Как выбрать мощность уличного LED светильника

Решая задачи замены традиционных уличных светильников на основе натриевых или ртутных ламп – на современные, надёжные и экономичные LED-светильники, специалисты на местах довольно часто сталкиваются с определёнными трудностями в расчёте необходимой мощности LED-излучателя для реального объекта.

Уличные светильники на основе натриевых или ртутных ламп постепенно уступают место надёжным и экономичным LED-светильникам. При замене одних на другие рассчитать необходимую мощность светодиодного излучателя для реального объекта довольно непростая задача. Различные поставщики LED-оборудования дают отличающиеся рекомендации.

Как правило, их можно свести к таким основным методикам:

• 1) «Коэффициент». Сторонники такого подхода предлагают использовать простой множитель или коэффициент. Например, на объекте ранее использовался светильник с лампой ДНаТ мощностью 250 Вт, производительностью 40 лм/Вт. Светодиодный излучатель имеет производительность 100 лм/Вт. Коэффициент пересчёта 100/40=2,5. Следовательно, для достижения равного уровня освещённостей следует применить LED-светильник мощностью 250/2,5=100 Вт.

Недостатки метода:

А) Производительность ламп ДНаТ – непостоянная величина. Она колеблется от партии к партии, зависит от качества материалов, к тому же падает пропорционально времени эксплуатации лампы.

Б) Производительность LED-излучателя – также непостоянна и также падает со временем (хотя и в 5 раз медленнее).

В) Оптическая система обоих типов светильников, в зависимости от конструкции и степени загрязнённости, может снижать световой поток до недопустимых величин.

Г) Современные LED-излучатели могут иметь производительность от 90 до 160 лм/Вт, однако это практически не влияет на соотношения мощности в сравнении с натриевой лампой. LED-светильники имеют более высокий уровень блёскости, чем натриевые лампы. Это отражается на параметрах контрастности света. Для натриевой лампы показатель составляет около 35, а для LED светильника более 400.

• 2) «Паритет освещённости». Сравниваются конечные результаты работы светильников – по уровню создаваемой ими освещённости. Предлагается сравнение измеренных значений освещённости одного и того же объекта (в точке или группе точек), с заменой натриевого излучателя на светодиодный, и подбором мощности последнего до достижения равной освещённости. Недостатки метода:

А) Измерения уровней освещённости проводятся обычными карманными фотометрами, как правило, не предназначенными для измерений параметров LED-излучателей. В архиве АН Украины имеется научная работа, проведённая специалистами института УкрТрансСвязь, где показано, что обычные фотометры занижают показатели освещённости от LED-излучателей на величину от 23% до 80%. Причина – в программной адаптации фотометров под кривую спектральной чувствительности человеческого глаза в солнечном спектре. В спектре LED-излучения эта чувствительность значительно отличается.

Б) Квалификация измерителей и трудоёмкость процесса полигонных измерений также вносят заметный негативный вклад в результаты расчётов сравнительной мощности. Часто бывает, что на оптической оси можно получить однозначное соотношение, например, тот же коэффициент 2,5. Но уже в радиусе 1,5-2 м от оптической оси измеренная освещённость может быть как выше нормативной, так и ниже. Попытки применить более мощный LED светильник для «заливания светом» противоречий обычно приводят к мощности, всего на 10-15% меньшей, чем у натриевой лампы, что практически нивелирует саму идею экономии энергопотребления.

В) Тщательно измеренные уровни освещённости не совпадают при увеличении либо уменьшении реальной высоты подвеса светильника, что заставляет снова и снова применять трудоёмкую процедуру полигональных измерений практически для каждого второго уличного столба. Задача ещё более усложняется при наличии уклона или изгиба улицы, на которой установлены несущие опоры. А учитывая погрешность ручной азимутальной установки LED светильника на реальной трубе консольного подвеса (до 5-10 градусов) – задача адекватного сравнения величин измеренной освещённости становится практически нерешаемой.

Разберём несколько примеров реальных задач уличного освещения для сравнения мощности натриевых и светодиодных излучателей.

Задача 1. Парки, автостоянки, приусадебные участки

Посмотрим, каким должно быть соотношение мощностей при применении LED светильников в сфере паркового и приусадебного освещения. В этой зоне нет специфических требований к диаграмме направленности, неравномерности (специалисты используют термин «зебра»). Несущие опоры освещения размещаются со сравнительно большим интервалом. Для примера заменим светильники на основе натриевых ламп мощностью 70 Вт, на LED-светильники мощностью 36 Вт. Исследуемый объект представляет собой парковую дорожку протяжённостью 1 км, вдоль одной стороны которой установлены несущие опоры освещения с интервалом 40 м. Измеренные уровни результирующей освещённости одинаковы.

