В последнее время, в связи с ростом цен на энергоносители,
актуальной становится их экономия. Первым этапом процесса экономии
энергии является проведение комплексного энергетического обследования
объекта (энергоаудит) и разработка на его основе экономически целесообразных
мероприятий по экономии энергии. Данные мероприятия разрабатываются
для каждого отдельного типа потребителя энергии: отопление, технология,
освещение, вентиляция и т.п. Сначала поизводится анализ состояния
систем энергопотребления, а затем - расчет экономии энергии по определенным
методикам.
Система освещения является весомым потребителем
электроэнергии, особенно в административных зданиях (до 80%). Поэтому
применение предлагаемой методики приобретает большое значение при
энергоаудите
Для анализа состояния системы освещения обследуемого
объекта необходимо собрать следующую информацию:
- тип и количество существующих светильников;
- тип, количество и мощность используемых ламп;
- режим работы сисемы искуственного освещения;
- характеристики поверхностей помещений (коэффициенты отражения);
- год установки светильников;
- переодичность чистки светильников;
- фактический и нормированный уровень освещенности;
- значения напряжения электросети освещения в начале и в конце
измерений освещенности;
- размеры помещения;
- средний фактический срок службы ламп;
- фактическое и нормированное значение коэффициента естественной
освещенности.
Затем, производится расчет показателей энергопотребления
на основании вышеперечисленных данных полученных в результате инструментального
обследования объекта.
Установленная мощность:
[Вт] |
(1) |
где Pi - мощность осветительной
установки i-го помещения в обследуемом объекте; Kпра
- коэффициент потерь в пускорегулирующей аппаратуре осветительных
приборов; Pл - мощность лампы; N - количество
однотипных ламп в осветительной установке i-го помещения.
Годовое и удельное энергопотребление:
[кВтч] |
(2) |
где WГ - суммарное годовое потребление
электроэнергии; WГi - годовое потребление
ОУ i-го помещения; TГi - годовое
число часов работы системы i-го помещения; kИi
- коэффициент использования установленной электроической мощности
в ОУ i-го помещения (kИi=1).
[кВтч/м2] |
(3) |
где WГуд - годовое
удельное потребление электроэнергии; Si - площадь
i-го помещения в исследуемом объекте.
Удельные показатели энергопотребления или установленной
мощности (Вт/м2) позволяют на основе норм приближенно
(±20%) оценить общий потенциал экономии энергии.
Для более точной оценки по каждому мероприятию
необходимо выполнить расчет экономии электроэнергии по нижеприведенной
методике.
Сначала необходимо определить фактическое среднее
значение освещенности с учетом отклонения напряжения в сети от номинального
по формуле:
[лк] |
(4) |
где E'ф - измеренная
фактическая освещенность, лк; k - коэффициент учитывающий
изменения светого потока лампы при отклонении напряжения питающей
сети (k=4 для ламп накаливания, k=2> для газоразрядных
ламп); Uн - номинальное напряжение сети, В; Uср
- среднее фактическое значение напряжения Uср=(U1-U2)/2
[В] (U1 и U2 - значения напряжения
сети в начале и конце измерения).
Для учета отклонения фактической освещенности от
нормативных значений определяем коэффициент приведения:
где kni - коэффициетн
приведения освещенности i-го помещения; Eфi
- нормируемое значение освещенности в i-ом помещении; Eнi
- фактическое значение освещенности в в i-ом помещении.
Потенциал годовой экономии электроэнергии в ОУ
обследуемого помещения рассчитывается по формуле:
[кВтч/год] |
(6) |
где DWik- потенциал
экономии электроэнергии в кВтч/год для i-го помещения и k-го
мероприятия.
К основным мероприятиям относятся:
1. Переход на другой тип источника света с более
высокой светоотдачей (лм/вт). Экономия электроэнергии в результате
данного мероприятия определяется по формуле:
DWi
= WГi (1 - kисi
kзпi) [кВтч/год] |
(7) |
где kисi - коэффициент
эффективности замены типа источника света; kзпi
- коэффициент запаса учитывающий снижение светового потока лампы
в течение срока службы [1] (при замене ламп с близким по значению
kзп но с разной эффективностью kзп
исключается или корректируется, кроме случая когда обследование
проводилось после групповой замены источников света).
