ПЕРСПЕКТИВА И ВОЗМОЖНОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ОСВЕЩЕНИЕ

Согласно указу Президента РФ Дмитрия Медведева от 4 июня 2008 года № 889 «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики» [13], к 2020 году предусматривается снижение энергоемкости ВВП России на 40% по сравнению с 2007 годом.

В России объем неэффективно использованной энергии равен годовому потреблению первичной энергии во Франции. Более 95 % используемых в России систем освещения малоэффективны, поскольку созданы по технологиям 70-х годов прошлого века. Ежегодно замене на новое оборудование подвергается всего 3 % городского и 7 % офисного освещения. Полная замена устаревших осветительных приборов в домах, офисах, на торговых площадях, улицах и других объектах, приведёт к 70 % экономии электроэнергии при условии окупаемости инвестиций от полутора до пяти лет. [1]

Об энергосбережении говорится и в Федеральном законе от 23.11.2009 N 261-ФЗ (ред. От 13.07.2015) "Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" [12]. В статье 24 данного закона предъявляются требования по сокращению энергетических ресурсов, в размере трёх процентов ежегодно на объектах муниципальной и бюджетной сферы.

Рост экономики напрямую зависит от энергетической составляющей страны. Именно поэтому одной из приоритетных задач государства, является развитие энергетической отрасли, что подкрепляется различными указами и постановлениями правительства и президента страны.

Огромное количество электроэнергии тратится на освещение квартир, зданий, улиц, мостов, рекламных вывесок и прочих конструкций. Одним из основных факторов повышения электрической энергии, затрачиваемой на уличное освещение, является внедрение систем автоматического управления и диспетчерского контроля. Эффективность применения автоматического управления уличным освещением обусловлена нормативными документами [7,11], допускающими снижение уровня наружного освещения в ночные часы до 50%, кроме того, допускается с целью получения дополнительной экономии электроэнергии в вечернее и утреннее темное время суток снижать уровень освещения на 30% при уменьшении интенсивности движения. [15]

В статье [10] описывается принцип уличного освещения и проблематика этой области. Из-за значительной степени затрат, особенно в крупных и средних городах, направленных на уличное освещение, является актуальным проработка и внедрение новых подходов к разработке комплекса программно-аппаратных средств и организационно-технических мероприятий, целью которых является внедрение энергосберегающих технологий. Весьма перспективной разработкой, являются программно-аппаратные средства, позволяющие автоматизировать процессы управления уличного освещения.

Виды систем управления освещения и их реализация описана в статье [14]. Системы управления освещения (СУО), бывают нескольких видов:

• СУО с оптическим датчиком, реагирующим на освещенность помещения;

•СУО с акустическим датчиком, реагирующим на звуки;

• СУО с датчиком движения, реагирующие на движение.

В статье [5] рассматривается конкретный пример использования цельной автоматизированной системы освещения (АСО). В 2006 году в Новосибирске была внедрена глобальная система управления наружным освещением. Данная АСО реализована с использованием GPRS – трафика. В режиме реального времени производился учет многих факторов, таких как: время, показания счетчиков, наличие соединения и передачи пакетов информации, наличия ошибок и др. Благодаря АСО, проводился непрерывный мониторинг состояния наружного освещения. Данная система позволяет оптимизировать режим управления городской сети освещения, обеспечивая оптимальный уровень освещенности улиц, оперативно выявлять повреждения в сетях.

Существуют системы, которые анализируют интенсивность текущей освещенности требуемого участка. Подобная система описана в статье [4]. Автор создал математическую модель освещения средствами программного обеспечения MATLA. Интенсивность работы модели напрямую зависит от плотности естественной освещенности. За анализ данной величины отвечает фоторезисторный датчик, который производит оценку спектральной составляющей естественной (солнечной) освещённости. По заявлению авторов, обработанные экспериментальные результаты  используются на практике.

