Введение
Освещение оказывает значительное влияние на производительность офисных работ. Номинальный срок службы ламп определяется на основании лабораторных испытаний в стандартных режимах горения и зажигания. В условиях эксплуатации реальный срок службы ламп может не совпадать с номинальным. К числу факторов, влияющих на срок службы ламп при эксплуатации, относятся напряжение, ток, окружающая среда (в т.ч. температура), режимы работы и т.д. Например, срок службы ЛЛ существенно зависит от их цикла горения. Анализ этих факторов позволяет прогнозировать срок службы ламп в конкретных условиях эксплуатации и планировать сроки их плановых замен. Кроме того, этот анализ дает возможность выбирать оптимальные режимы освещения с точки зрения экономии энергии.
Современные здания оборудованы большим количеством информационных и коммуникационных систем. Примерами таких систем являются системы автоматизации, секретности, безопасности, пожарной сигнализации, распределения энергии и мониторинга. Эти системы дают огромное количество информации о работе управляемого ими оборудования. Анализ и извлечение из этой информации данных, относящихся к лампам и светильникам, может позволить прогнозировать их будущее поведение. Срок службы различных типов ламп 1. Лампы накаливания
Основной причиной выхода из строя ЛН является испарение вольфрама с нити накала.
Номинальный срок службы ЛН определяется при испытаниях в лабораторных условиях. Поскольку условия эксплуатации отличаются от лабораторных, то срок службы ламп в эксплуатационных условиях может отличаться от номинального значения, причем как в меньшую, так и в большую стороны. В отличие от ЛЛ частота включений ЛН мало отражается на их сроке службы. ЛН очень чувствительны к ударам и вибрации, но в зданиях они им не подвергаются. Основной фактор, влияющий на срок службы ЛН, – напряжение на них. Для расчета зависимости срока службы ЛН от напряжения на ней предлагается следующее уравнение: LA = LR х (VR / VA)n,
где LA – реальный срок службы ЛН;
LR – номинальный срок службы ЛН;
VA – реальное напряжение на ЛН;
VR – номинальное напряжение на ЛН;
n – 12-13. 2. Люминесцентные лампы
Основными факторами, определяющими срок службы ЛЛ, являются снижение светового потока из-за деградации люминофора, снижающей световой поток, и потеря электродами эмиссионной способности. Последнее может обусловливаться истощением или отравлением эмиссионного покрытия (ЭП) вольфрамовых спиралей электродов. При полной потере электродами эмиссионной способности они либо разрушаются, либо ЛЛ перестает зажигаться.
Скорость расхода ЭП может быть использована для определения срока службы ЛЛ. Некоторое разрушение ЭП происходит при каждом зажигании ЛЛ. Поэтому частота включений ЛЛ с подогревными электродами влияет на их срок службы. ЭП испаряется и в рабочих режимах ЛЛ. Повреждения вольфрамовых электродов могут вызываться также частыми включениями ЛЛ при работе с электронными ПРА, не обеспечивающими предварительный подогрев электродов.
Скорость расхода ЭП зависит от температуры электродов. При температурах ниже 700 и выше 1000 °С наблюдается существенное сокращение срока службы ЛЛ, обусловленное повышенной скоростью расходования ЭП электродов. Согласно Cathode fall voltage relationship with fl uorescent lamps, для минимизации потерь ЭП при зажигании ЛЛ температура электродов должна быть приблизительно 700 °С. Поэтому уровень подводимого тепла к электродам при зажигании имеет критичное значение. Слишком высокое напряжение накала даёт слишком высокую температуру электродов при зажигании и, следовательно, сокращает срок службы ЛЛ, а слишком низкое сокращает этот срок из-за недостаточности термоэлектронной эмиссии электродов, вызывающей ускоренное распыление их ЭП.
Срок службы ЛЛ зависит и от напряжения сети. Слишком высокое напряжение вызывает зажигание ЛЛ с недостаточно прогретыми электродами, а слишком низкое замедляет зажигание ЛЛ быстрого или моментального зажигания или вызывает многократные срабатывания стартеров в схемах с предварительным подогревом электродов. Во всех этих случаях наблюдается ускоренное снижение срока службы ЛЛ.
Высокая окружающая температура снижает световой поток и срок службы ЛЛ. Она изменяет электрические характеристики ЛЛ и ПРА и, как следствие, повышает ток. Длительная работа ЛЛ и ПРА при токах, больших номинальных, сокращает срок службы ЛЛ и ПРА. Ключевую роль играет правильный выбор ПРА и стартеров. ПРА, не обеспечивающие соответствующие режимы ЛЛ при разных уровнях напряжения сети, могут существенно снижать срок службы ЛЛ.
