Optimizarea Sistemelor de Iluminat Public Prin Reducerea Consumului de Energie
LISTA DE FIGURI
INTRODUCERE
SISTEME DE ILUMINAT DE EXTERIOR
CONSIDERATII GENERALE
CLASIFICAREA SISTEMELOR DE ILUMINAT EXTERIOR
EFICIENTA SISTEMELOR DE ILUMINAT EXTERIOR
APARATE DE ILUMINAT
CLASIFICARE LAMPI
Lampa cu incandescenta:
Lampile cu descarcari in gaze si vapori metalici
VIITORUL IN CORPURI DE ILUMINAT: LED-UL
PARAMETRI PRINCIPALI AI LAMPILOR ELECTRICE
PARAMETRI TEHNICI DE BAZA
COSTURILE DE INTRETINERE SI OPERARE ALE UNEI RETELE DE ILUMINAT PUBLIC
Iluminatul stradal produce emisii de dioxid de carbon (CO2) si poluare luminoasa.
CONCLUZII ASUPRA METODOLOGIEI DE APLICARE A CALCULULUI IN FUNCTIE DE ILUMINARE.
SISTEME DE ILUMINAT DESTINATE CAILOR DE CIRCULATIE RUTIERA
ASPECTE CANTITATIVE
ASPECTE CALITATIVE
CARACTERISTICILE SISTEMELOR DE ILUMINAT PENTRU CAILE DE CIRCULATIE
Sisteme de iluminat destinate autostrazilor
PARTICULARITATI ALE SISTEMELOR DE ILUMINAT RUTIER
STUDIU DE CAZ
SISTEM EXISTENT
CONFIGURATIE SOLUTIE PROPUSA
sistem de management inteligent (SMI) al iluminatului exterior
Arhitectura generala a sistemului:
Echipamente folosite
Platforma software
Comunicatia intre componentele sistemului:
PROIECTAREA SOLUTIEI PENTRU SISTEMUL EXISTENT
Proiectarea solutiei de iluminat cu ajutorul software-ului Relux
Concluzii simulare lampi iluminat
CALCUL ECONOMIC :
STAND DE TEST
ECHIPAMENTE FOLOSITE:
INTERFATA CU UTILIZATORUL A APLICATIEI
CONCLUZII
BIBLIOGRAFIE
ANEXE
Lista de figuri
Figura 1. Clasificarea sistemelor de iluminat exterior 11
Figura 2. Aparate de iluminat 15
Figura 3. Reflectoare 16
Figura 4. Unghiul de protectie 17
Figura 5. Lampa cu halogen 20
Figura 6. Schema logica de optimizare a unui sistem de iluminat exterior 38
Figura 7. Amplasare cil in curbe 41
Figura 8. Amplasare cil pe autostrazi 41
Figura 9. Sisteme de iluminat pentru cai de circulatie 43
Figura 10. Clasificare cai de circulatie 45
Figura 11. Sisteme pentru autostrazi 46
Figura 12.Zone particulare in circulatia rutiera 47
Figura 13. Sisteme de iluminat pentru intersectii 49
Figura 14. Configuratie actuala sistem de iluminat EPG 52
Figura 15. Lampa OSRAM 52
Figura 16.Arhitectura solutiei propuse 56
Figura 17. Unitate de intrari digitale(8DI) 57
Figura 18. Schema conectare 8di 57
Figura 19. Controller de segment 58
Figura 20. Schema de conectare sc 58
Figura 21. Controller corp 59
Figura 22. Schema conectare OLC 59
Figura 23. Balast electronic 60
Figura 24. Schema conectare DV 62
Figura 25. Relatia lumina dispersata-tensiune 63
Figura 26. Caracteristica temperatura- ore functionare 63
Figura 27. Lampa Philips 64
Figura 28. Caracteristici lampa philips 67
Figura 29. Model interfata 1 68
Figura 30. Sinoptic corpuri de iluminat 69
Figura 31. Solutie sistem 74
Figura 32. Distante stalpi si grad uniformitate 74
Figura 33. Interfata Relux 75
Figura 34. Modelarea obiectivului EPG in relux- 2D 76
Figura 35. MODELAREA OBIECTIVULUI EPG IN RELUX -3D 76
Figura 36. Uniformitate sistem actual 77
Figura 37. Situatie actuala 3D 78
Figura 38. Distributia luminii 79
Figura 39. Solutia propusa 3D 80
Figura 40. Grad uniformitate solutia propusa 80
Figura 41. Iluminare propusa 3D 81
Figura 42. Distributia luminii detaliat 82
Figura 43. Stand de test 93
Figura 44. Modul intrari stand test 94
Figura 45. Element comutatie stand test 94
Figura 46. Senzor de lumina 95
Figura 47. Lampa incandescenta 95
Figura 48. Modul intrari analogice 95
Figura 49. Sursa de alimentare 95
Figura 50. Controller stand test 95
Figura 51. Interfata utilizator stand 95
Figura 52. Control luminozitate 95
Figura 53. Reglare intensitate 95
Figura 54. Confirmare setare luminozitate dorita 95
Figura 55. Atingere intensitate dorita 95
LISTA TABELE
TabeL 1 – CARACTERISTICI LAMPA 27
TabeL 2 – COST ANUAL SISTEM ILUMINAT 35
TabeL 3 – EMISII DE DIOXID DE CARBON 36
TabeL 4 – INALTIME MONTARE CIL 44
TabeL 5 – CARACTERISTICI LAMPA 65
Introducere
Scopul lucrarii prezente este gasirea unei solutii de automatizare si optimizare a sistemelor de iluminat public prinmonitorizarea si reducerea consumului de energie electrica, acolo unde se permite funcionarea surselor de lumina in perioadele de trafic redus, prin diminuarea fluxului luminos. Aceasta diminuare nu trebuie sa fie sesizabila, asa incat nu va deranja pe nimeni, fiind o solutie moderna, sigura si eficienta de monitorizare si control, cu beneficii in reducerea cheltuielilor datorita scaderii intensitatii luminoase a lampilor in intervale orare cu trafic redus sau oprirea sistemului in orele fara trafic.
Unul din avantajele indirecte ar fi constituit de faptul ca reteaua de alimentare a iluminatului public ramane mereu sub tensiune, fiind posibila astfel si alimentarea semafoarelor, sistemelor de supraveghere, panourilor publicitare, decoratiunilor stradale.
Un alt avantaj ce se poate observa in stransa legatura cu monitorizarea permanenta a consumului de energie electrica, este acela ca se poate semnala orice disfunctionalitate, iar la dispecerat se pot observa defectiunile, precum si zona si momentul cand alarma a fost emisa. De asemenea se pot semnala si furturile de energie din retea sau pierderile pe retea, prin aparitia unei cresteri nejustificate a consumului de energie in zona respectiva, precum si avariile.
De ce orasele vor adopta sisteme de iluminat public inte
ligente ?
Orasele – indiferent de marime – sunt obligate sa treaca la analiza si modificarea conceptului privind iluminatul public datorita unor cerinte din ce in ce mai puternice, dar contradictorii privind calitatea iluminatului, existenta acestuia la momente oportune si reducerea influentei negative asupra mediului .
Exista o cerinta din ce in ce mai puternica pentru cresterea intensitatii iluminatului. La prima vedere acest lucru poate fi obtinut utilizand corpuri de iluminat mai puternice. Solutia – aplicata in sine, fara alte masuri complementare, vine in contradictie cu cerinta de economie de energie , reducere costuri si influenta cat mai redusa a iluminatului asupra mediului.
In interiorul oraselor se doreste extinderea iluminatului pe toate strazile si locatiile de interes public. In exteriorul oraselor se doreste extinderea iluminatului pe sosele importante sau pe autostrazi. Cerinta are influente asupra consumului de energie si implicit a costurilor suportate din fondurile publice pentru iluminatul oraselor si pentru iluminatul strazilor si autostrazilor.
In cadrul fiecarei locatii se doreste iluminat personalizat, pe zone distincte, conform unui set de parametri de stare care pot sa se modifice dinamic. De exemplu, pentru o zona de aprovizionare a unui centru comercial (in spatele centrului) se doreste ca stare normala iluminat redus, de siguranta si iluminat puternic cand in zona sunt masinile de aprovizionare .
Pretulenergiei electrice din ce in ce mai ridicat, este unul dintre factorii principali ai cresterii cheltuielilor bugetare pe iluminat.
Reducerea cheltuielior cu iluminatul este o cerinta permanenta a primariilor, cerinta in evidenta contradictie cu cele prezentate mai sus .
Reglementarile de mediu – precum Protocolul de la Kyoto sau alte initiative Europene- solicita reducerea consumului de energie energie electrica ca o masura implicita pentru reducerea reducerea emisiilor de CO .
Alte cerinte de mediu solicita reducerea poluarii luminoase prin iluminat public inutil si protejarea mediului prin obtinerea „cerului negru” .
Costurile precum si factorii de mediu descrisi mai sus, imping orasele sa gaseasca solutii care sa le micsoreze costurile si sa eficientizeze in acelasi timp sistemul.
La ora actuala, devine o necesitate implementarea unor solutii care sa masoare, sa analizeze si sa reduca consumul de energie electrica, pentru a micsora irosirea energiei, micsorarea costurilor de intretinere, precum si contribuirea la reducerea emisiilor de CO2.
Solutia care se impune este trecerea la sisteme de iluminat public inteligente care prin algoritmi de optimizare sa reuseasca sa raspunda la toate cerintele contradictorii prezentate mai sus .
Acest lucru se obtine prin proiectarea sau reproiectarea sistemelor de iluminat public, utilizarea echipamentelor moderne capabile functioneze sincronizat cu restul echipamentelor din retea, automatizarea acestora si optimizarea functionarii pe baza unor platforme soft performante.
In concluzie, modernizarea trebuie sa asigure trei obiective simultan: scaderea consumului de energie, reducerea costurilor operationale asociate mentenatei si reducerea impactului asupra mediului. In acelasi timp este necesar sa se tina cont de perioadele de lumina naturala, de conditiile de trafic si de siguranta populatiei in vederea asigurarii unui mediu sigur si confortabil.
Sisteme de iluminatde exterior
consideratii generale
Prin sistem de iluminat exterior (SIE) se defineste ansamblul realizat de corpurile de iluminat sau proiectoarele ( echipate cu surse de lumina corespunzatoare ) amplasate intr-o anumita dispunere logica, in general de-a lungul perimetrului suprafetei de iluminat, in scopul realizarii unui microclimat luminos confortabil, corespunzator desfasurarii activitatii umane cerute ( munca, divertisment, circulatie rutiera sau pietonala etc. ).
Prin iluminat exterior se intelege atit iluminat public (al strazilor,pietelor etc.) cit si iluminatul fatadelor, curtilor, terenurilor, obiectivelor industriale etc.
Cele mai utilizate marimi fizice specifice folosite pentru a descrie sistemele de iluminat sunt prezentate in Anexa Marimi Fizice Reprezentative.
Drept sursa de lumina pentru iluminatul exterior sint utilizate lampile electrice cu incadescenta, lampile fluorescente si lampile mixte cu vapori de mercur sau sodiu de inalta presiune.
Instalatiile de iluminat exterior se executa cu corpuri de iluminat sau proiectoare.
De cele mai multe ori, iluminatul exterior are caracterul unui iluminat local, marginit la locul pe care il ilumineaza (strada, sosea, fatada, santier etc.), spatiul inconjurator raminind mai intunecos. In aceste cazuri sint utilizate corpuri de iluminat care dau o iluminare mai mare pe suprafata orizontala decit pe cea verticala si impiedica in buna masura efectul de orbire care se produce atunci cind intensitatea luminoasa a unei suprafete luminoase in directia ochiului este prea mare.
In alte cazuri, insa, este necesar sa se realizeze un iluminat general care sa evite contrastele si sa asigure un iluminat uniform pe intreaga suprafata considerata.In aceste situatii, utilizarea proiectoarelor pentru iluminatul spatiilor intinse (santiere, gari de tiraj ,trenuri de transport , statii electrice etc.) este mai indicat, deoarece proiectoarele dau iluminare mai mare pe planul vertical decit pe cel orizontal.Ele produc insa un efect de orbire apreciabil.
Iluminatul exterior prezinta unele caracteristici, si anume :
sistemul de iluminat care se utilizeaza este iluminatul direct,intrucit lipsesc suprafete inconjuratoare care sa contribuie la reflexia si difuzarea luminii;
valorile iluminarilor care trebuie realizate sunt de regula mici (intre 0,5 si 6 lucsi), mult mai reduse in comparatie cu iluminatul interior;
inaltimea de montare a corpurilor de iluminat este mai mare,pentru a se evita efectul de orbire care poate produce perturbari in circulatia pietonilor sau vehiculelor ;
intretinerea instalatiilor de iluminat exterior necesita costuri mai mari, tinind seama ca din cauza umiditatii atmosferice si a prafului ce se depune pe corpurile de iluminat, randamentul luminos al lampilor scade la jumatate daca nu sint curatate periodic.
Din punct de vedere economic, este recomandata utilizarea lampilor cu vapori metalici si a lampilor fluorescente,mai ales, pentruiluminarea strazilor principale, a soselelor,a monumentelor de arhitectura etc.
Iluminatul exterior cu lampi cu incadescenta este utilizat la iluminatul strazilor secundare si in iluminatul cu proiectoare.
Clasifnsiderata.In aceste situatii, utilizarea proiectoarelor pentru iluminatul spatiilor intinse (santiere, gari de tiraj ,trenuri de transport , statii electrice etc.) este mai indicat, deoarece proiectoarele dau iluminare mai mare pe planul vertical decit pe cel orizontal.Ele produc insa un efect de orbire apreciabil.
Iluminatul exterior prezinta unele caracteristici, si anume :
sistemul de iluminat care se utilizeaza este iluminatul direct,intrucit lipsesc suprafete inconjuratoare care sa contribuie la reflexia si difuzarea luminii;
valorile iluminarilor care trebuie realizate sunt de regula mici (intre 0,5 si 6 lucsi), mult mai reduse in comparatie cu iluminatul interior;
inaltimea de montare a corpurilor de iluminat este mai mare,pentru a se evita efectul de orbire care poate produce perturbari in circulatia pietonilor sau vehiculelor ;
intretinerea instalatiilor de iluminat exterior necesita costuri mai mari, tinind seama ca din cauza umiditatii atmosferice si a prafului ce se depune pe corpurile de iluminat, randamentul luminos al lampilor scade la jumatate daca nu sint curatate periodic.
Din punct de vedere economic, este recomandata utilizarea lampilor cu vapori metalici si a lampilor fluorescente,mai ales, pentruiluminarea strazilor principale, a soselelor,a monumentelor de arhitectura etc.
Iluminatul exterior cu lampi cu incadescenta este utilizat la iluminatul strazilor secundare si in iluminatul cu proiectoare.
