Методика расчета экономии электроэнергии в действующих осветительных установках помещений при проведении энергетического аудита

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:

Затем, производится расчет показателей энергопотребления на основании вышеперечисленных данных полученных в результате инструментального обследования объекта.

Установленная мощность:

[Вт]

(1)

где P_i - мощность осветительной установки i-го помещения в обследуемом объекте; K_пра - коэффициент потерь в пускорегулирующей аппаратуре осветительных приборов; P_л - мощность лампы; N - количество однотипных ламп в осветительной установке i-го помещения.

Годовое и удельное энергопотребление:

[кВтч]

(2)

где W_Г - суммарное годовое потребление электроэнергии; W_Гi - годовое потребление ОУ i-го помещения; T_Гi - годовое число часов работы системы i-го помещения; k_Иi - коэффициент использования установленной электроической мощности в ОУ i-го помещения (k_Иi=1).

[кВтч/м2]

(3)

где W_Гуд - годовое удельное потребление электроэнергии; S_i - 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); U_н - номинальное напряжение сети, В; U_ср - среднее фактическое значение напряжения U_ср=(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 k_ni - коэффициетн приведения освещенности i-го помещения; E_фi - нормируемое значение освещенности в i-ом помещении; E_нi - фактическое значение освещенности в в i-ом помещении.

Потенциал годовой экономии электроэнергии в ОУ обследуемого помещения рассчитывается по формуле:

[кВтч/год]

(6)

где DW_i^k- 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:

где k_исi - коэффициент эффективности замены типа источника света; k_зпi - коэффициент запаса учитывающий снижение светового потока лампы в течение срока службы [1] (при замене ламп с близким по значению k_зп но с разной эффективностью k_зп исключается или корректируется, кроме случая когда обследование проводилось после групповой замены источников света).

где h - светоотдача существующего источника света [лм/вт]; h_N - 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:

где k_чi - коэффициент эффективности чистки светильников.

где g _с , b _с , t_с - 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:

где k_эаi- коэффициент эффективности автоматизации управления освещением, который зависит от уровня сложности системы управления.

В таблице 1 представлены значения k_эаi для предприятий и организаций с обычным режимом работы (1 смена).

Таблица 1.

5. Установка энергоэффективной пускорегулирующей аппаратуры (ПРА).

где К_праi - коэффициент потерь в ПРА существующих светильников системы освещения i-го помещения; К^N_праi - 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:

где Р_i^N - установленная мощность после замены светильников; Т_Гi - 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:

где k_свi - коэффициент учитывающий повышение КПД светильника.

где q_i - паспортный КПД существующих светильников; q_i^N - 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.

где D W_уд^j - удельная экономия электроэнергии для j - типа помещения; D W_i^j - расчетная экономия электроэнергии для i-го помещения; S_i^j - 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 Т_Г = 1300 часов; напряжение сети во время измерений U_c = 220 В; коэффициент естественной освещенности соответствует норме, коэффициент использования 0,92; на момент измерений прошло 360 дней со дня последней чистки.

Расчет:

ЛИТЕРАТУРА