Введение

Обсуждая энергоэффективность в сфере освещения, прежде всего необходимо преодолеть распространенное заблуждение, согласно которому основное внимание уделяется исключительно световой отдаче. В практической инженерной деятельности освещение — это нечто гораздо большее, чем просто вопрос «яркости»; его суть всегда заключается в том, способно ли оно обеспечивать эффективное и безопасное протекание рабочих процессов. В настоящее время глобальные стандарты для различных сценариев освещения достигли высокой степени зрелости. В частности, для сегмента дорожного освещения существуют четкие отраслевые ориентиры. Эксплуатационные показатели дорожного освещения определяются главным образом в соответствии со стандартом EN 13201 (подробнее о стандарте дорожного освещения EN 13201), который является ключевым нормативным документом для измерения освещенности/яркости дорожного покрытия, равномерности распределения света и контроля слепящего действия. Кроме того, для рабочих мест (EN 12464), стадионов (EN 12193/RP-8-21) и туннелей (CIE 88) разработаны собственные строгие технические требования. В совокупности эти стандарты формируют «базовый уровень требований» при проектировании систем освещения. С момента выхода на этот рынок в 2005 году компания ZGSM стала свидетелем смены технологических поколений и постоянной эволюции потребностей клиентов; за прошедшие годы сфера дорожного освещения достигла значительного прогресса. Идеальное решение для дорожного освещения должно не только отвечать базовым требованиям безопасности (т. е. соответствующим положениям стандарта EN 13201), но и обеспечивать повышенный визуальный комфорт, энергоэффективное освещение и возможности интеллектуального управления. В идеале система дорожного освещения должна оптимизировать энергопотребление, строго соблюдая при этом все стандарты безопасности, обеспечивая комфортные условия передвижения для пешеходов и транспортных средств, а также интегрируя функции интеллектуального управления. Приглашаем вас ознакомиться с основным содержанием статьи, чтобы узнать больше.

Проблемы неэффективного уличного освещения

Низкая эффективность и высокий риск выхода из строя уличных фонарей

Пройдя путь от ранних газовых ламп и ламп накаливания до более поздних натриевых ламп высокого давления и, наконец, до современных повсеместно используемых светодиодных уличных светильников, технологии освещения совершили колоссальный прорыв в области световой отдачи. Тем не менее, значительная часть представленных на рынке светильников по-прежнему существенно не дотягивает до установленных стандартов световой отдачи. Зачастую это обусловлено стремлением производителей сократить издержки за счет использования светодиодных чипов низкого качества или неэффективных драйверов. Подобные изделия не только обладают изначально низкой световой отдачей, но и подвержены серьезной деградации светового потока, вследствие чего уже вскоре после ввода в эксплуатацию они перестают соответствовать нормативным требованиям к дорожному освещению. Кроме того, конструктивные просчеты — такие как неэффективный отвод тепла — в сочетании с низким качеством драйверов многократно повышают риск преждевременного выхода светильников из строя; это вынуждает пользователей проводить частое техническое обслуживание и влечет за собой дополнительные финансовые затраты. Таким образом, фундаментальное решение двух ключевых проблем — низкой световой отдачи (что такое световая отдача и как ее повысить?) и низкой надежности светильников — стало сегодня самой актуальной и первоочередной задачей. Все эти факторы приводят к тому, что уличные светильники становятся менее энергоэффективным решением для освещения проезжей части.

Неправильное распределение света уличными фонарями приводит к световому загрязнению.

Световая отдача является ключевым показателем эффективности освещения, напрямую отражающим способность светильника преобразовывать электрическую энергию в световую. Однако в реальных условиях эксплуатации не весь свет, излучаемый светильником, попадает на ту поверхность, которая нуждается в освещении. Например, в случае с традиционными натриевыми лампами высокого давления значительная часть света рассеивается в зоны, не являющиеся целевыми, — такие как обочины дорог. Объем света, точно направленного на освещаемую зону, во многом зависит от рациональности схемы светораспределения. В светодиодных светильниках могут применяться системы вторичной оптики (линзы), позволяющие максимально адаптировать светораспределение к конкретным условиям объекта: так, для дорожного освещения часто используется светораспределение типа «крыло летучей мыши» (batwing), для освещения стадионов — узконаправленное или асимметричное распределение, для освещения торговых стеллажей — прямоугольное распределение и т. д. В практике освещения мы часто сталкиваемся с такими проблемами, как необоснованный выбор кривой светораспределения, некорректный монтаж или чрезмерный угол наклона светильника. Все эти факторы могут привести к тому, что свет от светильника будет попадать в неосвещаемые зоны, вызывая световое загрязнение: нежелательное проникновение света на смежные территории проникновение света (проникновение света в уличное и спортивное освещение), засветку ночного неба (skyglow), ослепляющую блескость и другие негативные явления. Научно обоснованное светораспределение в сочетании с оптимизированным проектом освещения позволяет существенно повысить яркость и равномерность освещения дорожного покрытия, одновременно эффективно снижая уровень ослепляющей блескости; такой подход также обеспечивает энергоэффективное освещение. Данный метод успешно применяется также при освещении стадионов и внутренних помещений, позволяя в полной мере реализовать принцип: «освещать именно там, где это необходимо, и не создавать помех там, где свет не нужен».

