28 и 29 октября. Проблемы экологии в контексте цифровой трансформации общества... Архитектура. Инженерия. Цифровизация. Экология» пройдет в...


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

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



Лоскутов А.Б., Шевченко А.С.

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 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/м 2] (3)

    где W Гуд — годовое удельное потребление электроэнергии; S i — площадь i-го помещения в исследуемом объекте.

    Удельные показатели энергопотребления или установленной мощности (Вт/м 2) 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=(U 1-U 2)/2 [В] (U 1 и U 2 — значения напряжения сети в начале и конце измерения).

    Для учета отклонения фактической освещенности от нормативных значений определяем коэффициент приведения:

    k ni=E фi/E нi (5)

    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:

    DW i = W Гi (1 — k исi k зпi) [кВтч/год] (7)

    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).

    k исi = h / h N (8)

    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:

    DW i = W Гik чi [кВтч/год] (9)

    где k чi — коэффициент эффективности чистки светильников.

    k Чi = 1 — (g с + b с e -(t/tc)) (10)

    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:

    DW i = W Гi( k эаi — 1) [кВтч/год] (11)

    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.

    № п.п. Уровень сложности системы автоматического управления освещением k эаi
    1Контроль уровня освещенности и автоматическое включение и отключение системы освещения при критическом значении Е 1,1 — 1,15
    2Зонное управление освещением (включение и отключение освещения дискретно, в зависимости от зонного распределения естественной освещенности) 1,2 — 1,25
    3Плавное управление мощностью и световым потоком светильников в зависимости от распределения естественной освещенности 1,3 — 1,4

    5. Установка энергоэффективной пускорегулирующей аппаратуры (ПРА).

    DW i = W Гi(1 — K N праi / K праi ) [кВтч/год] (12)

    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:

    DW i = W Гi — P i N T Гi [кВтч/год] (13)

    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:

    DW i = W Гi(1 — k исi k зпi k чi k свi K N праi / K праi ) [кВтч/год] (14)

    где k свi — коэффициент учитывающий повышение КПД светильника.

    k свi = q i / q i N [кВтч/год] (15)

    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.

    DW уд j = DW i j / S i j [кВтч/год] (16)

    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:

    Установленная мощность
    Р = P лК праN = 40 * 1,2 * 30 = 1440 Вт;
    Годовое энергопотребление
    W Г = Р Т Г k и = 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 W 1 = W Г (1 — k ис) = 1872 * (1 – 0,81) = 356 кВт*ч/год;
    Экономия за счет чистки светильников
    k чi = 1 — ( g с + b с е -(t/tc)) = 1 – (0,95 + 0,02) = 0,03;
    D W 2 = W Г k ч = 1872 * 0,03 = 56 кВтч/год;
    Экономия энергии при повышении коэффициента отражения поверхностей помещения до r = 0,5 (покраска, побелка) составит 10% или
    D W 3 = 187 кВтч/год;
    Экономия энергии в результате внедрения системы автоматического включения и отключения освещения
    D W 4 = W Г (k эа – 1) = 1872 * (1,1 – 1) = 187 кВтч/год;
    Экономия энергии вследствие установки электронных ПРА с К N пра = 1,1
    D W 5 = W Г (1 — К N пра / К пра) = 1872 * (1 – 0,92) = 150 кВтч/год;
    Экономия за счет установки новых светильников с более высоким КПД = 75%, но с аналогичным светораспределением
    D W 6 = W Г (1 — k св) = 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).

    www.electro.nizhny.ru