Eficiența energetică în domeniul iluminatului electric

1. Introducere

Iluminatul electric este unul dintre cele mai importante receptoare de energie electrică atât prin ponderea în balanţa de energie electrică a ţării cât şi ca element esenţial în dezvoltarea societăţii actuale. în acelaşi timp, este un re¬ceptor care are cea mai mare răspândire în societate, astfel încât orice progres făcut în acest domeniu este cunoscut de marea majoritate a populaţiei. Creşterea eficienţei sistemelor de iluminat electric determină reducerea facturii de energie electric, reducerea consumurilor de energie şi, astfel, reducerea poluării mediului ambient prin energia neutilizată, în acelaşi timp are şi un important efect de conştientizare.

Studiile pentru creşterea eficienţei energetice a siste¬melor de iluminat electric au urmat trei direcţii principale:

• realizarea de surse de lumină cu eficienţă luminoasă superioară;

• realizarea de echipamente auxiliare cu eficienţă ridicată şi cu perturbaţii reduse transmise în reţeaua electrică de alimentare;

• managementul adecvat al sistemelor de iluminat.

Deoarece eficienţa luminoasă a surselor actuale este relativ redusă (sub 180 lm/W faţă de valoarea ideală de 683 lm/W), studiile actuale urmăresc realizarea unor surse de lumină cu eficienţă luminoasă de peste 200 lm/W. Pentru asigurarea unor caracteristici luminotehnice adecvate, sursele actuale de lumină necesită sisteme auxiliare, optice şi electrice pentru a asigura redistribuirea necesară a fluxului luminos dar şi alimentarea cu parametri adecvaţi ai energiei electrice.

Având în vedere faptul că nivelul de iluminare trebuie să fie conform cu activităţile din zonă şi a nivelului acestora, controlul nivelului de iluminare în funcţie de parametri caracteristici ai zonei poate asigura importante economii de energie electrică. În analiza eficienţei energetice a sistemelor de iluminat este necesar a lua în considerare şi reducerea impactului asupra mediului ambiant prin reducerea consumului de energie primară pentru producerea energiei electrice. în calculele practice poate fi luat în consideraţie faptul că fiecare kWh economisit conduce la reducerea emisiei de CO2 circa 1 kg.

Desigur că la realizarea sistemelor de iluminat, eficienţa energetică nu este singurul obiectiv. în unele cazuri aspectele estetice sunt predominante (muzee, expoziţii, săli de protocol etc.) şi aspectele energetice rămân pe planul secund.

2. Rezumat

Deşi sunt încă larg utilizate, lămpile cu incandescenţă clasice, datorită eficienţei luminoase reduse (sub 20 lm/W), practic nu mai sunt dezvoltate şi produse. Studiile actuale în domeniul lămpilor cu incandescenţă sunt îndreptate pe utilizarea nanotehnologiilor pentru realizarea matricei electrice a lămpii. Acest tip de lămpi încă nu este comer¬cializat dar studiile de laborator prevăd o eficienţă lumi¬noasă de până la 180 lm/W [1].

Lămpile cu descărcări în vapori metalici au cunoscut o dezvoltare continuă (tabelul 1) astfel încât, în prezent sunt utilizate lămpi cu descărcare în vapori metalici de joasă presiune (tuburi fluorescente) cu eficienţă luminoasă de peste 120 lm/W şi lămpi cu descărcare în vapori metalici de înaltă presiune cu eficienţă luminoasă de peste 180 lm/W.

Tabelul 1

Parametri caracteristici ai lămpilor cu descărcare în vapori metalici

Sursa de lumină Puteri

nominale

[W] Eficienţa

luminoasă,

[lm/W] Durata

de viaţă,

[ore] Indice de

redare a

culorilor Cost aproximativ

[Euro]

Lămpi cu incandescenţă

• lampa iniţială Edison 1,4

• normale 15...500 8...20 1000 94...97 0,35...0,5

• cu halogeni 75...2000 20...30 2000 4,2

Lămpi cu descărcare în vapori metalici de

• tuburi fluorescente 15...140 75...120 >16000 48...90 1,75

• lămpi fluorescente compacte (CFLs) 5...40 55...88 >8000 80...85 10...18

• lămpi cu sodiu 18...180 150...180 >8000 nedefinit 30

Lămpi cu descărcare în vapori metalici de înaltă presiune HID (High Intensity Discharge)

• lămpi cu vapori de mercur 100...2000 32...60 >20000 22...43 15...18

• lămpi cu sodiu 50...1000 66...130 >24000 22...80 18...20

• lămpi cu halogenuri metalice 70...1800 60...110 >15000 65...70 18...20

Lămpi cu inducţie 55...150 65...70 >60000 20 210...300

Compactă cu inducţie 23 48 10000 82 15...20

Lămpi cu LED-uri 1 ...75 60...80 80000

Înlocuirea lămpilor cu incandescenţa cu lămpi compacte (cu un consum de energie electrică practic de 4 ori mai redus şi o durată de viaţă de 10 ori mai mare) este una dintre cele mai eficiente metode de reducere a consumului de energie electrică.

Tuburile fluorescente (fig. 1), larg utilizate pentru iluminatul general, pot ajunge la o eficienţă luminoasă de până la 120 lm/W, în special prin creşterea randamentului de conversie a luminii din spectrul ultraviolet a descărcării în vapori de mercur în spectrul vizibil, în stratul fluorescent depus pe interiorul tubului. în mod obişnuit, se folosesc lămpi tubulare T 26 sau T16 (cifra reprezintă diametrul tubului de descărcare) cu eficienţă luminoasă ridicată.

a.

b.

Fig. 1. Lămpi cu descărcare în vapori de mercur de joasă presiune: a) lămpi tubulare; b) lămpi compacte

O dezvoltare deosebită au cunoscut-o lămpile cu halogenuri metalice (fig. 2), realizate pe baza lămpilor cu descărcare în vapori de mercur de înaltă presiune. Redarea culorilor şi eficienţa luminoasă sunt îmbunătăţite prin in¬troducerea în tubul de descărcare de ioduri de Na, In şi TI precum şi mercur.

Descărcare în interiorul tubului, în funcţionare normală, are loc în vaporii iodurilor metalice şi nu apar liniile spec¬trale ale mercurului.