Курсова робота

на тему: «Система зовнішнього освітлення футбольного стадіону розміром: довжина 110 м, ширина-60 м»

Зміст

1. Нормовані показники освітленості

2. Фактори, які впливають на енергоощадність освітлювальної системи (установки)

3. Вибір ефективних джерел світла

4. Використання ефективних освітлювальних пристроїв

5. Використання високоефективної пускорегулюючої апаратури

6. Раціональне розміщення прожекторів

7. Вибір раціональної схеми приєднання світильників

8. Використання ефективних засобів керування, регулювання освітлення

9. Врахування умов експлуатації освітлювальної системи

10. Порівняння варіантів освітлювальної системи

Список використаних джерел

1. Нормовані показники освітленості

При проектуванні освітлення об'єктів різного призначення, місць виробництва робіт поза будівлями, вулиць, доріг і площ населених пунктів і міст слід керуватися нормативними вимогами до освітлення СНиП II-4–79 «Природне і штучне освітлення», правилами пристрою електроустановок, Правилами технічної експлуатації електроустановок споживачів, інструкціями і галузевими нормами по проектуванню освітлення, затвердженими в установленому порядку.

При розробці проектів освітлення слід віддавати перевагу варіантам, які дозволяють забезпечувати нормативні вимоги з найменшими енергетичними і матеріальними витратами.

При проектуванні Системи зовнішнього освітлення футбольного стадіону розміром: довжина 110 м, ширина-60 м необхідно врахувати, що при проведенні проектних і монтажних робіт важливі наступні фактори, що впливають на якість освітлення:

• безперешкодний огляд поля;

• заважаюче світло;

• інтенсивність (яскравість або сила світла освітлювальної установки) за напрямком до глядачів і телекамер;

Оцінка якості освітлення футбольного поля, стадіону характеризується наступними показниками:

• горизонтальна освітленість;

• вертикальна освітленість;

• рівномірність розподілу освітленості;

• сліпуча дія;

• колірна температура і перенесення кольорів.

Футбольні поля можна розділити на дві групи (не за типом будови або кількості місць для глядачів), а рівнем проведених змагань.

Перша група:

• змагання з трансляцією по телебаченню;

• змагання, не транслюються по телебаченню;

Змагання з трансляцією по телебаченню.

Спортивні споруди, з яких проводиться ТБ трансляція призначена для наступних рівнів змагань:

• міжнародні змагання;

• національні чемпіонати.

У наведеній нижче таблиці наведені характеристики освітлення, які необхідні для проведення телевізійних трансляцій. [3]

Таблиця 1.1 – Характеристики освітлення

Змагання, не транслюються по телебаченню.

Спортивні споруди, з яких не проводиться телевізійна трансляція, призначені для наступних рівнів змагань:

- Ігри національного чемпіонату;

– Ігри інших ліг

– Тренування і відпочинок

У наведеній нижче таблиці наведені характеристики освітлення подібних футбольних полів. [3]

Таблиця 1.2 – Характеристики освітлення

При проведенні робіт з організації спортивного освітлення футбольних полів необхідно враховувати висоту прожекторних щогл (не менше 15 м), куту нахилу прожекторів, насичення прожекторне батареї і т. п.

Існує кілька варіантів розміщення джерел світла для футбольних полів без організації телевізійної трансляції.

1) Кутове розташування щогл.

2) Розміщення прожекторних щогл уздовж бічної лінії поля

2. Фактори, які впивають на енергоощадність освітлювальної системи (установки)

Серед багатьох факторів, що впливають на енергоощадність освітлювальної системи (установки) можна виділити такі:

• Схема використання освітлення;

• використання ефективних освітлювальних пристроїв;

• вибір схеми приєднання світильників до джерела живлення;

• використання відбивачів світла;

• регулювання освітлення;

• використання пускорегулюючої апаратури (ПРА);

Врахування наведених факторів дозволить забезпечити її високу енергоефективність і економічність.

