Разработка автоматизированной системы управления освещением для административного здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Образовательное учреждение высшего образования

«Южно-Уральский институт управления и экономики»

Выпускная квалификационная работа

На тему: «Разработка автоматизированной системы управления освещением для административного здания»

Автор работы: А.Т. Петров

Руководитель работы: И.В. Сидорова

Нормоконтроль: Д.А. Новикова

Ответственный консультант по экономической части:

И.А. Сергеичева

Заведующий кафедрой ТиЭ: А.Г. Савиновских

Челябинск, 2016



Аннотация

«Проектирование локально - вычислительной сети для ИП Евдокимова М.В.» Пояснительная записка к выпускной квалификационной работе. - Челябинск, Образовательное учреждение высшего образования «ЮУИУиЭ», 2016. 73 страниц, 10 иллюстраций, 8 таблиц, 22 источников литературы.

В данной выпускной квалификационной работе рассматривается система электроснабжения предприятия ТОРГОВЫЙ ДОМ "УРАЛЬСКИЙ ЗАВОД ХИМИЧЕСКОГО И НЕСТАНДАРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ" (ТД "УЗХНО").

Целью выпускной квалификационной работы является разработать автоматизированную систему управления освещением административного здания.

Квалификационная работа состоит из введения, 6 глав и заключения.

Во введении определены актуальность работы, объект, предмет, цели и задачи, практическая значимость работы.

В первой главе представлен анализ предметной области, рассмотрена системы электроснабжения ООО «Уральский завод химического и нестандартного оборудования», выявлены ее недостатки.

Во второй главе рассмотрены различные источники искусственного освещения зданий, а также, варианты построения автоматизированных систем управления системой освещения.

Третья глава посвящена подробному описанию предлагаемой системы управления системой освещения административного здания.

В четвертой главе проведен выбор энергоэффективных источников освещения.

В пятой главе рассмотрены основные аспекты охраны труда при работе в электроустановках. Определены основные факторы, вызывающие опасность для человека при работе.

В шестой главе дана оценка внедрения предлагаемой системы и применения энергоэффективнх источников света.

В заключении представлены общие выводы по квалификационной работе.



Содержание

Аннотация

Введение

Глава 1. Анализ производственно-хозяйственной деятельности объекта и существующей схемы электроснабжения

1.1 Общая информация

1.2 Схема электроснабжения и электрооборудование объекта

1.3 Динамика потребления электроэнергии

1.4 Система освещения объекта

Выводы по главе 1

Глава 2. Анализ эффективности систем освещения

2.1 Сравнение эффективности различных типов источников освещения

2.2 Различные варианты построения систем управления освещением

Выводы по главе 2

Глава 3. Построение системы управления освещением

3.1 Выбор структуры системы освещением

3.2 Выбор элементов системы управления освещением

3.2.1 Офисные светильники

3.2.2 Блок управления БУР-8

3.2.3 Устройство сбора и передачи данных УСПД-01

3.2.4 Устройство сбора и передачи данных УСПД-02

3.2.5 Сервер сбора и обработки энергоинформации зданий

Выводы по главе 3

Глава 4. Эффективность внедряемых технологий

4.1 Энергоэффективность осветительных приборов

4.2 Экономичность осветительных приборов

Выводы по главе 4

Глава 5. Разработка мероприятий по охране труда и экологической безопасности

5.1 Мероприятия по охране атмосферного воздуха

5.2 Защита от производственного шума и вибрации

5.3 Мероприятия по охране и рациональному использованию недр

Выводы по главе 5

Глава 6. Расчет экономической эффективности

6.1 Ориентировочная стоимость системы освещения

Выводы по главе 6

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Энергосбережение (экономия электроэнергии) - реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное (рациональное) использование (и экономное расходование) топливно-энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии.

С развитием микроэлектроники, схемотехники, с истощением энергетических ресурсов всего земного шара, проблема энергосбережения вышла на первое место экономической политики государств.

Основными направлениями политики энергосбережения:

1. Проведение государственной политики в сфере энергосбережения.