Уличные фонари без технологий интеллектуального управления

В современную эпоху, когда особое внимание уделяется низкоуглеродным технологиям и оптимизации управления, отсутствие интеллектуального контроля в системах дорожного освещения представляет собой источник значительных скрытых потерь. В традиционных уличных фонарях, как правило, используются лишь простые таймеры или фотоэлементы(Что-то про фотоэлемент), реализующие лишь примитивную схему работы: «включить на закате, гореть всю ночь, выключить на рассвете». Такой подход совершенно не отвечает реальным потребностям в освещении в позднее ночное время, когда интенсивность дорожного движения минимальна, что приводит к неоправданным потерям ресурсов и негативному воздействию на окружающую среду. Помимо нерационального расхода электроэнергии, уличные светильники без интеллектуального управления не способны заблаговременно сообщать о возникших неисправностях; их обслуживание полностью зависит от плановых инспекций технического персонала и обращений граждан, что влечет за собой рост трудозатрат и потенциальные экономические убытки. Современные интеллектуальные системы управления кардинально изменили эту ситуацию(Менее энергоэффективное освещение). К числу таких методов управления относятся, в частности, диммирование по таймеру, использование датчиков движения и комплексное интеллектуальное управление. Их функциональные возможности и преимущества будут подробно рассмотрены в следующем разделе.

Трудности в обслуживании уличного освещения

Расходы на техническое обслуживание уличного освещения всегда вызывали обеспокоенность у муниципальных служб; именно по этой причине в последние годы широкую популярность приобрели светодиодные уличные светильники (прежде всего благодаря своей высокой световой отдаче). На практике трудности, связанные с устранением неисправностей светодиодных светильников, или долгосрочное бремя, обусловленное необходимостью частого технического обслуживания, зачастую обходятся дороже, чем первоначальная стоимость самого оборудования. Как показывает опыт эксплуатации, традиционные натриевые лампы высокого давления требуют регулярной замены как самих ламп, так и пускорегулирующих аппаратов. Вероятно, вы замечали, что в старых городских районах уличные фонари нередко гаснут; это верный признак неисправности традиционной лампы. Ремонтные работы начинаются лишь после того, как жители сообщат о проблеме, что влечет за собой высокие затраты и длительное время реагирования служб. В особых зонах — таких как эстакады, скоростные автомагистрали или объекты с высокомачтовым освещением (Решение ZGSM для освещения высоких мачт) — обслуживающему персоналу приходится выполнять высотные работы, что повышает как риски для безопасности, так и сложность технического обслуживания. Современные системы уличного освещения (на базе светодиодных технологий) развиваются в направлении создания решений, не требующих технического обслуживания или максимально простых в эксплуатации, тем самым эффективно устраняя вышеперечисленные проблемы. Подробный анализ данного вопроса будет представлен в следующем разделе.