3. Вибір ефективних джерел світла

Лампи розжарювання (ЛР) належать до джерел світла теплового випромінювання, їх світлова віддача складає 10…15 лм / Вт. Вони створюють безперервний спектр випромінювання, який найбільш багатий жовтими та інфрачервоними променями та бідніший у зоні синіх та зелених спектрів випромінювання, ніж спектр природнього світла неба, що погіршує розрізнення кольорів. Водночас вони мають деякі переваги: широкий діапазон потужностей і типів, порівняно з газорозрядними лампами, незалежність експлуатації від навколишнього середовища (вологості, запиленості і т.д.), простота світильників та компактність.

Люмінесцентні лампи – джерело світла для створення розсіяного освітлення в приміщеннях нежитлових офісах, школах, навчальних і дослідницьких інститутах, лікарнях, магазинах, банках, підприємствах.

В свою чергу, якісне спортивне освітлення досягається використанням прожекторів професійного рівня та складної конструкції в порівнянні з системами освітлення інших приміщень чи об’єктів.

Розглянемо декілька прикладів прожекторів, що були розроблені фірмою для освітлення стадіонів.

1. Прожектор PowerVision MVF024–1xSON-T/HPI 1000W.

967 грн.

Характеристики.

Габарити: В 549 мм х Ш 720 мм х Г 340 мм (ширина основи 700 мм)

Потужність: 1x1000W

К-ть ламп: 1

Тип патрона: E40

Колір: сірий

Матеріал: алюміній високого тиску, загартоване скло, сталь

Вологозахист: IP65

Країна виробник: Франція

Прожектор PowerVision прекрасно підходить для освітлення спортивних майданчиків, відкритих автостоянок, а також для підсвічування фасадів. Світло – природне м'який білий. Пучок світла – широкий. Розрахований на натрієву лампу високого тиску з цоколем Е40.

2. Прожектор QVF417 1500W WB

861, 00 грн.

Прожектор загального призначення. Підходить для архітектурного підсвічування, а також освітлення торговельних і промислових зон, парків, стадіонів. Пучок світла – широкий. Монтаж може бути настінним або підлоговим. Розрахований на галогенну лампу потужністю 1500W з цоколем R7s. Виробник: Philips.

Характеристики.

Габарити: В 350 мм х Ш 346 мм х Г 174 мм (ширина основи 270 мм)

Потужність: 1x1500W

К-ть ламп: 1

Тип патрона: R7s

Колір: чорний

Матеріал: литий алюміній, сталь, загартоване скло

Вологозахист: IP65

Датчик руху: –

Країна виробник: Франція

3. Прожектор QVF415 300/500W wb

765, 00 грн.

Прожектор загального призначення. Підходить для архітектурного підсвічування, а також освітлення торговельних і промислових зон, парків, садів, стадіонів. Пучок світла – широкий. Монтаж може бути настінним або підлоговим. Розрахований на металогалоїдну лампу потужністю до 500W.

Характеристики.

Габарити: В 250 мм х Ш 185 мм х Г 128 мм (ширина основи 100 мм)

Потужність: 1x500W. Кількістьть ламп: 1

Колір: чорний.

Матеріал: литий алюміній, сталь, загартоване скло

Вологозахист: IP65

Країна виробник: Франція. Виробник: Philips.

Отже вибираємо Прожектор QVF415 300/500W, тому що він має задовільні характеристики при не високій ціні.

Світловіддача однієї лампи розраховується за формулою

,

де - світловий потік лампи, лм;

- потужність лампи, Вт.

Для визначення кількості прожекторів, використовуємо формулу:

,

де F_л – світловий потік одного прожектора, лм.

В нашому випадку F_л=40000 лм.

- мінімальне значення освітленості, = 500 лк;

η_в – коефіцієнт використання світлового потоку;

n – кількість ламп у світильнику, шт.;

S – площа об’єкту; S= 6600 м²;

k – коефіцієнт запасу, приймаємо k = 1,3;

z – коефіцієнт нерівномірності освітлення, z = 1,15.

