Энергоэффективность системы освещения: показатели и критерии

Энергоэффективность системы освещения оценивают по сочетанию трёх показателей: потребляемой электрической мощности, фактической освещённости рабочих зон и соответствия освещения назначению помещений. Система с низким электропотреблением не может считаться эффективной, если она не обеспечивает необходимые условия для выполнения работы.

Для достоверного сравнения необходимо определить мощность светильников, продолжительность их работы, схемы включения и фактическую освещённость. Дополнительно учитывают характер зрительной работы, распределение света, использование дневного освещения и возможность раздельного управления группами светильников.

Практическая задача анализа — установить, в каких зонах электроэнергия расходуется обоснованно, где освещения недостаточно, а где можно изменить режим работы без ухудшения условий эксплуатации.

По каким показателям оценивают энергоэффективность освещения

Для оценки необходимо различать установленную мощность, фактическое потребление электроэнергии и качество освещения. Каждый показатель характеризует отдельную сторону работы системы.

Установленная мощность показывает суммарную электрическую мощность светильников и относящегося к ним оборудования в установленных границах расчёта.

Энергопотребление характеризует количество электроэнергии, израсходованной системой освещения за определённое время. Оно зависит не только от мощности, но и от продолжительности работы светильников и режимов регулирования.

Освещённость показывает количество света, приходящегося на единицу площади рассматриваемой поверхности. Её измеряют в люксах (лк). Для оценки рабочих условий важно определять освещённость именно там, где выполняется зрительная задача.

Соответствие назначению помещения позволяет установить, обеспечивает ли система необходимые условия для конкретных работ. Для прохода, складского помещения, рабочего стола и участка точной сборки требования к освещению могут существенно различаться.

Поэтому оценка только по электрической мощности или расходу на квадратный метр не даёт достаточного основания для вывода об энергоэффективности.

Сначала необходимо установить, какую функцию выполняет освещение, затем проверить её фактическое обеспечение и только после этого оценивать энергетические показатели.

Какие данные необходимы для проверки системы

Для анализа используют две взаимосвязанные группы сведений.

Мощность светильников, продолжительность работы и схемы включения позволяют определить состав электрической нагрузки и рассчитать потребление электроэнергии.

Освещённость рабочих зон, назначение помещений и доступ дневного света необходимы для независимой проверки качества освещения и условий, при которых формируется электрическая нагрузка.

Исходные данные целесообразно собрать по отдельным помещениям или функциональным зонам.

Исходный показатель	Для чего необходим	Что проверить
Количество и мощность светильников	Определить установленную электрическую нагрузку	Фактический состав оборудования и мощность с учётом устройств питания
Продолжительность работы	Рассчитать расход электроэнергии за период	Время включения в рабочие, выходные и нерабочие часы
Схемы включения	Установить возможности раздельного управления	Какие светильники включаются одновременно и какие зоны они обслуживают
Освещённость рабочих зон	Оценить обеспечиваемый световой результат	Результаты измерений на соответствующих рабочих поверхностях
Назначение помещений	Определить необходимые условия освещения	Характер выполняемых работ и применимые требования
Доступ дневного света	Проверить возможность изменения искусственного освещения	Расположение рабочих зон, окон и изменение естественного освещения во времени

Особенно важно согласовать границы расчёта. Если электрическую мощность определили для всего этажа, а освещённость измерили только в одном помещении, полученные показатели нельзя использовать как полноценную характеристику всей системы.

В помещениях с различным назначением анализ выполняют по зонам, поскольку одинаковый уровень освещения может быть достаточным для одной задачи и недостаточным для другой.

Как определить установленную мощность освещения

Установленную мощность системы рассчитывают суммированием электрических мощностей всех учитываемых светильников.

Для группы одинаковых светильников:

Pуст = N × Pсв,

где Pуст — установленная мощность группы, Вт; N — количество светильников; Pсв — электрическая мощность одного светильника, Вт.

Если в помещении используются светильники нескольких типов, мощность каждой группы определяют отдельно, после чего значения суммируют.