Для освещения 1 км такой парковой дорожки энергопотребление светильников на лампах ДНаТ составит 1750 Вт. LED-светильники суммарно потребляют 950 Вт с учётом потерь холостого хода драйверов.

Итого, полученный уровень экономии энергопотребления равен 46%.

Задача 2. Однополосные дороги категории б

Сравним мощности натриевых и LED-излучателей, установленных в один ряд на опорах вдоль однополосной дороги категории В.

Для достижения нормативных показателей минимальной освещённости, 1 км такой автодороги должен освещаться натриевыми излучателями 150 Вт и суммарной мощностью 3 750 Вт.

Такая же минимальная освещённость того же участка 1 км может быть достигнута LED-излучателями 100 Вт, суммарной мощностью 2 625 Вт (холостой ход драйверов учтён).

Таким образом, получаемый при установке LED-светильников уровень экономии энергопотребления – 30%.

Задача 3. Городские улицы

На том же участке однополосной автодороги категории Б попробуем уменьшить расстояние между несущими опорами освещения, на 15%. Это снизит коэффициент неравномерности освещённости дорожного полотна («зебру»). Насколько изменится соотношение мощностей натриевого и LED-излучателей?

Для достижения нормативных показателей минимальной освещённости 1 км такой автодороги должен освещаться натриевыми излучателями 150 Вт суммарной мощностью 4 500 Вт.

Такая же минимальная освещённость того же участка 1 км может быть достигнута LED-излучателями 100 Вт, суммарной мощностью 3 000 Вт.

Таким образом, полученный уровень экономии энергопотребления составит – 34%.

Проанализируем величины роста энергозатрат для ДНаТ и LED-светильников, полученные в задачах 2 и 3:

Как видим, рост суммарного энергопотребления LED-излучателей на участке при сближении несущих опор заметно отстаёт от роста энергопотребления в случае натриевых излучателей. Это- ещё один важный аргумент в пользу перехода на LED освещение улиц городов и посёлков. Суммарные капитальные затраты на оборудование освещения участка также можно значительно снизить за счёт применения сравнительно невысоких (6-7 м) и потому недорогих несущих опор. Да и LED светильники на эти опоры можно устанавливать невысокой мощности (60-80 Вт), что также поможет сэкономить. Если подсчитать капитальные затраты на оборудование LED-освещением 1 км улицы с применением опор высотой 7 м и отдельно – высотой 9 м, то выясним, что в первом варианте затраты ниже на 18-20%. При этом неравномерность («зебра») снизится до величины 5-7%.

Рассмотрим ещё один весомый аргумент в пользу применения в городском уличном освещении невысоких опор и маломощных LED-светильников. Такое оборудование путём сравнительно несложной и незатратной модернизации переводится на полное или частичное электропитание от солнечных батарей. А вот мощные магистральные LED-светильники 150-200 Вт на опорах высотой 9-12 м потребуют огромных площадей дорогих солнечных батарей. При этом ветровые и вибрационные нагрузки приведут к дополнительным затратам на обеспечение механической прочности, также потребуется применить дорогостоящие аккумуляторы большой ёмкости и большого веса. В результате материалоёмкость проекта превысит всякие допустимые нормы. Половина или даже больше генерируемого светового потока в такой установке будет рассеиваться на пути между установленным на большой высоте излучателем и поверхностью освещаемой дороги.

Задача 4. Многополосные дороги

Исследуем, как изменятся соотношения мощностей при многополосной дороге и однорядном размещении опор освещения, в случае применения LED-излучателей и ДНаТ излучателей высокой и уменьшенной мощности. Здесь для обеспечения параметров минимальной освещённости на всех полосах движения потребуется увеличить высоту подвеса светильников. Применяя ДНаТ излучатели малой мощности (из соображений экономии энергозатрат), приходится уменьшать расстояние между несущими опорами, из-за появления недопустимой нормативами «зебры».

