Проектиране на улични осветители

Възможности за минимизиране на годишните разходи на осветителната уредба

Съгласно закона за енергетиката, уличното осветление (УО) премина в собственост от електроразпределителните предприятия към общините. Като собственици на УО, общините следва да инвестират в неговата реконструкция, изграждането на нови участъци, да заплащат разходите за електроенергия и експлоатация. Направени анализи показват, че разходите за УО представляват около 3% от общите годишни разходи на общините. В сила е новият стандарт за улично осветление БДС ЕN 13201, който чувствително променя философията на УО в сравнение със стария български държавен стандарт. Постепенно в нашата страна ще започне да се прилага дългогодишната европейска практика, съгласно която при тежки пътнотранспортни произшествия (ПТП) в тъмната част на денонощието се измерват показателите на УО в участъка на ПТП и ако те не отговарят на нормените, ще се търси по съдебен ред отговорност от собственика, т.е. от общините. Дългосрочната тенденция към непрекъснато увеличение на цената на електрическата енергия и разходите за поддръжка, заплати, горива и други, създава предпоставки за непрекъснато увеличение на годишните разходи за УО.

Улични осветителни уредби с минимални годишни разходи

Постепенно на българския пазар се създава пазарна ниша за качествени осветителни тела. Съгласно закона за счетоводството, при търговските дружества за разход се признават амортизационните отчисления и лихвите по кредити, докато при общините като краен потребител не се начисляват амортизационни отчисления, а за разход се признава главницата и лихвите по текущите кредити. Като добра практика в общините се налага вземането на дългосрочни нисколихвени кредити (>20 години), получени от специализирани банкови институции. Общините изплащат ежемесечно с бюджетни средства текущите лихви и главница по кредита, а също така ежемесечните разходи за електроенергия и експлоатация на УО.

От особена важност за производителите е да усвоят производството на улични осветителни тела, чрез които да се реализират улични осветителни уредби (УОУ) с минимални годишни разходи, т.е. Сгод=min. Решението на така дефинираната задача започва с проектиране и конструиране на уличното осветително тяло (УОТ).

Съществено влияние върху годишните разходи на УОУ оказват следните показатели на оптичната система и светлинния източник:

- Форма на светоразпределителната крива (СРК);

- КПД на оптичната система;

- Степен на защита IP на оптичната система;

- Светлинен добив на лампата;

- Оптимален срок за групова подмяна на лампите.

Определяне на оптималната СРК

УОУ се нормират по яркост и уличните настилки отразяват дифузно насочено, като с увеличаване на ъгъла g се увеличава и яркостният коефициент, което създава предпоставки с по-малък светлинен поток да се реализира желана яркост.

Оптимизационната задача, която се дефинира, е при зададена геометрия на УОУ (A, B, H, R) да се получи форма на СРК, която изпълнява следните две условия:

- удовлетворява нормените качествени и количествени показатели (Lm, Uo, UL, TI) с минимален светлинен поток Ф=min.

- с определен светлинен поток и стойности на качествените показатели (Uo, UL, TI) осигурява получаването на максимална яркост Lm = max.

В резултат на решението на оптимизационната задача се получава СРК, като има показатели - съотношение на осветеността към яркостта E/L=7. При отношение на междустълбието А към височината Н, т.е. А/Н=6, се удовлетворяват нормените количествени и качествени показатели.

За да се илюстрира влиянието на формата на светоразпределителната крива върху икономическите показатели, се разглеждат следните две гранични решения, изпълнени с осветителни тела с един и същ КПД, една и съща лампа и едни и същи стойности на MF:

- A/H=4 E/L=14;

- A/H=5.5 E/L=9.

При второто решение са необходими около една трета по-малки инвестиции (стълбове и осветителни тела).

Геометрична форма на оптичната система

Реализирането на получената по изчислителен път оптимална СРК се осъществява чрез оптичната система на улични осветителни тела. Разработването на оптичната система за широкоизлъчваща СРК се извършва със специализиран софтуер. Като най-добро постижение до момента се счита използването на фасетни оптични системи с комбинация от огледални и дифузни равнинни и триизмерни фасети.

В таблица 1 са представени интегралните коефициенти на отражение на традиционните и най-новите светлотехнически материали, използвани за производство на рефлектори на УОТ.

Технологията на производство на Miro Al и Miro Ag е следната - върху алуминиева основа Al 99.5, се нанася по вакуумен способ чист Al (99.99) или чисто сребро Ag (99.99), а след това оптически интерферентен слой от SiO2 с нисък коефициент на пречупване и TiO2 с висок коефициент на пречупване. Интерферентните слоеве повишават коефициента на отражение.

На фиг. 1 са представени относителните загуби на светлинен поток в зависимост от броя на многократните отражения и вида на отразяващото покритие.

Използвани материали за рефлектори

При използването на класическите материали - полиран и елуксиран Al, КПД на уличните осветители не би могъл да има стойности по-високи съответно от 0.6 и 0.7. Това се дължи на ниската стойност на r и r0, което поражда многократни отражения. При използване на материала Miro Ag е практически възможно да се получи КПД hі0.85. Лентово елуксираният материал не би могъл да се изтегля дълбоко (основна технология при производство на рефлектори за УОТ от листов материал), поради което неговото приложение в УОТ остава ограничено.

Като новост в производството на оптични системи за УОТ е използването на пластмаси-керамики, които имат висока температурна устойчивост с работна температура tpі230oC (обикновените пластмаси имат tpЈ120oC, която е чувствително по-ниска от реалната температура в оптичната система).

Пластмасите-керамики могат да се шприцоват, което гарантира висока точност и производителност и след това чрез приложение на нанотехнологии се нанася химическо чисто сребро, а върху него интерферентен слой от SiO2 и TiO2, които повишават r и предпазват среброто от патиниране.

За да се ограничи вътрешното му отражение, се използват разсейватели от изпъкнало стъкло с по-малко вътрешно отражение и по-висок КПД, осигуряващи по-широко светлоразпределение.

Влияние на КПД върху годишните разходи

За да се демонстрира влиянието на КПД върху годишните разходи, нека разгледаме два варианта - единият често срещан в практиката с h=0.6, а вторият - високо технологичен с h=0.85, при едно и също светлоразпределение, IP и MF. Използването на високотехнологичен вариант създава възможност да се намали мощността на лампата от 100 W на 70 W, което води до реализирането на икономия на електроенергия за целия период на експлоатация.

Даден осветител се разработва за определена гама от конфигурации на УОУ. За да бъде осветителят с оптимални показатели за конкретна улична осветителна уредба, е желателно оптичната система да може да се регулира така, че основната част от светлинния поток да попада по дължината на уличното платно за конкретна геометрия на УОУ. Най-често се постига чрез промяна на местоположението на лампата в рефлектора.

На фиг. 3 е показано светлоразпределението при различни положения на лампата и рефлектора. Чрез този способ е възможно да се осигури до Фу=75% от светлинния поток, излъчван от осветителното тяло, да попада върху уличното платно.

Проф. Христо Василев, ТУ-София

Статията продължава в следващ брой на сп. Технологичен дом.