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]:

• тип и количество существующих светильников;

• тип, количество и мощность используемых ламп;

• режим работы системы искусственного 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 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.

Фактическая мощность:

 

Р_фі=Р_л×К_пpа×N_р.(5.1)

 

Установленная мощность:

 

P_yi=P_л×K_npa×N,  (5.2)

 

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

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

Р_л – мощность лампы, Вт;

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

N_p – 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 W_Г – суммарное годовое потребление электроэнергии;

W_Гі – годо вое потребление ОУ i-ro помещения;

Т_Гi – годовое число часов работы системы i-ro помещения;

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

 

, (5.4)

, (5.5)

 

где W_Гуд – годовое удельное потребление электроэнергии;

S_і – 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 Е_ф – 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);

U_H – номинальное напряжение сети, В;

U_cp – среднее фактическое значение напряжения U_cp = (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:

 

k_ni=E_фі/Е_ні (5.7)

 

где k_ni – коэффициент приведения освещенности i-ro помещения;

Е_ф – фактическое значение освещенности в i-ом помещении;

Е_ні – 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 k_ИСі – коэффициент эффективности замены типа источника света;

k_3Пi – коэффициент запаса учитывающий снижение светового потока лампы в течение срока службы (при замене ламп с близким по значению к_зп но с разной эффективностью к_зп исключается или корректируется, кроме случая когда обследование проводилось после групповой замены источников света).

 

, (5.10)

 

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:

 

, (5.11)

 

где k_Чi – коэффциент эффективности чистки светильников.

 

 , (5.12)

где g_с, b_с, t_c – 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:

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

• 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.

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

 

5. Установка энергоэффективной пускорегулирующей аппаратуры (ПРА).

 

, (5.14)

 

где K_npai – коэффииент потерь в ПРА существующих светильников системы

освещения i-ro помещения;

K_npai^N – 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 P_і^N – установленная мощность после замены светильников;

Т_Гі – 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 k_свi – коэффициент учитывающий повышение КПД светильника:

 

 , (5.17)

 

где q_і – паспортный КПД существующих светильников;

q_і^N – 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;

S_i^j – площадь i-ro помещения. Общая экономия электроэнергии в системах освещения обследуемого объекта определяется по формуле:

 

, (5.19)

где S^J – общая площадь помещений j-го типа;

N – количество типов помещений.