расчетах не следует, причем не только из-за ее малости. Во-первых, очень часто АР оказывается одинаковой для сопоставляемых вариантов, во-вторых, если в силовых сетях мощность, теряемая в сети, прибавляется кмощности, потребляемой нагрузкой, товосветительныхсетяхделообстоитиначе: имея нагрузку суммарной мощностью Р и увеличивая АР, мы будем забирать от источника питания все меньшую, а не большую мощность. В итоге учет АР необходим лишь в некоторых случаях, например, когда рассматривается вопрос о применении вольтодобавочных трансформаторов или о целесообразности увеличения потери напряжения в сети. В этом случае, учитывая АР, мы должны также учитывать не номинальные значения мощности н светового потока ламп, а соответствующие пониженному напряжению. Стоимость обслуживания светильников. Вполне официальных данных по этому вопросу до сих пор нет. Время, затрачиваемое на обслуживание, зависит в основном от конструкции светильника, способа доступа к нему и технологии очистки, в свою очередь определяемую характером загрязнений. Пока в практике расчетов часто используются данные, опубликованные в журнале «Светотехника», согласно которым усредненная стоимость одной очистки принимается 0,3 руб. — для светильников с лампами накаливания, 0,4 руб. — для светильников с лампами ДРЛ и ДРИ и 0,5 руб. — для светильников с люминесцентными лампами. Эти значения должны быть, однако, умножены на коэффициенты, характеризующие сложность доступа к светильникам, в частности, 1,0 — при обслуживании с уровня пола или настила светотехнических мостиков, 1,25 — при обслуживании с лестниц или стремянок, 2,25 — с мостовых ремонтных кранов и 2,5—4 — с технологических кранов в зависимости от степени их занятости. Число очисток, согласно СНиП, принимается в пределах от 2 до 18 в год. Стоимость замены ламп. Если в сети ожидается нормальный режим напряжения, то срок службы ламп т принимается равным номинальному, если же есть основания ожидать, что среднее эксплуатационное напряжение будет отличаться от номинального, или если такой режим предусматривается намеренно, то срок службы ламп определяется по кривым рис. 2-4. В обоих случаях число замен ламп в год составит Т : т, где Т — годовое число часов использования освещения. На кратность замены ламп должна быть умножена их суммарная стоимость с учетом также стоимости рабочей силы по замене ламп. Последнюю можно приравнять к стоимости обслуживания светильников, так как во времени, необходимом для замены ламп, значительную долю составляет время, необходимое для доступа к светильнику и снятия стекла или решетки. Стоимость замены ламп с различным сроком службы определяется отдельно. Несколько иначе решается вопрос, если предусматривается групповая замена люминесцентных ламп. В этом случае под т следует понимать срок, по истечении которого планируется общая замена ламп, т. е. 0,7—0,8 их номинального срока службы, стоимость же рабочей силы при замене должна учитываться только в том случае, если отдельно не учитывается стоимость очистки светильников, так как замена ламп совмещается с очередной очисткой. На некоторых других составляющих затрат мы здесь не останавливаемся. Ниже приводятся некоторые примеры экономических сопоставлений при выборе вариантов и перечисляются наиболее характерные задачи, которые приходится решать на практике. Отмечается, что некоторые вопросы методики могут быть спорными. Обоснование экономической целесообразности ограничения напряжении К групповому щитку присоединено 250 ламп накаливания средней мощностью по 200 Вт каждая (общая мощность 50 кВт). Годовое число часов использования освещения около 4000. Обслуживание производится со стремянок 12 раз в год. Среднее эксплуатащтонное напряжение равно 104% номинального, соответственно