Анализ энергоэффективности системы освещения учебных помещений корпуса Т (I этаж)

Во всех обследуемых помещениях выполняется работа средней точности и естественный свет проникает через боковые оконные проемы, поэтому ен составит 1,5 %. Коэффициент светового климата принимаем равным 0.9,а коэффициент солнечности - 0.8, так как г. Сумы расположен в IV световом поясе, 50°53" северной широты. Определяя нормированное значение коэффициента естественной освещенности ен по формуле (4.2), получим:

ен= 1,5%×0,9×0,8 = 1,1%.

Для оценки естественного освещения также необходимо рассчитать фактическое значение коэффициента естественной освещенности еф, зависящее от площади световых проемов и от некоторых других факторов. При боковом освещении фактическое значение КЕО определяется по формуле [1,2]:

   (4.3)

где So - площадь окон в рассматриваемом помещении, м ;

к3 - коэффициент запаса, принимаем к3=1,3;

r1 - коэффициент, учитывающий повышение КЕО при боковом освещении благодаря свету, отраженному от поверхностей помещения и подстилающего слоя, прилегающего к зданию;

Sn - площадь пола помещения, м2;

h0 - световая характеристика окон;

кзд - коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зданиями;

t0 - общий коэффициент светопропускания, определяемый по формуле:

t0=t1×t2×t3×t4×t5,                                                                                 (4.4)

где t1 - коэффициент светопропускания материала (для двойного стекла t1=0,8);

t2 - коэффициент, учитывающий потери света в переплетах светопроема;

t3 - коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях (при боковом освещении t3=1);

t4 - коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах (при их отсутствии t4=1, при наличии солнцезащитного устройства «Жалюзи» t4=0,9);

t5 - коэффициент, учитывающий потери света в защитной сетке, устанавливаемой под фонарем (при боковом освещении t5=1).

Результаты расчетов фактического значения КЕО сведены в таблицу 4.1. Проанализировав фактическое и нормируемое значения КЕО, приходим к выводу, что в тех помещениях, в которых фактическое значение меньше нормированного, необходимо применять совмещенное освещение.

Таблица 4.1 - Результаты расчетов фактического значения КЕО.

5 Методика проведения аудита системы освещения

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 производится анализ состояния систем энергопотребления, а затем - расчет экономии энергии по определенным методикам [13, 16].

Подавляющее большинство осветительных установок можно улучшить в отношении общих денежных затрат и сокращении потребления электроэнергии, если применить усовершенствованные технологии и более эффективное оборудование. Некоторые изменения для реализации значительных выгод могут потребовать лишь очень небольших либо вообще нулевых капитальных затрат. В других случаях могут понадобиться инвестиции капитала в новое оборудование, и тогда необходимо сопоставлять требуемые капитальные затраты с экономией эксплуатационных расходов. Часто срок окупаемости оказывается на удивление малым [17].

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 [16]:

0           тип и количество существующих светильников;

1           тип, количество и мощность используемых ламп;

2           режим работы системы искусственного освещения;

3           характеристики поверхностей помещений (коэффициенты отражения);

4           год установки светильников;

5           периодичность чистки светильников;

6           фактический и нормированный уровень освещенности;

7           значения напряжения электросети освещения в начале и в конце измерений освещенности;

8           размеры помещения;

9           средний фактический срок службы ламп;

10      фактическое и нормированное значение коэффициента естественной
освещенности.

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

Фактическая мощность:

Рфі=Рл×Кпpа×Nр. (5.1)

Установленная мощность:

Pyi=Pл×Knpa×N,       (5.2)

где Рф - фактическая мощность осветительной установки i-ro помещения в обследуемом объекте;

Pyi - установленная мощность осветительной установки i-ro помещения в обследуемом объекте;

Рл - мощность лампы, Вт;

Кпра - коэффициент потерь в пускорегулирующей аппаратуре осветительных приборов (данный коэффициент учитывается только при расчете мощности осветительной установки, в которой используются газоразрядные лампы);

Np - количество работающих однотипных ламп в осветительной установке i-ro помещения;

N - количество всех однотипных ламп в осветительной установке i-ro помещения.