При расчёте следует учитывать полную входную электрическую мощность светильника, включая необходимые устройства питания. Нельзя автоматически принимать мощность источника света за потребление всего осветительного прибора, если эти значения различаются.

Рассмотрим условное производственное помещение с 60 светильниками мощностью по 40 Вт.

Pуст = 60 × 40 = 2 400 Вт = 2,4 кВт.

Полученное значение показывает установленную мощность системы освещения. Оно не определяет фактический месячный или годовой расход электроэнергии.

Для расчёта потребления дополнительно необходимо установить продолжительность работы оборудования и применяемые режимы регулирования.

Что показывает удельная установленная мощность

Для предварительного сравнения помещений используют удельную установленную мощность освещения — отношение общей мощности светильников к площади рассматриваемой зоны.

p = Pуст / S,

где p — удельная установленная мощность, Вт/м²; Pуст — суммарная мощность, Вт; S — площадь зоны, м².

Предположим, что в помещении площадью 300 м² установлены светильники суммарной мощностью 2 400 Вт.

p = 2 400 / 300 = 8 Вт/м².

Этот показатель удобен для выявления различий между зонами и первоначального сопоставления вариантов освещения.

Однако сам по себе он не показывает, насколько хорошо освещена рабочая поверхность.

Например, две системы с одинаковой удельной мощностью 8 Вт/м² могут обеспечивать различную освещённость из-за характеристик светильников, их размещения, высоты установки, геометрии помещения и отражающих свойств поверхностей.

Более того, даже одинаковая измеренная освещённость не всегда означает полную сопоставимость качества освещения: для зрительной работы могут иметь значение равномерность, ослеплённость и другие характеристики световой среды.

Поэтому показатель Вт/м² допустимо использовать только совместно с проверкой соответствия фактического освещения выполняемой задаче.

Почему низкая мощность не всегда означает высокую эффективность

Одна из распространённых ошибок — считать наиболее энергоэффективной систему с минимальной установленной мощностью.

Рассмотрим два условных варианта освещения одного рабочего помещения.

Показатель	Вариант А	Вариант Б
Установленная мощность	1,8 кВт	2,4 кВт
Площадь помещения	300 м²	300 м²
Удельная мощность	6 Вт/м²	8 Вт/м²
Измеренная освещённость рабочей поверхности	180 лк	320 лк
Условное требуемое значение для рассматриваемой задачи	300 лк	300 лк

Вариант А потребляет меньше электрической мощности, но не обеспечивает принятое для примера требуемое значение освещённости.

Вариант Б имеет более высокую установленную мощность, однако по рассмотренному показателю соответствует заданной задаче.

Следовательно, меньшие 6 Вт/м² не являются преимуществом, если рабочее место освещено недостаточно.

Значение 300 лк приведено исключительно для условного расчёта. Для реального помещения необходимый уровень освещения определяют по его назначению, характеру зрительной работы и применимым требованиям, а не по этому примеру.

Кроме того, соответствие одному показателю освещённости ещё не подтверждает выполнение всех требований к качеству освещения. Поэтому техническое сравнение вариантов должно учитывать полный набор существенных условий.

Как проверить фактическую освещённость рабочих зон

Фактическую освещённость определяют измерениями в характерных точках рабочей поверхности.

Выбор точек зависит от назначения зоны и расположения рабочих мест. Например, для письменного стола важно освещение плоскости выполнения зрительной работы, а для производственного участка — соответствующей рабочей поверхности или зоны выполнения операции.

При измерениях фиксируют условия работы системы:

какие группы светильников включены;
используется ли регулирование яркости;
присутствует ли естественный свет;
где расположены точки измерения;
какая рабочая поверхность оценивается;
какому виду деятельности соответствует зона.

Дневной свет способен существенно повлиять на результат. Если цель заключается в оценке искусственного освещения, его вклад необходимо контролировать или исключать в соответствии с принятой методикой измерения.

Если же проверяется фактическая освещённость при совместном действии искусственного и естественного света, результат следует интерпретировать именно для этих условий.

Например, освещённость у окна солнечным днём может быть значительно выше, чем вечером. Один дневной замер не доказывает, что искусственное освещение обеспечивает необходимые условия в отсутствие естественного света.