Clasificarea sistemelor de iluminat exterior
In exterior sistemele de iluminat sunt destinate asigurarii desfasurarii activitatii normale. In unele cazuri se poate constitui un sistem de iluminat exterior de siguranta, pentru evacuare sau paza.
O clasificare a sistemelor de iluminat exterior este redata in figura urmatoare :
Figura 1. Clasificarea sistemelor de iluminat exterior
eficienta sistemelor de iluminat exterior
Proiectarea si utilizarea inteligenta a sistemelor de iluminat exterior poate oferi economii majore atat energetic cat si economice. In continuare voi descrie cateva metode ce pot servi la constituirea unui astfel de sistem inteligent.
Multe surse imbunatatite de iluminat sunt acum disponibile, ele producand considerabil mai multa lumina pe unitatea de energie. Cele mai noi solutiiofera un control mai bun al luminii, punand lumina mai ales unde aceasta este necesara, decat sa iroseasca mare parte din lumina produsa de lampa. Inlocuirea lampilor mai vechi cu cele noi, imbunatatite, poate eficientiza sistemele de iluminat.
Eficienta unei lampi este masurata in lumeni per watt. Un lumen este unitatea de masura a luminii; un watt este unitatea de masura a energiei electrice. Lampa care asigura cel mai mare numar de lumeni per watt este cea mai eficienta lampa. Tabelul Eficienta Lampilor anexatproiectului descrie caracteristicile principalelor tipuri de lampi folosite in iluminatul exterior.
Piata de iluminat exterior a adoptat doua tehnologii care reusesc sa faca iluminatul mai eficient prin folosirea unui minim de echipamente si prin reducerea costurilor de intretinere:
HPS – lampi cu sodiu de inalta presiune
balasturi electronice cu posibilitati de telecomanda
In timp ce lampile cu sodiu de inalta presiune au fost utilizate imediat dupa aparitie pe scara larga, utilizarea balasturilor electronice a inceput sa capteze interesul abia in 2005. Cu toate ca mareau durata de viata a lampilor si reduceau semnificativ consumul de energie, primele generatii de balasturi electronice nu erau suficient de robuste pentru a oferii durata de viata necesara pietei de iluminat public. De asemenea, pretul lor era ridicat din cauza volumelor mici.
Astazi, balasturile electronice sunt folosite din ce in ce mai mult prin concurenta mai multor factori:
– Noile directive si legi de mediu (ex: directiva Europeana 2000/55/EC) care impun reducerea consumului de energie electrica si protejarea mediului ;
Preturile mult mai competitive datorata cresterii volumelor;
A fost dezvoltata o noua generatie de balasturi electornice care se pot telecomanda pentru diferite functii precum: dimming, identificarea si comunicarea eventualelor defecte aparute la lampi sau la balasturi.
Balasturile cu posibilitati de telecomanda permit automatizarea instalatiilor de iluminat public si controlul de la distanta, elimina necesitatea echipelor de mentenanta nocturna , reduc cheltuielile legate de intretinere si pun la dispozitie alte servicii.
Retele de iluminat public monitorizate: Noul val in iluminatul exterior.
Beneficiile noii generatii de balasturi electronice, variabile si cu posibilitatea de a comunica, au fost demonstrate cu succes in primele proiecte folosite la nivel European intre 2004-2006 .
In perioada 2006-2007 numarul proiectelor pilot a crescut cu peste 200% fata de perioada precedenta .
Patru factori cheie determina orasele sa implementeze sisteme de iluminat public inteligente:
Situatia energetica si ecologica a planetei;
Pretul tot mai mare al energiei electrice;
Nevoia tot mai mare de siguranta si securitate;
Nevoia de a eficientiza managerierea bugetelor;
Aparate de iluminat
Aparatele de iluminat au rolul de a dirija si reforma fluxul luminos al unei surse de lumina, precum si de a asigura protectia contra orbirii. Acestea trebuie sa realizeze si o functie estetica, avand in vedere ca forma, pozitia si implementarea lor intr-un spatiu trebuie sa fie in armonie cu arhitectura zonei. Ele trebuie sa asigure modificarea luminantei si a curbei fotometrice a unei lampi pentru a obtine caracteristici fotometrice optimale in functie de scopul propus. De asemenea, au si functii de protectie si siguranta, necesare in zonele in care sunt plasate. Ele asigura posibilitatea conectarii elementelor auxiliare necesare functionarii lampii.
Aparatele de iluminat pot fi clasificate astfel:
pentru utilizare generala;
pentru utilizare in spatii de locuit;
pentru utilizare in spatii cu functii deosebite ( concerte, spectacole etc).
Aparatele de iluminat de utilizare generala reprezinta clasa cea mai utilizata pentru iluminarea spatiilor de productie si de lucru, precum si a iluminatului stradal. Sunt realizate pentru iluminat interior, iluminat exterior sau pentru scopuri speciale.
Pentru evaluarea aparatelor de iluminat se foloseste randamentul A , definit ca raportul dintre fluxul luminos A emis de aparatul de iluminat si fluxul luminos l emis de lampa (lampi)
(2.1)
In functie de modul de transmitere a fluxului luminos, pot fi impartite, in urmatoarele categorii:
cu repartitie directa (fig.2 a), avand peste 90% din fluxul luminos emis in semisfera inferioara;
cu repartitie semidirectă (fig.2 b), avand 60 90% din fluxul luminos emis in semisfera inferioara;
cu repartitie mixta (fig.2 c), avand 40 60% din fluxul luminos emis in semisfera inferioara;
cu repartitie semiindirecta (fig.2 d), avand 40 60% din fluxul luminos emis in semisfera superioara;
cu repartitie indirecta (fig.2 e), avand peste 90% din fluxul luminos emis in semisfera superioara.
Aparatele de iluminat cu emisie numai in emisfera inferioara asigura, de obicei, un nivel ridicat de iluminare pe suprafetele orizontale, insa, deseori, o suparatoare neuniformitate a iluminarii cu umbre pronuntate, atenuate în mică masura de sursele de lumina invecinate .
Figura 2. Aparate de iluminat
Cele mai utilizate aparate de iluminat sunt cu repartitie semidirecta sau semiindirecta deoarece o parte din lumina transmisa de aparatele de iluminat cade pe pereti sau tavan, de unde este reflectata, obtinandu-se astfel o iluminare aproape fara umbre.
Evitarea fenomenului de orbire este unul dintre criteriile care trebuie luat in vedere la alegerea si dimensionarea aparatelor de iluminat. In cazul aparatelor de iluminat dintr-un material transparent, luminanta sursei este limitata datorita materialului. Sunt utilizate in acest scop aparate de iluminat cu sticla opalina sau mata, precum si din materiale plastice cu caracteristici asemanatoare.
Reflectoarele sunt aparate de iluminat speciale cu caracteristici de directionare a radiatiei luminoase. Cu ajutorul aparatelor de iluminat oglindate este posibil ca fluxul luminos al unei lampi sa fie orientat pe o directie bine determinata sau sa se modifice intr-un mod substantial curba fotometrica a sursei.
Sunt intalnite urmatoarele tipuri de aparate de iluminat pentru reflectoare: cu oglindasferica (fig.3 a); cu oglinda parabolica (fig.3 b), cu oglinda elipsoidala (fig.3 c).
Figura 3 Reflectoare
Unghiul de protectie al unui aparat de iluminat, este masurat fata de orizontala si este definit ca cel mai mare unghi pentru care nu mai este posibila observarea directa a lampii din interiorul aparatului de iluminat. Observarea directa a unei surse luminoase libere determina, de obicei, fenomenul de orbire datorita luminantei ridicate.
Pentru a evita fenomenul de orbire directa, aparatele de iluminat utilizeaza materiale netransparente pentru carcasa precum si lamele sau rastru pentru ecranarea lampilor (fig.9).
Figura 4 unghiul de protectie
a) Lampa fluorescenta cu un aparat de iluminat metalic simplu;
b) Lampa cu incandescenta cu un aparat de iluminat netransparent;
c) Lampa fluorescenta cu aparat de iluminat cu lamele.
Clasificare lampi
Lampa cu incandescenta:
Primele surse electrice de lumina utilizate pentru iluminatul artificial au fost lampile cu incandescenta, la care elementul principal il constituie filamentul din metal sau carbune. Filamentul incalzit pe seama efectului Joule – Lenz, transforma energia electrica in energie luminoasa.
La lampile cu incandescenta eficacitatea luminoasa creste cu temperatura filamentului, deoarece cu cresterea temperaturii creste maximul fluxului radiat, deplasandu-se totodata si spre domeniul vizibil. (figura alaturata)
Eficacitatea luminoasa maxima a lampilor cu incandescenta se obtine la temperaturi de 6500oK si este de 87 lm/W
Caracteristicile lampii cu incandescenta
In practica, eficacitatea luminoasa are valori reduse, cuprinse intre 5 si 20 lm/W, deoarece randamentul acestui tip de sursa este foarte scazut (1-3%).
Chiar si pentru incercarile de laborator, cu filamente apropiate de corpul negru, randamentul nu depaseste 14%, intrucat marea majoritate a radiatiilor emise sunt in afara domeniului vizibil.
Luminanta lampilor cu incandescenta este foarte mare, datorita dimensiunilor relativ mici ale filamentului,provocand cu usurinta fenomenul de orbire. Introducerea lor in baloanele opale, reduc luminanta in dauna eficacitatii luminoase.
Compozitia spectrala a radiatiilor luminoase emise de filamentul incandescent este bogata in radiatii cu lungimi de unda mari, galben si rosu (radiatiile calde). Radiatiile albastru-violet (radiatii reci)sunt intr-o cantitate mica. Din acest motiv sursele de lumina cu filament incandescent denatureaza intr-o oarecare masura culorile naturale ale corpurilor pe care le ilumineaza.
Temperatura de culoare este scazuta fiind cuprinsa intre (2500-3000oK) ceea ce face ca aceste surse sa fie utilizate numai pentru nivele de iluminare de pana la 100 lx.
Temperatura balonului este cuprinsa intre (100-150oC).
Tensiunea nominala este tensiunea pentru care a fost construita lampa astfel incat sa functioneze in regim nominal. Tensiunile nominale mai des intalnite ale lampilor sunt:
6 V, 12 V, 24 V, 32 V, 42 V, 65 V , 120 V; 220 V; 230 V
Puterea nominala, reprezinta puterea absorbita de lampa la functionarea in regim nominal. Lampile uzuale au puteri nominale cuprinse intre (40-200) W.Lampi cu puteri mai mici de 40W sunt utilizate in semnalizari luminoase iar cele cu puteri mai mari de 200W, sunt utilizate pentru echiparea proiectoarelor.
Fluxul luminos nominal, este fluxul emis de lampa in regim nominal dupa primele 100h de functionare.
Durata de functionare (Df) reprezinta timpul efectiv de folosire a lampii din momentul punerii in functiune pana la intreruperea filamentului.Acest timp este aproximativ 1000h , pentru lampile de utilizare generala in iluminat.
Durata de utilizare (Du) se defineste ca intervalul de timp de functionare in care fluxul luminos al lampii este mai mare de 80% din valoarea nominala. In acest moment are loc o modificare insemnata a compozitiei spectrale a fluxului.
Rezulta: (Du ≤ Df)
Toti parametrii lampilor cu filament au o mare dependenta fata de tensiunea de alimentare. Fluxul luminos si eficacitatea scad cu scaderea tensiunii, crescand si mai mult ponderea radiatiilor calde (rosii) in dauna celor reci (albastru). Aceasta determina o redare incorecta a culorilor.
Cresterea tensiunii de alimentare determina cresterea fluxului si eficacitatii luminoase si imbunatatirea compozitiei spectrale, apropiindu-se de spectrul luminii zilei. Inconvenientul este insa scaderea insemnata a duratei de functionare.
Datorita acestei dependente accentuate a parametrilor lampii cu incandescenta fata de tensiune, variatia admisibila a tensiunii de alimentare este de 8% din tensiunea nominala.
Lampa cu incandescenta cu ciclu regenerativ (halogen)
Aceasta lampa a fost realizata in anul 1960, dupa o idee elaborata in 1949. Balonul de o anumita geometrie (mai mic decat la lampa clasica cu incandescenta), initiaza un ciclu regenerativ, rezultand o concentratie mare de particule de wolfram in vecinatatea filamentului, care reduce fenomenul de volatilizare.
Figura 5 Lampa cu halogen
Durata de functionare creste numai pana la 2000 ore datorita deprecierii neuniforme a filamentului, care se rupe.
Lampile cu halogen au urmatoarele caracteristici:
– fluxul luminos constant pe parcursul intregii durate de functionare, deoarece balonul este curat;
– dimensiuni mici;
– durata de functionare de 2000h si eficacitate luminoasa de 25 lm/W.
Aceste lampi se utilizeaza pentru iluminatul terenurilor de sport, aeroporturilor, pietelor.
Lampile cu descarcari in gaze si vapori metalici
Principiul de functionare
Din studiul lampilor cu incandescenta s-a constatat cresterea eficacitatii luminoase cu temperatura, limitata insa la T=6500oK pentru care eficacitatea este de 87 lm/W. Aceasta se explica prin faptul ca este imposibil, conform legilor radiatiei termice, sa se emita radiatii numai in domeniul vizibil
Randamentul scazut al lampilor cu incandescenta si culoarea diferita de cea naturala au determinat cautarea unor noi surse de lumina care sa se bazeze pe alte fenomene decat radiatia termica.
S-a observat ca transformarea altor forme de energie in energie luminoasa poate avea loc direct, independent de starea termica a sursei de lumina.
Aceasta noua metoda de producere a radiatiilor luminoase, se bazeazape fenomenul de luminescenta.
Fenomenul de luminescenta consta in producerea luminii sub influenta socurilor provocate de particulele incarcate -electronii, ionii neutrii dintr-un camp electric, asupra moleculelor si atomilor neutri din acelasi camp electric.
Deci alegand atomi ai caror electroni efectueaza salturi energetice ΔU, corespunzatoare, se obtin radiatii a caror lungime de unda este in domeniul vizibil.
Pentru un anumit atom, nivelul energetic cel mai apropiat de nivelul de baza de pe care revenind emite o cuanta de energie se numeste nivel de rezonanta.
Daca energia primita de un electron, in urma unei ciocniri este mare, aceasta poate parasi atomul, devenind electron liber.
In concluzie fenomenul de luminiscenta este conditionat de:
– existenta unor particule electrice libere (electroni, ioni) care accelerate de o sursa primara (camp electric) capata o energie de miscare;
– prezenta unor atomi care excitati prin ciocnire mecanica, de particule accelerate sa emita radiatii in domeniul vizibil.
Sunt mai multe tipuri de astfel de lampi, cum ar fi lampi cu descarcari in gaze in regim de licarire sau tuburi cu descarcari in regim de licarire folosind coloana luminoasa pozitiva, dar cele mai important pentru iluminat raman cele cu descarcari in arc.
Lampi cu descarcari in arc.