Равные уровни освещённости получены такими вариациями применения светильников и расстояний между опорами на участке 1 км:

Полученное суммарное энергопотребление участка 1 км:

Проанализируем соотношения уровней экономии энергопотребления:

Заметим, что в случае многополосной дороги приходится сохранить большую высоту подвеса светильников, и тогда замена ДНаТ излучателей на менее мощные (с целью экономии) оказывается не такой уже и экономной, за счёт увеличения минимального количества опор для их подвеса. А вот в случае LED-светильников, характеризующихся точной диаграммой направленности светового потока, обеспечивается значительное сокращение энергозатрат при сохранении количества опор.

Задача 5. Многополосные автострады

Рассмотрим, насколько экономнее применить LED излучатели для многополосного шоссе категории А, с повышенными требованиями к минимальному уровню освещённости, в сравнении с лампами ДНаТ. Светильники меняются по принципу «1 на 1».

Большая высота подвеса (12 м) приводит к повышенным потерям светового потока. Категория автотрассы подразумевает также сведение «зебры» к минимуму. Энергопотребление LED светильников (единичная мощность 200 Вт) для освещения 1 км такой трассы составит 5 544 Вт, светильников на основе 250 Вт ДНаТ – 6 250 Вт.

Суммарная экономия –12%. Дополнительные факторы, такие как большая продолжительность бесперебойной службы, наличие предустановленных возможностей диммирования и точность распределения светового потока LED-светильников увеличивают экономичность. К слову, современные методы управления светоотдачей уличных LED-светильников обеспечивают автоматическое снижение энергозатрат на 20-30% в периоды сокращения трафика (обычно с 1:00 до 5:00). Этот принцип, не требующих никаких дополнительных датчиков или управляющих сигналов, реализован в серии магистральных LED светильников СДВ 02 производства компании ЕКТА.

Задача 6. Преимущества точной направленности лепестков диаграммы светораспределения LED светильников

Исследуем свойство точной направленности лепестков диаграммы светораспределения LED светильников, и что это может нам дать в плане экономии энергопотребления. Предположим, некая улица категории Б вначале освещалась светильниками на лампах ДНаТ 100 Вт, однако кризисные факторы заставили переключиться на использование ламп ДНаТ 70 Вт. При этом, из-за недостаточной ширины боковых лепестков диаграммы направленности светильников на лампах ДНаТ 70 Вт, пришлось увеличить их количество. Иными словами, если ДНаТ 100 Вт допустимо разместить на расстоянии 50 м одна от другой, то ДНаТ 70 Вт приходится сближать до 33 м, или монтировать дополнительные светильники. Сколько электроэнергии можно сэкономить при переходе на LED-светильники 48 Вт, разместив их с прежним интервалом 50 м, при соблюдении требований к освещённости?

Полученные результаты энергопотребления участка 1 км:

Как видим, переход на вроде бы маломощную лампу ДНаТ 70 Вт ведёт на самом деле к увеличению потребления электроэнергии. А вот показатели экономии при переходе на LED светильники:

Выводы

1. Чем выше категория освещаемой дороги, тем меньшие различия в энергопотреблении между ДНаТ и LED. В то же время, эксплуатационные затраты в случае использования LED светильников на порядок ниже, чем в случае ДНаТ, поскольку LED светильники практически не требуют обслуживания. Современные уличные LED светильники, кроме того, обладают возможностями дистанционного управления диммированием в ручном или автоматическом режиме, а лучшие модели оснащены самообучаемыми драйверами, что позволяет дополнительно экономить до 20-30% энергозатрат.
2. На многополосных скоростных автотрассах категории А, где используются светильники на основе мощных (250-400 Вт) ДНаТ ламп на опорах высотой более 12 м, не всегда возможно «1 на 1» заменить их адекватным LED-светильником. В этих случаях потребуется дополнительный перерасчёт светораспределения. Технически и экономически выгодно применение вместо одного излучателя двух маломощных LED-светильников на одной несущей опоре, или понижение высоты подвеса, или применение дополнительных опор. Точное формирование диаграммы направленности LED светильников позволяет дополнительно экономить до 10-15% энергозатрат при снижении неравномерности освещения до уровня 5-7%, но за счёт наращивания количества LED-светильников.
3. Наибольший выигрыш по энергопотреблению и удельным капитальным затратам на 1 км обеспечивают LED-светильники при размещении их на высотах подвеса 5-8 м, в сочетании с низкой стоимостью несущих опор.

Как видим, уровень экономии энергозатрат от замены натриевых излучателей на LED-стремительно снижается с ростом высоты подвеса, при условии замены «1 на 1» с измеренными равными уровнями освещённости.

Исходник: ekta.ua