Также важно оценивать не только отдельное максимальное значение. Если одна часть рабочего помещения освещена хорошо, а другая существенно хуже, средняя величина может скрывать неблагоприятное распределение света.

Поэтому результаты измерений сопоставляют с назначением конкретных рабочих зон и соответствующими требованиями.

Как продолжительность работы влияет на расход электроэнергии

Даже система с небольшой установленной мощностью может потреблять значительное количество электроэнергии, если работает круглосуточно.

Для группы светильников с постоянной мощностью расход рассчитывают по формуле:

W = P × t,

где W — потребление электроэнергии, кВт·ч; P — активная электрическая мощность, кВт; t — продолжительность работы, ч.

Например, система освещения мощностью 2,4 кВт при работе 10 часов в день в течение 22 рабочих дней потребит:

W = 2,4 × 10 × 22 = 528 кВт·ч.

Если те же светильники остаются включёнными по 14 часов в день:

W = 2,4 × 14 × 22 = 739,2 кВт·ч.

Разница составляет:

739,2 − 528 = 211,2 кВт·ч.

При одинаковой установленной мощности изменение продолжительности работы увеличило потребление на 40 %.

Однако дополнительные часы нельзя автоматически считать непроизводительными. Освещение может быть необходимо для второй смены, уборки, технического обслуживания или обеспечения безопасного перемещения персонала.

Поэтому при проверке продолжительности работы необходимо сопоставить фактические часы включения с реальной потребностью каждой зоны.

Как выявить неиспользуемые часы работы освещения

Неиспользуемыми для основной функции можно предварительно считать интервалы, когда светильники включены, но обслуживаемая ими зона не используется по назначению.

Такие интервалы выявляют сопоставлением графика работы освещения с календарём эксплуатации помещений.

Особое внимание уделяют периоду до начала смены, времени после завершения работы, выходным дням и помещениям с нерегулярным присутствием персонала.

Например, в складской зоне освещение может быть включено на протяжении всей смены, хотя операции выполняются только в отдельные часы.

Но для решения об отключении необходимо установить, требуется ли свет в остальное время для прохода, контроля оборудования или других задач.

Практическую проверку выполняют последовательно:

Определяют фактическое время включения группы светильников.
Устанавливают, когда соответствующая зона используется.
Проверяют, какая освещённость необходима вне основного рабочего режима.
Выделяют интервалы, в которых допускается изменение освещения.
Рассчитывают возможное изменение энергопотребления для допустимого сценария.

Особенно важно не путать отсутствие сотрудников на постоянных рабочих местах с отсутствием потребности в освещении. Проходы, аварийные и эвакуационные системы, зоны дежурного обслуживания могут иметь самостоятельные требования.

Поэтому технический результат такой проверки — не перечень всех часов без основной работы, а перечень интервалов, когда конкретные группы светильников допускают изменение режима.

Почему зональное управление повышает гибкость системы

В помещениях с разными сценариями использования светильники не обязательно должны включаться одновременно.

Например, в большом производственном помещении могут находиться рабочие участки, проходы, зоны хранения и места периодического обслуживания оборудования.

Если все светильники объединены в одну группу, включение света для одной зоны приводит к работе освещения и в остальных частях помещения.

При раздельном управлении можно поддерживать необходимый режим в используемых зонах, не включая без необходимости всё помещение.

Однако зональное управление должно учитывать фактическое распределение света. Светильник может освещать не только непосредственно расположенное под ним рабочее место, но и соседние участки.

Поэтому отключение отдельной группы требует проверки освещённости на границах зон и в местах, где световые потоки нескольких групп перекрываются.

При рассмотрении зонального управления определяют:

какие функциональные зоны существуют в помещении;
какие сценарии их использования повторяются;
какие светильники обеспечивают каждую зону;
можно ли управлять группами независимо;
сохраняются ли необходимые условия освещения при отключении отдельных групп.

Особое внимание требуется в помещениях с переменным использованием. Например, зона сборки может работать только в первую смену, а прилегающий проход использоваться круглосуточно.

