بخشی از مقاله
تحليل نتايج اندازه گيري و بهينه سازي مصرف انرژي روشنايي معابر تبريز
چکيده :
در سال هاي گذشته مسئله بهينه سازي مصرف انرژي در سيستم هاي روشنايي معابر مورد توجه ويژه مديران و کارشناسان صنعت برق کشور قرار گرفته است . اين مهم پس از آن شدت گرفت که در سال ١٣٨١ وزارت نيرو با ابلاغ بخشنامه اي به کليه شرکت هاي برق منطقه اي و توزيع ، با محدود کردن مقادير مشخصه هاي روشنايي و همچنين ابلاغ الزام اندازه گيري روشنايي معابر جديدالاحداث و قديمي در معابر سراسر کشور گام هاي مؤثري در جهت دريافت اطلاعات لازم براي بهينه سازي روشنايي معابر برداشت و شرکت هاي برق منطقه اي با کمک مشاور به تدريج اقدام به انجام اندازه گيري نمودند.
نتايج حاصل از اندازه گيري هاي انجام شده نشان داد که بيش از ٧٥% از راه هاي شرياني درجه ١ و ٢ داراي درخشندگي متوسط بيش از ٢.٢ برابر محدوده مجاز بوده و از نظر يکنواختي نيز شرايط مطلوبي وجود ندارد. اساس دفتر مديريت برهمين مصرف برق منطقه اي آذربايجان نسبت به تعريف يک پروژه عملي براي بهينه سازي چند معبر منتخب و اندازه گيري مجدد جهت کنترل صحت محاسبات تئوري اقدام نمود که در نهايت ضمن اثبات موارد مذکور نکاتي نظير حذف لامپ هاي بخار جيوه در معابر، استفاده از چراغ با لامپ هاي ١٥٠ وات در معابر درجه ٢ فرعي و ... حاصل شد.
مقدمه
در سال هاي گذشته توجه به بهينه سازي مصرف انرژي در سيستم هاي روشنايي معابر مورد توجه ويژه مديران و کارشناسان صنعت برق کشور قرار گرفته است . در سال ١٣٨١ وزارت نيرو با ابلاغ بخشنامه اي [١] ضمن محدود کردن مقادير مشخصه هاي روشنايي ، الزام اندازه گيري روشنايي معابر معابر را اعلام نمود که نتايج حاصل از اندازه گيري هاي انجام شده نشان داد که بيش از ٧٥% راه هاي شرياني درجه ١ و ٢ داراي درخشندگي متوسط بيش از ٢.٢ برابر از حد مجاز داشته و از نظر يکنواختي نيز شرايط مطلوبي وجود ندارد. [٢]
برهمين اساس دفتر مديريت مصرف برق منطقه اي آذربايجان نسبت به تعريف يک پروژه عملي براي بهينه سازي چند معبر منتخب و اندازه گيري مجدد جهت کنترل صحت محاسبات تئوري اقدام نمود که مقاله حاضر خلاصه اي از روند و نتايج مذکور است .
به طور کلي در بيشتر سيستم هاي روشنايي موجود مواردي نظير عدم طراحي مناسب مطابق با استاندارد، مغايرت در جداول توزيع نور چراغ هاي طراحي شده و اجرا شده ، عدم دقت کافي در نصب صحيح چراغ و پايه ، نامناسب بودن درجه حفاظت چراغ ، تغيير مشخصه هاي نوري چراغ به مرور زمان و... وجود دارد و اين مشکلات به دليل عدم انجام اندازه گيري و بازرسي روشنايي ، مورد کنکاش و چاره جويي قرارنگرفته و در نتيجه امکان مديريت کيفي و بهينه سازي سيستم هاي روشنايي با هدف کاهش مصرف انرژي براي آنها وجود نداشته است . ولي در حال حاضر با در اختيار گرفتن تجهيزات دقيق اندازه گيري مشخصه هاي مختلف روشنايي معابر مانند دستگاه اندازه گيري درخشندگي ١ و شدت روشنايي و کسب تجربيات لازم در انجام اندازه گيري هاي متعدد، مي توان درخصوص روش هاي عملي بهينه سازي سيستم هاي روشنايي معابر تصميم گيري نمود.
اين مقاله در ابتدا به بيان برخي مشخصه هاي انواع لامپ مي پردازد.
١- آشنايي با انواع لامپ ها
با توجه به اين که در طراحي روشنايي معابر و مناطق شهري نوع لامپ ها و منابع نوري از اهميت ويژه اي برخوردار است ، ابتدا به معرفي انواع مختلف لامپ ها پرداخته مي شود. به طور کلي مي توان لامپ ها را مطابق با نمودار ١ دسته بندي نمود.