чему расчетный срок службы ламп 600 ч и мощность 107% номинальной. Треб уется определить, является ли целесообразной установка перед щитком ограничителя напряжения типа ТОН 3-220-63, имеющего коэффициент полезного действия 0,99 и стоящего, включая установку, 800 руб. Составляющей К будет в этом случае только стоимость ограничителя, составляющими Э — изменяющаяся оплата за энергию и расходы на замену ламп. Все остальные расходы можно считать неизменными. Годовая стоимость энергии: 50-1,07-4000-0,015 = 3210 руб. — без ограничителя; (50+ 50-0,01)-4000-0,015 = 3030 руб. —с ограничителем. Кратность замены ламп составляет 4000 : 600 = 6,7 — без ограничителя и 4000 : 1000 = 4 — с ограничителем. Стоимость 250 ламп, включая рабочую силу для их замены, составляет около 200 руб. Таким образом, годовая стоимость замены ламп будет: 200-6,7 — 1340 руб. — без ограничителя; 200-4 = 800 руб — с ограничителем. Отсюда изменяющаяся часть приведенных затрат: 3210+ 1340 = 4550 руб. — без ограничителя; 0,22-800+ 3030+ 800= 4006 руб. — с ограничителем. Экономическая целесообразность применения ограничителя напряжения очевидна. Установка вольтодобавочного трансформатора Здание с расчетным максимумом нагрузки 25 кВт при cos <р = 1 питается кабелем от подстанции, удаленной на 500 м. Годовое число часов использования освещения 2500. Полная допустимая потеря напряжения в сети 40%, из которых в питающей сети может быть потеряно 3%, для чего по расчету необходим кабель с сеченнем фазовой жилы 95 мм2. Рассмотреть экономическую целесообразность установки перед вводным щитком вольтодобавочного трансформатора (ВДТ) напряжения 220/12 В. Расчетный ток нагрузки 37 А. Такой ток ие превышает номинального тока вторичной обмотки трехфазного трансформатора 220/12 В, мощностью 1500 В-А, который н выбираем. Так как трансформатор добавляет к напряжению 12 В, т. е. 5,4%, то питающий кабель может быть рассчитан уже на потерю 3 + 5,4 = = 8,4% и его сечение будет 35 мм2 (что, кстати, более чем достаточно по току нагрузки). Потеря мощности в самом трансформаторе пренебрежимо мала, и изменяющимися составляющими затрат можно считать только стоимость кабеля, трансформатора н, что особо отмечается, в данном случае должны быть учтены потери энергии в кабеле, так как установка добавочного трансформатора не ме няет мощности, потребляемой источниками света, но ведет к увеличению потерь энергии в сети. Вариант без установки вольтодобавочного трансформатора. Стоимость питающего кабеля длиной 500 м сечением 95 мм2, включая стоимость прокладки, составляет 3 руб-500= 1500 руб. Стоимость потерь энергии в питающем кабеле 25-0,03-2500-0,015= 28 руб. Изменяющаяся часть приведенных затрат 0,22-1500+ 28= 358 руб. Вариант с установкой вольтодобавочного трансформатора. Стоимость питающего кабеля длиной 500 м сечением 35 мм2, включая стоимость прокладки, составляет 1,9 руб-500= 950 руб. Стоимость трехфазного трансформатора мощностью 1500 В-A с установкой 35 руб. Стоимость потерь энергии в питающем кабеле 25-0,084-2500-0,015= 79 руб. Изменяющаяся часть приведенных затрат 0,22 (959 + 35) + 79 = 296 руб. Вариант с установкой трансформатора несколько экономичнее. В числе других задач, при решение которых используются методы экономического сопоставления, могут быть отмечены следующие. 