Годовое и удельное энергопотребление:

 (5.3)

где WГ - суммарное годовое потребление электроэнергии;

WГі - годо вое потребление ОУ i-ro помещения;

ТГi - годовое число часов работы системы i-ro помещения;

KИi - коэффициент использования установленной электрической мощности в ОУ i-ro помещения, который вычисляется по формуле:

, (5.4)

, (5.5)

где WГуд - годовое удельное потребление электроэнергии;

Sі - площадь i-ro 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:

 (5.6)

где Еф - измеренная фактическая освещенность, лк;

k - коэффициент, учитывающий изменения светового потока лампы при отклонении напряжения питающей сети (к=4 для ламп накаливания, к=2> для газоразрядных ламп);

UH - номинальное напряжение сети, В;

Ucp - среднее фактическое значение напряжения Ucp = (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:

kni=Eфі/Ені   (5.7)

где kni - коэффициент приведения освещенности i-ro помещения;

Еф - фактическое значение освещенности в i-ом помещении;

Ені - нормируемое значение освещенности в i-ом помещении.

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

, (5.8)

где  - потенциал экономии электроэнергии в кВт×ч/год для i-ro помещения и k-ro 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:

, (5.9)

где kИСі - коэффициент эффективности замены типа источника света;

k3Пi - коэффициент запаса учитывающий снижение светового потока лампы в течение срока службы (при замене ламп с близким по значению кзп но с разной эффективностью кзп исключается или корректируется, кроме случая когда обследование проводилось после групповой замены источников света).

, (5.10)

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:

, (5.11)

где kЧi - коэффциент эффективности чистки светильников.

 , (5.12)

где gс, bс, tc - постоянные для заданных условий эксплуатации светильников;

t - продолжительность эксплуатации светильников между двумя ближайшими чистками.

Несвоевременная чистка светильников может снизить освещенность на 15 - 30 % и более, что приводит к снижению производительности труда и качества продукции, ухудшению психофизиологического состояния работающих, повышению травматизма. В связи с этим на каждом предприятии должен быть график чистки светильников, который подтверждается документально [2]. 3. Повышение эффективности использования отражённого света.

Для повышения коэффициента использования естественного и искусственного освещения поверхности помещений общественных зданий следует окрашивать в светлые тона, что позволит:

0           снизить число установленных светильников при условии обеспечения за данных норм освещенности;

1           повысить освещенность до нормированных значений при существующем числе или незначительном увеличении числа светильников.

Все поверхности в определенной степени поглощают свет. Чем меньше их отражательная способность, тем больше света они поглощают. Из этого следует, что поверхности, окрашенные в светлые цветовые тона, являются более эффективными, однако их следует регулярно красить, мыть либо заново оклеивать с тем, чтобы обеспечить экономичное использование освещения. Отражение от цветных поверхностей в комнате может сказаться на количестве и цветовом составе света на рабочих поверхностях [16].

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. Более точное значение экономии электроэнергии можно получить на основании светотехнического расчета методом коэффициента использования [10].

4. Повышение эффективности использования электроэнергии при автоматизации управления освещением.

Эффективность данного мероприятия является многофакторной, методика расчета экономии электроэнергии сложна для использования при энергообследовании, но может быть рекомендована при необходимости точной оценки [5].

Автоматическое управление наружным освещением, по сравнению с ручным, дает экономию электроэнергии порядка 2 - 4 % [18].

Управление освещением в помещениях с боковым и комбинированным естественным светом должно обеспечивать возможность отключения рядов светильников, параллельных окнам. Эти мероприятия могут привести к снижению расхода электроэнергии на 5 - 10 % [18].

