Тема 9. Расчет экономии электроэнергии в осветительных уста-новках помещений при проведении энергетического аудита

 

Ключевыепонятия: энергоаудит, комплексное энергетическое обследо-вание, мероприятия по экономии энергии, система освещения, уровень осве-щенности, осветительная установка, годовое потребление энергии, потенциал экономии электроэнергии, КПД светильников, энергоэффективная пускорегу-лирующая аппаратура.

 

 

Цель работы:

 

 

1. Определение установленной мощности и годового потребления элек-троэнергии на освещение помещения.

2. Расчет экономии электроэнергии при проведении различных меро-приятий, направленных на снижение энергопотребления.

 

Содержание работы

 

1. Ознакомиться с теоретической частью, основными понятиями и опре-делениями.

2. На основании полученных теоретических знаний выполнить необхо-димые расчеты.

3. Внеаудиторная работа предполагает дополнительную проработку тео-ретических вопросов, а также доработку и оформление результатов практических занятий.

 

Общие сведения

 

 

В последнее время, в связи с ростом цен на энергоносители, актуальной становится проблема их экономии. Первым этапом процесса экономии энергии является проведение комплексного энергетического обследования объекта (энергоаудит) и разработка на его основе экономически целесообразных меро-приятий по экономии энергии. Данные мероприятия разрабатываются для каж-дого отдельного типа потребителя энергии: отопление, освещение, вентиляция, технологические процессы и т.п. Сначала производится анализ состояния сис-тем энергопотребления, а затем − расчет экономии энергии по определенным методикам.

Система освещения является весомым потребителем электроэнергии, особенно в административных зданиях, где расходуется на освещение до 80% электроэнергии от общего потребления.

ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ 89

 

Для анализа состояния системы освещения обследуемого объекта необ-ходимо собрать следующую информацию:

• тип и количество существующих светильников;

• тип, количество и мощность используемых ламп; • режим работы системы искуственного освещения;

• характеристики поверхностей помещений (коэффициенты отражения); • год установки светильников;

• периодичность чистки светильников;

• фактический и нормированный уровень освещенности;

• значения напряжения электросети освещения в начале и в конце изме-рений 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 об-следования объекта.

Установленная мощность равна:

 

Рi = Рл · Кпра · n, (кВт) (1)

 

где Рi − мощность осветительной установки i-го помещения в обследуемом объекте;

Кпра − коэффициент потерь в пускорегулирующей аппаратуре осветитель-ных приборов;

Рл -мощность лампы;

n − количество однотипных ламп в осветительной установке i-го помеще-ния.

 

 

Годовое потребление электрической энергии определяются по следую-

 

щему выражению:

 

Wг = ∑ Wгi = ∑ Pi · Tгi · kиi, (кВт·ч) (2)

 

где Wг − суммарное годовое потребление электроэнергии;

Wгi − годовое потребление электроэнергии осветительной установкой (ОУ) i-го помещения;

Тгi − число часов работы системы i-го помещения в год;

kиi − коэффициент использования установленной электрической мощно-

 

сти в ОУ i-го помещения.

 

Удельное годовое потребление электроэнергии равно:

 

WГуд = Wг / ∑ Si, (кВт·ч/м2) (3)

ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ 90

 

где WГуд − годовое удельное потребление электроэнергии; Si − площадь i-го помещения в исследуемом объекте.

 

 

Для более точной оценки величины экономии электроэнергии по каждо-му из проводимых мероприятий необходимо выполнить расчет экономии элек-троэнергии по нижеприведенной методике.

Сначала определяем фактическое среднее значение освещенности с уче-

 

том отклонения напряжения в сети от номинального по выражению:

 

Еф = Еи · Uн / (Uн + k·(Uн ─ Uср)), (лк) (4)

 

где Еи − измеренная освещенность, лк;

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

Uн − 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 значе-ний определяем коэффициент приведения:

kni = Ефi / Енi, (5) где kni − коэффициент приведения освещенности i-го помещения;

Ефi − фактическое значение освещенности в i-ом помещении; Енi − нормируемое значение освещенности в i-ом помещении.

 

 

Потенциал годовой экономии электроэнергии в осветительной установке обследуемого помещения рассчитывается по формуле:

Wг = ∑ kni · ∑ ΔWki, (кВт·ч/год) (6)

i k

где ΔWki − потенциал экономии электроэнергии в кВт·ч/год для i-го помещения

и k-го мероприятия.