2. Осуществление государственного надзора за рациональным использованием топлива, электрической и тепловой энергии.

3. Повышения эффективности использования энергоносителей в результате внедрения новых энергосберегающих технологий, оборудования, приборов и материалов, утилизации вторичных энергоресурсов.

4. Структурной перестройки отраслей экономики и промышленности.

С целью экономного использования электрической энергии все предприятия, связанные с разработкой электронных устройств, проектируют устройства, выпускаемые в массовое производство таким образом, чтобы оно как можно меньше потребляло электроэнергии. Для этого, например, проводятся попытки к минитюаризации отдельных элементов, что позволяет комбинировать их единые блоки небольших размеров. Это даёт возможность сберегать электрическую энергию за счёт использования для питания этих блоков уже один источник питания, а не по одному для каждого из элементов. На специализированных форумах и выставках предприятия делятся своими новыми разработками в области энергосберегающей аппаратуры.

Наиболее распространенный способ экономии электроэнергии - повышение эффективности за счет использования современных технологий и микропроцессорной техники в сфере автоматизации зданий.

Исходя из вышеперечисленного, можно сделать вывод, что проблема повышения энергоэффективности является востребованной в настоящее время, что делает тему работы «Разработка автоматизированной системы управления освещением для административного здания» актуальной.

Объектом исследования является системы электроснабжения предприятия ООО «Уральский завод химического и нестандартного оборудования».

Целью работы является разработка автоматизированной системы управления освещением.

Таким образом, в результате написания работы будут решены следующие задачи:

- рассмотрена системы электроснабжения предприятия;

- выявлены основные недостатки системы электроснабжения;

- проведен анализ различных источников освещения;

- рассмотрены типовые варианты построения систем управления освещением;

- разработана структура автоматизированной системы управления освежением;

- оценен экономический эффект от внедрения предлагаемой системы.



Глава 1. Анализ производственно-хозяйственной деятельности объекта и существующей схемы электроснабжения

1.1 Общая информация

Собственных источников электроснабжения у ООО «Уральский завод химического и нестандартного оборудования» (ООО «УЗХНО») не имеется.

Однолинейная схема присоединения к внешней электрической сети электрооборудования приведена на рисунке 1.

Перечень точек поставки электроэнергии в сеть ООО «УЗХНО» из сети приведен в таблице 1.

Рисунок 1. Однолинейная схема присоединения электрооборудования.

Таблица 1. Перечень точек поставки электрической энергии в сеть ООО «УЗХНО»

Наименование присоединения	Уровень напряжения в точке	Максимальная мощность, кВт	Прибор учета	Трансформаторы	Расчетный коэффициент
			тип	№	баланс	тока	напряжения
ПС 110/10 кВ Ф-33	ВН	2250	СЭТ4ТМ.03	0104081212	Заказчик	ТОЛ-10	НАМИТ-6	8000
ПС 110/10 кВ Ф-35	ВН	2250	СЭТ4ТМ.03	0101072339	Заказчик	ТОЛ-10	НАМИТ-6	8000
ПС 110/10 кВ Ф-45	ВН	2250	СЭТ4ТМ.03	0104080512	Заказчик	ТОЛ-10	НАМИТ-6	8000
ПС 110/10 кВФ-47	ВН	2250	СЭТ4ТМ.03	0104080430	Заказчик	ТОЛ-10	НАМИТ-6	8000

1.2 Схема электроснабжения и электрооборудование объекта

Схема внешнего электроснабжения объекта соответствует III категории надежности, для которой допустимое число часов отключения в год составляет 72 часа, а также допускаются перерывы в электроснабжении, необходимые для ремонта и замены поврежденного электрооборудования системы электроснабжения, с восстановлением электроснабжения в течение 24 часов [1].

На рисунке 2 представлена однолинейная схема электроснабжения административного здания ООО «УЗХНО».

Рисунок 2. Однолинейная схема электроснабжения

Электроэнергия осуществляется от РП-26 по кабельным линиям во ВРУ-0,4 кВ. Граница балансовой принадлежности и эксплуатационной ответственности электросетевой организации и потребителя документирована актом и проходит по наконечникам КЛ-0,4 кВ в РУ-0,4 кВ РП-26.