На основании опыта внедрения систем автоматизации и экономию от данного мероприятия можно определить по следующей формуле [5]:

, (5.13)

где  - коэффициент эффективности автоматизации управления освещением, который зависит от уровня сложности системы управления. В таблице 5.1 представлены значения для предприятий и организаций с обычным режимом работы (1 смена).

Таблица 5.1 - Значения коэффициента эффективности автоматизации управления освещением.

5. Установка энергоэффективной пускорегулирующей аппаратуры (ПРА).

, (5.14)

где Knpai - коэффииент потерь в ПРА существующих светильников системы

освещения i-ro помещения;

KnpaiN - 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 [10]. По расчетному значению установленной мощности (из светотехнического расчета) экономия электроэнергии определяется по формуле:

, (5.15)

где PіN - установленная мощность после замены светильников;

ТГі - годовое число часов работы системы искусственного освещения i-ro помещения.

При упрощенной оценке (при замене светильников на аналогичные по светораспределению и расположению) расчет производится по следующей формуле [16]:

, (5.16)

где kсвi - коэффициент учитывающий повышение КПД светильника:

 , (5.17)

где qі - паспортный КПД существующих светильников;

qіN - паспортный КПД предполагаемых к установке светильников.

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.

, (5.18)

где  - удельная экономия электроэнергии для j - типа помещения;

  - расчетная экономия электроэнергии для i-ro помещения;

Sij - площадь i-ro помещения. Общая экономия электроэнергии в системах освещения обследуемого объекта определяется по формуле:

, (5.19)

где SJ - общая площадь помещений j-го типа;

N - количество типов помещений.

6 Оборудование, необходимое для аудита системы освещения

Для анализа системы освещения мы пользовались цифровым фотометром ТЕС 0693 (люксометр-яркомер). Фотометр предназначен для измерения освещенности, формируемой естественным и искусственным светом, источник которого расположен произвольно от головки фотометрической, и для измерения яркости несамосветящихся объектов в нормальных климатических условиях: температура окружающей среды от 5 до 40 °С; относительная влажность воздуха от 60 до 95 %; атмосферное давление (100±4) кПа (760±30 мм рт.ст.). Диапазон измерения освещенности составляет: от 10 до 105 лк с косинусной насадкой и от 0,1 до 104без косинусной насадки. Диапазон измерения яркости - от 10 до 2-10 Кд/м". Нестабильность измерений фотометра составляет не более 1 % и обеспечивается конструкцией. Питание фотометра осуществляется от встроенной аккумуляторной батареи напряжением 9В или от блока питания, работающего от сети напряжением (220±22) В и частотой (50±0,5) Гц в двух режимах: режим источника напряжения 9 В; режим заряда аккумуляторной батареи. Время непрерывной работы от аккумуляторной батареи составляет не менее 8 часов. Потребляемая мощность фотометра не превышает 0,1 Вт, а время установления рабочего режима не более 1 минуты.

Фотометр состоит из электронного блока, головки фотометрической со съемной косинусной насадкой, насадкой для измерения яркости и блока питания. На лицевой панели прибора расположено цифровое табло (три полных и один неполный десятичный разряд), переключатель питания с двумя положениями "Вкл" и "ЗО" (заряд аккумуляторной батареи и отключено), две регулировки "под шлиц" для установки нуля, переключатель каналов измерения: освещенности (Е), яркости (L), переключатель пределов измерения на четыре рабочие положения.

Принцип работы фотометра состоит в следующем: световой поток, попадая на фоточувствительный элемент головки фотометрической, генерирует фототок, преобразуемый преобразователем ток-напряжение в пропорциональное ему натпряжение постоянного тока. Аналого-цифровой преобразователь преобразует напряжение в цифровой код, выводимый на жидкокристаллический индикатор. Схема выбора предела измерений задает коэффициент преобразования, величину опорного напряжения на аналого-цифровом преобразователе и положение запятой на жидкокристаллическом индикаторе.