1. Выбор схемы питания нли рода проводки. В подобных случаях сопоставляемые варианты имеют, как правило, одинаковые эксплуатационные расходы и оптимальный вариант непосредственно определяется по минимуму капитальных вложений. При равенстве пли близости последних для различных вариантов выбор может определяться таким!! факторами, как удобство обслуживания, степень индустриализации монтажных работ и т. д. 2. Решение вопроса о необходимости компенсации реактивной мощности в установках с лампами ДРЛ. В полном объеме вопрос может быть решен только в комплексе других вопросов электроснабжения. Если ограничиться осветительной установкой как таковой, то и в ее пределах есть ряд показателей, на которые влияет установка компенсирующих конденсаторов. При установке конденсаторов уменьшаются: число групп на щитках и соответственно стоимость последних; протяженность групповой сети и соответственно, ее стоимость; питающие сети, сечения которых могут быть уменьшены; стоимость аппаратуры на распределительном устройстве; потери энергии в питающей сети за счет увеличения нагрузки, однако увеличивается стоимость самих конденсаторов, а также активные потери энергии в конденсаторах. 3. Выбор типа источников света. Если производится выбор между различными типами газоразрядных ламп, то имеет место обычная экономическая задача, которая решается сопоставлением приведенных затрат в осветительной установке. Дополнительными факторами являются качественные показатели: спектральный состав света, коэффициент пульсации освещенности и т. д. Значительно сложнее обстоит дело при сопоставлении ламп накаливания и газоразрядных ламп из-за различия в этом случае самих норм освещенности. Исчерпывающее решение может быть получено только в результате полного экономического анализа, с учетом влияния условий освещения на производительность труда. Для этого нет необходимости ставить соответствующие исследования именно на данном предприятии, так как накапливаются и публикуются данные, позволяющие приблизительно оценить связь между освещенностью и производительностью труда. Эту связь можно задать «коэффициентом отзывчивости^ — числом, на которое надо умножить относительное изменение освещенности, чтобы получить относительное же изменение производительности труда. Например, по данным, опубликованным в журнале «Светотехника» № 6 за 1972 г., этот коэффициент близок к 0,025 — для ткацких цехов, и составляет 0,005 — для грубых работ и т. д. (приведенные числа не являются статистически достоверными ввиду малого объема опытов). Часто исчерпывающий анализ заменяется подсчетами, носящими иллюстративный характер и используемыми для агитации в пользу газоразрядного освещения, кстати вполне уместной. Нетрудно, например, подсчитать, что генерирование одного и того же количества световой энергии (люмен-часов) обходится при использовании газоразрядных ламп существенно дешевле, чем при лампах накаливания. Если принять, что капитальные вложения на один киловатт составляют 125 руб при лампах накаливания и 250 руб — при люминесцентных лампах, и учесть, что средняя световая отдача ламп накаливания около 15 лм/Вт, а световая отдача ламп ЛБ-40, с учетом потерь в ПРА, 63 лм/Вт, то можно убедиться, что капитальные вложения при сопоставляемых источниках света выравниваются, даже если при люминесцентных лампах осуществляются удвоенные значения освещенности. Сопоставляя срок службы и цену лампы накаливания и люминесцентной лампы, легко убедиться, что расходы на замену ламп, отнесенные к равному потоку, при люминесцентных лампах меньше. 4, Выбор типа светильника. Если сопоставляемые типы светильников близки по цене и рассчитаны на одинаковую мощность ламп, то может оказаться достаточным оценить их относительную экономичность по значениям коэффициентов использования; в более сложных случаях необходим анализ всех изменяющихся составляющих затрат. 