Рисунок 3. Схема питания электроэнергией

В эксплуатации и на балансе сетевой организации находятся: « РП-26 в составе 2КЛ-10 кВ от РУ-10 кВ ПС 110/до РУ-10 кВ, кабельные линии 0,4 кВ от РУ-0,4 кВ РП-26, вводно-распределительные устройства 0,4 кВ и внутренние эл. сети».

Условно все установленное на объекте электропотребляющее оборудование можно разделить на две категории: светотехническое оборудование, использующееся в целях освещения помещений, и силовое электрооборудование, которое включает в себя приточно-вытяжную вентиляцию, насосное оборудование, центры питания и систему кондиционирования, а также орг.технику и бытовую технику.

Долевое распределение электроприемников по направлениям использования в учреждении приведено на рисунке 4.

Рисунок 4. Долевое распределение установленной мощности электроприемников

1.3 Динамика потребления электроэнергии

На рисунке 5 представлена динамика потребления электроэнергии объекта ООО «УЗХНО» с 2014 по 2016 гг.

Рисунок 5. Динамика потребления электроэнергии объекта

1.4 Система освещения объекта

Из общего потребленного расхода электроэнергии в здании примерно 24% приходится на долю освещения.

На основании приказа № 16 от 19.01.2012 г. о проведении аттестации рабочих мест и приказа Минздравсоцразвития России № 342н от 26.04.2011г. «Об утверждении порядка аттестации рабочих мест по условиям труда» в ООО «УЗХНО» проведена аттестация рабочих мест по условиям труда. Для проведения работ по договору № 1301/05/06 от 13 января 2012 г. привлекалась аттестующая организация ООО «Охрана. Безопасность», имеющая аттестат аккредитации № РОСС RU.0001.21ЭМ82 от 13 декабря 2010 г. Аттестация рабочих мест по условиям труда проводилась с 19.01.2012г. по 23.05.2012 г. Всего проведена аттестация 95 рабочих мест. Результаты аттестации рабочих мест представлены в сводной ведомости результатов аттестации рабочих мест по условиям труда (Таблица 2).

В качестве осветительных приборов для освещения помещений объекта применяются светильники с люминесцентными лампами, с лампами ДНаТ и ДРИ, а так же с лампами накаливания 60 Вт.

Всего на объекте установлено 6919 ламп различного типа с суммарной установленной мощностью 266,5 кВт.

Основное распределение между типами светильников приведено в таблице 3.

На объекте полностью отсутствует система управления освещением. Включение и отключение осветительных установок осуществляется ручным способом с помощью обслуживающего персонала и работников организации.

В качестве энергосберегающих мероприятий рекомендуется замена ламп накаливания на светодиодные.

Таблица 2. Сводная ведомость результатов аттестации рабочих мест по условиям труда

Наименование позиции	Количество рабочих мест и работников, занятых на данных рабочих местах (всего)	Проведена аттестация по условиям труда	Количество рабочих мест и работников с классами условий труда	Количество рабочих мест и работников с классами условий труда по травмоопасное™	Количество рабочих мест и работников с оценкой соответствия требованиям по обеспеченности СИЗ	Количество рабочих мест и работников, аттестованных с классами условий труда 3 и 4 и (или) «не соответствует по обеспеченности СИЗ»
			1	2	3	4	1	2	3	соответствует	не соответствует	СИЗ не предусмотрены
Рабочие места, ед.	95	95	0	93	2	0	23	72	0	31	0	64	2
Работники, занятые на данных рабочих местах, чел.	361	361	0	356	5	0	175	186	0	137	0	224	5
из них: женщины	259	259	0	257	2	0	153	106	0	97	0	162	2
лица в возрасте до 18 лет	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0