La aceste lampi, descarcarea in arc se produce in atmosfera de vapori metalici. Elementelefolosite pentru obtinerea atomilor, care excitati sa produca cuante de lumina, sunt: sodiul, mercurul, cadmiul, zincul, taliul, potasiul, rubidiul, cesiul.
Asa cum rezulta din caracteristica tensiune-curent, aceste lampi au unele caracteristici specifice care impun folosirea, in circuit, a unor elemente de reglaj , ceea ce a facut sa se introduca notiunea de „montaj” al unei lampi cu descarcari in gaze sau vapori metalici.
Elementele unui asemenea montaj pot fi:
-balastul (B), elementul stabilizator.
-un element suplimentar care sa asigure preincalzirea lampii in scopul generarii de electroni liberi;
– un element exterior care sa amorseze prin generarea unor supratensiuni.
Din punct de vedere a presiunii vaporilor din tubul de descarcare aceste lampi pot fi: de joasa presiune, de inalta si foarte inalta presiune.
Cercetarile experimentale au evidentiat faptul ca eficacitatea luminoasa a lampilor cu descarcari cu arc in atmosfera de vapori metalici, depinde in mod sensibil de presiunea din tubul de descarcare.
Lampa cu vapori de mercur.
Din punct de vedere constructiv lampa este formata dintr-un tub de descarcare, in interiorul acestuia se gaseste mercurul (lichid in stare rece) si o mica cantitate de gaz inert (argon). La extremitatile tubului sunt montate doua sisteme de electrozi: electrozi principali intre care se va amorsa si stabiliza descarcarea in arc si electrozii auxiliari amplasati, cate unul in vecinatatea unui electrod principal. Fiecare cuplu de electrozi formeaza cate o lampa cu descarcari in regim de licarire
Montajul lampii contine balastul inductiv si condensatorul (acesta filtreaza, din punct de vedere al sursei de alimentare cu energie electrica, armonicele generate de lampa si amelioreaza si factorul de putere al montajului).La punerea sub tensiune a montajului are loc amorsarea unei descarcari in regim de licarire dintre cele cupluri de electrozi.
Daca balonul de sticla ar fi clar, culoarea luminii este alb – albastra – verde, iar eficacitatea luminoasa este foarte redusa si luminanta foarte mare.
Pentru cresterea eficacitatii luminoase si reducerea luminantei pe interiorul balonului l se depune un strat luminofor. Acesta, prin fotoluminescenta modifica compozitia spectrala a luminii emise si imbunatateste redarea culorilor.
In continuare se vor prezenta caracteristicile principale ale lampilor cu vapori de mercur, pentru fiecare domeniu de presiune.
lampa cu vapori de mercur de joasa presiune are forma unui tub de descarcare cu atmosfera de argon si cateva miligrame de mercur. La temperatura de functionare a lampii (500oC), presiunea vaporilor de mercur este de (10-2 – 10-1) cmHg.
Atingerea regimului normal de functionare are loc dupa (6-7)min. Dezavantajul principal al acestor lampi este ca in urma stingerii, reamorsarea nu se produce decat dupa racirea ei completa.
Eficacitatea luminoasa este cuprinsa intre (30,40)lm/W, iar durata de functionare este cuprinsa intre (6 – 7000) ore.
lampa cu vapori de mercur de inalta presiune functioneaza la o presiune a vaporilor de mercur cuprinsa intre (1 – 10)atm. Coloana luminoasa pozitiva devine o vana de lumina de mare luminanta, a carui temperatura atinge 6000oC. Din punct de vedere constructiv sunt similare celor de joasa presiune, dar au dimensiuni mai mici, iar tubul de descarcare este din cuart topit pentru a rezista la presiunea ridicata din tub. Regimul normal de functionare se stabileste dupa 4 – 5 minute, iar durata de functionare este de (1000 – 2000)h.
lampa cu vapori de mercur de foarte inalta presiune.
Pentru a se obtine o eficacitate luminoasa si mai mare s-a marit presiunea de mercur si s-au micsorat dimensiunile tubului de descarcare.
Presiunea din tuburile de descarcare variaza in functie de puterea lampii (75 – 900W) intre (20 – 120) atm, eficacitatea este de (40 – 55)lm/W, iar durata de functionare este cuprinsa intre (1500 – 2000)h.
c) Lampa cu xenon de foarte inalta presiune. Se construieste dupa diferite puteri, la cele de (1 – 3)Kw, presiunea este de (8-9)atm, in stare rece si ajunge la (20-25)atm, in timpul functionarii. Spectrul radiatiilor emise este continuu, asigurand o redare corecta a culorilor.
Lampile cu puteri mari (65-300)Kw au forma tubulara, asemanatoare lampilor fluorescente. Sunt folosite pentru iluminatul pietelor publice si terenurilor de sport, triajelor, etc. O lampa de 65 Kw, montata la o inaltime corespunzatoare asigura un nivel de iluminare de 1001lx pentru o suprafata de 1ha.
Lampa cu vapori de sodiu
Principiul de functionare al acestei lampi este similar cu cel al lampilor cu vapori de mercur, insa exista unele deosebiri in ceea ce priveste realizarea practica. Tubul de descarcare este in forma de U pentru a creste lumina intervalului de descarcare si este realizat din alumina sintetizata, inerta chimic la actiunea vaporilor de sodiu (nu se utilizeaza din acest motiv cuartul).
Amorsarea este asigurata cu un singur electrod auxiliar,descarcarea in regim de licarire se produce in atmosfera de neon si argon, culoarea radiatiilor fiind rosie, specific neonului. La temperatura de 270oC, care este temperatura de functionare a lampii, radiatiile emise sunt galbene, specifice electroluminescentei sodiului. Fluxul luminos emis atinge valoarea nominala dupa (5/10)minute.
De mentionat ca lampa functioneaza numai in pozitie orizontala sau la inclinare maxima de 20o.
Gama de puteri nominale este cuprinsa intre (18 – 180)W.
Dezavantajul major al acestei lampi consta in redarea necorespunzatoare aculorilor, astfel incat domeniul de utilizare este limitat la iluminatul exterior rutier si iluminatul interior al locurilor de parcare, hangare, etc.
In cazul lampilor cu vapori de sodiu de inalta presiune pentru amorsare se foloseste o supratensiune produsa de un circuit electric care genereaza impulsuri de tensiune (1500 – 2000)V numit igniter. Balastul inductiv, genereaza la amorsare o supratensiune pe care apoi o prelucreaza generatorul electric (igniterul).
Lampi fluorescente
Lampa fluorescenta este o lampa cu descarcari in atmosfera de vapori de mercur si gaz inert (argon) la o presiune scazuta (mai mica decat lampile cu vapori de mercur de joasa presiune).
Gazul inert este necesar in etapa de pregatire a atmosferiei. Electrozii lampii sunt din wolfram si ating o temperatura de (1400 – 1500)oK in regim de functionare.
Descarcarea in lampa este tip „Coloana luminoasa pozitiva”, majoritatea radiatiilor (95) emise prin electroluminescenta apartinand domeniului ultraviolet si doar 5% in domeniul vizibil.Datorita eficientei reduse a fenomenului de electroluminescenta se utilizeaza fotoluminescenta luminoforului depus pe peretele interior al tubului. In functie de compozitia luminoforului se obtin diferite culori ale radiatiilor luminoase emise. (tabelul urmator)
Lampa fluorescenta fiind in principiu o lampa cu descarcari, pentru amorsare si stabilizarea regimului normal de functionare sunt necesare elementele auxiliare mentionate anterior, grupate intr-un montaj specific. Montajul care asigura cerintele amorsarii lampii se numeste montaj de baza.
Elementele montajului de baza sunt:
-lampa fluorescenta cu aprindere normala;
– balastul inductiv;
– starterul.
TabeL1 – CARACTERISTICI LAMPA
Viitorul in corpuri de iluminat: Led-ul
LED – Revolutia in iluminat.
Un LED (light-emitting diode, inseamna dioda emitatoare de lumina) este o dioda semiconductoare ce emite lumina la polarizarea directa a jonctiunii p-n. Efectul este o forma de electroluminescenta.
Un LED este o sursa de lumina mica, de cele mai multe ori insotit de un circuit electric ce permite modularea formei radiatiei luminoase. De cele mai multe ori sunt utilizate ca indicatori in cadrul dispozitivelor electronice, dar din ce in ce mai mult au inceput sa fie utilizate in aplicatii de putere ca surse de lumina. Culoarea luminii emise depinde de compozitia si de starea materialului semiconductor folosit, si poate fi in spectrul infrarosu, vizibil sau ultraviolet. Pe langa iluminare, LED-urile sunt folosite din ce in ce mai des intr-o serie mare de dispozitive electronice.
Exista deja led-uri care ating performante foarte bune. Astfel un singur LED din seria Z-Power P7 atinge performanta de 900 Lumen la 10 Watt, deci o eficienta de 90 lm/W, echivaland cu un bec obisnuit de 100W.
Firma Nexxus Lighting a prezentat cel mai eficient LED disponibil pe piata, cu o putere de 95 lm/W. Luminozitatea lampii Array LED PAR30 este comparabila cu cea a unui bec obisnuit standard de 75 W, atingand 740 Lumen la un consum de numai 7,7 Watt, fiind in acelasi timp si variabila.
La nivel mondial, in industria iluminatului, tot mai multe voci aduc in discutie posibilitatile extraordinare ale LED-urilor de intensitate mare. Tot mai mult se vorbeste despre avantajele pe care LED-urile le au in fata becurilor obisnuite cu incandescenta sau in fata celor fluorescente.
Deja la nivel European s-a luat decizia ca in cativa ani, sa fie abandonate becurile cu incandescenta. Pentru moment, planul pare sa convinga multa lume sa treaca la becuri cu halogen (fluorescente).
In final, in secolul 21, secolul revolutiei semiconductoarelor, ni se prezinta viitorul. LED-urile sunt pe punctul de a schimba radical intreg domeniul de iluminare, avand in vedere importantele imbunatatiri aduse tehnologiei in ultimii ani, atat din punctul de vedere al eficientei cat si al eficacitatii iluminarii.
LED-urile de putere mare s-au nascut direct din aceasi infrastructura digitala de semiconductoare. Revolutia LED-urilor, este a treia la nivel de iluminat, de la descoperirea focului.
Nevoia de iluminare a lumii a crescut exponential de la inceputul secolului. In zilele noastre este de 1000 de ori mai ieftin de iluminat o incapere, decat era acum 100 de ani. In consecinta, apetitul pentru tehnologia iluminarii si in special pentru lumeni, a crescut. La nivel mondial se consuma 40.000 de trilioane de lumeni pe ora. Ne vom axa pe “lumen” pentru a intelege viitorul.
La nivel mondial, dupa descoperirea focului si iluminatul cu ajutorul lui, lumea a evoluat la becurile cu incandescenta. Ulterior tehnologia a evoluat catre becurile fluorescente, introduse pe piata in 1938 de catre General Electric, ulterior in 1962, Nick Holonyak inventand LED-urile, punand bazele viitorului in iluminat. Lumeni ieftini.
LED-urile, la introducerea lor pe piata in 1968, puteau emite un nivel extrem de mic de lumeni si consumul de wati era chiar mai mare decat pentru un bec cu incandescenta. Erau ineficiente din punct de vedere al transformarii watilor in lumeni. Au fost folositi ca indicatori pentru instrumente, avand in vedere durata de viata si robustetea LED-urilor.
In timp, inginerii au rafinat tehnologia, astfel incat astazi LED-urile sunt de 1000 de ori mai eficiente decat in 1968. Eficienta comparabila am mai gasit doar in industria semiconductoarelor, prin celebra lege a lui Moore (co fondator Intel), care stipuleaza ca procesoarele devin de doua ori mai bune, sau de doua ori mai ieftine la fiecare 18 luni. La fel si in cazul LED-urilor, legea Haitz, (denumita dupa cercetatorul Roland Haitz) care spune ca luminozitatea LED-urilor se dubleaza la fiecare 18-24 luni.
La finalul secolului 20, au aparut primele LED-uri de putere mare. Masurand din punct de vedere economic si ecologic – lumenii produsi pe watt, fac ca LED-urile actuale sa fie o solutie din ce in ce mai viabila pentru iluminat. Deja s-a reusit atingerea nivelului de 100 de lumeni/watt. Becurile cu incandescenta scot undeva la 15 lumeni/watt, iar lampile fluorescente (ecologice) undeva la 80 lumeni/watt. Deja companii au reusit sa dezvolte LED-uri care pot emite 1000 lumeni, echivalentul unui bec obisnuit.
La nivel mondial, vanzarile de LED-uri de mare putere au ajuns deja la un nivel de 4 miliarde de $, chiar inainte de a invada piata mondiala echivalenta cu 40.000 de tera-lumeni, pentru iluminare generala. Iluminarea generala este reprezentata momentan de 50% becuri incandescente (dominante in piata rezidentiala) si 50% din becuri fluorescente (dominante in cladirile de birouri).
Marea problema a becurilor fluorescente, precum si a LED-urilor, in privinta adoptarii lor in locul becurilor cu incandescenta este calitatea luminii, care este slaba. Atat becurile fluorescente cat si LED-urile, trebuie sa atinga un nivel de calitate a luminii, echivalent sau apropiat becurilor cu incandescenta pentru a se bucura de succes pe piata rezidentiala.
Pentru a exprima calitatea iluminarii, oamenii de stiinta au venit cu un index de redare a culorii (CRI – color rendering index). Nivelul incepe de la 100 si se refera la culoarea luminii produse de becurile cu incandescenta. Un nivel al culorii de sub 90, face ca obiectele sa fie deranjante pentru ochi. Becurile fluorescente produc un nivel de culoare in jurul valorii de 70, nivel care nu poate fi crescut, fiind limitat din motive fizico-chimice.
In schimb LED-urile incep sa se dezvolte din acest punct de vedere. Deja se vand LED-uri care au un nivel de culoare de 92 si care arata exact ca un bec cu incandescenta de 60W, insa folosesc doar 50% din puterea unui bec fluorescent.
Unul dintre cele mai importante aspecte ale LED-urilor, este cel legat de durata de viata. Daca un bec cu incandescenta are o durata de viata estimata in jurul a 1000h pana cand se arde filamentul, becurile fluorescente ajung pana la 10.000h. LED-urile rezista in schimb intre 50.000h si 100.000h. Acest avantaje este enorm, avand in vedere potentialul pentru iluminatul exterior si industrial.
Viitorul in iluminat pregateste o noua revolutie. Revolutia LED-urilor. La nivel mondial exista 1,6 miliarde de oameni care nu au electricitate si nici surse moderne de iluminat. Lumenii cu care traiesc vin din lampi pe gaz, care consuma 1,3 miliarde de barili de petrol pe zi (echivalentul productiei totale a Qatar-ului). Dar LED-uri eficiente si ieftine, combinate cu baterii solare, vor permite un salt tehnologic imens, comparabil cu revolutia pe care telefoanele mobile au creat-o in detrimentul telefoanelor fixe cu cablu. Deja, o baterie solara care alimenteaza un LED, produce lumeni la costuri mult mai mici decat o lampa cu kerosen.