шт.

4. Використання ефективних освітлювальних пристроїв

Коефіцієнт корисної дії (ККД) світильника визначається відношенням

світлового потоку світильника до світлового потоку встановленої в ньому лампи.

– світловий потік, що виходить з освітлювального пристрою, = 2800 лм.

– світловий потік лампи (джерела світла).

Для стадіону рекомендовано вибирати прожектори закритого типу, для запобігання попадання бруду та пилу всередину прожектора.

Також використовується поняття ККД світильника, яке розраховується за формулою

,

де , - відповідно світлопередача пристрою і лампи як джерела світла.

=70 лм / Вт

5. Використання високоефективної пускорегулюючої апаратури

Сучасна електронна пускорегулювальна апаратура є досить дорогими пристроями, однак початкові затрати, компенсуються за рахунок їх високої економічності. Досягається економія електроенергії в розмірі 20–25% при збільшенні освітленості на 10–12%, зменшуються затрати на обслуговування світильників із-за виключення з їх складу стартерів, конденсаторів, підвищується на 50% термін служби ламп завдяки ощадному режиму роботи і пуску.

6. Раціональне розміщення прожекторів

При системi загального освiтлення застосовується рiвномiрне та локалiзоване розмiщення прожекторів. При рiвномiрному розмiщеннi забезпечується достатня рiвномiрнiсть освiтленостi по всiєї площi у цiлому. У цьому випадку вiдстань мiж прожекторами у кожному рядi та мiж рядами береться однакова.

При рiвномiрному розмiщеннi прожекторів останнi розставляють рядами – паралельно границям стадіону. При високих рiвнях нормуємого освiтлення прожектори розташовують безперервними рядами.

Але рівномірне освітлення неможливо здійснити прожекторами, що розташовані в один ряд по всьому периметру стадіону враховуючи архітектурні особливості та велику вартість монтажних робіт. Тому доцільно розмістити прожектори на чотирьох опорах по кутах стадіону, як показано на схемі.

Схема розміщення світильників

7. Вибір раціональної схеми приєднання світильників

Якщо використовувати енергоощадні схеми приєднання світильників до джерела живлення можливо зменшити енерговитрати в системі освітлення.

Групи світильників необхідно рівномірно розподіляти за фазами джерела живлення. Це забезпечує мінімальні втрати і створює умови зниження пульсацій світлового потоку.

8. Використання ефективних засобів керування, регулювання освітлення

Правильне керування освітленням може дати значну економію електроенергії.

Існують системи керування освітленням, які крім згаданого принципу можуть реалізувати варіант фотоелектричного керування залежно від рівня природного освітлення. Вони дають більшу економію електроенергії.

Можна передбачити індивідуальне локальне керування освітленням відповідальною людиною. Для реалізації локального керування можливе використання дистанційного вмикання чи вимикання, наприклад, за допомогою інфрачервоних чи ультразвукових пристроїв.

Керування освітленням повинно дозволяти вимикати певну частину прожекторів, в окремих вимикати групи прожекторів. Це дозволяє знизити витрати електроенергії приблизно на 5–10%.

Ручне керування освітленням

Так як людині самостійно необхідно керувати освітленням, це призводить до даремних витрат електроенергії. Енергоощадне рішення тут дуже просте – передбачити в проекті системи освітлення ручний вимикач освітлення і автоматичний вимикач для вимкнення освітлення, коли в ньому немає потреби.

Автоматичне керування освітленням

Автоматичне керування освітленням за статистикою дозволяє економити на 6–8% електроенергії більше, ніж при ручному керуванні. Найпоширенішими автоматичними регуляторами освітлення:

• фотоелектричні – управління за часом, що вмикають та вимикають світло в залежності від часу дня та ночі, коли в освітленні є необхідність.

