Учет количества теплоты, выделяемой люминесцентными лампами
ART 53634
М.
В. ШевченкоБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Шевченко
М.
В.,
Пустовой
С.
А.,
Кочетков
А.
В.,
Шайкин
А.
О. Учет количества теплоты, выделяемой люминесцентными лампами // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2013. – Т. 3. – С.
3141–3145. – URL:
http://e-koncept.ru/2013/53634.htm.
Аннотация. Одним из самых распространенных источников света на данный момент и самым экономичным является семейство газоразрядных ламп
Текст статьи
УДК621.3.032Шевченко М.В., Пустовой С.А., Кочетков А.В., Шайкин А.О.Учет количества теплоты, выделяемой люминесцентными лампами
Одним из самых распространенных источников света на данный момент и самым экономичным является семейство газоразрядных ламп.Впервые свечение газов под воздействием электрического тока наблюдал Михаил Ломоносов, пропуская ток через заполненный водородом стеклянный шар. Считается,что первая газоразрядная лампа изобретена в 1856 году.Генрих Гайсслер получил синее свечение от заполненной газом трубки, которая была возбуждена при помощи соленоида. 23 июня 1891 года Никола Тесла запатентовал систему электрического освещения газоразрядными лампами (патент № 454,622), которая состояла из источника высокого напряжения высокой частоты и газоразрядных аргоновых ламп, запатентованных им ранее (патент № 335,787 от 9 февраля 1886 г. выдан United States Patent Office). В 1926 году Эдмунд Гермер (Edmund Germer) и его сотрудники предложили увеличить операционное давление в пределах колбы и покрывать колбы флуоресцентным порошком, который преобразовывает ультрафиолетовый свет, испускаемый возбуждённой плазмой в более однородно белоцветной свет. Современные люминесцентные лампы являются высокотехнологичным прибором предназначенным для создания оптимального освещения.Однако если рассматривать в разрезе энергосберегающих технологий, то необходимо обратить внимание на факт теплового излучения люминесцентными лампами, величина теплового потока от которых не учитывается при расчетах. В помещениях сейчас используются два типа осветительных приборов: лампы накаливания и люминесцентные лампы. Количество тепла, поступившее от освещения, зависит от типа ламп, их мощности и способа их крепления в помещении.Теплопоступление от ламп рассчитывается по упрощенной формуле:Q = n∙N, (1)гдеn коэффициент перехода электроэнергии в тепловую. Он составляет около 0.95 для ламп накаливания и примерно 0.5 для люминесцентных ламп. N мощность ламп. Если она заранее не известна, можно оценить ее из расчета 50 100 Вт/кв.м. для хорошо освещенных помещений.При большом количестве ламп и постоянной их работе тепловая нагрузка от искусственного освещения может быть весьма велика. Если же известно, что не будут использоваться все светильники одновременно, нужно воспользоваться коэффициентом одновременности работы освещения, указывающим, какая часть мощности освещения в среднем будет задействована. Более точный расчёт тепловыделения проводится следующим методом:Измеряется площадь поверхности самой лампы, для этого сечение лампы делится на n–частей. Для расчёта берётся одна часть и считается её площадь сучётом угла наклона.
Рисунок 1 –Схема расчета тепловыделения лампыSi=∆L∙Lд , (2)где Si
площадь одного деления лампы;
∆L–длина окружности;Lд–длина лампы.
Потери мощности лампыРпот=∑Si∙αi∙∆T, (3) В результате расчётов на примере люминесцентной лампы мощностью 18 Вт, было получено упрощённым методом величина потерь 9 Вт. При более точном расчёте, с использованием коэффициента конвективного обмена, было полученозначение потерь 8,88 Вт.
Количество теплоты, выделяемое осветительными приборами, зависит так же и от их расположения в помещении. Например, если светильник закреплен в чердачном перекрытии, то лишь часть выделенного им тепла попадет внутрь помещения.
Если лампы встроены в подвесной невентилируемый потолок, то часть тепла сразу попадет в помещение, а остальное тепло задержится в подвесном потолке. Но поскольку потолок невентилируемый, то впоследствии и эта часть тепла выделится в помещение. Таким образом, в помещение попадут все 100% выделенного светильником тепла.
Если лампы встроены в подвесной вентилируемый потолок, который используют как вытяжной короб, то около 40% тепла сразу попадет в помещение. Часть оставшегосятепла (примерно половина) унесется с вытяжным воздухом, а остаток попадет в помещение. Таким образом, в сумме помещение получит 6070% выделенного светильником тепла.Нагрев люминесцентной лампы происходит неравномерно, в первую очередь нагреваются края лампы. Нами проведены измерения теплового потока люминесцентных ламп.В качестве измерительного прибора использовался тепловизорFLIRE60.Производились снимки люминесцентных ламп установленных в невентилируемых подвесных потолках (Рис.1.).Как видно на данных снимках, люминесцентная лампа греется неравномерно. Основная часть тепла выделяется с электродов, остальное излучается нагретым люминофором.