Deja viitorul se preconizeaza in sisteme wireless de iluminat. Astfel fiecare ansamblu de iluminat va avea sigur si o baterie solara incorporata. Toate regulile pe care guvernele le adopta, pentru a promova becurile fluorescente si pentru a interzice folosirea becurilor cu filament, face ca lucrurile sa avanseze insa nu suficient. Noua tehnologie, evident mai buna din multe privinte, va fi adoptata la momentul potrivit cand dezvoltarea ei va fi suficienta.
Indiferent cand acest lucru se va intampla, revolutia LED-urilor deja se intrezareste. Acesta este viitorul. Si pana la urma, de ce ar investi cineva in tehnologia de ieri, cand deja asistam la nasterea tehnologiei de maine?
Parametri principali ai lampilor electrice
Parametrii care servesc pentru compararea diverselor tipuri de lampi, in vederea stabilirii sursei de lumina care urmeaza a fi folosita intr-o instalatie de iluminat, precum si pentru aprecierea avantajelor si dezavantajelor acestora, se pot grupa in trei categorii: parametri tehnici de baza, parametri tehnico-economici si parametri de exploatare si cost.
Incadrarea unui parametru in una din cele trei categorii nu este stricta deoarece nu se poate face totdeauna o distinctie neta intre un parametru tehnic (fizic) si un parametru de exploatare.
Valorile nominale ale parametrilor sunt prevazute in standarde sau in normele interne de fabricatie. Intrucat productia de lampi este o productie de masa, in care intervin fluctuatii atat inprivinta proprietatilor si dimensiunilor materialelor folosite, cat si in privinta procesului tehnologic de fabricatie, standardele sau normele respective prevad, de asemenea, abaterile admisibile de la valorile nominale ale parametrilor.
parametri tehnici de baza
Puterea nominala Pabsorbita de la retea determina consumul de energie electrica si serveste ca baza pentru evaluarea eficacitatii sursei.
Tensiunea nominala Untrebuie sa corespunda retelei (circuitului) la care se conecteazalampa.
Fluxul luminos φ emis la functionarea lampii in conditii nominale serveste pentru apreciereaeficacitatii sursei, dar influenteaza si stabilirea numarului de surse de lumina necesare intr-oinstalatie de iluminat.
Distributia spectrala (culoarea radiatiei) este indicata prin temperatura de culoare Tc si,eventual, prin coordonatele tricromatice.
Durata de functionare Deste reprezentata prin intervalul de timp, exprimat in ore, in carelampa functioneaza, in conditii date, pana la inlocuirea sa, datorita pierderii totale sau partiale aposibilitatii de functionare.Durata poate reprezenta o functionare neintrerupta sau o suma deintervale de functionare a lampii, de la punerea in functiune si pana la scoaterea din exploatare.
Durata este un parametru care se defineste statistic pentru un lot de lampi.
Durata totalaeste determinata de pierderea capacitatii de functionare prin arderea filamentului sau imposibilitatea amorsarii descarcarii electrice.
Durata mediese determina pentru un lot de lampi si reprezinta intervalul de timp in care ies din functiune 50% din numarul lampilor din lotul supus incercarii. Durata medie este o data importanta de catalog si este impusa de standarde.
Durata garantataexprima timpul in care trebuie sa functioneze orice lampa livrata de fabrica daca sunt respectate conditiile de exploatare impuse (ea este, evident, inferioara duratei medii).
Durata utilaeste determinata de scaderea fluxului luminos al lampii pana la o anumitalimita, care poate fi 70 – 80% din fluxul luminos initial, dupa care exploatarea lampii nu mai este avantajoasa.
Costurile de intretinere si operare ale unei retele de iluminat public
Pe langa costul datorat consumului de energie electrica, o retea de iluminat public implica si alte cheltuieli:
Inlocuirea lampilor care s-au defectat.
Inlocuirea lampilor vechi pentru a le face mai eficiente.
Managerierea echipelor de lucratori, precum si ale masinilor de interventie, pentru stabilirea si inlocuirea lampilor defecte.
Alti factori cheie reusesc sa ridice costurile de operare ale retelelor de iluminat public:
In mare parte, retelele de iluminat din Europa si SUA sunt vechi si in plin proces de deteriorare. Un sondaj facut in 1998 de catre Institutul de Inginerie al Iluminarii din U.K. precum si al altor 2 asociatii ingineresti, a constatat ca necesita ilocuire de urgenta 800.000 de stalpi de iluminat, la un cost estimat la 500 milioane de lire. De asemenea, studiul a prognozat, ca pana in 2008, inca 3 milioane de stalpi isi vor fi depasit durata de viata de 25 de ani si vor necesita inlocuire. Ca exemplu, inlocuirea a 15.000 stalpi de iluminat din orasul Redcar, va costa 46 milioane lire (2007 – BBC).
Identificarea lampilor arse, anticiparea arderii unei lampi, precum si inlocuirea lampilor arse, au un impact semnificativ asupra bugetului alocat operarii sistemului de iluminat. Astfel, un oras cu 100.000 locuitori (folosind formula de 6 locuitori pentru fiecare lampa), cheltuie aproximativ 100.000 $ annual, numai pe cumpararea de noi lampi, neimplicand si inlocuirea celor arse. Inlocuirea lampilor, precum si identificarea si rezolvarea problemelor adiacente retelelor de iluminat public, implica din nou costuri suplimentare atat la nivel de echipament cat si mana de lucru. In functie de tara si de constructor, costul mediu de mentenanta este estimat la 250$ pentru o interventie de 1h.
La nivel mondial, pretul energiei electrice a crescut drastic in ultimii 5 ani. Analistii prognozeaza o crestere substantiala pentru urmatorii ani.
Reteaua de iluminat public a unui oras este principalul consumator de energie electrica, reprezentand aproape 40% din totalul cheltuielilor pe electricitate. Costul anual pentru plata energiei electrice a unui oras cu 100.000 locuitori este de peste 900.000$ in marea majoritate a tarilor. Numarul stalpilor, puterea lampilor si a balastului, precum si numarul de ore in care lampa este aprinsa (aproximativ 4000h pe an), contribuie la costul total.
TabeL 2 – cOST annual sISTEM ILUMINAT
Iluminatul stradal produce emisii de dioxid de carbon (CO2) si poluare luminoasa.
Pe langa faptul ca e scump, iluminatul contribuie la poluarea aerului. Producerea energiei electrice necesare alimentarii iluminatului stradat, elimina dioxid de carbon (CO2 este principalul gaz care produce efectul de sera si are ca efect incalzirea globala). Tabelul de mai jos estimeaza emisiile de CO2 pentru diferite zone.
TabeL3 – eMISII DE dIOXID DE cARBON
Se poate estima nivelul de emisii de CO2si costurile asociate iluminatului utilizand urmatotul algoritm:.
Consideram:
N – numarul de locuitori ai orasului
S – numarul de stalpi unde S = N/6
E – estimarea consumului de kWh/an E = S X 490
B – cost estimativ anual al energiei electrice pe iluminat B = E X 0,09
CO2 = E X 0,45
Astfel pentru un oras cu 60.000 de locuitori putem estima urmatoarele:
10.000 stalpi, 4,9 milioane kWh/an, 440.000 $ cheltuieli si 2.200 tone CO2.
Utilizarea energiei electrice inseamna responsabilitate cu privire la emisiile de CO2. Centralele producatoare emit CO2in atmosfera, insumand aproximativ 34% din totalul emisiilor de carbon din Europa. Productia unui kWh de energie electrica, generat de o centrala nucleara, emite aproximativ 100 grame CO2, in timp ce producerea unui kWh de energie electrica, de catre o centrala care foloseste carbuni, emite 1kg CO2.
De ce orasele vor adopta sisteme de iluminat public inteligente.
Costurile precum si factorii de mediu descrisi mai sus, imping orasele sa gaseasca solutii care sa le micsoreze costurile retelelor de iluminat si sa eficientizeze in acelasi timp sistemul. Pretul din ce in ce mai ridicat al energiei electrice, este unul dintre factorii principali ai cresterii cheltuielilor bugetare pe iluminat. La ora actuala, devine o necesitate implementarea unor solutii care sa masoare, sa analizeze si sa reduca consumul de energie electrica, pentru a micsora irosirea energiei, micsorarea costurilor de intretinere, dezvoltarea distribuitorilor de energie precum si contribuirea la reducerea emisiilor de CO2, precum este specificat in Protocolul de la Kyoto sau in alte initiative Europene.
Concluzii asupra metodologiei de aplicare a calculului in functie de iluminare.
Modul de calcul in functie de iluminare poate fi concretizat pe baza schemei:
Figura 6 schema logica de optimizare a unui sistem de iluminat exterior
Astfel, dupa alegerea initiala a sistemului de iluminat exterior prin componentele sale (amplasare, inaltime, tip surse, tip CIL si pozitia lor) se trece la verificarea automata a conditiilor cantitative prin realizarea unui nivel de iluminare mediu corespunzator, si calitativ, al distributiei luminantelor, respectiv a iluminarilor pe planul util, prin valorile uniformitatii (iluminarilor).
Datorita avantajelor ce le ofera, analiza cantitativa se va realiza numai automat sau combinat, renuntandu-se practic la metodele grafo-analitice pentru calculul sistemelor care servesc suprafetelor mari (platforme deschise de lucru, terenuri sport s.a.). Metoda manuala va fi utilizata pentru sondajul valorilor obtinute prin calculul automat, in scopul confirmarii alegerii corecte a modelului matematic introdus in program.
Sisteme de iluminat destinate cailor de circulatie rutiera
Sistemele de iluminat destinate cailor de circulatie reprezinta un caz particular de iluminat exterior caracterizat functional prin viteza mare de deplasare a observatorului ( conducatorul auto ) si necesitatea asigurarii conditiilor de securitate a traficului.
Distingerea sarcinilor vizuale caracteristice se realizeaza prin efectul de “silueta” obtinut prin contrastul pozitiv al ansamblului obiectiv-fond. Cercetarile realizate au aratat ca au un contrast de luminanta satisfacator distingerii corecte a obstacolelor ( pietoni, borduri, trotuare, marcaje ) are o valoare de 0,2 – 0,5 cd/m2. Pe baza acestui considerent si a intensitatii traficului s-au stabilit caracteristicile luminotehnice de baza.
Aspecte cantitative
Nivelul de iluminare ( orizontala ) si/sau de luminanta reprezinta conditia cantitativa de baza in iluminatul rutier fiind dependent de viteza de circulatie si intensitatea traficului caracteristic.
Nivelurile de iluminare si luminanta determinate experimental pe baza contrastului de luminanta indicat mai inainte, sunt cuprinse in anexa, pentru caile de circulatie din Romania. In anexa A38 sunt indicate prevederile normelor internationale pentru caile de circulatie.
Astfel normele noastre prevad o luminanta de 0,08-0,5 cd/m² si o iluminare orizontala ( medie ) de 2 la 12 lx, valori care tin seama de necesitatile actuale de economie de energie electrica.
Pe plan international se normeaza nivelurile de luminanta care valoreaza intre 0,5 si 2 cd/m², nivelurile de iluminare rezultand in functie de caracteristicile luminotehnice ale drumului.
Aspecte calitative
Distributia luminantelor in campul visual si pe planul drumului sunt determinante in realizarea confortului vizual al observatorului aflat la volan, fiind generatoare ale orbirii sub diferitele sale forme, fenomen ce duce la oboseala vizuala, disconfort si pericol de accidente.
Pentru caile de circulatie destinate traficului de viteza mare, fara zone pietonale, corespunde utilizarea lampilor cu vapori de sodiu de joasa presiune, iar pentru celelalte cai, unde exista si circulatie pietonala intensa, lampile cu vapori de sodiu de inalta presiune care ofera o redare mai buna a culorilor, un aspect ambiental cald, placut.
Ghidajul vizual in circulatia rutiera este determinat pentru asigurarea securitatii traficului, avand rolul de a realiza recunoasterea rapida, din mers, a traseului. Se obtine utilizand solutiile indicate mai departe.
Amplasarea corespunzatoare a CIL in curbe. Se mentioneaza ca acest tip de ghidaj vizual isi indeplineste functia si in timpul zilei.
Figura 7 amplasare cil in curbe
Utilizarea surselor de lumina de culori diferite pentru marcarea unui traseu. De asemenea, in cazul iesirilor sau intrarilor intr-o autostrada sau dintr-un drum principal intr-unul secundar sau invers, se pot utiliza culori diferite de surse.
In cazul autostrazilor cu zona despartitoare, ghidajul se realizeaza in mod eficient si sigur prin montarea in aceasta zona a CIL, cel mai eficient din acest punct de vedere fiind sistemul catenar.
Figura 8 amplasare cil pe autostrazi
Trecerile de pietoni izolate sau locurile periculoase pot fi semnalate vizual prin schimbarea culorii surselor, contrastul mare de culoare ( sodiu-mercur ) atentionand asupra zonei periculoase.
Caracteristicile sistemelor de iluminat pentru caile de circulatie
Sistemele de iluminat rutier se realizeaza in mod uzual cu surse uniform distribuite, iar pentru intersectiile mari sau piete se pot utiliza si sistemele cu surse concentrate ( baterii de corpuri de iluminat montate pe stalpi inalti ).
Figura 9 sisteme de iluminat pentru cai de circulatie
In figura de mai sus este indicata clasificarea sistemelor de iluminat pentru circulatia rutiera destinata strazilor si autostrazilor ( sau strazi cu doua sensuri de circulatie separate de o peluza sau zona verde ).
In tabelul de mai jos sunt indicate inaltimile minime de montare a CIL in functie de marimea fluxului si de distributia sa.
TabeL4 – iNALTIME MONTARE cil
Sisteme de iluminat pentru strazi
Sistemul de amplasare unilateral se utilizeaza pentru strazi inguste pentru care latimea strazii este egala cu inaltimea de montaj a CIL, iar inaltimea ≤12 m. Se caracterizeaza printr-o distributie neuniforma a luminantelor si respectiv o marcare neuniforma a bordurilor trotuarelor.
Sistemul de amplasare bilateral alternant
Sistemul cu amplasare de aceasta forma se utilizeaza pe strazi mai largi caracterizate prin latimea intre 12 si 16 m si latimea≤1,5*inaltime. Se realizeaza o mai buna uniformitate a luminantelor si marcarea a bordurii trotuarelor.
Sistemul de amplasare bilateral fata in fata
Sistemul se utilizeaza la strazi mai largi de 16 m si latimea>1,5*inaltime, adica strazi foarte largi. Se realizeaza atat o buna distributie a luminantelor cat si marcarea bordurilor.
