Проектиране на улични осветители – част II

По света не са една и две административните, офисните и обществените сгради, в блестящите стъклени фасади и върху покривите на които са вградени фотоволтаични панели, осигуряващи в известна степен енергийната им независимост. У нас ситуацията е доста по-различна. Все още конкуренцията в съсловието е основно на ниво екстериорен дизайн на новостроящите се сгради, докато използването на модерни енергийноефективни технологии не е сред приоритетите на повечето инвеститори.

 Ако обърнем поглед върху пазара на изкопаемите горива и мрачните прогнози на световните анализатори за тенденциите в развитието на цените им, обаче, ще видим, че времето, в което технологиите за оползотворяване на възобновяемите енергийни източници са модно, но доста абстрактно и лишено от практически смисъл понятие, скоро ще отмине. Съществуват и приложения, в които свързването с централната електроенергийна система е силно затруднено, например вили в отдалечени райони, за които фотоволтаичните системи са алтернатива.
В този и следващи броеве на списание Технологичен дом ще обърнем специално внимание на принципите на работа на фотоволтаични панели, основните им характеристики, видовете системи, оползотворяващи слънчевата енергия, и възможностите за развитие на слънчевата енергетика у нас.

Икономии чрез по-висок експлоатационен фактор
Съгласно новия стандарт за улично осветление, експлоатационният фактор на една осветителна система (MF) зависи до голяма степен от експлоатационния фактор на осветителното тяло Кот. Той, от своя страна, се определя в зависимост от степента на защита IP, интервалът на почистване на оптичната система и степента на замърсяване на околната среда (таблица 1).
За да се демонстрира значението на степента на защита IP и стратегията за почистване, т.е. на експлоатационния фактор Кот на оптичните системи, е възможно да се приложат две крайни технически решения.
Първото от тях е при всяка степен на замърсяване да се избере осветител с ниска цена, степен на защита IP2х и без стратегия за поддръжка, т.е. с период на почистване - 3 години. В този случай, експлоатационният фактор на осветителното тела е Кот = 0.42;
Второто решение се състои в избор на по-скъп осветител при същата степен на замърсяване. Той е със степен на защита IP6х и със стратегия за поддръжка с период на почистване - 1 година. Следователно Кот=0.91.
И двата осветителя се характеризират с един и същ КПД, както и едно и също светлоразпределение. Ако при първия вариант мощността на източника е 100 W, то при втория се получава мощност от 50 W. На практика това означава икономия от 50 W, която при 6% годишно увеличение на цените на електроенергията осигурява 700 лева икономия за целия период на експлоатация (15 години). Тази сума чувствително надвишава стойността на осветителното тяло.

Осветителите с 4-годишен период на почистване
Ежегодното почистване на оптичната система на уличните осветителни тела (УОТ) изисква значителни разходи. Те се формират и като резултат от необходимостта да се използва специализираната транспортна техника (автовишки, платформи).
Водещите производители на УОТ работят върху създаването на улични осветители с четиригодишен период на почистване, т.е. периодът на почистване съвпада с периода на подмяна на светлинните източници. По този начин за 15 години експлоатация биха се спестили около 120 лв. Ако като база се приеме размерът на работните заплати в сектора и се заложи средно годишното им увеличение с 8% (за тази категория специалисти), икономиите биха възлезли на около 200 лв. А това е съизмеримо с цената на УОТ. За решаване на проблема с четиригодишния период на почистване, специалистите разработват многокамерни “дишащи” степени на защита (фиг. 1) и капсуловани “труднодишащи” степени на защита. При тях цялата оптична система е капсулована и подмяната на лампите, почистването и настройката им се извършва през отвор с Ф60 (фиг. 2). При нормална и много чиста околна среда в оптичната система се постига период на почистване 4 години и експлоатационен фактор на осветителното тяло Кот=0.92

