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

Во всех помещениях с постоянным пребыванием в них людей для работ в дневное время следует предусматривать естественное освещение как более экономичное и отвечающее медико-санитарным требованиям [6].

Естественное освещение подразделяется на боковое, верхнее и комбинированное. Характеризовать естественное освещение абсолютным значением освещенности на рабочем месте невозможно. В качестве нормируемой величины принята относительная величина - коэффициент естественной освещенности (КЕО), который представляет собой отношение освещенности в данной точке внутри помещения Ев к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности Ен, создаваемой рассеянным светом полностью открытого небосвода [6]:

       (4.1)

Все значения коэффициентов, необходимых для расчета нормированного и фактического КЕО, взяты из [6].

Нормированное значение коэффициента естественной освещенности ен

с учетом характера зрительной работы, светового климата, солнечности климата, зависящее от географического расположения здания на территории страны, определяется по формуле [6]:

eн=енІІІ×m×c, (4.2)

где еIIIн - значение КЕО (%) при рассеянном свете от небосвода, определяемое с учетом характера зрительной работы;

m - коэффициент светового климата (без учета прямого солнечного света), определяемый в зависимости от района расположения здания на территории страны;

с - коэффициент солнечности климата (с учетом прямого солнечного света), определяемый в зависимости от пояса светового климата и ориентации здания относительно сторон горизонта.

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.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5