Системний підхід до оцінки енергоефективності джерел світла та освітлювальних установок

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.07 – світлотехніка та джерела світла. Тернопільський наці-ональний технічний університет імені Івана Пулюя, Тернопіль 2014. Дисертація присвячена розвитку науково-технічних основ оцінки енерго-ефективності джерел світла та освітлювальних установок, побудованих на їх основі. Доведено, що найбільш достовірним методом оцінки енергоефективності джерел світла, незалежно від фізичних принципів їхньої дії, є метод, оснований на оцінці енергоефективності за питомою вартістю одиниці світлової енергії, ви-робленої джерелом світла за середню тривалість його світіння. Запропоновано аналітичний вираз для розрахунку економії електричної енергії для будь-яких функціональних залежностей регулювання світлового по-току джерел світла. Доведено, що динаміка перехідного процесу спаду світло-вого потоку напівпровідникових джерел світла від моменту ввімкнення до пе-реходу в усталений режим, а також протягом експлуатації в межах середньої тривалості світіння, з достатньої для практики точністю описується різницею падаючої і зростаючої експоненціальних функцій з різними сталими часу та сталими інтегрування. Доведено, що одночасне зменшення діаметру розрядної трубки і струму, що протікає через люмінесцентну лампу, призводить до суттєвого зростання відносних значень напруги на лампі, обмежуючи можливості виготовлення по-тужних ЛЛ для електричних мереж промислової частоти напругою 220-240 В. Запропоновано концепцію конструювання безблискісних світлодіодних світильників. Доведено, що автомобільні дороги найкраще освітлювати золоти-сто-жовтим світлом РЛВТ типу ДНаТ, а пішохідні переходи додатково ще й спеціалізованими світлодіодними освітлювальними приладами.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.07 – светотехника и источники света. – Тернопольский национальный технический университет имени Ивана Пулюя, Тернополь, 2014. Диссертация посвящена развитию научно-технических основ оценки эне- ргоэффективности источников света и осветительных установок, построенных на их основе. Доказано, что наиболее достоверным методом оценки энергоэф- фективности источников света, независимо от физически принципов их работы, является метод, основанный на оценке энергоэффективности по удельной стои- мости единицы световой энергии, выработанной источником света за среднюю продолжительность его свечения. Разработана математическая модель для расчета достоверних значений экономии электрической энергии для любых функциональных зависимостей регулирования светового потока источников света. Доказано, что динамика пе- реходного процесса спада светового потока полупроводниковых источников света от момента включения до перехода в установившийся режим, а также в течение эксплуатации в пределах средней продолжительности свечения, с до- статочной для практики точностью описывается разницей спадающей и возрас- тающей экспоненциальных функций с различными по величине постоянными времени и постоянными интегрирования. Доказано, что одновременное уменьшение диаметра разрядной трубки и тока через люминесцентную лампу приводит к существенному росту относи- тельных значений напряжения на лампе, ограничивая возможности изготовле- ния мощных ЛЛ для электрических сетей промышленной частоты напряжением 220-230 В. 19 Предложена концепция конструирования безблесткостных светодиодных светильников. Доказано, что автомобильные дороги лучше всего освещать зо- лотисто-желтым светом РЛВД типа ДНаТ, а пешеходные переходы дополни- тельно еще и специализированными светодиодными осветительными прибора- ми.

Thesis for a Candidate Degree in Technical Sciences, Speciality 05.09.07 – Light Engineering and Light Sources. – Ternopil Ivan Pul'uj State Technical University, Ternopil, 2014. The thesis deals with the development of scientific and technical bases of assessment of light sources and lighting settings’ energy efficiency manufactured on their basis. It has been proved that the most reliable, comprehensive and scientifically sound evaluation method of energy efficiency of light sources regardless of physical principles of their functioning is the method based on the assessment of energy efficiency by the specific cost per unit of light energy produced by a light source within an average duration of its luminescence. That is caused by the fact that in estimating there has been taken into account the maximum possible number of available parameters (the cost of light sources and the minimum of start-control devices necessary for them, the power of light sources, luminous efficiency of a light sources set plus start-control devices and an average duration of glow) which influence energy efficiency in the greatest degree. There has been developed a mathematical model for calculating realistic values of electrical еnergy savings for any functional dependencies of luminous flux light sources regulation, taking into account the power losses in electromagnetic ballast chokes. It has been proved that the dynamics of the transition process of semiconductor light sources’ luminous flux decrease from the moment of switching to the moment of transition into a steady mode, as well as within an average duration of glow, is described (with accuracy sufficient for practical purposes) by the difference of decreasing and increasing exponential functions of constants of time and integration of various magnitude, which made it possible: a) to evaluate the contribution of each transient thermal resistance (light emitting diode-radiator, radiator-environment) to the process of the excessive heat transfer from a driver and LEDs to the environment; b) to suggest a method of determining an optimal value of nominal current generated on the basis of LED lighting products in terms of providing a necessary magnitude of an average duration of glow; c) to determine the amount of light energy generated within any pre-specified period of time. 20 Based on the analysis and generalization of the obtained and published experi- mental data there has been constructed an mathematical model of electrical and lighting parameters of semiconductor light sources in the form of system equations, which made it possible to determine their energy efficiency in the process of luminous flux regulation. There has been introduced the concept of spatial pulsations of the luminous flux which made it possible: a) to formulate the requirements for the rational distribution in rooms of two and four lamp fixtures made under a split phase scheme for the network power frequency of 50 Hz; b) to explain the causes for the increase (decrease) of the luminous flux pulsation coefficient of white light from heat and discharge light sources in passing through bulbs of coloured light sources or coloured filters. It has been proved that a simultaneous decrease of the discharge tube diameter and the current through a fluorescent lamp leads to a significant increase in the relative values of voltage in a lamp (due to the increase of the potential gradient in a positive pillar of discharge) limiting the possibility of manufacturing not only powerful low-pressure discharge lamps, but also the increase of the luminous efficiency and operation in a chain of an industrial network with electromagnetic start-control devices. There has been set forward the concept of designing anti-glare light emitting diodes luminaires based on multicomponentness, namely the transition from general to zonal lighting, from the category of "lamp" to the category of "lighting apparatus", from powerful to small and medium-power LEDs with light beams redirection by means of reflective systems and secondary optical lens to avoid hyper-brightness cells formation. It has been proved that highways are better illuminated by golden-yellow light of high intensity discharge lamps of the high-pressure sodium vapor type while pedestrian crossings – by additional specialized LED lighting fixtures that would operate only in the periods when at a pedestrian crossing area there will be both vehicles and pedestrians (a pedestrian), which will make it possible not only to increase the energy efficiency of lighting settings, but also to reduce the number of traffic accidents involving pedestrians. It has been found out that for light sources with continuously declining dependency of energy efficiency the regulation of the luminous flux in terms of the normalized specific cost per unit of light energy produced by a light source in the process of dimming the best mode of exploitation is the on-off one based on the usage of presence sensors.