В погоне за модернизацией освещения нельзя забывать о естественном свете. Человеческому глазу комфортнее находиться в условиях естественного освещения, либо сильно приближенных к ним. В идеальном случае помещение должно на 50% освещаться естественными солнечными лучами, на 30% электрическим освещением, остальные 20% идут на гибридный потенциал и распределяются из условий автоматизации. Автор статьи [9] описывает новую конструкцию источников электрического света или попросту ламп. В конструкцию его светильника встроена система управления, которая в зависимости от степени освещенности и условий работы может выбирать интенсивность излучения и даже направленность. Автор подчеркивает, что передавать солнечное излучение во внутреннее пространство помещения в 50 раз экономичнее, чем создавать искусственное освещение.

Системы автоматического управления имеют довольно сложную структуру. Прежде чем среагировать на изменение условий освещения естественным светом электроника должна сделать сложный анализ и не ошибиться с итоговым результатом. В случае ошибки может возникнуть эффект слишком интенсивного освещения, что экономически не целесообразно, либо недостаточное освещение, что создает неблагоприятные условия работы, нанося вред здоровью человека. Автор статьи [6] представляет свой алгоритм исполнения автоматизации, делая упор на зависимости качественных и количественных параметров. Описывает критерии и этапы анализа, выявленные в результате опыта создания, благодаря Российскому научному фонду.

Не мало важным фактором остается и исполнение результатов анализа. Исполнительными элементами системы освещения являются лампы. Лампа должна содержать в себе два основных свойства: энергосбережение и яркость. В статье [2] описывается внедрение новых видов ламп в системы автоматического освещения. Речь идет о полупроводниковых осветительных приборах, которые обладают следующими преимуществами: малое энергопотребление и тепловыделение, долговечность, возможность регулировки яркости и цвета, отсутствие вредного излучения и опасных для здоровья человека веществ, применяемых при производстве ламп, встроенное светораспределение, компактность и др. Использование данного типа ламп по сравнению с лампами накаливания, позволить экономить 90% электроэнергии.

Источниками света (лампами) управляет система, которая реагирует на малейшие изменения, зафиксированные датчиками контроля. От датчика сигнал поступает микрокомпьютеру, который принимает решение и подает обратный сигнал. Разработкой такой системы задались в статье [8]. Авторы подробно описывают структуру интеллектуальной системы освещения с пояснением каждого элемента, схема подключения датчиков, а так же принцип работы всей системы. В результате была создана апробированная модель интеллектуальной системы освещения, которая успешно решает задачу обнаружения движения в контролируемой зоне и подачу освещения в эту зону.

В процессе эксплуатации систем освещения возможно возникновение нештатных ситуаций, приводящих к выходу из строя отдельных источников света. Управление режимами работы систем освещения предусматривает индивидуальное регулирование мощности источников света. Автор статьи [3] предлагает новую систему иерархической переадресации, которая помогает в диагностике и управлении систем, во избежание ошибок исполнения.

Еще несколько лет назад были широко применимы системы с лампами накаливания или промышленные газоразрядные лампы. Затем первые отголоски государственных программ подарили нам более эффективные энергосберегающие лампы, которые обладали высокой энергоэффективностью и приятным холодным светом. Однако некоторые эксперты утверждали, что свет, который излучают энергосберегающие лампы, способствует развитию различных болезней. Широкое распространение данные лампы получили не сразу, поскольку цена на то время существенно превышала цену ламп накаливания, а вопрос окупаемости ламп был открытым.

В настоящее время уже существует и повсеместно используется новый тип ламп, который, по мнению многих полностью займет рынок – это светодиодные лампы. Светодиодное освещение благодаря эффективному расходу электроэнергии и простоте конструкции имеют широкую сферу использования. Аллеи парковых зон, освещение дорог, рекламных вывесок, различных помещений  и других зон и объектов. Автомобили, которые вот еще недавно массово пересаживались на ксеноновый свет, теперь имеют светодиодные ходовые огни. Это ли не показатель того, что за данной технологией будущее.