При проведении замеров освещенности внутри помещения обращенную вверх пластинку фотоэлемента необходимо держать параллельно полу на уровне высоты стола (0,8 м от пола) [1].

Наружная освещенность должна определяется по горизонтальной плоскости, освещаемой всей небесной полусферой, поэтому замер надо проводить на открытой со всех сторон площадке, где небосклон не затенен близко стоящими зданиями или деревьями [6].

7 Расчет экономии электроэнергии в действующих осветительных установках

В данном разделе производится расчет экономии электроэнергии в действующих осветительных установках технического корпуса Т СумГУ (I этаж) по методике, изложенной в разделе 5.

При расчете фактической и установленной мощности по формулам (5.1) и (5.2) соответственно используется коэффициент потерь в пускорегулирующей аппаратуре, который составляет для люминесцентных ламп 1,2 согласно [16], а для ламп накаливания этот коэффициент не используется, так как пускорегулирующая аппаратура в лампах накаливания отсутствует. Мощность ламп накаливания была принята 60 Вт, а мощность люминесцентных ламп - 40 Вт.

Нормированная освещенность рабочего места в помещениях административных зданий согласно разделу 4 составляет 300 лк. Для учета отклонения фактической освещенности от нормативного значения необходимо определить коэффициент приведения по формуле (5.7). В помещениях, где для обеспечения нормированной освещенности используется естественное освещение, в качестве фактического значения принимается значение естественной освещенности, и годовое число часов работы осветительной установки такого помещения составляет 1300 час/год (в среднем 5 часов работы в день). К таким помещениям относятся помещения №106,108,110. В помещениях, где нормированное значение освещенности не обеспечивается естественным освещением, в качестве фактического значения принимается значение освещенности, создаваемое совмещенным освещением. Годовое число часов работы осветительных установок таких помещений составляет 2000 час/год (в среднем 8 часов работы в день).

При расчете годового энергопотребления осветительной установкой по формуле (5.3) используется коэффициент использования установленной электрической мощности, который в свою очередь определяется по формуле (5.4).

При расчете экономии электроэнергии при переходе на другой тип источника света по формуле (5.9) первоначально необходимо определить коэффициент эффективности замены типа источника света по формуле (5.10). Для этого примем, что лампы накаливания и существующие люминесцентные лампы заменяются на люминесцентные лампы пониженной мощности типа TLD 36/84 со светоотдачей 93 лм/Вт. Известно, что светоотдача ламп накаливания составляет 12 лм/Вт, а светоотдача уже существующих люминесцентных ламп - 70 лм/Вт [8].

При расчете экономии электроэнергии за счет чистки светильников по формуле (5.11) необходим коэффициент эффективности чистки светильников, который согласно [16] составляет 0,03.

Примем, что при повышении средневзвешенного коэффициента отражения поверхностей помещения от значения 0,3 до значения 0,5 экономия электрической энергии в среднем составит 10 %.

Рассчитывая экономию электроэнергии в результате внедрения системы автоматического включения и отключения по формуле (5.13) предварительно определяем коэффициент эффективности автоматизации управления освещением по таблице 5.1. При внедрении системы управления, которая контролирует уровень освещенности и автоматически включает и отключает систему освещения при критическом значении освещенности, коэффициент эффективности автоматизации составит 1,1 [5].

Экономию электрической энергии вследствие установки электронных ПРА с коэффициентом потерь 1,1 определяем по формуле (5.14).

При установке новых светильников с более высоким КПД=75 %, но с аналогичным светораспределением, экономия электроэнергии определяется по формуле (5.16). Для этого необходимо знать коэффициент, учитывающий повышение КПД светильника, который определяется по формуле (5.17). При этом надо учесть, что КПД ламп накаливания составляет 10 %, а КПД люминесцентных ламп - 52 %.

Страницы: 1, 2, 3, 4