Люминесцентная лампа 36 Ватт
Люминесцентная лампа 28 Ватт
Рисунок 1 –Нагрев люминесцентных ламп разной мощностиНа рисунке 2 представлено тепловыделение светильника с установленными четырьмя люминесцентными лампами. Максимальная температура составляет 86,20С, минимальная 27,40С, средняя 45,80С.
Рисунок 2
Тепловыделение светильника с люминесцентными лампами мощностью 4×18 Ватт
В соответствии со стандартными методами расчета для обогрева одного кубического метра в доме стандартной постройки(без металлопластиковых окон,утепления пенопластом и иных энергосберегающих мер) для климатической зоны средней части России при обычных условиях жилья принято исходить из такой формулы расчета –на один кубический метр приходится сорок один ватттепловой мощности. Рассмотрим на примере помещенияс размерами 5∙4 м и с обычной высотой 2.7 м. Объём данного помещения равен 54 м2. Теперь полученный объём умножаем на 41 Втполучаем 2214 Вт, именно столько потребуется для обогрева помещения с данным объёмом. При среднем тепловыделении секции чугунного радиатора 180 Втнам потребуется 13 секций. Учитывая, что в помещении установлены шестьсветильников с люминесцентными лампами,мощность каждого светильника будет равняться 72 Вт. Исходя из этого количество тепла,выделяемого одним светильником равно 36Вт. Общее тепловыделение освещения в помещении равняется 216Вт, что равняется 9,75% от необходимой тепловой мощности для данного помещения. Исходя из этого,количество секций в радиаторе можно сократить на одну. Это применимо для офисных, складских, подсобных и производственных помещений, где требуемая температура требуется только в дневное время суток, и освещение используется на протяжении всего рабочего времени.
Для автоматизации расчетов нами был разработан программный продукт, предоставляющий возможности расчёта количества выделяемой теплоты в зависимости от количества ламп в светильнике, типа цоколя или трубки, длины лампы, средней температуры лампы, способа установки и средней температуры воздуха в помещении. Ниже на рисунке 3 приведён скриншот рабочей области программы с активными окнами для всех параметров.
Рисунок 3–Скриншот программы
Современные методы расчета микроклимата производственных и жилых помещений во многом несовершенны и требуют дополнительной проработки. В частности не решен вопрос полного учета тепла излучаемого осветительным оборудованием. В нормативной документации даны лишь общие рекомендации к учету теплового излучения.Нами проведены заметы температурного градиента для люминесцентных ламп и разработано программное обеспечение позволяющее ускорить процесс расчета. В соответствии с нашими измерения количества тепла излучаемое ими в помещение может достигать 9%, что представляет собой существенную величину и резерв развития технологий энергосбережения.Нами в дальнейшем планируется провести обследование люминесцентных ламп с учетом способа установки и создать программное обеспечение, позволяющее объективно оценивать количество теплопотерь от источников освещения.
Одним из самых распространенных источников света на данный момент и самым экономичным является семейство газоразрядных ламп.Впервые свечение газов под воздействием электрического тока наблюдал Михаил Ломоносов, пропуская ток через заполненный водородом стеклянный шар. Считается,что первая газоразрядная лампа изобретена в 1856 году.Генрих Гайсслер получил синее свечение от заполненной газом трубки, которая была возбуждена при помощи соленоида. 23 июня 1891 года Никола Тесла запатентовал систему электрического освещения газоразрядными лампами (патент № 454,622), которая состояла из источника высокого напряжения высокой частоты и газоразрядных аргоновых ламп, запатентованных им ранее (патент № 335,787 от 9 февраля 1886 г. выдан United States Patent Office). В 1926 году Эдмунд Гермер (Edmund Germer) и его сотрудники предложили увеличить операционное давление в пределах колбы и покрывать колбы флуоресцентным порошком, который преобразовывает ультрафиолетовый свет, испускаемый возбуждённой плазмой в более однородно белоцветной свет. Современные люминесцентные лампы являются высокотехнологичным прибором предназначенным для создания оптимального освещения.Однако если рассматривать в разрезе энергосберегающих технологий, то необходимо обратить внимание на факт теплового излучения люминесцентными лампами, величина теплового потока от которых не учитывается при расчетах. В помещениях сейчас используются два типа осветительных приборов: лампы накаливания и люминесцентные лампы. Количество тепла, поступившее от освещения, зависит от типа ламп, их мощности и способа их крепления в помещении.Теплопоступление от ламп рассчитывается по упрощенной формуле:Q = n∙N, (1)гдеn коэффициент перехода электроэнергии в тепловую. Он составляет около 0.95 для ламп накаливания и примерно 0.5 для люминесцентных ламп. N мощность ламп. Если она заранее не известна, можно оценить ее из расчета 50 100 Вт/кв.м. для хорошо освещенных помещений.При большом количестве ламп и постоянной их работе тепловая нагрузка от искусственного освещения может быть весьма велика. Если же известно, что не будут использоваться все светильники одновременно, нужно воспользоваться коэффициентом одновременности работы освещения, указывающим, какая часть мощности освещения в среднем будет задействована. Более точный расчёт тепловыделения проводится следующим методом:Измеряется площадь поверхности самой лампы, для этого сечение лампы делится на n–частей. Для расчёта берётся одна часть и считается её площадь сучётом угла наклона.