Сильное снижение светового потока и отсутствие функции CLO

В разделе, посвященном световой отдаче, мы упоминали о проблеме деградации светового потока(Что такое затухание света?). Деградация светового потока — это неизбежная физическая особенность любых осветительных приборов; по сути, она представляет собой снижение эффективности преобразования электрической энергии в световую энергию источником света в процессе его эксплуатации. Эта проблема характерна для ламп накаливания, натриевых ламп высокого давления, а также светодиодных ламп и встречается повсеместно. При выполнении светотехнических расчетов все мы, вероятно, сталкивались с понятием «коэффициент запаса» (maintenance factor). По сути, это прогнозируемая оценка будущей деградации светового потока, которая обычно рассчитывается с использованием данных стандартов LM80 и TM21. Суть этого подхода заключается в том, что световой поток, излучаемый лампой, со временем снижается; следовательно, этот фактор необходимо учитывать еще на этапе проектирования системы освещения. Хотя использование ламп большей мощности для освещения целевой зоны на начальном этапе и влечет за собой определенные потери энергии, главное преимущество такого подхода состоит в том, что он гарантирует сохранение достаточного уровня освещенности в данной зоне даже на завершающих этапах срока службы ламп. Чем выше степень деградации светового потока, тем выше должна быть начальная мощность используемой лампы. Следовательно, в практических приложениях для достижения максимальной энергоэффективное освещение следует выбирать светодиодные лампы с минимальным уровнем деградации светового потока. В то же время для минимизации снижения светового потока, вызванного скоплением пыли и грязи, необходимо регулярно проводить техническое обслуживание и чистку светильников (прежде всего, их светоизлучающих поверхностей); это позволит обеспечить стабильное освещение, соответствующее всем нормативным требованиям, при минимальных эксплуатационных затратах.

Способы реализации энергоэффективное освещение в системах уличного освещения

Уличные светильники с высокоэффективными светодиодами и высоким качеством

Ключ к решению проблем, связанных с низкой эффективностью и высокой уязвимостью осветительного оборудования, заключается в создании комплексной системы управления замкнутого цикла, охватывающей этапы выбора продукции, проектирования, верификации и технического обслуживания. Прежде всего, необходимо обеспечить строгий контроль на начальном этапе, используя только сертифицированные светодиодные чипы и драйверы. Следует четко определить ключевые параметры — такие как бренд производителя, световая отдача, степень деградации светового потока, КПД драйвера и срок службы, — чтобы исключить саму возможность использования некачественных компонентов. Во-вторых, при проектировании изделий особое внимание следует уделять согласованию электрических параметров и надежности системы теплоотвода. Это позволяет светодиодам сохранять номинальную световую отдачу и минимизирует негативное воздействие высоких температур на общий срок службы светильника. На этапе верификации проекта необходимо проводить испытания в темновой камере или с использованием интегрирующей сферы, чтобы подтвердить соответствие фактической световой отдачи проектным требованиям. Одновременно следует измерять температуру в контрольной точке Ts светильника для оценки эффективности системы теплоотвода. При наличии соответствующих условий можно проводить испытания на деградацию светового потока в соответствии с такими стандартами, как IEC 62717, IEC 62722 и ENEC+ (например, для уличных светильников серии ZGSM ENEC+), что позволяет оценить долгосрочную стабильность работы оборудования на протяжении всего срока службы. Хотя использование высококачественных светодиодов и драйверов требует более высоких первоначальных инвестиций, это позволяет существенно снизить частоту и стоимость последующего технического обслуживания. Следовательно, решения о закупке оборудования не должны основываться исключительно на критерии низкой цены; не менее важным фактором должна выступать энергоэффективность осветительных систем.

Оптимизированная оптическая схема и моделирование освещения

Для решения таких проблем, как потери световой энергии, световое загрязнение и неудовлетворительные световые эффекты, вызванные неправильным распределением света, можно достичь системного решения за счет оптимизированной оптической конструкции и стандартизированного строительства и монтажа. Во-первых, светильники ZGSM предлагают на выбор различные кривые распределения света. Например, уличные фонари предлагают распространенные распределения света, такие как тип IIM и тип IIIM. Мы также можем адаптировать распределение света типа IV для освещения парковок или асимметричное распределение света (как боковое, так и вертикальное) для освещения пешеходных зон. Кривые распределения света значительно различаются в зависимости от сценария применения. Например, узкие лучи или асимметричное распределение света (отличающееся от оптики уличных фонарей) подходят для спортивных площадок, в то время как прямоугольные кривые распределения света больше подходят для освещения складских стеллажей. Если вас интересуют эти сценарии применения, пожалуйста, свяжитесь с нами или ознакомьтесь с нашим блогом — Распределение света светодиодных светильников. Кроме того, выбор кривых распределения света зависит от опытных дизайнеров освещения, которые могут быстро подобрать подходящее распределение света в зависимости от сценария освещения и проверить его в программном обеспечении для моделирования освещения. Оптимизация конструкции освещения позволяет точно позиционировать каждый светильник, стандартизировать углы установки или точки наведения для удобства монтажа. Оптимизированные конструкции освещения обеспечивают выдающуюся равномерность освещения, контроль бликов и энергосбережение, достигая точного освещения, то есть энергоэффективное освещение.

