Диммирование «непокорных» ламп

Основным направлением развития светотехники сейчас является повсеместное внедрение светодиодного освещения. Цены на светодиодные светильники снижаются, повышается светоотдача, улучшается качество спектра. Тем не менее, технологии, связанные с натриевыми и металлогалогенными лампами продолжают совершенствоваться, и считать эти типы ламп морально устаревшими было бы преждевременно.

   Для примера возьмем наиболее распространенный сейчас тип уличного светильника, в котором используется натриевая лампа ДНаТ 250. Светоотдача такой лампы составляет около 100 лм/Вт — примерно такая же, как и у светодиодов. Интересно отметить, что чем мощнее лампа ДНаТ, тем выше её светоотдача и срок службы. 
Мощность
лампы
Световой
поток
Срок
службы
Светоотдача
лампы
Световой поток
светил-ка
КПД 75%
Потери
в ЭмПРА
Потери
в ЭПРА
Светоотдача
светил-ка
с ЭмПРА
70 Вт6 600 лм16000 ч94 лм/Вт4 950 лм25 Вт7 Вт52 лм/Вт
100 Вт10 700 лм18000 ч107 лм/Вт8 025 лм15 Вт10 Вт69 лм/Вт
150 Вт18 000 лм20000 ч120 лм/Вт13 500 лм20 Вт15 Вт79 лм/Вт
250 Вт33 000 лм24000 ч132 лм/Вт24 750 лм25 Вт19 Вт90 лм/Вт
400 Вт56 500 лм24000 ч141 лм/Вт42 375 лм40 Вт24 Вт96 лм/Вт
Цена качественного светильника для освещения магистралей вместе с лампой и электромагнитной пускорегулирующей аппаратурой (ЭмПРА) составит около 3000 руб. Срок службы наиболее массовых типов ламп ДНаТ составляет около 16000 часов, хотя уже выпускаются лампы ДНаТ со сроком службы более 28000 ч, но они еще не получили широкого распространения в России. Срок службы светодиодов — около 50000 часов. Итого, за 50000 часов придется 3 раза заменить лампы в светильнике. Предположим, что мы используем лампы по цене 280 руб. за штуку. Итого стоимость светильника и набора ламп к нему, рассчитанного на 50000 часов работы, составит около 3840 руб. И это без учета стоимости работ по замене ламп. В то же время, на момент написания статьи самый дешевый светодиодный светильник, который, по утверждению его производителя, заменяет ДНаТ-250, стоил 11000 руб. Разница между его стоимостью и стоимостью светильника на ДНаТ-250 полностью покрывается большими затратами на обслуживание натриевого светильника и снижением расходов на электроэнергию. 

   Но действительно ли такой светодиодный светильник является полноценной заменой старому доброму ДНаТ? Световой поток такого светильника составляет около 7500 лм. В то же время, светильник с лампой ДНаТ-250 дает световой поток не менее 1800 лм. Конечно, производитель находит этому объяснение. Дескать, у натриевой лампы плохой спектр, у светодиода он хороший, поэтому субъективно 7500 лм у светодиода как раз соответствует 18000 лм у «натрия». Рациональное зерно в этих рассуждениях есть, хотя, конечно, улучшение спектра дает прирост субъективной оценки освещенности не в два раза, а в гораздо меньшей пропорции. Но проблема заключается в том, что контролирующие органы оценивают сам световой поток, как и положено по принятым в нашей стране стандартам, без учета разницы в спектре между разными типами светильников. Другой проблемой является то, что светодиоды являются точечными источниками света. Без специальной оптики у них сильно проявляется ослепляющий эффект. Поэтому, кроме реального значения светового потока, дешевые светодиодные светильники не соответствуют нормам по показателям визуального комфорта, проще говоря, они будут «слепить» в глаза водителям на дороге. А это может иметь весьма серьезные последствия. И такое освещение при первой же проверке будет забраковано. Это не означает, что дешевые светодиодные светильники вообще не могут использоваться для уличного освещения. Но на оживленные магистрали их ставить нельзя, они будут уместны на внутриквартальных проездах и улицах с низкой интенсивностью движения. Тем не менее, о полноценной замене «натрия» в этом случае говорить не приходится. 