В таком случае одно общее расписание для обеих зон может быть нерациональным. Но разделять управление следует так, чтобы освещение прохода сохранялось в необходимом режиме.

Как оценить влияние дневного света

Естественное освещение способно уменьшать потребность в искусственном свете в дневные часы. Возможность такого изменения зависит от расположения окон, глубины помещения, времени суток, погодных условий и назначения рабочих зон.

Например, рабочие места у наружных окон могут получать значительную часть необходимого света днём, тогда как места в глубине помещения продолжают требовать полноценного искусственного освещения.

Если все светильники включаются одновременно, потенциальная возможность использования естественного света может оставаться нереализованной.

Для оценки необходимо сопоставить дневную освещённость отдельных зон с требуемыми условиями зрительной работы.

Важно учитывать изменчивость естественного света. Высокая освещённость в солнечный день не гарантирует такой же результат при облачности или в другое время года.

Поэтому при рассмотрении автоматического или ручного изменения искусственного освещения определяют допустимые сценарии регулирования и проверяют, обеспечивается ли требуемый результат при изменении условий.

Если дневной свет используется только в отдельных частях помещения, управление целесообразно рассматривать по соответствующим зонам.

При этом нельзя оценивать эффект по разнице освещённости между солнечным днём и вечером без учёта мощности и фактического времени работы светильников.

Экономический или энергетический результат определяется уменьшением электрического потребления за конкретные интервалы, когда изменение режима действительно допускается.

Как сравнивать варианты освещения с разной мощностью

Сравнение двух вариантов имеет смысл только при сопоставимом полезном результате.

Например, замена светильников может уменьшить установленную мощность, однако необходимо подтвердить, что новая система обеспечивает требуемую освещённость и другие существенные характеристики освещения рабочих мест.

Рассмотрим условный пример одного помещения.

Показатель	Исходная система	Предлагаемая система
Установленная мощность	3,6 кВт	2,4 кВт
Продолжительность работы	2 000 ч/год	2 000 ч/год
Расчётное энергопотребление	7 200 кВт·ч/год	4 800 кВт·ч/год
Ожидаемое изменение расхода	2 400 кВт·ч/год

Разница в установленной мощности составляет 1,2 кВт. При одинаковой продолжительности работы расчётное снижение потребления равно:

ΔW = (3,6 − 2,4) × 2 000 = 2 400 кВт·ч/год.

Это расчётный результат, а не подтверждённая экономия.

Чтобы считать предлагаемый вариант технически приемлемым, необходимо проверить обеспечиваемую им освещённость и другие требования, соответствующие назначению помещения.

Если после изменения оборудования окажется, что освещённость недостаточна, простое уменьшение мощности не является доказательством повышения энергоэффективности.

Если же освещение соответствует задаче, необходимо дополнительно проверить фактическую мощность и время работы после изменения системы, чтобы подтвердить достигнутое энергопотребление.

Как рассчитать эффект зонального управления

При зональном управлении изменение потребления возникает не обязательно из-за замены светильников. Оно может быть связано с уменьшением времени работы отдельных групп.

Для оценки используют мощность каждой группы и продолжительность её включённого состояния в исходном и предлагаемом сценариях.

ΔW = Σ[Pᵢ × (tисх,i − tнов,i)],

где Pᵢ — активная мощность соответствующей группы; tисх,i — исходное время её работы; tнов,i — предполагаемое время после изменения режима.

Формула применима при условно постоянной мощности каждой группы. Если предусмотрено регулирование яркости и соответствующее изменение электрической мощности, расход определяют по фактическим или расчётным значениям для каждого режима.

Предположим, что освещение помещения разделено на две группы:

Группа А — 1,5 кВт, используется 10 часов в день.
Группа Б — 1,0 кВт, требуется только 4 часа в день.

Если обе группы включены одновременно на 10 часов, суточное потребление составляет:

Wисх = (1,5 + 1,0) × 10 = 25 кВт·ч.

При независимом управлении:

Wнов = 1,5 × 10 + 1,0 × 4 = 19 кВт·ч.

Разница равна:

25 − 19 = 6 кВт·ч за день.