где h - светоотдача существующего источника света
[лм/вт]; hN - светоотдача предлагаемого к установке
источника света [лм/вт].
2. Повышение КПД существующих осветительных приборов
вследствие их чистки. Экономия электроэнергии в результате данного
мероприятия определяется по формуле:
DWi
= WГi kчi
[кВтч/год] |
(9) |
где kчi - коэффициент
эффективности чистки светильников.
kЧi
= 1 - (gс + bс e-(t/tc))
|
(10) |
где g с , b с , tс
- постоянные для заданных условий эксплуатации светильников [1];
t - продолжительность эксплуатации светильников между двумя
ближайшими чистками.
3. Повышение эффективности использования отражённого
света. Увеличение коэффициентов отражения поверхностей помещений
на 20% и более (покраска в более светлые тона, побелка, мойка) позволяет
экономить 5-15% электроэнергии, вследствие увеличения уровня освещенности
от естественного и искусственного освещения. Эффективность данного
мероприятия зависит от большого числа факторов: размеры помещения,
коэффициенты отражения поверхностей помещения, расположение светопроемов,
коэффициент естественной освещенности (КЕО), режим работы людей
в помещении, светораспределение и расположение светильников. Поэтому
более точное значение экономии электроэнергии можно получить на
основании светотехнического расчета методом коэффициента использования
[1].
4. Повышение эффективности использования электроэнергии
при автоматизации управления освещением.
Эффективность данного мероприятия является многофакторной,
методика расчета экономии электроэнергии, представленная в [2],
сложна для использования при энергообследовании, но может быть рекомендована
при необходимости точной оценки.
На основании опыта внедрения систем автоматизации
и экономию от данного мероприятия можно определить по следующей
формуле:
DWi
= WГi( kэаi
- 1) [кВтч/год] |
(11) |
где kэаi- коэффициент
эффективности автоматизации управления освещением, который зависит
от уровня сложности системы управления.
В таблице 1 представлены значения kэаi
для предприятий и организаций с обычным режимом работы (1 смена).
Таблица 1.
№ п.п. |
Уровень сложности
системы автоматического управления освещением |
kэаi |
1 |
Контроль уровня
освещенности и автоматическое включение и отключение системы
освещения при критическом значении Е |
1,1 - 1,15 |
2 |
Зонное управление
освещением (включение и отключение освещения дискретно,
в зависимости от зонного распределения естественной освещенности) |
1,2 - 1,25 |
3 |
Плавное управление
мощностью и световым потоком светильников в зависимости
от распределения естественной освещенности |
1,3 - 1,4 |
5. Установка энергоэффективной пускорегулирующей
аппаратуры (ПРА).
DWi
= WГi(1 - KNпраi
/ Kпраi ) [кВтч/год] |
(12) |
где Кпраi - коэффициент
потерь в ПРА существующих светильников системы освещения i-го
помещения; КNпраi - коэффициент
потерь в устанавливаемых ПРА.
6. Замена светильников является наиболее эффективным
комплексным мероприятием, так как включает в себя замену ламп, повышение
КПД светильника, оптимизацию светораспределения светильника и его
расположения. Для точной оценки экономии электроэнергии необходимо
производить светотехнический расчет освещенности для предполагаемых
к установке светильников методом коэффициента использования или
точечным методом [1]. По расчетному значению установленной мощности
(из светотехнического расчета) экономия электроэнергии определяется
по формуле:
DWi
= WГi - PiN
TГi [кВтч/год] |
(13) |
где РiN - установленная
мощность после замены светильников; ТГi
- годовое число часов работы системы искусственного освещения i-го
помещения.
При упрощенной оценке (при замене светильников
на аналогичные по светораспределению и расположению) расчет производится
по следующей формуле:
DWi
= WГi(1 - kисi
kзпi kчi kсвi
KNпраi / Kпраi
) [кВтч/год] |
(14) |
где kсвi - коэффициент
учитывающий повышение КПД светильника.
kсвi
= qi / qiN [кВтч/год] |
(15) |
где qi - паспортный КПД существующих
светильников; qiN - паспортный КПД
предполагаемых к установке светильников.