لامپ هاي التهابي از روش التهاب رشته تنگستن ناشي از عبور جريان الکترسيته نور توليد مي نمايند و به طور کلي داراي راندمان پايين هستند. در لامپ هاي تخليه در گاز و القايي ، عبور جريان از دو الکترود دو سر لامپ و برخورد الکترون ها با اتم هاي موجود در تيوب لامپ (جيوه يا سديم ) و برانگيختگي آنها را موجب مي شود. الکترون هاي برانگيخته شده اين اتم ها در بازگشت به لايه هاي قبلي انرژي ذخيره شده را آزاد مي کنند که فرکانس اين انرژي در لامپ هاي بخار سديم و متال هاليد
مرئي است ولي در لامپ هاي بخار جيوه ، فلورسنت و القايي نياز به يک پوشش کمکي فلورسنت جهت مرئي شدن نور دارد. [٣] با توجه به اين که استفاده از لامپ هاي التهابي در روشنايي معابر بدليل داشتن طول عمر و بازده نوري کم در مقايسه با ساير لامپها در روشنايي راه ها توجيه ندارد. همچنين تکنولوژي خاص لامپ هاي القايي ، LED [٤] و گوگردي امکان استفاده از آنها را در روشنايي راه ها غير ممکن ساخته است .
در بخش بعد به برخي از جزئيات لامپ هاي تخليه در گاز به اختصار پرداخته مي شود.
١-١- لامپ هاي تخليه در گاز
١-١-١- لامپ فلورسنت : امکان استفاده از لامپ ها فلورسـنت و فلورسنت فشرده (کم مصرف ) در خيابان هـاي فرعـي ، جـاده فرعي و پياده روها وجود دارد ولي با توجـه بـه مشخـصه هـاي فيزيکي ، هزينه هاي تعمير و نگهداري بـالا و از طرفـي مزايـاي انواع ديگر لامپ ها استفاده از اين نوع لامـپ توجيـه اقتـصادي ندارد.
١-١-٢- لامپ هاي بخـار جيـوه : ايـن لامـپ هـا بـراي تـأمين روشـنايي بيرونـي نظيـر پـارک هـا، پيـاده روهـا و سـالن هـاي کارخانجات به کار مي روند. لازم به ذکـر اسـت در سـال هـاي اخير با توجه به دلايل زيست محيطي و آثار سـوء آن بـر روي انسان و محيط زيست و همچنين بازده نوري پايين ، اسـتفاده از اين نوع لامپ در حال کاهش بوده است .
١-١-٣- لامـپ هــاي متـال هاليــد: کـاربرد ايــن لامـپ هــا در خيابان هاي اصلي ، ميادين و پل ها، تقاطع ها، راه هـاي انحرافـي ، پارک ها و روشنايي تزئيني (در بعضي موارد) مي باشد. اين نـوع لامپ معمولاً در نقاطي که تفکيک رنگ اهميـت بيـشتري دارد مورد استفاده قرار مي گيرد. لامپ هاي متـال هاليـد داراي بـازده نوري نسبتاً بالا و طول عمر مناسب است و با توجـه بـه بـازده نوري کمتر نسبت به لامپ هاي بخار سديم ، در شرايط خـاص مورد استفاده قرار مي گيرد.
١-١-٤- لامپ هاي بخار سديم کم فشار: اين لامپ داراي بازده
نوري بسيار بالا بوده و فقط نور تک رنگ زرد توليد مـي کننـد، کاربرد آن ها در خيابان هاي اصلي ، پل هـا، تقـاطع هـا و راه هـاي انحرافي مي باشد. ويژگي خاص اين نوع لامـپ از جملـه رنـگ نور و بازتاب رنگ نامناسب ، به عنوان يک عامـل بازدارنـده در بکارگيري اين لامپ ها براي مکان هايي که افراد حضور طولاني مدت دارند و محل هاي استراحتي محسوب مـي شـود ولـي بـا توجه به اينکه نور اين لامپ ها در مه به خوبي مشاهده مي شود، براي محل هاي مه آلود گزينه مناسبي به نظر مي رسند.
١-١-٥- لامپ هاي بخار سديم پر فشار: کاربرد اين لامپ ها در خيابان ها و جاده هاي فرعي ، پيـاده روهـا، خيابـان هـاي اصـلي ، ميادين و پل ها، تونل ها و راه هاي زير زميني ، تقاطع ها و راه هاي انحرافي مي باشد. اين لامپ ها از تـوان ٥٠ وات تـا ١٠٠٠ وات موجود بوده و با توجه به بهره نوري و طول عمر بـالا، بهتـرين گزينه براي تأمين روشنايي راه ها مي باشند.
بنابراين با مقايسه انواع لامپ ها و بررسي دقيق مشخصات فني آنها و همچنين توجه ويژه به به مشخصه راندمان لامپ ها مي توان استفاده از لامپ هاي بخارسديم پرفشار را براي روشنايي راه ها مناسب تر و با صرفه تر از ساير لامپ ها قلمداد کرد.