   Стоимость светодиодного светильника, у которого световой поток равен 18000 лм, установлена хорошая оптика и есть возможность диммирования (о значении этой функции будет сказано далее) оценивается в 40000 руб. Стоит отметить, что в 2014 году компания ALB вывела на рынок диммируемый светодиодный светильник ДКУ 09 Zeus, совместимый с системами группового диммирования и по цене порядка 18 000 руб за 180 Вт.
ALB_NEW_Dimm.jpg
Потребляемая мощность обычного светодиодного светильника будет около 228 Вт. Для сравнения, светильник с лампой ДНаТ и ЭмПРА потребляет порядка 320 Вт. Таким образом, заменяя натриевый светильник на светодиодный, строго соблюдая все нормы, на нынешнем уровне развития технологий мы получаем снижение энергопотребления в 1,4 раза. Этого снижения оказывается недостаточно для быстрой окупаемости дорогостоящего светодиодного светильника, являющегося полноценной заменой светильника с ДНаТ 250. Расчеты показывают, что при работе в среднем 10 часов в сутки светильник окупится не раньше, чем через 10 лет при расчетном срок службы около 13 лет. Хотя, несомненно, именно за такими светодиодными светильниками, с большим световым потоком и низким слепящим эффектом, будущее. Но как быть сейчас небогатым муниципалитетам, которые не могут себе позволить приобретать уличные светильники по 40000 руб. за штуку, но хотят уменьшить расходы на электроэнергию? 

Зачем уличному светильнику диммер? 
   Зарубежный опыт применения уличных светодиодных светильников показывает, что они окупаются заметно быстрее в случае применения диммирования глубокой ночью. При этом значительно снижается общее энергопотребление за сутки, что и дает ощутимый выигрыш. Если говорить про уже упоминавшийся пример со светодиодным аналогом ДНаТ 250, то при диммировании светильника по заложенной в него программе потребление электроэнергии по сравнению с ДНаТ 250, оснащенной ЭмПРА, уменьшится на 67%, а срок окупаемости сократится до 4,5 лет. 

   Нормы по световому потоку привязаны к интенсивности автомобильного движения по дороге. И это логично – чем плотнее поток машин, тем сильнее напряжено зрение водителя, тем более точно он должен различать детали. В промежутке примерно с 22 часов до 5 часов плотность потока машин спадает и освещение на большинстве улиц можно сделать менее ярким. При этом экономится электроэнергия. К тому же, снижение освещенности уменьшает световое загрязнение окружающей среды – так экологи называют неблагоприятное воздействие слишком яркого освещения в крупных городах на природу. Да и людям, которые живут рядом с освещенной магистралью, будет комфортнее засыпать, если уровень освещенности снизится. 

   Используемые сейчас уличные светильники с натриевыми и металлогалогенными лампами, оснащенные ЭмПРА, не диммируются. Поэтому общеупотребительной практикой, до недавнего времени официально разрешенной, было отключение глубокой ночью светильников, расположенных вдоль дороги, через одного. Применение такого способа на автомагистрали приводит к ухудшению равномерности освещения дорожного полотна, что чревато ростом аварийности. Если светильники через одного отключаются в парке, то появляются неосвещенные «островки», которые привлекательны для криминалитета. 

   В 2011 году вступил в действие новый свод правил (бывший СНиП) СП 52.13330.2011 «Естественное и искусственное освещение», который запретил отключение светильников через одного. П. 7.44 этого СП гласит: «Не допускается в ночное время частичное отключение светильников при однорядном их расположении и установке по одному светильнику на опоре, а также на пешеходных мостиках, автостоянках, пешеходных аллеях и дорогах, внутренних, служебно-хозяйственных и пожарных проездах, а также на улицах и дорогах сельских поселений». В том же СП есть пункт 7.43, разрешающий диммирование уличных светильников до 50%. 

   Светодиоды поддаются диммированию – это аксиома, которая ни у кого не вызывает сомнения. Соответственно, меняя недиммируемые модели натриевых светильников на диммируемые светодиодные, мы сразу же получаем выигрыш. При этом многие специалисты уверены, что натриевые и металлогалогенные лампы диммированию не поддаются и единственный путь внедрения диммирования в уличном освещении — это переход на светодиодные светильники. Но так ли это на самом деле? 

И все-таки, они диммируются! 
   На самом деле, диммирование ДНаТ и МГЛ возможно. Но для этого обязательно нужно использовать электронную пускорегулирующую аппаратуру (ЭПРА). 

   Создание ЭПРА для газоразрядных ламп высокого давления представляет собой сложную задачу. Хорошо известные всем специалистам по светотехнике ЭПРА для люминесцентных ламп питают лампу переменным током с частотой от 20 кГц до 40 кГц. На таких частотах очень просто реализовать схемотехнику ЭПРА. Но для ДНаТ и МГЛ такие рабочие частоты невозможны. На этих частотах в горелке возникает акустический резонанс, который приводит к неустойчивости разряда и разрушению стенок горелки. Поэтому ЭПРА, предназначенные для использования с ДНаТ и МГЛ, работают на частотах от 80 до 120 Гц. Построение схемотехники ЭПРА на столь низких частотах представляет собой весьма сложную задачу. Поэтому ЭПРА для натриевых и металлогалогенных ламп менее распространены, чем ЭПРА для люминесцентных ламп. 