Применение интеллектуальных систем управления: диммирование по таймеру и беспроводное управление освещением

Существует множество способов реализации интеллектуального управления уличными светодиодными светильниками. В данном обзоре мы сосредоточимся на таких методах, как диммирование по таймеру, использование микроволновых датчиков и системы интеллектуального управления уличным освещением (беспроводные). Благодаря диммированию по таймеру система может автоматически снижать мощность светильника до определенного уровня (например, 50%) в заданный временной интервал (например, с полуночи до 5 утра), обеспечивая тем самым энергоэффективное освещение. Важно отметить, что эта функция, как правило, уже встроена в драйвер светодиодного светильника; однако многие заказчики не знают об этом, что приводит к неэффективному использованию данной возможности. По сравнению с диммированием по таймеру (в сфере уличного освещения эта функция часто обозначается термином Astrodim), использование микроволновых датчиков и систем интеллектуального управления требует дополнительных финансовых затрат, однако эти решения обеспечивают более широкий функционал и упрощают внедрение энергоэффективное освещение. Уличные светодиодные светильники могут оснащаться микроволновыми или инфракрасными датчиками движения, позволяющими обнаруживать пешеходов и транспортные средства. При приближении автомобиля или пешехода светильник переходит из режима пониженной яркости в режим полной мощности, а после того как объект покидает зону обнаружения, автоматически возвращается в энергосберегающий «спящий» режим, тем самым снижая потребление электроэнергии. Для реализации интеллектуального управления уличным освещением необходимо оснастить каждый светильник специальным контроллером; как правило, он устанавливается непосредственно на корпус светильника с использованием стандартных разъемов типа Zhaga или NEMA（Zhaga или NEMA）. С помощью централизованного блока управления (шлюза) можно в режиме реального времени управлять включением и выключением, диммированием, а также сбором эксплуатационных данных со светильников, обеспечивая тем самым эффективное управление и оптимизацию работы системы освещения.

Конструкция, не требующая инструментов, и модульная конструкция

Простота технического обслуживания и возможность эксплуатации без необходимости регулярного сервиса — вот два ключевых преимущества светодиодных уличных светильников. Во-первых, высококачественные светодиодные светильники отличаются более медленной деградацией светового потока по сравнению с традиционными осветительными приборами; срок их службы, как правило, достигает 50 000–100 000 часов, что позволяет существенно увеличить интервалы между заменами оборудования. Во-вторых, качественные драйверы для светодиодов демонстрируют повышенную надежность (увеличенную наработку на отказ и более долгий срок службы), а также низкую частоту отказов, благодаря чему требуют минимального ремонта или замены. Опираясь на эти два фактора, многие производители позиционируют светодиодные светильники как изделия, не требующие технического обслуживания. Кроме того, модульная конструкция и возможность безинструментального доступа к внутренним компонентам (Конструкция уличных фонарей, не требующая инструментов.) стали стандартными решениями для современных уличных светодиодных светильников. В случае неисправности светильника обслуживающий персонал может открыть его корпус без использования специальных инструментов и оперативно заменить вышедший из строя компонент, что позволяет значительно сократить время проведения работ непосредственно на объекте. Модульная конструкция также упрощает процесс технического обслуживания: достаточно иметь в запасе лишь соответствующие сменные модули, что устраняет необходимость в глубоких познаниях электрических параметров устройства и обеспечивает высокую эффективность сервисных работ. При использовании в сочетании с интеллектуальными системами управления это позволяет городским службам эксплуатации оперативно выявлять неисправности и своевременно приступать к их устранению. По сравнению с традиционными осветительными приборами, светодиодные уличные светильники позволяют существенно сократить затраты и время на техническое обслуживание на протяжении всего жизненного цикла, а также обеспечивают гораздо более высокую оперативность реагирования на возникающие неисправности.