٢- تعاريف مشخصه ها و روش اندازه گيري روشنايي معابر [ ٥ ] ، [ ٦ ] [ ٧ ] ، [ ٨ ] و[ ٩ ]
به منظور محاسبه يا اندازه گيري يک سيستم روشنايي ، مشخصه هايي مانند درخشندگي ، شدت روشنايي و يکنواختي داراي اهميت ويژه بوده که در ادامه تعاريف مربوط و روش هاي اندازه گيري آنها ارائه مي گردد:
٢-١- درخشندگي
4 درخشندگي يک صفحه کوچک نوراني در يک جهت معين برابر است با نسبت شدت نور صفحه در آن جهت معين ، به مساحت مؤلفه سطح مزبور در راستاي عمود بر آن جهت معين . واحد درخشندگي کاندلا بر متر مربع ( cd.m٢ ) است [٥]. در معابر انعکاس ناشي از تابش نور چراغ به سطح آسفالت از ديد ناظر (راننده ) از يک فاصله مشخص مورد نظر مي باشد. سنجش درخشندگي در معابر با استفاده از دستگاه اندازه گيري درخشندگي (شکل ٢) انجام مي شود که در اين خصوص ارتفاع و موقعيت مکاني دستگاه نسبت به نقطه مورد نظر و همچنين تنظيم زاويه ديد از نکات مهم به شمار مي رود. [٦] ، [٧].
استانداردهاي روشنايي براي کنترل اين مشخصه مقدار متوسط درخشندگي را ارائه نموده اند که عبارت است از مقدار متوسط درخشندگي که از روي نقاط مشخص شده در مستطيل اندازه گيري ٣ از معبر به چشم ناظر مي رسد.
شکل ٢- شماتيک دستگاه اندازه گيري درخشندگي در معابر
درخشندگي از مهم ترين مشخصه هاي نوري در روشنايي راه ها محسوب مي شود زيرا عامل تعيين کننده امنيت تردد در هنگام رانندگي با وسايل نقليه ، قدرت تشخيص موانع و احجام موجود در زاويه ديد راننده بوده که اين مهم با مشخصه درخشندگي قابل محاسبه و اندازه گيري مي باشد. همچنين در استانداردهاي روشنايي اين مشخصه در راه هاي شرياني درجه ١ و ٢ ملاک سنجش قرار مي گيرد. [٥]
٣ - عرض مستطيل اندازه گير ي (محاسباتي )، عرض راه و طول آن فاصله بني دو پايه مجاور تعريف مي شود.
٢-٢- شدت روشنايي
شدت روشنايي در يک نقطه واقع بر يک سطح برابر است با نسبت شار نوري تابيده به جزء کوچک سطح ، که نقطه در آن واقع است و با واحد لوکس (Lx) بيان مي شود. همچنين شدت روشنايي متوسط مقدار متوسط شدت روشنايي حاصل از نقاط اندازه گيري مستطيل اندازه گيري مي باشد. [٥]
سنجش شدت روشنايي در معابر با استفاده از دستگاه لوکس مترصورت مي گيرد که در اين خصوص ارتفاع و موقعيت مکاني دستگاه در مستطيل اندازه گيري و همچنين کلاس دقت دستگاه از نکات مهم به شمار مي رود. [٦]، [٧] (شکل ٣)
شکل ٣- شدت روشنايي در معابر و دستگاه اندازه گيري آن
شدت روشنايي از مشخصه هاي نوري مهم در راه هايي شود که تردد عابرين بر وسايل نقليه اولويت دارد محسوب مي (مانند راه هاي محلي ). زيرا به دليل عدم وجود سرعت ، عامل تعيين کننده ، امنيت تردد عابرين و قدرت تشخيص افراد و موانع موجود در اطراف فرد بوده که اين مهم با مشخصه شدت روشنايي قابل تعريف مي باشد. همچنين در استانداردهاي روشنايي اين مشخصه در راه هاي محلي ملاک سنجش قرار مي گيرد.
مقادير حاصل از اندازه گيري دو مشخصه درخشندگي و شدت روشنايي در مستطيل اندازه گيري نشان دهنده کميت هاي روشنايي در معابر هستند. به منظور کنترل کيفيت روشنايي در معابر شاخص هايي نظير يکنواختي کلي و طولي درخشندگي و يکنواختي کلي شدت روشنايي مورد بررسي قرار مي گيرند که تعاريف هر يک به شرح ذيل مي باشد:
٢-٣- يکنواختي کلي درخشندگي
نسبت درخشندگي حداقل به درخشندگي متوسط در مستطيل اندازه گيري . [٥]، [٨]، [٩].
٢-٤- يکنواختي طولي درخشندگي
نسبت درخشندگي حداقل به درخشندگي حداکثر در يک خط طولي مقابل ناظر [٥]، [٨].
٢-٥- يکنواختي کلي شدت روشنايي
نسبت شدت روشنايي حداقل به شدت روشنايي متوسط در مستطيل اندازه گيري . [٥]، [٨]، [٩]. دستيابي به کيفيت مناسب روشنايي در راه ها مستلزم استفاده از چراغ هاي با جداول توزيع نور مناسب ، دقت در طراحي و انتخاب مناسب ارتفاع نصب و زاويه چراغ و ساير عوامل مرتبط مي باشد. به طور مثال نمونه هاي ارائه شده در شکل ٤ نمايانگر اين امر هستند که با بالا رفتن يکنواختي طولي در روشنايي معبر، دستيابي