Рис. 1. Зависимости среднего (а) и относительного (б) сроков службы люминесцентных ламп от длительности их цикла включения
Известно, что расход ЭП электродов ЛЛ в пусковой период существенно выше, чем в рабочий. Номинальный средний срок службы ЛЛ обычно определяется при стандартном 3-х часовом цикле включения (3 часа работы на одно включение). Реальный цикл включения может сильно отличаться от стандартного. Если он больше 3-х часов, то срок службы ЛЛ выше номинального, а если меньше, то наоборот. В Profi tability of Switching off Fluorescent Lamps: TAKE-A-BREAK. Right Light 4. Proceedings of the 4th European Conference on Energy-Effi cient Lighting приведены характеристики и сроки службы ЛЛ с подогревными электродами (лампы Т-12) при работе в семи различных циклах включения (рис. 1,а). В приведены данные о влиянии длительности цикла включения на срок службы ЛЛ, полученные из различных источников, в том числе от изготовителей ламп (рис. 1,б). В Economics of Switching Fluorescent Lamps, IEEE Transactions on Industry Applications предложена формула для расчета зависимости реального срока службы ЛЛ от длительности цикла включения: LA = LR х f(u),
где LA – реальный срок службы ЛЛ;
LR – номинальный срок службы ЛЛ;
f(u) = 1,71 х (1-exp х [-(u / 3,89)0,505]);
u – длительность цикла включения (в часах на 1 включение).
Без дополнительного подогрева электродов при малых токах темнение ЛЛ также может сокращать их срок службы. В Daylight linked dimming: effect on fl uorescent lamp performance приведены результаты исследования влияния темнения на срок службы ЛЛ типа Т8 при различных токах подогрева электродов. Показано, что при достаточно прогретых электродах темнение ЛЛ практически не сказывается на их сроке службы. 3. Светодиоды
Светодиоды (СД) не так подвержены старению, как другие источники света, но все же со временем их световой поток падает и изменяется цвет излучения.
Рис. 2. Схематическая конструкция белого светодиода диаметром 5 мм
Спад светового потока СД вызывается многими причинами, и в первую очередь такими как деградация внутренней полупроводниковой структуры, деградация электродов, пожелтение эпоксидной смолы и окисление металлического отражателя и выводов (рис. 2). Это усугубляется с ростом температуры p-n-перехода (рис. 3). В Solid-state lighting: Failure analysis of white LEDs показано, что и при низких температурах p-n-перехода под действием коротковолнового излучения с длиной волны 300 нм, происходит, хотя и незначительное, пожелтение эпоксидной смолы.
Рис. 3. Зависимости светового потока светодиодов от времени наработки при трёх температурах p-n-перехода
Источники информации
Информация для оценки срока службы ламп в конкретных условиях может быть получена от продавца. На основании этой предварительной информации и информации, непрерывно получаемой от систем автоматизированного управления зданий, можно прогнозировать срок службы ламп. Системы автоматического управления зданий
Современные здания оборудованы большим количеством систем управления: защитных, осветительных, лифтовых и др. Эти системы содержат дистанционные датчики и исполнительные устройства, микропроцессорные регуляторы и опционный компьютер для мониторинга и управления. С их помощью можно получать, в частности, данные о наработке и циклах включения ламп. Сбор данных для прогнозирования
Информация для прогнозирования собирается на основе компьютерной обработки большого количества данных. Сбор ведется путем составления модели системы управления здания в случаях, когда известен ответ на вопрос – как система будет вести себя в будущем, и затем использования этой модели в случаях, когда ответ на этот вопрос заранее не известен.
Сбор данных происходит в три этапа. Первый этап заключается в подготовке и описании данных. Он предполагает суммирование статистических атрибутов данных, визуальный анализ данных с помощью диаграмм и графиков и поиск потенциально значимых связей между переменными. На втором этапе создаётся прогнозирующая модель. На третьем этапе эта модель эмпирически проверяется.
Прогнозирующая модель состоит из ряда предикторов, переменных факторов, возможно влияющих на будущие результаты. Целью прогнозирующего моделирования является нахождение некоторой функции, позволяющей прогнозировать неизвестные переменные по измеренным (известным) переменным. Методика моделирования предполагает также следующие шаги: определение типа и структуры представления результатов, выбор скор-функции, выбор алгоритмического процесса оптимизации скор-функции и принятие решения о принципах обработки данных, требуемых для обеспечения эффективности алгоритмов.
.jpg)
.jpg)
.jpg)