Расчет экономии электроэнергии при замене светильников
учитывает мероприятия № 1, 2, 5, поэтому их следует исключать при
расчете общей экономии электроэнергии в i-ом помещении.
В случае большого числа однотипных помещений в
обследуемом здании со схожими по параметрам, состоянию, и мероприятиям
ОУ расчет производится с помощью удельных показателей экономии электроэнергии.
DWудj
= DWij / Sij
[кВтч/год] |
(16) |
где D Wудj - удельная
экономия электроэнергии для j - типа помещения; D Wij
- расчетная экономия электроэнергии для i-го помещения; Sij
- площадь i-го помещения.
Общая экономия электроэнергии в системах освещения
обследуемого объекта определяется по формуле:
[кВтч] |
(17) |
где S j - общая площадь помещений
j-го типа; N - количество типов помещений.
По представленной выше методике сотрудниками НГТУ
произведен расчет экономии электроэнергии на объектах где проводился
энергоаудит (ВУЗы и НИИ г. Нижний Новгород). В среднем экономически
реальный потенциал экономии электроэнергии в системах освещения
составил 15-20%.
ПРИМЕР:
Административное здание 1986 года постройки; система
освещения финансового отдела выполнена светильниками типа ЛПО 02
2х40 с КПД = 52%; используемые лампы типа ЛБ 40 с h = 75 лм/Вт;
режим работы - 1 смена (с 8 до 17 часов); количество светильников
15 штук; размеры помещения 5х15х3 метра; средневзвешенный коэффициент
отражения поверхностей помещения r = 0,3; нормированная освещенность
300 лк; фактическая освещенность 250 лк; количество часов работы
искусственного освещения в год ТГ = 1300 часов;
напряжение сети во время измерений Uc = 220 В;
коэффициент естественной освещенности соответствует норме, коэффициент
использования 0,92; на момент измерений прошло 360 дней со дня последней
чистки.
Расчет:
- Установленная мощность
Р = PлКпраN = 40 * 1,2 * 30 = 1440
Вт;
- Годовое энергопотребление
WГ = Р ТГ kи = 1440
* 1300 * 0,92 = 1872 кВтч/год;
- Экономия за счет перехода на люминесцентные лампы пониженной
мощности типа TL-D 36/84, с h N = 93 лм/Вт.
D W1 = WГ (1 - kис)
= 1872 * (1 – 0,81) = 356 кВт*ч/год;
- Экономия за счет чистки светильников
kчi = 1 - ( g с
+ b с е-(t/tc)) = 1 – (0,95
+ 0,02) = 0,03;
D W2 = WГ kч
= 1872 * 0,03 = 56 кВтч/год;
- Экономия энергии при повышении коэффициента отражения поверхностей
помещения до r = 0,5 (покраска, побелка) составит 10% или
D W3 = 187 кВтч/год;
- Экономия энергии в результате внедрения системы автоматического
включения и отключения освещения
D W4 = WГ (kэа
– 1) = 1872 * (1,1 – 1) = 187 кВтч/год;
- Экономия энергии вследствие установки электронных ПРА с КNпра
= 1,1
D W5 = WГ (1 - КNпра
/ Кпра) = 1872 * (1 – 0,92) = 150 кВтч/год;
- Экономия за счет установки новых светильников с более высоким
КПД = 75%, но с аналогичным светораспределением
D W6 = WГ (1 - kсв)
= 1872 * (1 – 0,52/0,75) = 580 кВтч/год;
- Общий резерв экономии энергии составит
= 250/300 * 1516 = 1263 кВтч/год.
ЛИТЕРАТУРА
- Справочная книга по светотехнике / Под редакцией Ю. Б. Айзенберга.
- 2- е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1995. -
528 с. : ил.
- Кунгс Я. А. Автоматизация управления электрическим освещением.
- М.: Энергоатомиздат, 1989. - 112 с.: ил. - (Экономия топлива
и электроэнергии).
|