Sistemul de amplasare axial
Sistemul este o solutie utilizabila pentru strazile din zonele vechi ale oraselor cu strazi inguste, cu constructii pe ambele parti. Corpurile de iluminat sunt suspendate pe cabluri fixate pe constructiile adiacente. Sistemul poate fi utilizat si atunci cand exista pe ambele parti fata in fata stalpi pentru transportul electric ( tramvai sau troleibuz ), iar vegetatia bogata a arborilor impiedica montajul bilateral.
Utilizarea stalpilor in comun cu mijloacele de transport are dezavantajul transmiterii trepidatiilor la sursele de lumina cu descarcari, ceea ce poate conduce la scurtarea duratei de functionare a acestora.
Din punct de vedere functional caile de circulatie urbana se clasifica in trei categorii. In privinta amplasarii se alege sistemul unilateral sau axial ( daca exista zona central verde ). Stalpii de sustinere trebuie sa fie supli si simpli ( estetic este preferat metalul, economic betonul armat centrifugat ).
Figura 10 clasificare cai de circulatie
Sisteme de iluminat destinate autostrazilor
Sistemele de iluminat destinate autostrazilor se realizeaza dupa clasificarea facuta in schema de clasificare a sistemelor de iluminat exterior si schitele din figura de mai jos. In a. se poate urmari sistemul central realizat prin corpuri de iluminat montate pe stalpi cu doua brate implementati in zona de securitate axiala.
Figura 11 sisteme pentru autostrazi
Pentru autostrazi mai largi nu se mai poate asigura uniformitatea iluminarilor pe calea de rulare prin utilizarea sistemelor alternative.
Sistemul de iluminat catenar din figura c. reprezinta o solutie foarte buna din punct de vedere al ghidajului vizual.
In cazul cailor de circulatie cu vegetatie bogata laterala ( pe trotuare ) realizata cu arbori cu coroana bogata, este necesar ca inaltimea de montaj a corpurilor de iluminat sa fie corelata cu dimensiunile coroanei in asa fel incat sa nu se produca ecranarea surselor de lumina.
Daca arborii sunt de inaltime mica se pot utiliza stalpi mai inalti cu brat, care sa depaseasca inaltimea arborilor si sa nu produca umbre pe suprafata drumului. Daca arborii au inaltimi mari, corpurile de iluminat se pot monta sub nivelul coroanei la 5 – 6 m. Daca arborii au inaltimi medii sau o vegetatie bogata care se suprapune peste pozitia CIL, atunci, in functie de natura copacului si dimensiunile date se alege inaltimea de montaj si lungimea bratului
Mentinerea instalatiei de iluminat in conditii normale impune toaletare periodica a coroanei arborilor, incat sa se asigure o iluminare uniforma in spatiu si in timp.
particularitati ale sistemelor deiluminat rutier
Sistemele de iluminat ale cailor de circulatie trebuie sa-si schimbe amplasarea in anumite zone in care caracteristicile geometrice, topografice, functionale s.a. impun o abordare customizata:
Figura 12 zone particulare in circulatia rutiera
Sisteme de iluminat destinate cailor de circulatie in panta se caracterizeaza printr-o indesire a corpurilor de iluminat, in functie de inclinare si progresiv catre varful pantei. Pentru evitarea orbirii fiziologice directe, CIL trebuie sa fie bine mascate, avand un unghi de protectie mare.
Sisteme de iluminat in zona curbelor ( asa cum s-a vazut la schema sistemului catenar ) trebuie sa fie de tip unilateral cu CIL montate in exteriorul curbei pentru a realiza un ghidaj vizual bun. Daca strada este foarte larga, atunci va trebui utilizat sistemul bilateral fata in fata. Sistemul bilateral alternant trebuie evitat creand confuzii periculoase in ghidajul vizual.CIL vor fi prevazute cu un unghi de protectie mare, iar inclinarea lor cat mai redusa.
Sistemele de iluminat destinate intersectiilor de drumuri trebuie sa asigure securitatea circulatiei; in primul rand printr-un nivel de iluminare mai mare cu 50% fata de nivelul cel mai ridicat din strazile concurente. Se realizeaza astfel o punere in evidenta de la distanta a intersectiei.
Circulatia in intersectie va fi asigurata si prin urmatoarele prevederi :
Utilizarea de corpuri de iluminat de diferite tipuri si de diferite amplasamente pe strazile principale fata de cele secundare;
Utilizarea de surse de lumina de culoare diferita in zona intersectiei fata de strazile concurente.
Pentru intersectiile obisnuite se pot utiliza aceleasi sisteme ca in strazile adiacente, iar pentru intersectiile de mare suprafata baterii de corpuri de iluminat pe stalpi inalti.
Figura 13 sisteme de iluminat pentru intersectii
In figura de mai sus se pot urmari diferite sisteme de iluminat pentru diferite intersectii de strazi. Se remarca utilizarea de corpuri de iluminat diferite pe arterele adiacente.
Pietele largi, caracteristice centrelor oraselor noi si vechi, cu sau fara circulatie intensa, reprezinta in general zone mari, deschise care pot fi iluminate similar intersectiilor, cu stalpi inalti cu baterii de CIL.
Sistemele de iluminat destinate intersectiilor cu calea ferata sau alte linii metalice se realizeaza in functie de traficul pe drum, de latimea caii de circulatie si numarul de linii de cale ferata.
Sistemele de iluminat destinate nodurilor de circulatie rutiera au rolul de a asigura circulatia fluenta, de a vizualiza clar semnalele si marcajele rutiere. In aceste conditii sistemul de iluminat trebuie sa realizeze un nivel ridicat ( cu cel putin 50% mai mare fata de arterele adiacente ) si sa accentueze in mod clar componentele si alcatuirea nodului.
In acest scop se recomanda utilizarea stalpilor de inaltime mare ( 20 – 30 m ) echipati cu mai multe corpuri de iluminat de putere mare. Sistemul are dezavantajul ca nu asigura ghidajul vizual care trebuie realizat prin mijloace obisnuite de zi ( marcaje si semen de circulatie ). Se utilizeaza, de asemenea, CIL montate sub arterele superioare de circulatie, pentru uniformizarea iluminarilor pe toate zonele de circulatie
Sistemele de iluminat destinate podurilor fara suprastructura peste nivelul caii de circulatie, se ilumineaza fie utilizand acelasi sistem ca si pe calea propriu-zisa de circulatie ( in mod curent ), fie utilizand un sistem mascat in balustrada ( rar ).
Pentru podurile cu suprastructura se utilizeaza sisteme de iluminat suspendate de elemente constructive care pot fi folosite ca suporturi, la care corpurile de iluminat sunt montate pe cablu intr-un sistem catenar.
Sisteme de iluminat destinate spatiilor de parcare se caracterizeaza printr-un nivel de luminanta si uniformitate apropiate cailor de aces, determinat de necesitatea securitatii manevrelor necesare plasarii vehiculului in locurile disponibile.
Pentru eficienta economica si marirea gradului de securitate, pentru zonele mari, se utilizeaza stalpi inalti cu mai multe CIL. Pentru zonele de parcare obisnuite ale intreprinderilor si locuintelor sistemul de iluminat obisnuit cu puncte uniform distribuite este satisfacator.
Sistemele de iluminat destinate trecerilor de pietoni trebuie sa asigure conditiile de evitare a accidentelor prin :
Niveluri de iluminare mai mari cu 50% decat restul drumului;
Surse de lumina de alta culoare ( recomandare pentru treceri cu circulatie pietonala intensa );
Amplasarea corecta a corpurilor de iluminat fata de trecerea de pietoni si sensul de circulatie , in asa fel incat CIL sa dirijeze fluxul luminous in acelasi sens ca si raza vizuala a observatorului aflat la volan, iar pietonii sa fie observati in “silueta”.
Studiu de caz
Voi incerca sa demonstrez cateva imbunatatiri posibile ce pot fi aduse unui sistem de iluminat existent, prezentand fiecare scenariu posibil in parte , ce avantaje si dezavantaje prezinta fiecare. Propun o solutie noua, care presupune o investitie in echipamente noi, dar care, prin avantajele care le aduce, ofera o amortizare buna a investitiei. In cele ce urmeaza, voi prezenta sistemul existent, cum arata si ce lampi contine in acest moment. Apoi, voi prezenta arhitectura propusa, toate echipamentele pe care aceasta o contine, rezultatele pe care aceasta le ofera si o comparatie cu solutia deja implementata.
Sistem existent
Locatie:
Locatia care am ales-o este o hala de productie a Eximprod Grup localizata in localitatea Ceptura, judetul Prahova. Eximprod este un ansamblu de companii ce produc si distribuie materiale si echipamente destinate in principal industriei electricitatii.
Sistemul actual de iluminat exterior functioneaza in configuratia actuala de 5 ani de zile, de la inaugurarea obiectivului industrial.
Caracteristici importante ale obiectivului:
Suprafata: 7830 m2;
Nu are alte sisteme de iluminat adiacente
10 stalpi pentru iluminatul exterior in configuratia curenta
Functii ce trebuie sa indeplineasca iluminatul exterior propus:
Lumina de paza pe timp de noapte
Iluminat pentru aprovizionare/livrari pe timp de noapte
Configuratie actuala:
Figura 14 configuratie actuala sistem de iluminat EPG
In acest moment, iluminatul exterior este format din 10 stalpi de iluminat fiecare dotati cu un lampadar marca Philips dotat cu 2 lampi de 36W/830 marca Osram model Delux L 2G11 care genereaza 2900 Lumeni.
Figura 15 Lampa osram
Aceste lampi fluorescente sunt lampi cu descarcari care au sticla acoperita cu o substanta numita luminofor.
Lampile fluorescente sunt surse de lumina care depasesc performantele iluminatului cu incandescenta. Aceste lampi se produc intr-o varietate de sase culori, acestea sunt:
Culoarea 1 – alb lumina zilei – lumina alba cu tenta albastruie (lumina rece);
Culoare 1x – alb lumina zilei corectat ce corespunde unei temperaturi de culoare 6500K
Culoarea 2 – alb – corespunde unei temperaturi de culoare de 4300K; aceste lampi au cea mai larga intrebuintare datorita culorii relativ neutre si eficacitatii luminoase ridicate;
Culoarea 2x- alb superior – corespunde unei temperaturi de culoare de 3800K; redau bine culorile si pot fi utilizate pentru niveluri de iluminare mai mari de 150lx;
Culoarea 3 – alb cald – corespunde unei temperaturi de culoare 3000K; au o nuanta alb – roz si deformeaza mult culorile;se utilizeaza numai in iluminatul decorativ;
Culoarea 3x alb cald superior – corespunde unei temperaturi de culoare de 2900K;
Lampile fac parte din familia Lumilux Warm White produse de compania Osram. Aceasta tehnologie a fost introdusa in 2002, lampile fluorescente fiind cele mai utilizate in acest moment in lume in toate sectoarele, adica pentru interior cat si pentru exterior. Asigura o durata de viata relativ buna, datorita fosforulul special utilizat care este responsabil si pentru luminozitatea mare care poate ajunge pana la 96W. Warm White 830 are o temperatura de culoare de 3000K si ofera o luminozitate buna, dar nu deranjatoare.Este recomandata pentru sali de conferinte,concerte,scoli,etc.
Schema de mai sus arata aranjarea stalpilor in spatiu. Sunt cate 3 pe fiecare laterala, iar in fata si in spate sunt doar cate 2. Trebuie mentionat ca cei 2 stalpi din fata au cate 2 lampadare, dezvoltand 4 x 36W pentru a asigura lumina necesara.
Trebuie mentionat, ca in acest moment, aprinderea si stingerea lampadarelor se face manual de catre personalul care asigura serviciul de paza al obiectivului.
Configuratie solutie propusa
Solutia propusa consta in optimizarea sistemului existentprin implementarea unui sistem automatizat de management a lampilor din sistemul de iluminat exterior in functie de mai multi factori ai mediului in care se afla implementat sistemul : zi/noapte, sezon, conditii de mediu si senzori de trafic.
sistem de management inteligent (SMI) al iluminatului exterior
Este o aplicatie ce monitorizeaza si controleazastarea sistemului de iluminat si asigura functionarea acestuia in functie de parametri predefiniti si de datele achizitionate de la sistemele externe (meteo, program aprovizionare/livrari etc):
Controlul sistemului consta in programarea secventelor de functionare :
Aprinderea/stingerea lampilor sau setarea unui anumit flux luminos virtual;
Orice comanda data sistemului este in concordanta cu factorii externi din sistemul existent cum ar fi : nivel de iluminare, starea vremii, senzori de miscare, etc.
Functiile de monitorizare realizate de sistem sunt urmatoarele :
Starea lampii : pornit/oprit/dimming/defect;
Masurarea duratei de functionare si a energiei electrice consumate;
Stocarea informatiilor in baza de date istorica pentru analiza si generarea de rapoarte;
SMI este un sistem de gestiune informatizata, destinat iluminatului exterior rutier, urban stradal, urban ambiental si industrial.
Modulul StarsenseTM Se bazeaza pe protocolul LON care poate integra sisteme complexe de date de intraresi este destinat in special aplicatiilor de iluminat exterior:
Beneficiile acestui sistem:
Beneficii financiare:
Economii de energie de pana la 45%
Permite programarea lampii la un flux constant, eliminand suprailuminarea in primii ani de functionare
Permite functionarea lampilor la puteri virtuale (exemple 175W, 190W, 215W) conform specificatiilor proiectului luminotehnic al sistemului de iluminat
Dimming in orele cu trafic redus (lampile de sodiu de inalta presiune pot ajunge pana la 20% din fuxul nominal)
Durata de viata a lampilor mai mare cu 50% prin dimming si protectie la supratensiuni
Durata de viata crescuta a corpurilor de iluminat datorata scaderii temperaturii interne (prin dimmingului)
Protectia echipamentelor sensibile prin deconectare in momentul defectarii lampii
Economii cu intretinerea sistemului de pana la 50%
Planificarea reviziilor programate
Evidentierea defectelor pe PC, fapt care elimina constatarile de teren
Previzionarea sfarsitului viatii echipamentelor
Controlul garantiilor acordate de producatori/furnizori
Beneficii nonfinanciare:
Reducerea poluarii luminoase (reducerea flux luminos)
Reducerea consumului de combustibili fosili
Arhitectura generala a sistemului:
Architectura sistemului consta din:
Controlere montate in fiecare corp de iluminat sau la baza stalpului (Outdoor Lightin Controller – OLC)
Controlere de segment pentru fiecare zona monitorizata, montate in punctele de aprindere (Segment Controller-SC)
Server de aplicatie (PC)
Transmisia de date este configurata cu ajutorul unui protocol specific. Intre controlere aceasta se realizeaza pe reteaua de alimentare cu energie.Intre controlerul de segment si PC schimbul de date este asigurat prin linie telefonica standard/mobil, radiofrecventa sau fibra optica.