 

 

К основным мероприятиям позволяющим экономить электроэнергию от-носятся:

 

 

1. Переход на другой тип источника света с более высокой светоотдачей (лм/вт).

Экономия электроэнергии в результате данного мероприятия определяет-ся по формуле:

Δ Wi = WГi ·(1─ kисi), (кВт·ч/год) (7)

 

где kисi − коэффициент эффективности замены типа источника света; kисi = Со / Сон, (8)

ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ 91

 

где Со − светоотдача существующего источника света (лм/Вт);

Сон − светоотдача предлагаемого к установке источника света (лм/Вт).

 

 

2. Повышение КПД существующих осветительных приборов вследствие их чистки. Экономия электроэнергии в результате данного мероприятия опре-деляется по формуле:

Δ Wi = WГi · kч i, (кВт·ч/год) (9)

 

где kч i − коэффициент эффективности чистки светильников.

Значение коэффициент эффективности чистки светильников определяет-

ся по выражению:

kчi = 1 ─ (γс+ βсe−(t/tc)), (10)

 

где γс, βс, tc − постоянные для заданных условий эксплуатации светиль-ников, для рассматриваемой задачи принимаем γс = 0,95,

βс = 0,054 и tc = 360;

t − продолжительность эксплуатации светильников между двумя бли-жайшими чистками.

 

 

3. Установка энергоэффективной пускорегулирующей аппаратуры (ПРА). Δ Wi = WГi ·(1─ Кнпраi / Кпраi), (кВт·ч/год) (12)

где Knpai − коэффициент потерь в ПРА существующих светильников системы освещения i - го помещения;

Кнпраi − коэффициент потерь в устанавливаемых ПРА.

 

 

4. Замена светильников является наиболее эффективным комплексным мероприятием, так как включает в себя замену ламп, повышение КПД светиль-ника, оптимизацию светораспределения светильника и его расположения. Для точной оценки экономии электроэнергии необходимо производить светотехни-ческий расчет освещенности для предполагаемых к установке светильников ме-тодом коэффициента использования или точечным методом. По расчетному значению установленной мощности (из светотехнического расчета) экономия электроэнергии определяется по формуле:

Δ Wi = WГi ─ Рнi · ТГi, (кВт·ч/год) (13)

 

где Рнi − 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:

Δ Wi = WГi ·(1─ kсвi), (кВт·ч/год) (14)

 

н

где kсвi − коэффициент учитывающий повышение КПД светильника.

kсвi = ηi / η i, (15)

ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ 92

 

i

где η − паспортный КПД существующих светильников;

ηнi − паспортный КПД предполагаемых к установке светильников.

 

 

` В случае большого числа однотипных помещений в обследуемом здании, которое имеет схожие по параметрам, состоянию, и мероприятиям по экономии электроэнергии осветительные установки, расчет производится с помощью удельных показателей экономии электроэнергии.

ΔWjуд = ΔWji / Sji, (кВт·ч/год) (16)

 

j

i

где ΔWjуд − удельная экономия электроэнергии для j - типа помещения; ΔW − расчетная экономия электроэнергии для i-го помещения;

Sji − площадь i-го помещения.

 

 

Общая экономия электроэнергии в системах объекта определяется по формуле:

m

ΔWГ = ∑ ΔWjуд · Sj, (кВт·ч)

j=1

где SJ − общая площадь помещений j-го типа;

 

m − количество типов помещений.

освещения обследуемого

 

(17)

 

Пример решения задачи по расчету экономии электроэнергии в дейст-вующих осветительных установках помещений.

 

Задача 1. Административное здание 1986 года постройки имеет систему освещения финансового отдела оснащенную светильниками типа ЛПО 02 2x40 с КПД η = 52%. В светильниках используются лампы типа ЛБ 40 со светоотда-чей Со = 75 лм/Вт; количество светильников n = 15 штук. Размеры помещения 5x15x3 метра; нормированная освещенность Ен = 300 лк; измеренная освещен-ность Еи = 275 лк; количество часов работы искусственного освещения в год ТГ = 1300часов; номинальное напряжение сети Uн = 220 В, а во время измерений оно изменялось от U1 = 230 В до U2 = 190 В; коэффициент использования уста-новленной электрической мощности kи = 0,92; на момент измерений прошло 360 дней со дня последней чистки светильников.