Но этот результат действителен только при условии, что группа Б действительно не требуется в остальные шесть часов и отключение не ухудшает освещение соседних рабочих зон.

Если для обеспечения безопасного прохода или другой задачи необходимо оставить часть группы включённой, расчёт следует скорректировать.

Таким образом, при зональном управлении сначала подтверждают допустимый сценарий эксплуатации, а затем определяют его энергетический эффект.

Почему повышенное потребление не всегда означает неэффективность

При сравнении помещений можно обнаружить, что одна зона потребляет значительно больше электроэнергии на квадратный метр, чем другая.

Это различие может иметь несколько объяснений.

Например, в одной зоне выполняется точная зрительная работа, для которой требуется более интенсивное освещение. В другой расположены проходы или места хранения с иными условиями использования.

Кроме того, повышенное энергопотребление может быть связано с большей продолжительностью эксплуатации, а не с неэффективностью светильников.

Поэтому при обнаружении высокого расхода необходимо последовательно проверить назначение зоны, требуемое качество освещения, установленную мощность и часы работы.

Наблюдение	Возможное объяснение	Что необходимо проверить
Высокая удельная мощность, Вт/м²	Повышенные требования к освещению либо особенности системы	Назначение помещения и измеренную освещённость
Низкая удельная мощность при недостатке света	Мощность снижена без обеспечения нужного результата	Соответствие освещённости требованиям рабочей зоны
Высокое годовое потребление при умеренной мощности	Большая продолжительность работы	Фактические часы включения и график эксплуатации
Все светильники работают при частичном использовании помещения	Отсутствие независимого управления зонами	Схемы включения и фактические сценарии использования
Светильники работают днём у окон	Дневной свет не учитывается при управлении	Освещённость с учётом погоды и возможность регулирования
Освещённость различается внутри одной зоны	Неравномерное распределение света	Расположение светильников и измерения по рабочим поверхностям

Такая проверка позволяет не смешивать различия в требуемом качестве освещения с фактическими недостатками его энергетической организации.

Если рабочая зона требует повышенной освещённости, более высокий расход может быть обоснован. В этом случае предметом анализа становится возможность обеспечить тот же результат при меньшем потреблении, а не механическое снижение мощности до уровня другого помещения.

Как учитывать переменные сценарии использования помещений

В некоторых помещениях режим освещения меняется в зависимости от времени и выполняемой деятельности.

Например, производственный зал может использоваться для основной работы, настройки оборудования, уборки и дежурного контроля. Для этих сценариев могут требоваться различные условия освещения.

Если система работает в одном максимальном режиме при любом сценарии, появляется основание проверить возможность раздельного включения или регулирования групп.

Но нельзя автоматически принимать самый низкий уровень освещения в качестве достаточного для всех задач.

Для каждого сценария устанавливают:

какие зоны используются;
какие работы в них выполняются;
какие условия освещения необходимы;
какие группы светильников должны оставаться включёнными;
сколько времени действует соответствующий режим.

После этого можно составить расписание, связывающее группы светильников с фактическим использованием помещения.

Например, во время основной производственной операции может требоваться освещение всех рабочих мест. Во время уборки используются другие маршруты перемещения и рабочие зоны. При дежурном контроле требования могут распространяться только на определённые участки.

Возможность изменения режима проверяют отдельно для каждого сценария, не допуская ухудшения необходимых условий освещения.

Как обнаружить ошибки при оценке энергопотребления освещения

Одна из причин ошибочных выводов — использование неполных сведений о мощности и времени работы.

Например, расчёт может быть выполнен по паспортной мощности светильников, хотя фактически оборудование работает в регулируемом режиме. В такой ситуации произведение установленной мощности на часы работы способно завысить расход.

Возможна и обратная ошибка: при расчёте учитывают только номинальную мощность источников света, исключая потребление устройств питания.

Также необходимо проверить, не входят ли в показания выделенного счётчика другие электрические нагрузки. Если общий электрический учёт охватывает одновременно освещение, розеточную сеть и инженерные установки, весь зарегистрированный расход нельзя относить к светильникам.

При сопоставлении графика включений и измерений освещённости важно проверить условия проведения замеров. Например, дневная освещённость при наличии естественного света не равнозначна освещённости, создаваемой только искусственной системой.