Автор статьи [9] рассматривает светодиодные лампы с точки зрения их использования в современных гибридных автоматизированных системах освещения. В работе описаны преимущества светодиодов по сравнению с любыми другими видами искусственных источников света: экономичность, высокий срок службы, что позволяет использовать светодиоды в труднодоступных для частой мены ламп  местах. Отсутствие ртутных паров и как следствие безопасность использования. Малые размеры и низкое ультрафиолетовое излучение Высока механическая прочность. Главным существенным недостатком для потребителя является высокая цена, которая оправдана своими преимуществами. Снизить стоимость светодиодных ламп возможно при вмешательстве государства в данных вопрос. Необходимо создание конкуренции в производстве светодиодов. Замена импортных комплектующих более дешёвыми отечественными.

Список литературы:

1. Бозриков А.В., Алексеев В.С., Антонов И.Н. Современные проблемы производства энергоэффективных систем освещения // Вестник Саратовского Государственного технического университета. — 2011. — №3. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=18803210 (дата обращения 15.04.2016)
2. Болвачев Е.А., Ганюшкин А.Л. Интерактивная энергосберегающая система освещения // Территория новых возможностей. Вестник Владивостокского государственного университета экономики и сервиса. — 2010. — №1. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=17947156 (дата обращения 20.04.2016)
3. Вставская Е.В. Иерархическая адресация объектов в интеллектуальных системах освещения // Вестник Южно-уральского государственного университета. Серия: компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. — 2012. — №23. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=17869675 (дата обращения 20.04.2016)
4. Краснокуцкий И.Н. Алгоритмы обработки результатов наблюдений в автоматизированной системе управления наружным освещением // Вестник СибАДИ. — 2009. — №1. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=17892967 (дата обращения 02.05.2016)
5. Леонова Ю.В. Автоматизированная система управления уличным освещением Новосибирска // Вычислительные технологии. — 2013. — №18.[электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=22575131 (дата обращения 02.05.2016)
6. Ломакин В.В., Лифиренко М.В., Асадуллаев Р.Г. Комплекс критериев и алгоритмическое обеспечение процесса принятия решений при создании систем управления наружным освещением // Фундаментальные исследования. — 2014. — №1. [электронный ресурс] — Режим доступа. URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=22604869   (дата обращения 02.04.2016)
7. Методические рекомендации по определению стоимости эксплуатации объектов уличного освещения. Центр муниципальной экономики и права. — М.: 2006.
8. Матвеев И.Г., Гопоненко А.С., Юрченко А.В. Разработка системы детектирования для интеллектуальной системы освещения на основе BEAGLEBONE // ИННОВАТИКА-2015 сборник материалов XI Международной школы-конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. — 2015. — №1. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=24848673 (дата обращения 12.05.2016)
9. Овчаров А.Т. Гибридные светильники совмещённого освещения с системой автоматического управления // Электронные информационные системы. — 2014. — №4. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=25459314 (дата обращения 07.05.2016)
10. Пшихопов В. Х. [и др.] Автоматизированная система управления с динамическим модулем визуализации для муниципальных сетей уличного освещения // Известия ТРТУ. — 2004. — №7. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=12800546 (дата обращения 04.05.2016)
11. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. -Введ. 1996-01-01. -М.: Изд-во стандартов, 1995.
12. Федеральный закон от 23.11.2009г №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации»
13. Указ Президента РФ от 04.06.2008 N 889 "О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики"
14. Хлуденьков В. Система управления освещением - идеальная и оптимальная // Полупроводниковая светотехника. — 2010. — №7. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=15243964 (дата обращения 04.05.2016)
15. Шнайдер Д.А., Крахмалев Е. И. Системы управления уличным освещением гибкой структуры // Вестник Южно-Уральского государственного университета. — 2010. — №22. [электронный ресурс] — Режим доступа. — URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=15229386 (дата обращения 04.05.2016)