5, Выбор способа доступа к светильникам для обслуживания. Если от принятого способа доступа к светильникам не зависят остальные решения, то сопоставляются только расходы, непосредственно связанные с обслуживанием установки: стоимость мости- ков или площадок и их амортизация, затрата времени персонала, потребление энергии крановыми двигателями при обслуживании с кранов и т. д. 6. Выбор периодичности очистки светильников. Эта достаточно сложная задача упоминается здесь лишь для того, чтобы показать, какие специфичные вопросы возникают в области экономики освещения. На рис, 8-6 представлена так называемая пилообразная кривая, схематически иллюстрирующая изменение освещенности в процессе эксплуатации установки. Из факторов, влияющих на уменьшение освещенности, на рисунке учтено только запыление светильников. Для того чтобы в наихудший момент освещенность не была ниже нормированной (Ен), начальная освещенность должна быть равна. При относительно редкой очистке (кривая 1) коэффициент запаса должен быть больше, чем при частой очистке (кривая 2), и естественным решением задачи является минимизация суммы затрат на очистку и на расходы, связанные со значением коэффициента запаса, а также стоимость энергии и отчисления от капитальных вложений. При этом, однако, не учитывается то обстоятельство, что при редкой очистке средняя во времени освещенность будет выше, чем при частой очистке, что, конечно, играет определенную роль. 7. Комплексное сопоставление вариантов осветительных установок. Большая многовариантность возможных проектных решений осветительных установок часто затрудняет выбор наиболее целесообразных и экономичных из них. В таких случаях прибегают к комплексному технико-экономическому сопоставлению вариантов по минимальным приведенным затратам или по капитальным вложениям и годовым эксплуатационным затратам. Для выполнения таких сопоставлений необходимо для каждого варианта произвести расчет освещения рассматриваемого объекта (помещения или его части — модуля, территории предприятия или отдельных характерных ее участков и т. д.), выявить для каждого варианта тип и мощность ламп, тип и количество устанавливаемых светильников и задавшись другими исходными показателями, влияющими на капитальные затраты и годовые эксплуатационные расходы (стоимость ламп, светильников, монтажа светильников и осветительных сетей, годовое число часов использования осветительной установки, тариф на электроэнергию, периодичность и стоимость чистки светильников) по определенным расчетным формулам произвести подсчет приведенных затрат или капитальных вложений и эксплуатационных затрат, и затем путем сопоставления полученных результатов для разных вариантов произвести выбор наивыгоднейшего. Подробные указания по выполнению таких расчетов, расчетные формулы и другие необходимые пояснения приведены в статье [44 ]. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования. — М.: Стройиздат, 1980. 2. Ашкенази Г. И. Цвет в природе и технике. — М.: Энергии, 1974. 3. Электрическое освещение производственных н гражданских зданий/ Н. В. Волоцкой, F. М. Киорринг, М. G. Рябов, A. G. Шайкевич. — Л.г Энергия, 1964. 4. Инструкция по проектированию электрооборудования общественных зданий массового строительства. СН 19-74/Госгражданстрой. — М.: Стройиздат, 1975, 111 с. 5. Инструкция по проектированию силового и осветительного электрооборудования производственных предприятий. СН 357-77. — М.: Стройиздат, 1977. 6. ПУЭ. Раздел VI. Электрическое освещение. Мл Атомиздат, 1977. 7. Типоваи методика определения экономической эффективности капитальных вложений. — М.: Экономика, 1969. 8. Айзенберг Ю. Б., Ефимкина В. Ф. Осветительные приборы с люминесцентными лампами. — М.: Энергия, 1968. 9. Айзенберг Ю. Б., Бухман Г. Б., Пятигорский В. М. Новый принцип внутреннего освещения осветительными устройствами со щелевыми световодами. — Светотехника, 1976, № 2. 10. Кнорринг Г. М. Светотехнические расчеты в установках искусственного освещения. — Л.: Энергия, 1973. 11. Мешков В. В., Епанешников М. М. Осветительные установки. — М.: Энергия, 1972. 