Для проверки достоверности результатов удобно использовать следующую последовательность:

Установить точный состав светильников и границы электрического расчёта.
Проверить входную мощность оборудования и фактические режимы регулирования.
Согласовать интервалы работы светильников с календарём эксплуатации.
Определить назначение каждой освещаемой зоны.
Сопоставить результаты измерения освещённости с соответствующими условиями использования.
Отдельно оценить влияние дневного света и зонального управления.

Если измерения освещённости и данные о мощности относятся к разным конфигурациям системы, использовать их как показатели одного рабочего режима нельзя.

Как составить баланс качества освещения и расхода электроэнергии

Результат технического анализа целесообразно представить по отдельным зонам. Для каждой зоны фиксируют расход электроэнергии, фактические условия освещения и возможность изменения режима.

Такой баланс должен показывать не только количество потреблённой энергии, но и обеспечиваемый полезный результат.

Зона	Что фиксируют	Что определяют по результатам
Постоянные рабочие места	Мощность, освещённость и часы основной работы	Соответствие освещения задаче и возможность изменения электрической нагрузки
Помещения с переменным использованием	Сценарии эксплуатации и группы включения	Допустимость отдельных режимов управления
Зоны у окон	Искусственную и естественную освещённость	Возможность использования дневного света при сохранении необходимых условий
Проходы и вспомогательные зоны	Назначение, время использования и режим включения	Обоснованность продолжительности работы освещения
Зоны с повышенными требованиями к зрительной работе	Фактические параметры освещения и электрический расход	Возможность сравнения вариантов без ухудшения качества

Например, в одной зоне может быть выявлен недостаточный уровень освещённости при небольшой мощности. Для неё первоочередная задача заключается в обеспечении необходимых условий работы.

В другой зоне освещённость может соответствовать требованиям, но светильники работают значительно дольше фактического использования помещения. Для неё основной вопрос — пересмотр допустимого расписания включений.

В третьей зоне повышенный расход может объясняться особыми требованиями к зрительной работе. Тогда необходимо сравнивать варианты, которые обеспечивают одинаковый необходимый результат.

Такой подход позволяет выбирать разные действия для разных участков, не предлагая одинаковое снижение мощности всей системе.

Как использовать результаты при выборе технического решения

По результатам оценки необходимо выделить три группы ситуаций.

Недостаточное освещение. Если фактическая освещённость не соответствует необходимым условиям, снижение мощности не может быть основным критерием улучшения. Сначала требуется определить способ обеспечения надлежащего освещения.

Освещение соответствует задаче, но есть неиспользуемые часы работы. Для таких зон целесообразно проверить фактическое расписание и допустимость изменения режима включения.

Освещение соответствует задаче, но разные зоны используются неодновременно. В этом случае рассматривают раздельное управление группами, оценивая его влияние на качество освещения и потребление электроэнергии.

Если предполагается замена светильников, сравнение выполняют при обеспечении сопоставимого качества освещения, учитывая полную электрическую мощность и фактическую продолжительность работы.

Если планируется изменение управления, необходимо рассчитать расход по новым режимам и проверить освещённость для каждого существенного сценария эксплуатации.

Главный результат — баланс между качеством освещения и расходом электроэнергии по зонам, позволяющий определить, где требуется дополнительный замер, где необходимо сохранить существующий режим, а где допустимо рассматривать изменение управления или оборудования.

Сравнение только по Вт/м² не доказывает пригодность освещения. При отсутствии согласованных границ расчёта, подтверждённых измерений освещённости или достоверных данных о времени работы вывод остаётся предварительным.

Расчётное уменьшение мощности и продолжительности включения также не является подтверждённой экономией. Фактический результат устанавливают после проверки нового режима и его соответствия требованиям к освещению.

Для более подробного рассмотрения состава и режимов соответствующего оборудования можно обратиться к странице «Системы освещения». Вопросы уменьшения электрического потребления рассматриваются в разделе «Снижение потребления электроэнергии».

Другие практические технические разъяснения представлены в разделе «Материалы».