• вимикачі, реагуючі на присутність людей.

• часовий регулятор – сценарне управління: можна скласти свій сценарій, по якому управлятиметься освітлення на стадіоні.

Висновок: Для стадіону зазвичай використовують ручне керування, так як освітлення необхідне в конкретному місці протягом певного інтервалу часу. До того ж часті вмикання, вимикання ламп є шкідливими для системи освітлення і скорочує строк експлуатації ламп.

9. Врахування умов експлуатації освітлювальної системи

Під час проектування енергоощадної освітлювальної системи необхідно враховувати фактори, пов'язані з експлуатацією системи:

• фактор зміни характеристик ламп (зменшення світловіддачі внаслідок старіння);

• фактор технічного обслуговування світильників (ступінь забруднення світильника і періодичність очищення);

• фактор ефективності використання освітлювальної установки.

Дію цих факторів враховують на стадії проектування за допомогою коефіцієнта запасу К₃, який являє собою відношення передбачуваного світлового потоку Ф_п до реального Ф_р.

Якщо проектувальник освітлювальної системи прогнозує зниження освітленості внаслідок старіння системи протягом певного часу на 25%, він повинен врахувати, що необхідний рівень освітленості повинен бути забезпечений і в кінці цього проміжку часу (використовуючи під час розрахунків коефіцієнт запасу К_а =1,25). На час введення в дію освітлювальної установи рівень освітленості становите 125% від необхідного. Таким чином, якщо передбачається не на належному рівні технічне обслуговування системи освітлення, то капітальні і експлуатаційні витрати на освітлення будуть на 25% більшими, ніж вони могли бути. Якщо планується технічне обслуговування з

періодичним очищенням ламп та їх своєчасною заміною, значна частина цих додаткових витрат (видатків) може бути заощаджена, оскільки проектувальник зможе закласти в розрахунок нижче значення коефіцієнту запасу К.

Зміна характеристик ламп внаслідок старіння. Планова заміна ламп

Термін служби електричних ламп має чотири чіткі означення:

– повний термін служби конкретної лампи – проміжок часу від початку служби до припинення роботи (виходу з ладу);

– середній термін служби партії ламп – середній проміжок часу від початку служби партії ламп до виходу їх з ладу;

– корисний термін служби ламп – проміжок часу, після якого світловіддача лампи внаслідок нормального процесу старіння понижується до такого рівня, що економічно доцільним стає заміна лампи, хоча вона ще залишається працездатною;

– гарантований термін служби – мінімальний гарантований виробником повний термін служби лампи.

Сучасні лампи можуть зберігати працездатність протягом багатьох тисяч годин, однак з часом світловіддача ламп (внаслідок старіння) постійно понижуються. У результаті, якщо експлуатувати лампу до електричної відмови, її світловіддача може знизитися на 50% і більше порівняно з початковим значенням. Практично лампи слід міняти через най економічніші для конкретної установки терміни.

У всіх, за винятком дуже малих, освітлювальних системах доцільно проводити групову заміну ламп із запланованою періодичністю.

Групова заміна ламп повинна проводитися тоді, коли вартість втраченої дарма енергії дорівнює вартості заміни ламп. Додаткове обмеження полягає в тому, що лампи необхідно замінювати до того, як їх світлова віддача впаде нижче 70% від початкового значення, що виходить за рамки норм.

Технічне обслуговування світильників, освітлювальних поверхонь

В забруднених прожекторах спостерігається випадки зниження освітленості в 5–7 раз. Тому підтримання світильників в належній чистоті має велике значення для раціонального використання електроенергії

Практичне використання освітлювальної апаратури вказує, що втрати світлового потоку складає:

– через забруднення – 16%;

– старіння ламп – 13%;

– неправильної зборки – 4%;

– понаднормативної втрати напруги в мережі – 8%.

Періодичність чищення прожекторів має складати 4–12 разів на рік. Основний прилад для вимірювання освітленості – люксметр.