Softul (programul) pentru contolul automat al iluminatului si pentru managementul acestor informatii
Senzori de miscare
Senzori de lumina
Figura 16 arhitectura solutiei propuse
Echipamente folosite
Unitate de intrari digitale ( 8DI )
Figura 17 unitate de intrari digitale(8DI)
Se gaseste in fiecare cabinet de comanda si control si asigura interfata cu mediul exterior ( senzori de citire stare vreme, miscare etc. ). Transmite datele din sistemul exterior catre controlerul de segment prin protocolul DALI.
Functionalitate :
Transmite comenzi in conformitate cu starea celor 8 intrari. Comunica si interfateaza cu senzorii exteriori.
Figura 18 schema conectare 8di
Controler de segment (SC):
Figura 19 controller de segment
Se gaseste in fiecare cabinet de comanda si control si asigura interfata intre serverul din centru de comanda, si echipamentele de comanda de la nivelul stalp. De asemenea raporteaza esecul atunci cand conexiunea la serverul din centru de comanda nu poate fi stabilita. Transmite comenzile de dimming catre controlerul de corp prin PLC (Power Line Comunication).
Functionalitate:
Poate efectua comenzi de aprindere/stingere lampi si dimming. Monitorizeaza starea retelei de comunicatie si starea senzorilor de lumina aflati pe teren.Controleaza starea comunicatiilor in termeni de calitate si continuitate. Integreaza functiuni globale (scenarii de iluminat sau scheme presetate de iluminare).
Figura 20 schema de conectare sc
Controller de corp (OLC):
Figura 21 controller corp
Poate fi amplasat atat pe stalp, imediat sub lampa sau intr-un dulap separat. Fiecarui balast electronic ii corespunde cate un cotroller de corp.. Controleaza balastul electronic, transmitand comenzile catre acesta prin protocolul DALI.
Functionalitate:
Identifica pozitia corpului de iluminat, memoreaza parametrii lampii si ai aparatajului. Preia comenzile primite (dimming, aprindere/stingere etc.).Raporteaza evenimente: starea lampii (aprinsa/stinsa), flux (redus, degradare etc.) si deficientele aparute (lampa, conexiuni, alimentare).
Figura 22 schema conectare OLC
Balastul electronic :
Figura 23 balast electronic
Toate lampile cu descarcari in arc necesita un echipament suplimentar pentru functionare numit balast.
Balastul are 3 functii principale:
Ofera tensiunea corecta pentru fiecare lampa, deoarece lampile au nevoie de o tensiune mai mare de pornire decat de functionare;
Potriveste tensiunea liniei cu tensiunea de functionare a lampii;
Limiteaza curentul din lampa pentru a preveni distrugerea, deoarece daca arcul se blocheaza impedanta lampii scade.
Deoarece balastul este o componenta a sistemului de iluminat, are o influenta directa asupra gradului de luminozitate a lampii. Factorul de balast este ratia de iesire a lampii respective folosind acel balast, comparand cu valoarea oferita in cataloagele lampii. Balastul in general are o valoare a factorului de balast sub valoarea de 1. La anumite categorii de balasturi aceasta valoare poate fi mai mare de 1.
Exista mai multe tipuri de balasturi :
Balast de pentru lampi de tip fluorescent:
Balast magnetic
Balast electronic
Balast de pentru lampi de tip HID ( descarcari in gaze )
Aproape toate aplicatiile inteligente de iluminat folosesc acum balast electronic. Acestea inlocuiesc balastul magnetic folosit pana acum. Acestea imbunatatesc eficacitatea sistemului convetind frecventa de intrare de 60Hz in 25.000 pana la 40.000 Hz. Avantajul provine din faptul ca acestea ofera aproximativ acelasi grad de iluminare, consumand cu pana la 25% mai putina putere. Alte avantaje ale balasturilor electronice includ scaderea nivelului de zgomot, greutatea mai mica, reducerea efectului de flicker si capacitati de dimming pentru anumite tipuri de balasturi .
Lampile de tip HID necesita balast pentru a porni si opera. Functiile balastului sunt: ofera tensiunea de pornire, limiteaza curentul prin lampa, si potriveste tensiunea liniei si a lampii.Balastul de tip HID are un mare avantaj: se ocupa de reglarea consumului lampii atunci cand tensiunea pe linie variaza. Cu lampi HPS, balastul trebuie sa compenseze variatiile de tensiune a lampii cat si cele ale liniei.
Instalarea unui balast nepotrivit poate avea consecinte grave, cum ar fi :
Risipa de energie si cresterea costului de operare
Scurtarea duratei de viata a lampii
Marirea costului de mentenanta
Nivel de luminare scazut
Marirea costurilor de instalatie
Aparitia balastului de tip HID electronic dimmabil a declansat o revolutie in tipul de sisteme de iluminat disponibile, multe functii de operare asupra lampilor devenind acum posibile.
Balast electronic DYNAVISION (DV):
Poate fi amplasat in corpul de iluminat, in varful stalpului sau intr-un panou de control separat. Este folosit pentru a efectua comenzile de dimming asupra lampii date de controlerul de corp. Comunica cu controlerul de corp prin protocolul specific DALI.
Caracteristici:
Creste durata de viata a lampilor cu 20% – 30%;
Balastul poate face dimming intre 100% – 35% din puterea consumata de lampa si 100% – 20% din valoarea iluminatului unei lampi;
Asigura protectia la temperaturi ridicate si sesizeaza momentul in care lampa trebuie schimbata;
Figura 24 schema conectare DV
Relatia intre lumina dispersata de lampa si tensiunea controlata de balastul electronic este redata in graficul urmator:
Figura 25 relatia lumina dispersata-tensiune
Verificarea functionarii corecte a lampii si sesizarea momentului in care lampa se apropie de durata de functionare maxima se face cu ajutorul unei caracteristici temperatura – ore de functionare:
Figura 26 caracteristica temperatura- ore functionare
Lampa PHILIPS MASTER SON-T PIA PLUS 100W/220 E40 1 SL:
Figura 27 lampa philips
Este o sursa de iluminat cu vapori de sodiu de inalta-presiune cu balon tubular transparent, flux luminos bogat si durata defunctionare lunga si fiabila.
Caracteristici:
Balon tubular extern clar
Tub de descarcare din ceramica cu Antena Philips (PIA) pentru o durata de functionare lunga si fiabila
Constructie robusta cu putine puncte de sudura extrem de rezistenta la vibratii si socuri, ce reduce rata de defectare timpurie si mareste durata de functionare a sursei
Getter ZrCo asigura un flux luminos constant si putine defectiuni
Conceptul "Plus" de eficienta inalta reprezentat de un flux luminos de calitate foarte buna
Fabricate in totalitate fara plumb
Avantaje:
Tehnologia superioara ofera fiabilitate ridicata si o durata lunga de functionare, meninerea fluxului luminous cu aprindere sigura de-a lungul duratei de viata.
Eficacitatea energetic ridicata si absenta plumbului fac din aceasta sursa o alegere buna pentru mediu
Performanta luminoasa ridicata
Utilizare:
Iluminatul drumurilor si al zonelor rezidentiale
Iluminat decorativ
Iluminatul zonelor industrial
Arene sportive interioare si exterioare
Iluminat in horticultura
Caracteristici tehnice lampa:
TabeL 5 – cARACTERISTICI lAMPA
Figura 28 caracteristici lampa philips
Platforma software
Serverul de aplicatie folosit pentru monitorizare din centrul de comanda este echipat cu o aplicatie software ce monitorizeaza 24 de ore din 24 fiecare corp de iluminat din sistemul proiectat, cat si starea senzorilor de lumina si miscare.
Interfata in care este reprezentata schema sinoptica a sistemului cu toate echipamentele este prezentata mai jos:
Figura 29 model interfata 1
Fereastra de monitorizare a corpurilor de iluminat din teren este:
Figura 30 sinoptic corpuri de iluminat
Comunicatia intre componentele sistemului:
Comunicatia intre echipamentele sistemului propus se face cu ajutorul a doua protocoale specifice:
Intre serverul de aplicatie din centrul de comanda ce dispune de platforma software si dulapul de control in care se regasesc controllerul de segment si dispozitivul cu cele 8 intrari digitale, cat si intre controllerele de corp de pe fiecare stalp, comunicatia se face prin PLC ( Power Line Comunication ) cu ajutorul protocolului LON;
Intre controlerul de segment si dispozitivul cu cele 8 intrari digitale si intre controlerul de corp si balastul electronic comunicatia se face printr-un protocol special pentru sistemele de iluminat numit DALI.
Power Line Comunication ( PLC ):
Comunicatie pe linie electrica (PLC), este un sistem care permite transferul de date pe deja existenta retea de distributie electrica. Broadband over Power Lines (BPL), foloseste modem-uri PLC pentru a transmite si a receptiona semnale prin reteaua electrica, si pentru a pune la dispozitie accesul la internet.
Electricitatea este transmisa pe linii de inalta tensiune, distribuita pe linii de medie tensiune si folosita la tensiune joasa. Comunicatia de tip PLC, poate fi aplicata pe oricare dintre aceste nivele de tensiune.
Sistemele de comunicatii pe cablu de retea electrica, functioneaza imprimand o unda purtatoare modulata, pe sistemul de cabluri. Diferite tipuri de comunicatii PLC, folosesc diferite tipuri de benzi de frecventa, depinzand de caracteristicile retelei electrice folosite. Avand in vedere ca retelele electrice au fost gandite ca retele de transmisie de curent alternativ, circuitele de curent au o abilitate redusa de transmisie pe frecvente inalte. Problema propagarii semnalului este factorul limitator pentru fiecare tip de comunicatie PLC.
Rata de date transmise pe un sistem de comunicatie tip PLC, variaza foarte mult. Purtatori de semnal pe frecventa joasa (100 – 200Hz), transmisi pe linii de inalta tensiune, pot purta unul sau doua circuite analogice de voce, sau telemetrie, echivalentul unei rate de transmisie de sute de biti pe secunda; din pacate, astfel de circuite pot avea cateva mile lungime. Rate mari de transfer de date, implica in general distante mici; o retea locala, operand la viteze de cateva milioane de biti pe secunda, poate acoperii un singur etaj dintr-o cladire de birouri, insa elimina din fericire nevoia de cablare.
Protocol LON :
Pentru a folosi tehnologia de comunicatii tip PLC, s-au creat mai multe protocoale de comunicatii. Unul dintre acestea este LONWorks (sau prescurtat LON).
LON =Local Operating Network.
Protocolul LON, este o solutie puternica, adaptata la conditiile si cerintele actuale pentru controlul sistemelor de retea. Este fundatia pentru un sistem deschis, interoperabil, la a carui dezvoltare isi aduc aportul companii de top din intreaga lume.
Obiectivul de baza este aceea de a facilita nevoia de integrare a sistemelor cu componente multiple, folosind o arhitectura de sistem comuna – in esenta, un singur set de fire prin care toate componetele sunt atasate si pot comunica informatii. Datele pot calatorii de la orice echipament din retea catre oricare alt echipament, fara pierderi si la un nivel de securitate marit, permitand de asemenea o interoperabilitate maxima.
Platforma pune la dispozitie un sistem interoperabil complet, cu echipamente si componente din mai mult surse – fara bariere. Astfel utilizatorul final are posibilitatea sa aleaga dintr-o varietate de produse, integratori, interfete si poate alege serviciile pe care sa le contracteze.
Protocolul LONWORKS, este acum un standard international ISO/IEC, pentru automatizarea cladirilor comerciale, control si managementul cladirilor, iluminat inteligent, control industrial, transport; de asemenea standardul este imbunatatit permanent pentru a include numeroase functionalitati si ramanand in acelasi timp compatibil cu instalatiile curente.
DALI – Digital Addressable Lighting Interface
Este un protocol digital, creat pentru controlul iluminarii, folosind balasturi electronice si dimmere.
DALI a fost standardizat conform normativului IEC 60929, pentru lampi fluorescente cu balast.
Fiecare piese de echipament care opereaza cu interfata DALI, poate comunica individual prin DALI. Folosind un sistem bi-directional de schimb de date, un controler DALI, poate seta starea fiecarei lampi in parte. Ca un sistem de sine statator, DALI poate opera cu 64 de echipamente.
Dimming-ul digital, poate fi folosit in locul celui analogic si pentru aceleasi scopuri: nevoi vizuale, control personal, program de iluminare controlabila, precum si in alte domenii unde e nevoie de strategii de control al iluminarii. Dimming-ul digital aduce multe avantaje in termeni legati de iluminat inteligent, flexibilitate si comunicatie bi-directionala.
Este potrivit pentru:
Managementul energiei – programarea automata a timpilor de iluminare a diferitelor zone.
Supermarket – iluminatul spatiillor destinate vanzarii.
Cladiri de birouri unde li se ofera angajatilor posibilitatea de dimming a luminii pentru a marii confortul si satisfactia.
Sali de conferinte, sali de curs, sali de antrenament, precum si alte asemenea spatii care necesita diverse tipuri de iluminare.
Instalatii largi cu multiple cladiri, unde se poate controla mai bine consumul de energie si sa faciliteze un sistem de mentenanta pe iluminat.
In orice sistem de dimming, controlerul si balastul trebuie sa comunice prin aceasi limba. In cazul dimming-ului digital, acest limbaj este fie proprietar – apartine unui producator si daca accepta, adoptat si de altii – sau standard gratuit, precum DALI.
Atunci cand luam in calcul folosirea DALI pentru dimming-ul unei instalatii fluorescente, trebuie sa punem in balanta lucrurile pro si contra astfel incat in final sa tragem linie si sa observam beneficiile dimming-ului digital, precum si felul in care acesta reuseste sa faca echipamentele digitale sa comunice intre ele.
Avantaje DALI:
Este un standard disponibil oricui, neapartinand exclusiv unei companii;
Este suficienta o pereche de doua fire pentru a comunica cu toate echipamentele intr-o singura retea DALI;
Nu are nevoie de o cablare speciala precum standardul RS485, oferind astfel mai multa flexibilitate;
Poate fi folosit alaturi de cabluri de inalta tensiune;
Are o rezistenta ridicata la zgomot, ceea ce ii ofera o protectie ridicata si o durata mare de expunere la zgomot pana sa piarda semnalul;
Viteza de transmisie este joasa de 1200Hz, ceea ce ajuta la reducerea complexitatii sistemului;
Numarul maxim de echipamente disponibile intr-o retea DALI, este de 64, ceea ce o face o retea de o marime manageriabila,
Sistemul DALI are implementat un sistem care reduce latenta pe retea si care ajuta echipamentele sa reactioneze in acelasi timp.
Nu conteaza felul in care este cablat echipamentul, firele transmitand semnal indiferent de tipul de montaj, facand astfel sistemul mai putin pasibil la aparitia erorilor si mai usor de instalat.
proiectarea solutiei pentru sistemul existent
Figura 31 solutie sistem
Distanta medie intre stalpi si gradul de uniformitate al luminii dispersate:
Figura 32 distante stalpi si grad uniformitate
Proiectarea solutiei de iluminat cu ajutorul software-ului Relux
Relux Suite este o gama de programe de analiza energetica si de proiectare in iluminat ce au mai multe functii, cum ar fi:
Creerea facila de scenarii, utilizatorul putand sa sintetizeze baza pentru iluminat, culori si materiale din date importate sau create foarte usor cu doar cateva click-uri de mouse. Adaugarea de fisiere .dxf sau .dwg permite crearea unor medii complexe intr-un mod foarte simplu.