Конструкция с низким уровнем деградации светового потока и применение CLO

Снижение светового потока (световая деградация) является серьезной проблемой как для покупателей, так и для продавцов в индустрии светодиодного освещения. Простое решение, позволяющее избежать дополнительных энергозатрат, вызванных световой деградацией, заключается в выборе продукции с минимальным уровнем снижения светового потока. В связи с этим мы рекомендуем клиентам внимательно изучать протоколы испытаний, предоставляемые производителем; базовым документом в данном случае является отчет TM-21. Также следует принимать во внимание отчеты LM-80 и ISTMT; при этом все отчеты должны быть выданы независимой лабораторией, имеющей аккредитацию по стандарту ISO 17025. Стандартом выбора, получившим широкое распространение, является показатель L70 > 100 000 часов; однако более предпочтительными вариантами считаются L80 > 100 000 часов и даже L90 > 100 000 часов, поскольку они предъявляют более высокие требования к эксплуатационным характеристикам светильника. В описании данной проблемы мы упоминали понятие «коэффициент запаса» (maintenance factor). Оно подразумевает выбор светодиодных уличных светильников с изначально более высокой мощностью еще на этапе проектирования системы освещения, что позволяет обеспечить требуемый уровень освещенности на целевой территории. К числу факторов, влияющих на коэффициент запаса, относится коэффициент сохранения светового потока источника света — иными словами, уровень его световой деградации. Чем медленнее происходит снижение светового потока, тем выше значение данного коэффициента; это, в свою очередь, позволяет использовать более высокий общий коэффициент запаса и соответствующим образом снизить исходную мощность светильника. Тем не менее, данный подход по-прежнему влечет за собой избыточное потребление энергии на начальном этапе эксплуатации, что и послужило стимулом для разработки технологии поддержания постоянного светового потока (CLO — Constant Lumen Output). В настоящее время многие драйверы (источники питания) для светодиодов оснащаются этой функцией; примерами могут служить серии EUM от компании Inventronics, серии FP от Philips, а также продукция таких брендов, как Tridonic. Благодаря этой технологии мощность светильника может постепенно увеличиваться с течением времени, компенсируя снижение светового потока, вызванное деградацией светодиодов, и тем самым обеспечивая высокую энергоэффективность системы освещения. Одновременно с этим для минимизации снижения светового потока, вызванного скоплением пыли и грязи, необходимо регулярно проводить техническое обслуживание и очистку светильников (прежде всего — их светоизлучающих поверхностей). Для получения дополнительной информации рекомендуем ознакомиться с публикацией в нашем блоге: «Коэффициент запаса в системах освещения».

Светодиодный уличный светильник ZGSM

Краткое содержание

Существует пять основных причин, по которым уличное освещение не может обеспечивать энергоэффективное освещение. Во-первых, во многих уличных фонарях используются некачественные светодиодные чипы и драйверы, что приводит к низкой общей световой эффективности и частым сбоям. Во-вторых, нерациональное распределение света приводит к неэффективному освещению целевых зон, а также вызывает световое загрязнение и блики (Что такое блики и как их уменьшить в освещении?). В-третьих, отсутствует интеллектуальное управление, например, традиционное таймерное диммирование для экономии энергии при одновременном удовлетворении потребностей в освещении при малом транспортном потоке в ночное время. В-четвертых, уличные фонари сложны в обслуживании, что приводит к высоким затратам на техническое обслуживание. В-пятых, сильное снижение светового потока и отсутствие технологии CLO приводят к долговременным потерям энергии. Эти факторы приводят к тому, что светодиодные уличные фонари потребляют больше энергии в течение своего цикла работы; однако этих факторов можно избежать. Компания ZGSM предлагает собственные решения для устранения этих проблем. Строго контролируя качество светодиодных чипов и драйверов, мы можем повысить надежность и световую эффективность светильников на этапе производства; Выбор соответствующих кривых распределения света в зависимости от различных сценариев и сочетание схем проверки моделирования освещения с рекомендациями по установке; применение таймерного диммирования, микроволнового датчика и беспроводных интеллектуальных систем управления для обеспечения освещения по требованию и упреждающего оповещения о неисправностях; использование модульных конструкций, не требующих инструментов, для снижения сложности обслуживания и общих затрат на протяжении всего жизненного цикла; выбор оптимизированных структур рассеивания тепла и высококачественных светодиодов для уменьшения снижения светового потока, а также внедрение технологии постоянного светового потока для динамической компенсации потерь мощности при снижении светового потока, что позволяет экономить избыточное энергопотребление светодиодных уличных фонарей на ранних и средних этапах эксплуатации. Благодаря этим мерам мы можем обеспечить энергоэффективное освещение дорог. Если вас заинтересовал какой-либо из этих методов, пожалуйста, свяжитесь с нами для получения дополнительной информации.

Сопутствующие товары

Похожие блоги

Связанные дела

Люди также спрашивают