Люксметр призначений для виміру освітленості, формованої природним і штучним світлом, джерело якого розташоване довільно від світлочутливого датчика у нормальних кліматичних умовах:

- похибка: (20 ^оС5 ^оС)

Люкс

Похибка

200

(4% ІВ+5 зн.)

2000

(4% ІВ+5 зн.)

20000

(5% ІВ+4 зн.)

200000

(5% ІВ+4 зн.)

Слід відмітити, що використання ламп з раціональною освітлювальною арматурою скорочує витрати електроенергії в 1,5 рази в порівнянні з освітлювачами відкритого типу.

Ефективність використання освітлювальної установки

У широкому розумінні освітлювальна установка включає світлову частину (освітлювальні пристрої, джерела світла, приміщення, робочі поверхні), електричну частину (електрична проводка, комутаційна апаратура) тощо.

Комплексна ефективність освітлювальних установок, що використовуються для загального освітлення на стадіонах, може бути оцінена коефіцієнтом використання освітлювальної установки.

У високоефективних відбивачах використовують покриту сріблом поверхню, яка забезпечує максимальне відбиття світлового потоку лампи. Високоефективні відбивачі забезпечують підвищення коефіцієнта ефективності світильника за рахунок того, що більша частина світлового потоку, який випромінює лампа, досягає робочої поверхні.

Відбивачі можуть бути виконані на спеціальне замовлення потреб споживачів, і можуть забезпечити підвищені рівні освітлення без збільшення витрат на електроенергію.

У кількісному відношенні підвищення енергоефективності освітлюваної установки за рахунок використання відбивачів (рефлекторів) доволі складно.

Контроль справності освітлювальної апаратури

Для зменшення споживання електроенергії в проектній документації освітлювальної установки необхідно передбачити контроль справності освітлювальної апаратури, зокрема баластних компенсуючих конденсаторів ПРА. У випадку пробою баластного конденсатора в індуктивно-ємкісній ПРА світильників із розщепленою фазою (дво-, чотири-шестилампові світильники) реактивний струм у витку з пробитим конденсатором залишається незмінним за величиною, але змінює свій характер з ємкісного на індуктивний. У результаті реактивний струм світильника зростає приблизно в чотири рази і відповідно зростають втрати енергії в електричній мережі. У випадку пробою одного з двох послідовно з'єднаних компенсуючих конденсаторів, приєднаних паралельно до мережевих виводів світильника, реактивний струм у витку зростає вдвічі, що також призводить до збільшення втрат енергії в мережі.

10. Порівняння варіантів освітлювальної системи

Як приклад розглянемо два проекти освітлювальної системи лекційної аудиторії:

І – лампи розжарення і відповідні світильники;

ІІ – метало галоїдні лампи і світильники до них.

Площа стадіону 6600 м², рівень освітленості повинен бути не менше 500 лк.

Встановлено 124 прожектори, потужність кожної лампи – 500 Вт.

Необхідно встановити 2480 лампи розжарення потужністю 200 Вт, щоб забезпечити такий же світловий потік як і у люмінесцентних ламп.

У табл. 1 наведені технічні характеристики ламп.

Початкові капіталовкладення на встановлення світильників наведені в табл. 2

Таблиця 1 – Технічні характеристики ламп

Тип лампи

Потужність, Вт

Термін служби, год

Ціна, грн

ЛР

200

1200

10

металогалоїдні лампи

500

10000

98

Таблиця 2 – Капіталовкладення на встановлення світильників

Показники варіантів освітлювальної системи

ЛР, світильники

По 2 лампи

Металогалоїдні лампи прожектори

Кількість світильників, шт.

1240

124

Вартість одного світильника (разом з лампою і пристроями керування), грн.

100

765

Вартість встановлення одного світильника,

30

300

Сумарні капітальні вкладення, грн

161200

132060

Розрахуємо об’єм споживання електроенергії освітлювальними системами.