Невъзстановяеми загуби в оптичната система
Невъзстановяемите загуби - DФ, в оптичната система се дължат на необратимото стареене на отразяващите и пропускащите повърхности. В зависимост от вида на материалите, степента на защита IP и начина на почистване, DФ = 0.02 - 0.1. Приема се, че DФ = 0.02 е характерен за най-добрите осветителни тела. Те са с разсейвател от силикатно стъкло и рефлектор, защитен със SiO2.
Експлоатационният фактор Кн, отчитащ невъзстановяемите загуби, е Кн = 1 при DФ = 0.98. С така дефинираните “оптимални” показатели и характеристики се приема, че съществува “оптимално” улично осветително тяло. То е с характеристики: отношение междустълбие/височина на стълба A/H=5.5; отношение осветеност/яркост E/L=9; КПД h=0.85, светлинен поток на Фу=75%, защита срещу външни влияния IP66 - двукамерни, НЛВН (натриева лампа с високо налягане) с четиригодишен период на подмяна и Кн = 0.98. Нека приемем, че с него ще се проектира УОУ на градска магистрала с дължина l = 1000 m и нормална околна среда при яркост Lm=1 cd/m2, обща неравномерност Uo=0.4, надлъжна неравномерност UL=0.7, индекс на заслепяване TI=15%, влияние но околната среда (тъмна/светла) SR=0.5, височина на стълбовете H=8.25 m, ширина на уличното платно B=7.5 m и настилка R3.

Годишни разходи за оптималната УОУ
Експлоатационният фактор на една улична осветителна система се пресмята по зависимостта MF = Кн х Кф х Кот. Ако коефициентите се заместят със съответстващите им стойности за разглеждания пример, ще се получи MF = 0.98 х 0.9 х 0.92 = 0.81.
Приема се, че общината, която изгражда УОУ, взема нисколихвен кредит (7% годишна лихва върху остатъчната главница), който ще изплаща за срок от 20 години за стълбовете и 15 години за осветителните тела на равни месечни вноски. Тъй като осветителните тела имат морален и физически живот около 15 години, от важно значение за собственика на УОУ е да знае какви ще бъдат годишните разходи не само през първата година, а и през целия период на експлоатация. За тази цел се правят следните прогнози:
n цената на електроенергията за улично осветление ще се увеличава средногодишно с 6%;
n експлоатационните разходи (работна заплата, консумативи и др.) ще се увеличават средно годишно с около 8%;
При изчисленията могат да се представят средногодишните разходи за период от 15 години. Изходните цени включват доставка и монтаж на стълб, доставка и монтаж на “оптимално” осветително тяло с НЛВН 70 w, Фл = 6600lm, както и начална цена на електроенергията.
В таблица 2 са представени получените от примера годишни разходи с “оптималното” УОТ. Сгод=Сст + Сот + Се + Сп = 4723 лв/год.(т.е. цена на стълб + цена на осветител + цена на енергия + цена на поддръжка). Следователно, относителните годишни разходи Сгод за един линеен метър от уличната мрежа Сгод=4,72 лв/m за година. С така описаната методика се изчисляват годишните разходи на УОУ за улица с дължина 1000 m за най-масово използваните улични осветители в България. В таблица 3 са представени годишните разходи за всеки един от осветителите.

Пресмятане на съотношение между качеството и цена
Всички съвременни осветители имат възможност за монтиране на хоризонтална рогатка и вертикален стълб. Отварянето на осветителя и подмяната на монтажната плоча с пуско-регулираща апаратура (ПРА) се извършва без инструменти и по тази причина тези показатели не са включени при оценката на УОТ. Захранващата електрическа мрежа във всички разглеждани варианти ще е с дължина 1000 m и за да не усложняват изчисленията, разходите за електрическата мрежа се приемат постоянни за всички варианти.
За оценка на показателя V, даващ съотношението на качеството К към цената Z, се използва следната формула: V=10 x (K/(900+Z/2)). В нея К е качеството на осветителя, което зависи от годишните разходи. Определя се относително за всеки осветител, в зависимост от качеството на “оптималния” осветител, за който условно се приема К = 1000. За конкретен осветител с годишни разходи Сгод, К се пресмята по следната зависимост K=1000 x (C год опт/ Сгод). Във формулата Z е цена на осветителя в лева с ДДС и такса “опаковка”. В таблица 4 са представени стойностите на V за някои от най-употребяваните осветители в нашата страна.
Резултатите от направените изследвания показват, че при уличните осветители съществуват значителни резерви за намаляване на годишните разходи на УОУ. За да се постигнат качествените показатели на “оптималния” уличен осветител, трябва да се създават нови конструкции осветители, като се използват нови материали и нови технологии.

проф. Христо Василев, ТУ - София

Уважаеми читатели, публикуваният пример има за цел да представи методика за технико-икономическа оценка на УОУ, а не да абсолютизира посочените финансови параметри. Предвид динамиката на международния и българския пазар, част от цифрите са относителни. Нашата основна цел е да покажем, че в областта на уличното осветление съществуват сериозни възможности за енергоспестяване.