В результате энергоаудита было рекомендовано заменить светильники на новые с электронной пускорегулирующей аппаратурой (ЭПРУ) с коэффициен-том потерь Кнпра = 1,1 и КПД ηн = 75%, оборудованные люминесцентными лам-пами ТL – D 36/84 со световой отдачей Сон = 93 лм/Вт.

ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ 93 Решение

 

1. Определим установленную мощность осветительной установки в по-мещении финансового отдела

Р = Рл · Кпра · n = 40·1,2·(15·2) = 1440 Вт,

 

Коэффициент потерь в пускорегулирующей аппаратуре осветительных приборов с люминесцентными лампами Кпра = 1,2.

 

 

2. Годовое энергопотребление в этом помещении равно WГ = P · TГ · kи, = 1440 · 1300 · 0,92 = 1772 кВт·ч/год.

 

 

3. Определим экономию электроэнергии за счет перехода на люминес-центные лампы пониженной мощности типа TL-D 36/84

Δ W1 = WГ ·(1─ kис) = 1772 · (1 – 75/93) = 337 кВт·ч/год.

 

 

4. Экономия электроэнергии за счет чистки светильников:

 

─ величина коэффициент эффективности чистки светильников равна (численные значения коэффициентов, входящих в выражение для определения

ч

k, приведены выше):

kч =1─ (γс + βс e−(t/tc)) =1─ (0,95 + 0,054·е ─ (360/360)) =1─(0,95+0,02)=0,03.

 

 

Δ W2 = WГ · kч = 1772 · 0,03 = 53 кВт·ч/год.

 

 

5. Определим экономию электроэнергии вследствие установки электрон-ных ПРА с Кнпра = 1,1 составит:

Δ W3 = WГ ·(1─ Кнпраi / Кпраi), = 1772·(1─ 1,1/1,2) = 148 кВт·ч/год.

 

6. Определим экономию электроэнергии за счет установки новых све-

 

тильников с более высоким КПД = 75%, но с аналогичным светораспределени-

 

ем

 

Δ W4 = WГ ·(1─ kсв) = 1772 · (1 ─ 52 / 75) = 543 кВт·ч/год.

 

7. Определим фактическое среднее значение освещенности с учетом от-клонения питающего напряжения в сети от номинальной величины

− среднее фактическое значение напряжения за время измерения равно

 

Uср = (U1 + U2)/2 = (230 +190)/2 = 210 В;

 

− фактическое среднее значение освещенности за время измерения равно Еф = Еиф · Uн / (Uн + k·(Uн ─ Uср)) = 275·220/(220 + 2·(220 ─ 210)) = 252 лк.

ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ 94 8. Общий потенциал годовой экономии электроэнергии в осветительной

 

установке финансового отдела составит:

 

Wг = kn · ∑ ΔWi = 252/300 · 1081 = 908 кВт·ч/год.

 

Задача для решения

 

 

Задача 2. Административное здание имеет систему освещения помеще-ний оснащенную светильниками типа ЛПО 02 2x40 с КПД η = 52% и коэффи-циент потерь в пускорегулирующей аппаратуре Кпра = 1,2. Светильники рабо-тают от электросети с номинальным напряжением Uн = 220 В. В светильниках используются лампы типа ЛБ 40 со светоотдачей Со = 75 лм/Вт. Коэффициент использования установленной электрической мощности kи = 0,92.

Количество светильников в каждом помещении n штук; нормированная освещенность равна Ен лк, а измеренная − Еи лк. Количество часов работы ис-кусственного освещения в год равно ТГ часов. Напряжение в электросети во время измерений освещенности изменялось от величины U1 до U2 В; на момент измерений прошло t дней со дня последней чистки светильников.

В результате энергоаудита было рекомендовано заменить светильники на новые, имеющие КПД равный ηн и электронную пускорегулирующую аппара-туру (ЭПРУ) с коэффициентом потерь равным Кнпра, а также оборудованные люминесцентными лампами со световой отдачей Сон.

Исходные данные, необходимые для расчетов, представлены в табл. 1. Условные обозначения, используемые в этой задаче, одинаковы с преды-

дущей задачей 1.

Таблица 1 Исходные данные для расчета

№ п/п	Пара-метры	Размер-ность	Варианты
I	II	III	IV	V
	Ен	лк
	ЕИ	лк
	n	шт.
	U1	в
	U2	в
	Сон	лм/Вт
	t	дней
	Кнпра	−	1,05	1,1	1,15	1,12	1,08
	ηн	%
	ТГ	час

ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ 95

 

Раздел 3. Контрольные работы для студентов заочной фор-мы обучения