   Важнейшей особенностью ЭПРА для ламп высокого давления является то, что лампа питается током прямоугольной формы. Такой режим работы оптимален для ламп ДНаТ и МГЛ и позволяет уменьшить напряжение на разрядных электродах. В итоге срок службы лампы возрастает, также повышается общая светоотдача светильника. Другим положительным моментом использования электронной ПРА является повышение коэффициента мощности, что позволяет снизить потери электроэнергии в проводах, подводящих электричество к светильникам. 

   Использование ЭПРА позволяет реализовать диммирование ламп высокого давления. Диммирование осуществляется за счет уменьшения напряжения на лампе). Диммировать можно далеко не все модели ДНаТ и МГЛ. При диммировании МГЛ, начиная с определенного уровня, наблюдается снижение индекса цветопередачи CRI, но для уличного освещения это, как правило, несущественно. Нередко в документации к ЭПРА приводится список ламп, с которыми она совместима. Информацию о возможности диммирования других моделей в общем случае следует запрашивать у производителей ламп. 

Практическая реализация 
   Конечно, по глубине диммирования лампы высокого давления уступают светодиодам. Тем не менее, удалось достичь уровня диммирования, вполне пригодного для практических применений. При использовании лучших моделей ЭПРА возможно снижение светового потока до 35% от номинального значения для ДНаТ и до 50% для МГЛ. 

   Ассортимент диммируемых ЭПРА EHID охватывает диапазон мощностей от 50 до 250 Вт. Рабочая частота ЭПРА – 81 Гц. Коэффициент мощности превышает 0,98, что является превосходным значением. О КПД данных ЭПРА красноречиво свидетельствует следующий пример: лампа мощность 250 Вт вместе с ЭПРА EHID потребляют всего 267 Вт. Аппараты выпускаются как в обычном, так и во влагозащищенном (IP67) исполнении. 

   Сама по себе диммируемая ЭПРА дает уже дает выигрыш, связанный с более высоким КПД, а также тем, что в результате идеальных условий работы лампы с ЭПРА, увеличивается её срок службы. Необходимо комплексное решение, позволяющее управлять уровнем светового потока в зависимости от времени суток. Для этого выпускаются диммируемые ЭПРА с управлением по интефейсу DALI, с поддержкой протоколов передачи данных по сетям электропитания, а также со встроенным контроллером с автоматическим диммированием, программу в котором можно изменять дистанционно. 

   Некоторые производители ЭПРА предлагают для них контроллеры, позволяющие управлять диммированием по сетям мобильной связи. Это могут быть как устройства, непосредственно управляющие светильниками в реальном масштабе времени, так и устройства, осуществляющие смену программы, по которой происходит диммирование. 

   Возникает вопрос – как происходит коррекция программы, по которой работает диммер, в зависимости от изменения времени восхода и захода солнца? Делается это очень просто. Исходя из данных по предыдущим дням работы, светильник вычисляет среднюю точку на интервале времени между включением и выключением. И совмещает с ней среднюю точку заложенной в него программы. 

   Эффективность работы диммируемого ЭПРА во многом зависит от количества уровней освещенности. Контроллеры, встроенные в светодиодные светильники, как правило, работают только с двумя уровнями. Возможно, это связано со стремлением не увеличивать стоимость и без того дорогих светильников. Диммируемые ЭПРА для ДНаТ и МГЛ имеют до 10 уровней. Тем самым компенсируется такой недостаток ламп высокого давления, как снижение потребляемой мощности при диммировании в меньшей пропорции, чем снижение светового потока. В итоге выигрыш в энергопотреблении от диммирования по заложенной программе оценивается в те же 30%, что и у светодиодных светильников. 

   Наиболее совершенные модели диммируемых ЭПРА способны передавать в диспетчерскую информацию о состоянии светильника. Например, таким образом можно оперативно узнать, что конкретной лампе требуется замена. Наличие канала обратной связи значительно снижает затраты на обслуживание. 

Экономическая выгода от внедрения диммируемых ЭПРА 
   Стоимость ЭПРА для лампы ДНаТ 250, диммируемой по заложенной в нее программе, составляет около 5000 руб. Светильник менять не надо, нужно лишь заменить ЭмПРА на ЭПРА. Если же брать цену готового светильника с диммируемой ЭПРА, то она будет 8500 руб. Мы предполагаем, что контроллер уже запрограммирован на заводе и работает полностью автономно, т.е. расходы на дополнительное оборудование не учитываются. По сравнению с ЭмПРА выигрыш в энергопотреблении, с учетом диммирования, составляет 42%. Но на это снижение энергопотребления мы потратили сверх стоимости обычного светильника всего 5000 руб. В итоге срок окупаемости диммируемого ЭПРА составляет около 2 лет. 

Статью подготовил Алексей Васильев.

Наверх