Рисунок 1 –Схема расчета тепловыделения лампыSi=∆L∙Lд , (2)где Si
площадь одного деления лампы;
∆L–длина окружности;Lд–длина лампы.
Потери мощности лампыРпот=∑Si∙αi∙∆T, (3) В результате расчётов на примере люминесцентной лампы мощностью 18 Вт, было получено упрощённым методом величина потерь 9 Вт. При более точном расчёте, с использованием коэффициента конвективного обмена, было полученозначение потерь 8,88 Вт.
Количество теплоты, выделяемое осветительными приборами, зависит так же и от их расположения в помещении. Например, если светильник закреплен в чердачном перекрытии, то лишь часть выделенного им тепла попадет внутрь помещения.
Если лампы встроены в подвесной невентилируемый потолок, то часть тепла сразу попадет в помещение, а остальное тепло задержится в подвесном потолке. Но поскольку потолок невентилируемый, то впоследствии и эта часть тепла выделится в помещение. Таким образом, в помещение попадут все 100% выделенного светильником тепла.
Если лампы встроены в подвесной вентилируемый потолок, который используют как вытяжной короб, то около 40% тепла сразу попадет в помещение. Часть оставшегосятепла (примерно половина) унесется с вытяжным воздухом, а остаток попадет в помещение. Таким образом, в сумме помещение получит 6070% выделенного светильником тепла.Нагрев люминесцентной лампы происходит неравномерно, в первую очередь нагреваются края лампы. Нами проведены измерения теплового потока люминесцентных ламп.В качестве измерительного прибора использовался тепловизорFLIRE60.Производились снимки люминесцентных ламп установленных в невентилируемых подвесных потолках (Рис.1.).Как видно на данных снимках, люминесцентная лампа греется неравномерно. Основная часть тепла выделяется с электродов, остальное излучается нагретым люминофором.
Люминесцентная лампа 36 Ватт
Люминесцентная лампа 28 Ватт
Рисунок 1 –Нагрев люминесцентных ламп разной мощностиНа рисунке 2 представлено тепловыделение светильника с установленными четырьмя люминесцентными лампами. Максимальная температура составляет 86,20С, минимальная 27,40С, средняя 45,80С.
Рисунок 2
Тепловыделение светильника с люминесцентными лампами мощностью 4×18 Ватт
В соответствии со стандартными методами расчета для обогрева одного кубического метра в доме стандартной постройки(без металлопластиковых окон,утепления пенопластом и иных энергосберегающих мер) для климатической зоны средней части России при обычных условиях жилья принято исходить из такой формулы расчета –на один кубический метр приходится сорок один ватттепловой мощности. Рассмотрим на примере помещенияс размерами 5∙4 м и с обычной высотой 2.7 м. Объём данного помещения равен 54 м2. Теперь полученный объём умножаем на 41 Втполучаем 2214 Вт, именно столько потребуется для обогрева помещения с данным объёмом. При среднем тепловыделении секции чугунного радиатора 180 Втнам потребуется 13 секций. Учитывая, что в помещении установлены шестьсветильников с люминесцентными лампами,мощность каждого светильника будет равняться 72 Вт. Исходя из этого количество тепла,выделяемого одним светильником равно 36Вт. Общее тепловыделение освещения в помещении равняется 216Вт, что равняется 9,75% от необходимой тепловой мощности для данного помещения. Исходя из этого,количество секций в радиаторе можно сократить на одну. Это применимо для офисных, складских, подсобных и производственных помещений, где требуемая температура требуется только в дневное время суток, и освещение используется на протяжении всего рабочего времени.
Для автоматизации расчетов нами был разработан программный продукт, предоставляющий возможности расчёта количества выделяемой теплоты в зависимости от количества ламп в светильнике, типа цоколя или трубки, длины лампы, средней температуры лампы, способа установки и средней температуры воздуха в помещении. Ниже на рисунке 3 приведён скриншот рабочей области программы с активными окнами для всех параметров.
Рисунок 3–Скриншот программы
Современные методы расчета микроклимата производственных и жилых помещений во многом несовершенны и требуют дополнительной проработки. В частности не решен вопрос полного учета тепла излучаемого осветительным оборудованием. В нормативной документации даны лишь общие рекомендации к учету теплового излучения.Нами проведены заметы температурного градиента для люминесцентных ламп и разработано программное обеспечение позволяющее ускорить процесс расчета. В соответствии с нашими измерения количества тепла излучаемое ими в помещение может достигать 9%, что представляет собой существенную величину и резерв развития технологий энергосбережения.Нами в дальнейшем планируется провести обследование люминесцентных ламп с учетом способа установки и создать программное обеспечение, позволяющее объективно оценивать количество теплопотерь от источников освещения.