Таблица 3

Место установки	Тип ламп	Количество ламп	Мощность одной лампы, Вт	Суммарная мощность, Вт	Кол-во часов работы в день	Кол-во дней работы в месяц	Расчетное месячное потребление, кВт*ч
Котельная 1	ЛБ-40	31	40	1240	8	30	297,6
	ДРЛ-400	3	400	1200	8	30	288
Мазутонасосная станция	ЛН	18	100	1800	8	30	432
Цех №2	ЛН	41	100	4100	8	30	984
	ЛБ-20	168	20	3360	8	30	806,4
	ДРЛ-250	2	250	500	8	30	120
	ДРЛ-400	3	400	1200	8	30	288
	ДНАЗ-400	480	400	192000	16	30	92160
	ДНАЗ-600	352	600	211200	16	30	101376
Цех №3	ЛН	41	100	4100	8	30	984
	ЛБ-20	168	20	3360	8	30	806,4
	ЛБ-40	184	40	7360	8	30	1766,4
	ДРЛ-250	2	250	500	8	30	120
	ДРЛ-400	3	400	1200	8	30	288
	ДНАЗ-600	1584	600	950400	16	30	456192
Цех №1	ЛН	130	100	13000	8	30	3120
	ЛБ-40	14	40	560	8	30	134,4
	ДНАТ-600	936	600	561600	16	30	269568
Гараж	ЛН	30	100	3000	8	30	720
	ЛБ-20	40	20	800	8	30	192
	ЛБ-40	47	40	1880	8	30	451,2
	ДРЛ-250	11	250	2750	8	30	660
	ДРЛ-400	4	400	1600	8	30	384
Цех нестандартного оборудования	ЛН	9	100	900	8	30	216
	ЛБ-40	33	40	1320	8	30	316,8
	ДРЛ-400	7	400	2800	8	30	672
Мойка тары	ЛН	11	100	1100	8	30	264
	ЛБ-40	8	40	320	8	30	76,8
	ДРЛ-400	4	400	1600	8	30	384
Профилакторий	ЛН	93	100	9300	8	30	2232
	ЛБ-20	304	20	6080	8	30	1459,2
	ЛБ-40	34	40	1360	8	30	326,4
Строй. Цех	ЛН	10	100	1000	8	30	240
	ЛБ-20	8	20	160	8	30	38,4
	ЛБ-40	18	40	720	8	30	172,8
	ДРЛ-250	12	250	3000	8	30	720
Цех №6	ДРЛ-400	107	400	42800	8	30	10272
	ЛБ-40	14	40	560	8	30	134,4
	ЛН	15	100	1500	8	30	360
Цех №7	ЛН	8	100	800	8	30	192
	ЛБ-40	56	40	2240	8	30	537,6
Цех №8	ЛН	9	100	900	8	30	216
	ЛБ-20	56	20	1120	8	30	268,8
	ЛБ-40	20	40	800	8	30	192
Административное здание	ЛБ-20	400	20	8000	12	30	28,800
Цех №4	ЛБ-40	40	40	1600	8	30	384
	ДНАЗ-600	400	600	240000	16	30	115200
Бомбоубежище	ЛБ-40	20	40	800	8	30	192
Цех №5	ДНАТ-600	500	600	300000	16	30	144000
Инженерно-техническая служба	ЛБ	8	40	320	8	30	76,8
Наружное освещение	ДРЛ-250	58	250	14500	8	30	3480
	ДРЛ-400	37	400	14800	8	30	3552

Выводы по главе 1

Анализ внешней схемы электроснабжения 10 кВ показывает, что она соответствует необходимой категории по надежности. Имеется достаточное количество независимых центров питания в соответствии с ПУЭ.

Энергосбережение предполагает рациональное энергоиспользование во всех звеньях преобразования энергии - от добычи первичных энергоресурсов до потребления всех видов энергии конечными пользователями, т.е. эффективные технологии производства, передачи, распределения и потребления энергии, максимальное использование возобновляемых источников энергии.

К недостаткам системы электроснабжения можно отнести использование неэффективных осветительных приборов.

Новые энергоэффективные осветительные приборы позволяют значительно сократить затраты электрической энергии на освещение. Установлено, что на объекте еще используются лампы накаливания, которые рекомендуется заменить на более экономичные - компактные люминесцентные лампы.