1. Споживання електроенергії лампами розжарення:

,

t – години роботи ламп, t = 300 год на рік

W = 1240· 0,2·300 = 74400 кВт·год

Вартість електроенергії 1 кВт·год становить 0,83 грн/ кВт·год, тоді сумарна вартість спожитої електроенергії:

74400·0,83 = 61752 грн

2. Споживання електроенергії металогалоїдними лампами:

W = 124· 0,5·300 = 18600 кВт·год

Сумарна вартість спожитої енергії

18600·0,83 = 15438 грн

Розглянемо витрати на обслуговування освітлювальних приладів. Очищення кожного світильника коштує 5 грн.

Лампи розжарення необхідно чистити двічі на рік, в результаті витрати на очищення становитимуть 12400 грн.

Прожектори потребують очищення двічі на рік, в результаті витрати на очищення становитимуть 1240 грн.

Термін служби лампи розжарення – 1200 годин. Отже, за умови, що освітленість становить 300 годин на рік, у кожному світильнику необхідно буде змінювати лампу один раз на 4 роки. Так як вартість лампи розжарення становить 10,00 грн, то загальні витрати на заміни ламп буде

2480·10·0,25 = 6200 грн

Так як термін служби прожектору з металогалоїдними лампами 10000 годин, то замінювати лампи потрібно через 33 роки. У випадку, якщо тривалість роботи протягом року становить 300 годин, то в кожному світильнику прийдеться умовно замінити 0,03 лампи. Вартість лампи дорівнює 98 грн, тоді загальні витрати

98·0,03·124= 365 грн

Розрахунки експлуатаційних витрат освітлювальних систем наведені в табл. 3

Таблиця 3 – Експлуатаційні витрати освітлювальних систем

Показники варіантів освітлювальної системи

ЛР, світильники по 2 лампи

Металогалоїдні лампи прожектори

Кількість світильників, шт.

1240

124

Річні витрати на очищення світильників, грн

12400

1240

Вартість заміни ламп, грн./рік

6200

365

Річні витрати на обслуговування (витрати на очищення світильників і заміну ламп), грн

18600

1605

Витрати на електроенергію за рік, грн

61752

15438

Загальні річні експлуатаційні витрати (витрати на електроенергію та обслуговування), грн

80352

грн

17043

Якщо прийняти проекти освітлювальної системи конструкторського бюро Металогалоїдними лампами та відповідними прожектори, то економія щорічних видатків становитиме

8601 – 2811 = 63309 грн

Металогалоїдні лампи мають довгий термін служби та високу ефективність.

Отже, шляхи економії електроенергії в освітлювальних установках:

• Перехід на більш ефективні джерела світла;

• Регулювання графіків роботи освітлення;

• Чищення;

• Контроль за справністю елементів системи;

• Керування освітленням;

• Чищення ламп та прожекторів;

• Підтримання номінальних рівнів напруги в освітлювальній мережі;

• Рівномірне розподілення освітлювального навантаження

• Використання ефективної апаратури і схем живлення;

Список використаних джерел

1. Методичні вказівки до індивідуальної роботи «Визначення і обґрунтування енергоощадних рішень при проектуванні освітлювальної системи» з курсу «Енергозбереження в технологічних процесах і установках» для студентів спеціальності 7.000008 «Енергетичний менеджмент» усіх форм навчання. Суми: СумДУ, – 2009.

2. http://www.greenlab.com.ua/web/greenlab/greenlab.nsf/

3 http://www.slsport.ru/light_open.html

4. Справочная книга по светлотехнике / Под редакцией Ю.Б. Айзенберга. 2-е изд., прераб. и доп. – М.: Энергоиздат, 1995. – 528 с.

5. Бакалін Ю.І. Енергозбереження та енергетичний менеджмент. 3-тє видання, доп. та перероб. Харків: Вид. «Бурун і К», 2006. – 320 с.

6. СНиП ІІ-4-79. Естественное и искуственное освещение.