12. Дадиомов М. С. Прожекторное освещение.—Лл Энергия, 1978. 13. Гуторов М. М. Средняя цилиндрическая освещенность. — Светотехника, 1963. № 10. 14. Гуторов М. М. Графический метод определения средней цилиндрической освещенности от больших светящих поверхностей.—Светотехника, 1964, № 3. 15. Епанешников М. М. Расчет цилиндрической освещенности при проектировании освещения общественных зданий.—Светотехника, 1965, № 12. 16. Епанешников М. М., Сидорова Т. Н. Методы расчета цилиндрической освещенности в установках внутреннего освещения общественных зданий. — Светотехника, 1972, № 4. 17. Свиридов Ю. И. Расчет коэффициента пульсации в осветительных установках с газоразрядными источниками света.—Светотехника, 1967, № 6. 18. Кроль Ц. И., Свиридов Ю. И. Методы расчета коэффициента пульсации освещенности в установках внутреннего освещения с газоразрядными источниками света. — Светотехника, 1972, № 2. 19. Островский М. А. Расчет яркости дорожных покрытий. — Светотехника, 1961, № 5. 20. Зильберблат Я. Б. Метод расчета средней яркости дорожных покрытий. — Светотехника, 1962, № 10. 21. Инструкция по проектированию наружного освещения городов, поселков городского типа и сельских населенных пунктов. ВСН 22-75/Госграждан-строй. — М.: Стройиздат, 1976. 22. Кнорринг Г. М. К вопросу целесообразности применения в осветительных сетях тиристорных ограничителей напряжения.—Светотехника, 1976, № 7. 23. ГОСТ 13109—67. Нормы качества электрической энергии у ее приемников, присоединенных к электрическим сетям общего пользования. 24. Дадиомов М. С. Управление осветительными сетями.—Л.: Энергия, 1978. 25. Изделия заводов Главэлектромонтажа. Шинопроводы. Электромонтажные изделия. — М.: Энергия, 1975. 26. СНиП Ш-33-76. Правила производства и приемки работ. Электротехнические устройства. — М.: Стройиздат, 1977. 27. Справочная книга для проектирования электрического освещения/ Г. М. Кнорринг, Ю. Б. Оббленцев, В. М. Крючков и др.; Под ред. Г. М. Кнор-риига. — Л.: Энергия, 1976. 28. Рябов М. С., Ципермаи Л. А. Электрическая часть осветительных установок. — М.: Энергия, 1966. 29. Гиидин Э. Л., Кузнецов В. М. Конструктивные узлы осветительных установок.—Л.: Энергия, 1978. 30. Черниловская Ф. М. Освещение промышленных предприятий и его гигиеническое значение. —Л.: Медицина, 1971. 31. Пикман И. Я. Электрическое освещение взрывоопасных и пожароопасных помещений. —М.: Энергия, 1978. 32. Инструкция по монтажу электрооборудования пожароопасных установок напряжением до 1000 В. ВСН 294-74/ММСС СССР.—М.: Энергия, 1971. 33. Инструкция по монтажу электрооборудования, силовых и осветительных сетей взрывоопасных зон. ВСН 332-74/ММСС СССР. — М.: Энергия, 1976. 34. Инструкция по проектированию электрооборудования общественных зданий массового строительства. ВСН 19-74/Госгражданстрой.—М.: Стройиздат, 1975. 35. Кнорринг Г. М. Искусственное освещение музеев. —М.: Энергия, 1969. 36. Царьков В. М. Освещение спортивных сооружений. —М.: Энергия, 1971. 37. Шефтель Е. Б. Освещение лечебных учреждений. — М.: Энергия, 1977. 38. Щипанов А. С. Освещение в архитектуре интерьера. —М.: Госстрой-издат, 1960. 39. Типовые решения освещения улиц и дорог. — М.: Стройиздат, 1976. 40. Инструкция по разработке проектов и смет для промышленного строительства. СН 202-76. —М.: Стройиздат, 1976. 41. Кнорринг Г. М. Проектирование осветительных установок. — М.—Л.: Госэнергоиздат, 1958. 42. Епанешников М. М. Электрическое освещение.—М.; Энергия, 1976. 43. Лурье М. Г., Райцельский Л. А., Цнперман Л. А. Устройство, монтаж и эксплуатация осветительных установок.—М.: Энергия, 1972. 44. Клюев С. А. Технико-экономические расчеты при проектировании осветительных установок. — Светотехника, 1975, Ка 8. |