Adaugarea de lampi se poate face foarte usor, in Relux putandu-se importa orice tip de bec. Relux poate de asemenea sa propuna o lampa folosind datele introduse de utilizator.
Figura 33 interfata relux
In acest mediu putem proiecta urmatoarea scena de lucru :
Figura 34 modelarea obiectivului EPG in relux- 2D
Figura 35MODELAREA OBIECTIVULUI EPG IN RELUX -3D
In aceasta imagine se poate vedea o reproducere a exteriorulului halei, pozitionarea lampilor precum si alte detalii importante pentru calcul, cum ar fi culoarea halei, gradul de acoperire a solului cu ciment sau iarba, forma zonei de lucru, toate aceaste elemente foarte importante pot modifica datele oferite de acest mediu de proiectare. Mai departe, folosind acest spatiu de lucru vom simula cele 2 cazuri posibile: pentru lampile existente, cat si pentru solutia propusa.
Sistem actual
Folosind acest program de simulare, pentru sistemul actual obtinem urmatoarea dispersie a luminii, reprezentata in imaginea de mai jos:
Figura 36 uniformitate sistem actual
Mai sus, am figurat cum arata zonele de iluminare pentru lampile fluorescente de la Osram, existente in acest moment in locatia aleasa.
Din exportul oferit de programul de simulare , putem evidentia mai multe marimi foarte importante pentru studiul nostru. Acestea sunt:
valorile pentru fluxul total al lampilor: 60300 lm
puterea totala : 648W
puterea pe m² : 0.10 W/m² (5.60 W/m²/100lx)
Luminanta maxima: 0.89 cd/m²
Iluminarea medie : 1.72 lx
Iluminarea maxima: 3.88 lx
Figura 37 situatie actuala 3D
Mai jos, se poate vedea distributia pe puncte a iluminarilor. In figura de mai jos, se pot vedea si zone cu iluminare 0, un aspect foarte important deoarece riscul de securitate in acele zone este foarte mare, nefiind luminate .
Figura 38 distributia luminii
Solutie propusa
Pentru sistemul propus, inlocuim in scena lampile fluorescente Osram cu lampile HPS Philips SON-T de 100W, la iluminare 100% pentru o comparatie cu sistemul descris anterior.
Vederea 3D cu zonele de iluminare este:
Figura 39 solutia propusa 3D
Imaginea de mai sus scoate in evidenta foarte bine zonele mai putin luminate dar si pe cele luminate prea mult, astfel putand reconfigura becurile, folosind dimming, sa uniformizeze mult mai bine.
Figura 40 grad uniformitate solutia propusa
Din exportul oferit de programul de simulare , putem evidentia mai multe marimi foarte importante pentru studiul nostru. Acestea sunt:
valorile pentru fluxul total al lampilor: 96300 lm
puterea totala : 1512W
puterea pe m² : 0.22 W/m² (6.84 W/m²/ 100 lx )
Luminanta maxima: 2.47 cd/m²
Iluminarea medie : 3.29 lx
Iluminarea maxima: 7.27 lx
Figura 41 iluminare propusa 3D
In output se poate vedea ca sunt masurate aproximativ 1100 de puncte , toate valorile de cd/m² fiind disponibile pentru studiu, astfel:
Figura 42 distributia luminii detaliat
Concluzii simulare lampi iluminat
Dupa analiza sistemului existent, se poate observa ca gradul de iluminare necesar pentru o astfel de locatie nu este atins. Nivelul curent de 0.89 cd/m² este inferior standardelor .
Aceasta locatie are nevoie de un sistem de iluminat eficient, bine structurat si cu un consum de energie cat mai redus.
Recomandarile ce pot fi facute dupa analiza situatiei curente a acestei locatii si scenariile de dezvoltare sunt:
Necesitatea schimbarii lampilor existente(72W) cu unele mai puternice(100W). pentru a asigura nivelul de iluminare necesar.Acestea vor asigura ca nu vor mai exista zone neiluminate.
Evidentierea zonelor ce trebuiesc puternic luminate si a celor care nu, pentru uniformizarea zonelor de iluminare prin modificarea gradului de inclinare al lampilor.
S-a constatat necesitatea adoptarii unei solutii pentru modernizarea sistemului de iluminat existent in aceasta locatie.
Calcul Economic :
Pentru un calcul economic al solutiei, pentru a afla timpul de amortizare al investitiei pentru sistemul propus de noi , vom folosi marimile urmatoare:
Pret KW : 0.6 RON
Numar lampi: 12
Pret balast : 200 EUR
Pret sistem : 500 EUR
Curs: 1EUR = 4.2 RON
Imbunatatire sistem existent
Mai jos, vom prezenta cazul retrofitului actual ( montare balast ) pe lampile existente. Intai vom prezenta costurile de implementare, apoi diferentele fata de sistemul actual iar in final durata de amortizare a investitiei pentru un astfel de sistem:
Costul implementare: -diferenta fata de sistemul actual
Balast electronic (este necesar un balast pentu fiecare lampa):
12 bucati a 200 EUR fiecare
=>Cost total: 12 x 200 x 4.2 = 10.080 RON
Comanda Sistem :
500 EUR x 4.2 = 2100 RON
Costul total al implementarii:
10.080 + 2100 = 12.180 RON
Diferente in consum obtinute:
Prin Dimming:
Consum initial:
12 lampi x 72 W =864 W ( consum pentru toate lampa pe ora)
Inmultind cu numarul de ore de folosire(13- mentionam ca pornirea se facea la plecarea sefului de tura si oprirea la venirea primului angajat dimineata-), cu pretul KW si cu 365 zile, obtinem:
864 W x 13 ore x 365 zile x 0.0006 = 2.459,81 RON ( pe an )
Obtinem o reducere a consumului datorita programarii automate a pornirii si opririi sistemului, ceea ce se traduce intr-o scadere a orelor de functionare de la 13 ore la 10.5 in medie.
Consum cu 40% redus datorat dimming-ului si micsorarii numarului de ore de functionare:
12 lampi x 72 W = 864 W ( consum lampi )
Inmultim aceasta valoare cu numarul de ore de folosire cu pretul kW si obtinem:
864 W x 60% x 10.5 ore x 365 x 0.0006 = 1.192,06 RON ( costul energiei pe an )
Rezulta o diferenta egala cu 2.459,81 -1.192,06 = 1.267,75 RON economie anuala rezultata din costul energiei.
Prin marirea duratei de viata a lampilor ( de la 10 la 15 ani):
Pentru 12 lampi care au pretul fiecare egal cu 840 RON rezulta o amortizare pe 10 ani egala cu
12 lampi x (840 RON/10 ani) = 1.008 RON cost anual al investitiei pentru a amortizare a sistemului in 10 ani
Pentru o durata de amortizare de 15 ani , rezulta :
12 lampi x ( 840 RON / 15 ani) = 672 RON cost anual al investitiei pentru o amortizare a sistemului in 15 ani
Rezulta o diferenta de egala cu :
1.008 RON– 672 RON = 336 RON economia anuala asigurata de durata de viata a lampilor ( prelungita cu 5 ani).
Amortizare:
Astfel, obtinem un castig anual egal cu :
1.267,75 + 336 RON = 1.603,75 RON
Folosind totalul investitiei, egal cu 12.180 RON , rezulta o amortizare a investitiei egala cu:
12.180 / 1.603,75 = 7.59 ani timp de amortizare a investitiei in solutia de iluminat eficient pe baza de retrofit.
Sistem complet nou
Vom folosi aceeasi procedura de calcul luand in considerare diferentele care apar.
Costul implementare:
Balast electronic + lampa (este necesar un balast pentru fiecare lampa):
12 lampi a 150 EUR fiecare
Cost total: 12 x 150 x 4.2 = 7.560 RON
Comanda Sistem (acelasi ca si in cazul anterior):
500EUR * 4.2 = 2100 RON
Costul total al implementarii:
7.560 + 2100 = 9.660 RON
Diferente in consum obtinute:
Dimming:
Consum initial fara dimming si fara micsorarea numarului de ore de functionare:
12 lampi x 100 W =1200 W ( consum pentru toate lampile per ora)
Inmultind cu numarul de ore de folosire(13- mentionam ca pornirea se facea la plecarea sefului de tura si oprirea la venirea primului angajat dimineata-), cu pretul KW si cu 365 , obtinem:
1200 W x 13 ore x 365 zile x 0.0006 = 3416,40 RON ( costul energiei pe an )
Consum cu 40% redus datorat dimming-ului si micsorarii numarului de ore de functionare:
12 lampi x 100 W = 1200 W ( acelasi consum pentru toate lampile )
Inmultim aceasta valoare cu numarul de ore de folosire ( care este 10.5 de data aceasta , din cauza optimizarii numarului de ore prin pornire automata), cu pretul kW si obtinem:
1200 W x 60% x 10.5 x 365 x 0.0006 = 1.655,64 RON ( costul energiei consumate pe an )
Rezulta o diferenta datorata economiei de energie egala cu:
3416,40 -1.248,83 = 1.760,76 RON anual
Marirea duratei de viata a lampilor ( de la 10 la 15 ani):
Pentru 12 lampi care au pretul fiecare egal cu 630 RON rezulta o amortizare pe 10 ani egala cu :
12 lampi x (630 RON/10 ani) = 756 RON anual
Pentru o durata de amortizare de 15 ani , rezulta :
12 lampi x ( 630 RON / 15 ani) = 504 RON anual
Rezulta o diferenta de egala cu :
756 RON–504 RON = 252 RON anual.
Amortizare:
Astfel, obtinem un castig anual egal cu :
1.760,76+ 252 RON = 2.012,76 RON
Folosind totalul investitiei, egal cu 9.660 RON , rezulta o amortizare a investitiei egala cu:
9.660 / 2.012,76 = 4.80 ani timp de amortizare a investitiei in solutia sistem complet nou.
Observatii:
– Cele doua cazuri de mai sus nu iau in considerare si alti factori, ce vor enumerati in continuare, care scad riscul de securitate si amortizarea investitiei cu un anumit procent. Acesti factori vor fi impartiti in 2 categorii, factori cuantificabili si necuantificabili
– Pentru un sistem de dimensiuni mai mari, cum ar fi un sistem de iluminat pentru o hala industriala de dimensiuni mai mari sau chiar un sistem de iluminat public, amortizarea se va face intr-un timp mai scurt datorita investitiei initiale mai reduse si din reducerea de costuri ale energiei si durata de viata a lampilor cu 40% fata de sistemul deja existent.
Factori cuantificabili:
a.1 Stalp 40% => consum la 60%, 1 stalp variabil ( program)
O astfel de solutie reduce consumul anumitor lampi care pot avea un program diferit de majoritatea lampilor. Pentru o linie de 3 lampi de exemplu, ca in cazul propus de noi , lampa din mijloc poate fi trecuta la 25% atunci cand celorlalte li se aplica un dimming de 40%, acest procentaj fiind suficient deoarece celelalte 2 lampi asigura lumina suficienta astfel incat nu este necesar 40% si la aceasta lampa. Astfel procentajul total de economie de energie va creste.
Pentru sisteme mari , acest avantaj devine din ce in ce mai important. A reduce consumul la 15 lampi intr-un sistem de 100 de lampi, cum ar fi cazul iluminatului stradal, spre exemplu, poate insemna cateva procente deja in plus economie de energie
B.Lampile care sunt aproape de defect consuma mai mult cu 100%
Pe baza valorii curentului, se poate previziona atunci cand o lampa va deveni defecta, stiind faptul ca o lampa consuma mai mult inainte de a se defecta. Astfel, printr-un management mai bun al echipelor de interventie, unele lampi ce ar putea sa se defecteze pot fi inlocuite din timp, obtinand un avantaj in consum si din acest fapt.
Factori necuantificabili:
C.Pentru sisteme mari, management echipe interventii
Acest avantaj aduce avantaje cu cat sistemul este mai mare. Din practica rezulta ca pentru sisteme de peste 100 de lampi, managementul imbunatatit al echipelor de interventii poate aduce costuri mai mici cu pana la 50% din cele actuale deoarece traseele pot fi mai bine calculate, numarul de echipe poate fi minimizat iar schimbarea din timp a lampilor ce urmeaza sa devina defecte aduce si o reducere a consumului de energie , deoarece acestea in ultima parte a vietii consuma din ce in ce mai mult pentru a furniza cantitatea de lumina dorita.
D.Ecologic
Avantajul ecologic apare din preintampinarea arderii anumitor lampi. Schimbarea din timp a lampilor ce sunt aproape de defect face ca manuirea lor sa devina foarte facila.
Este stiut faptul ca toate firmele producatoare de lampi ofera indicatii foarte importante privind schimbarea lampilor defecte datorita posibilelor scurgeri de mercur si a cioburilor ce se pot imprastia, periculoase atat pentru echipele de interventii cat si pentru cei aflati in jur in momentul defectarii lampii respective.
In plus, multe organizatii internationale previn guvernele sa-si reduca consumul de energie pe timpul noptii. Un exemplu de astfel de organizatie este Dark Sky Association , o asociatie non-profit care incearca sa accentueze si sa ne invete cum sa ne pastram cerul „negru” pe timp de noapte. In acest sens ei ofera informatii pretioase sub forma unor prezentari,web site-uri sau diferite campanii asupra riscurilor la care ne supunem ignorand acest fapt. Astfel, suntem incurajati sa ne aparam pe noi insine. Solutia propusa de ei, inseamna nu oprirea luminior pe timp de noapte, ci tocmai optimizarea si reducerea consumului de energie prin „dimming”, senzori de miscare , etc.
E.Posibilitatea de a stabilire de „puncte fierbinti”
Acest avantaj se traduce prin setarea de niveluri de iluminare diferite pentru anumite zone considerate foarte importante. De exemplu, pentru studiul de caz considerat de noi, se poate lua in considerare iluminarea mai puternica in fata halei , loc de unde paznicul poate vedea foarte clar daca exista miscare, sau iluminarea puternica a unei zone ( in spate spre exemplu), zona predispusa ca fiind propice accesului neautorizat.
F.Control asupra becurilor arse
Acest avantaj are efect mai ales in sistemele mari, putand insemna pe langa reducerea consumului inaintea defectarii si managementul echipelor deinterventie, si anumiti pasi ce pot fi facuti atunci cand se constata defectarea unei lampi, sau defectarea intr-o zona a mai multor lampi intr-o perioada scurta de timp. Astfel, se pot vedea zone cu tensiune prea mare, se pot localiza zone in care au loc furturi etc.
Stand de test
Lucrarea de fata include si un stand de test minimal, pentru a exemplifica structura solutiei analizate si a demonstra functionarea ei intr-un program pilot.
Figura 43 stand de test
Diferenta consta in felul in care comunicatia nu mai este facuta prin Power Line Comunication, ci printr-o frecventa wireless ( libera ) intre echipamentul de control/comanda si dispozitivul de dimming folosit.
Functionare:
Sursa de alimentare va alimenta automatul programabil, senzorul crepuscular de exterior si modulul de intrari analogice. In functie de cerintele ce sunt impuse sistemului cu ajutorul interfetei de control automatul programabil verifica intensitatea luminoasa din locul unde este montat senzorul si transmite o tensiune modulului de intrari analogice. Acesta transmite wireless industrial un semnal elementului de comutatie a intensitatii luminoase ce diminueaza sau mareste tensiunea aplicata lampii fluorescente. Sistemul va lua decizii de marire sau micsorare a tensiunii lampii in functie de informatiile primite.
Echipamente folosite:
Modul de intrari analogice:
Figura 44 modul intrari stand test
Modulul de intrari analogice cu 2 canale accepta semnale in 0-10Vc.c, 0-20mA, 4-20mA sau intrari de temperatura. Pe intrari se pot conecta: senzorul de calitate a aerului, senzorul de umiditate sau senzorul de temperaturi. Alimentarea se face separat de la o sursa de 24Vc.c. Aceasta sursa poate fi folosita si pentru alimentarea senzorilor. Parametrizarea aferenta fiecarui canal trebuie facuta independent in functie de senzorul conectat.
Element de comutatie al intensitatii luminoase:
Figura 45 element comutatie stand test
Elementul de comutatie al intensitatii luminoase primeste semnale de la senzori si controleaza becurile cu incandescenta si transformatoarele electronice pentru lampile cu halogen de joasa tensiune. Alimentarea se face de la retea. Dimmerul retine ultima valoare atribuita.
Senzor de lumina:
Figura 46 senzor de lumina
Senzorul masoara intensitatea luminoasa actuala si da un semnal de 0-10Vc.c. la iesire ( cu cat valoarea la iesire este mai mare, cu atat intensitatea luminoasa este mai mare ). Senzorul crepuscular are patru intervale de masura care pot fi selectate direct, de la un jumper, amplasat sub carcasa dispozitivului : 3-300lux, 30-3k lux, 300-30klux, 600-60k lux.
Pentru a putea fi conectat in sistem, acesta trebuie conectat la un element de intrari analogice. Alimentarea de 24Vc.c. pentru senzor este furnizata de catre elementul de intrari analogice.
Lampa cu incandescenta.
Figura 47 lampa incandescenta
Modul de intrari analogice XIOC-2AI-1AO-UI (Moeller).
Figura 48 modul intrari analogice
Este un modul de extindere pentru conectarea directa a controlerului. Existinderea poate ajunge pana la 15 astfel de module, selectate dintr-o gama variata de functionalitati: intrari/iesiri analogice sau digitale care pot fi conectate direct la fiecare controler.
Intr-un spatiu de 30mm latime si 100mm inaltime/adancime se pot conecta pana la 32 I/O. Aceste module sunt utile pentru economie de spatiu in panoul de control si ajuta la proiectarea unor solutii compacte de automatizare.
Modulul folosit de noi dispune de:
2 intrari 0 – 10 V sau 0 – 20 mA
1 iesire 0 – 10 V sau 0 – 20 mA
Sursa 24Vc.c. MOXA DR – 4524
Figura 49 sursa de alimentare
Sursa de alimentare 45W/2A cu intrare universala 85 – 264 V AC si temperatura de operare -10° – +50°.
Controler
Figura 50 controller stand test
Modemul PLC XC200 ofera slot RJ-45 pentru conexiune Ethernet, ca standard. Are integrat un server web, ceea ce permite conectare usor accesibila la echipament, atat local prin reteaua companiei, cat si de la distanta prin Internet sau HTTP.
Datele sunt salvate sub forma fisierelor de tip .CSV si incarcate folosind protocolul FTP, astfel incat datele inregistrate sa fie usor accesate si deschise folosind MS Excel sau orice alt program similar. Astfel se evita instalarea unui software special sau nevoia de licente/utilizator.
A fost programat folosind standardul IEC1131-3, folosind soft-ul CoDeSys, care include 6 limbaje disponibile, incluzand diagrame ladder precum si Structured Text, care foloseste instructiuni de inalt limbaj.
Combinand viteza mare de procesare, comunicatie puternica si o multitudine de module I/O, XC 200 ofera o solutie completa pentru orice aplicatie de control si comanda.
Modulele se monteaza foarte simplu si rapid, pe o sina tip sanie.
Interfata cu utilizatorul a aplicatiei
Pentru vizualizare, supraveghere si operare cu datele cotrolerului , acesta a fost programat cu CoDeSys. Sistemul de programare are integrat un editor grafic ce permite utilizatorului sa creeze obiecte grafice in paralel cu dezvoltarea aplicatiei in aceeasi interfata.
O interfata grafica este de fapt reprezentarea variabilelor proiectului ce permite setarea datelor de intrare in controlerul programabil cu ajutorul mouse-ului si a tastaturii. Astfel am realizat o simpla interfata cu ajutorul careia putem seta datele de intrare pentru sistemul nostru si comenzile ce vor fi transmise de controler elementului de comutatie a intensitatii luminoase a lampii.
Figura 51 interfata utilizator stand
Cu ajutorul acestei interfete putem citi datele primite de la senzorul crepuscular, care ne spune care este valoarea intensitatii luminoase in acel moment si putem seta intensitatea luminoasa dorita. Aceasta interfata mai contine si o scala gradata de la 0% la 100% ce indica valoarea in procente a luminozitatii lampii la acel moment.
Figura 52 control luminozitate
Pasi pentru setarea intensitatii dorite:
Se apasa pe butonul pe care este inscrisa valoarea initiala 0 a intensitatii luminoase la care vrem sa ajungem in zona senzorului crepusular. Va aparea urmatoarea fereastra:
Figura 53 reglare intensitate
Din tastele inscriptionate cu cifre vom alege valoarea intensitatii luminoase dorite si apoi apasam butonul „OK”. Va reapare fereastra initiala dar de data aceasta in dreptul intensitatii luminoase va apare valoarea setata de noi. In exemplul de mai jos a fost aleasa intensitatea de 1000 lux:
Figura 54 confirmare setare luminozitate dorita
Deoarece in zona in care senzorul crepuscular se afla in acel moment intensitatea luminoasa era mai mica de 1000lux, observam ca pe scara gradata deja avem afisata o intensitate de 30% din valoarea maxima a intensitatii lampii incandescente. Aceasta valoare va creste pana cand pe scara gradata se va ajunge la 100%, iar in dreptul casutei cu „Intensitatea luminoasa reala” va fi afisata valoarea de 1000lux ca in figura urmatoare:
Figura 55 atingere intensitate dorita
Programul folosit este constituit din 2 parti (structured text) :
prima parte pentru declararea variabilelor:
PROGRAM PLC_PRG
VAR
luminozitate AT%IW6:WORD;
cdaBec AT%QW2:WORD;
cdaBec1:BYTE;
lux:WORD;
blk1:BLINK;
luxdorit: WORD;
rtrigBlink:R_TRIG;
procentLuminozitate: REAL;
END_VAR
a doua pentru pentru comanda echipamentelor:
procentLuminozitate:=cdaBec*100/4095;
lux:=REAL_TO_WORD(0.160*luminozitate)+30;
BLK1(ENABLE:=TRUE , TIMELOW:=t#10ms , TIMEHIGH:=t#500ms);
rtrigBlink(CLK:=blk1.OUT);
IF lux<(luxdorit+15) THEN
IF cdaBec<4095 AND rtrigBlink.Q THEN
cdaBec:=cdaBec+20;
END_IF
END_IF
IF cdaBec>4095 THEN cdaBec:=4095; END_IF
IF lux>(luxdorit-15) THEN
IF cdaBec>0 AND rtrigBlink.Q THEN
cdaBec:=cdaBec-20;
END_IF
END_IF
Concluzii
Iluminatul electric reprezinta unul din consumatorii de energie electrica la care aspectele luminotehnice, energetice, economice si estetice trebuie analizate impreuna, insa determinant este nivelul de luminanta.
Un iluminat de calitate are un efect psihologic important, oamenii au o eficienta in munca mai ridicata, un grad mai coborat de oboseala, cu efecte benefice asupra nivelului de sanatate. Din aceste motive, economiile la factura energetica pentru iluminatul artificial nu trebuie facute prin reducerea confortului vizual ci prin inlaturarea consumurilor inutile.
Utilizarea programelor de calcul specializate permite analiza unui mare numar de variante si surse de iluminat pentru a obtine un sistem de iluminat care sa determine consumuri energetice rationale fara a afecta confortul vizual.
In aceasta lucrare, am vrut sa subliniez metodele ce pot fi utilizate pentru a imbunatati acest aspect atat de important pentru economia unei firme, unuei localitati, sau stat. Astfel, putem recomanda:
utilizarea surselor noi si cu eficienta luminoasa ridicata, in special prin introducerea larga a lampilor cu vapori de sodiu de joasa si inalta presiune n locul celor cu vapori de mercur de inalta presiune;
reproiectarea sistemelor de iluminat poate conduce la reducerea consumului de energie electrica, fara a afecta confortul vizual;
utilizarea noilor tehnologii ce au aparut in acest domeniu, capabile sa monitorizeze, sa avertizeze si sa imbunatateasca calitatea iluminatului.
folosirea de exemplu a diodelor luminiscente (LED) in sisteme de iluminat, mai ales ca lampi indicatoare (datorita proprietatilor foarte bune pe care le au, inclusiv durata de viata de pana la 100.000 ore de functionare)
Lucrarile de reabilitare si extindere a sistemelor de iluminat au pus in evidenta faptul ca inlocuirea instalatiilor actuale de iluminat stradal cu instalatii performante este justificata si economic, realizandu-se o recuperare a investitiei, pe baza economiei de energie electric si fara a lua in consideratie pierderile indirecte, in 2 – 5 ani.
Bibliografie
[1] DUMITRACHE I., "Ingineria reglarii automate", Editura Politehnica Press, ISBN : 973-8449-72-3;
[2] BIANCHI C., "Vol. al II-lea – Iluminatul exterior și Anexe", Editura Tehnică, 1990, ISBN: 973-31-0208-3; 973-31-0209-1;
[3] NP 062 din 2002 – “Normativ pentru proiectarea sistemelor de iluminat rutier si pietonal “, disponibil CD;
[4] http://www.dalibydesign.us/DALI.html – DALI – protocol de comunicatii;
[5]www.philips.ro – anexe fise tehnice echipamente folosite, disponibile pe CD-ul atasat;
[6]http://www.echelon.com/ – Monitor Outdoor Lighting: Market, Challenges, Solutions, and Next Steps – disponibil pe CD-ul atasat;
[7]http://www.lonmark.org/ – Overview Handbook: Lonmark International “committed to energy efficiency through intelligent control” – disponibil pe CD-ul atasat;
[8]http://www.forbes.com/2008/02/27/incandescent-led-cfl-pf guru_in_mm_0227energy_inl.html – Tehnologia LED-urilor;
[9]http://www.darksky.org/ – International Dark Sky – protejarea si conservarea mediului nocturn printr-un iluminat responsabil si ecologic;
[10] www.wikipedia.org;
[11] www.osram.com – fisa tehnica;
Software folosit:
[1] EasySoft – CoDeSys v.2.3.5 – Moeller – disponibil pe CD-ul atasat;
[2] RELUX Suite 2009 -1-2 – disponibil pe CD-ul atasat.
Anexe
Anexe disponibile pe CD-ul atasat:
[1] Echelon – Monitored Outdoor Lighting.pdf
[2] LonMark – Overview Ver3 March 2009.pdf
[3] OSRAM – 103W01E_LUMILUX_Ready_Fit.pdf
[4] Philips – Lampa MASTER_SON_T_PIA_Plus_100W_220_E40_1SL.pdf
[5] Philips – 8DI.ppt – 8 Digital Input Unit
[6] Philips – DV.ppt – Dynavision Ballast
[7] Philips – OLC.ppt – Outdoor Luminaire Controller
[8] Philips – SC.ppt – Segment Controller
[9] Normativ – np – 062-2002.docx
[10] Program Calcul Iluminat.xls
[11] reluxSuite2009-1-2.rar – Installer
[12] eficienta luminoasa.docx
Bibliografie
[1] DUMITRACHE I., "Ingineria reglarii automate", Editura Politehnica Press, ISBN : 973-8449-72-3;
[2] BIANCHI C., "Vol. al II-lea – Iluminatul exterior și Anexe", Editura Tehnică, 1990, ISBN: 973-31-0208-3; 973-31-0209-1;
[3] NP 062 din 2002 – “Normativ pentru proiectarea sistemelor de iluminat rutier si pietonal “, disponibil CD;
[4] http://www.dalibydesign.us/DALI.html – DALI – protocol de comunicatii;
[5]www.philips.ro – anexe fise tehnice echipamente folosite, disponibile pe CD-ul atasat;
[6]http://www.echelon.com/ – Monitor Outdoor Lighting: Market, Challenges, Solutions, and Next Steps – disponibil pe CD-ul atasat;
[7]http://www.lonmark.org/ – Overview Handbook: Lonmark International “committed to energy efficiency through intelligent control” – disponibil pe CD-ul atasat;
[8]http://www.forbes.com/2008/02/27/incandescent-led-cfl-pf guru_in_mm_0227energy_inl.html – Tehnologia LED-urilor;
[9]http://www.darksky.org/ – International Dark Sky – protejarea si conservarea mediului nocturn printr-un iluminat responsabil si ecologic;
[10] www.wikipedia.org;
[11] www.osram.com – fisa tehnica;
Software folosit:
[1] EasySoft – CoDeSys v.2.3.5 – Moeller – disponibil pe CD-ul atasat;
[2] RELUX Suite 2009 -1-2 – disponibil pe CD-ul atasat
Anexe
Anexe disponibile pe CD-ul atasat:
[1] Echelon – Monitored Outdoor Lighting.pdf
[2] LonMark – Overview Ver3 March 2009.pdf
[3] OSRAM – 103W01E_LUMILUX_Ready_Fit.pdf
[4] Philips – Lampa MASTER_SON_T_PIA_Plus_100W_220_E40_1SL.pdf
[5] Philips – 8DI.ppt – 8 Digital Input Unit
[6] Philips – DV.ppt – Dynavision Ballast
[7] Philips – OLC.ppt – Outdoor Luminaire Controller
[8] Philips – SC.ppt – Segment Controller
[9] Normativ – np – 062-2002.docx
[10] Program Calcul Iluminat.xls
[11] reluxSuite2009-1-2.rar – Installer
[12] eficienta luminoasa.docx
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Optimizarea Sistemelor de Iluminat Public Prin Reducerea Consumului de Energie (ID: 162938)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.