При замене ламп накаливания на люминесцентные источники света с той же светоотдачей, но меньшей мощностью в несколько раз снижается потребление электроэнергии.

Использование современной осветительной арматуры (использование пленочных отражателей на люминесцентных светильниках дозволяет на 40% уменьшить количество ламп, и, следственно, емкость светильников).

Использование действенных электротехнических компонентов светильников (балластных дросселей с невысоким уровнем утрат и др.).



Глава 2. Анализ эффективности систем освещения

2.1 Сравнение эффективности различных типов источников освещения

Все более широкое применение находят системы автоматического управления включением, отключением светильников и автоматического регулирования освещенности, а также энергоэкономичные источники света. Зарубежный опыт свидетельствует, что автоматизация освещения позволяет снизить энергопотребление на 30-50%. В РФ налажено и развивается производство электронных и электромагнитных пускорегулирующих аппаратов для люминесцентных ламп, энергоэкономичных ламп и осветительной арматуры, устройств автоматического управления освещением: фотореле, приборов регулирования светового потока, инфракрасных датчиков [2-5].

В настоящее время выпускаются различные источники света, характеристики которых приведены в таблице 4. Из приведенных данных видно, что лампы накаливания по своей эффективности в 2 и более раза ниже, чем остальные, Возможность экономии энергии определяется выбором источников света. С появлением около десяти лет назад электронных пускорегулирующих аппаратов (ЭПРА) возникла возможность создания более энергоэкономичных светильников с компактными люминесцентными лампами (КЛЛ).

Сокращение расхода электроэнергии и повышение КПД лампы происходит в результате повышения напряжения питания частотой 20 кГц; многократное увеличение светоотдачи поверхности осветительного прибора позволяет уменьшить его габариты. Срок службы лампы достигает 9000 часов. Компактная лампа мощностью 10 Вт обеспечивает такую же освещенность, что и обычная лампа накаливания мощностью 50 Вт. Срок окупаемости КЛЛ составляет 1-2 года. Кроме замены источников света, имеются и другие способы повышения экономии энергии при использовании осветительных установок.

Экономия электроэнергии зависит от сочетания и размещения источников света и светильников. Использование одной более мощной лампы накаливания или люминесцентной позволяет уменьшить потребление энергии без снижения освещенности.

Добиться значительной экономии электроэнергии можно при разумном сочетании общего и локального (местного) освещения на рабочем столе, в гостиной для просмотра телевизионных программ, у зеркала в прихожей и т.п.

Таблица 4. Характеристика источников освещения

Тип источника света	Маркировка	Светоотдача, лм/Вт	Срок службы, ч
Лампы накаливания	ЛН	8-18	1000
Галогенные лампы накаливания	КГ	16-24	2000
Ртутно - вольфрамовые лампы	РВЛ	20-28	6000
Ртутные лампы высокого давления	ДРЛ	36-54	12000
Натриевые лампы высокого давления	ДНаТ	90-120	12000
Металлогенные лампы высокого давления	ДРИ	70-90	12000
Люминесцентные лампы низкого давления	ЛБ	60-80	10000
Люминесцентные лампы низкого давления с улучшенной цветопередачей	ЛБЦТ	70-95	10000
Компактные люминесцентные лампы низкого давления	КЛЛ	60-70	9000
Натриевые лампы низкого давления	ДНаО	120-180	12000
Светодиодные лампы	СЛ	60-100	50000

Хорошо предусмотреть возможность включения части ламп в светильниках, автоматического отключения освещения при выходе из комнаты, использовать современные энергосберегающие лампы. Среди обилия выпускаемых светильников экономичность энергосбережения довольно часто выпадает из поля зрения конструкторов. Расход электроэнергии на освещение может быть сокращен на 10-25% за счет замены ламп накаливания люминесцентными лампами, рационального освещения в квартирах и правильной эксплуатации светильников.

Эффективным является пакетный способ размещения светильников вместо линейного способа. При линейном - осветительная арматура располагается в виде отдельных линий, а при пакетном - над рабочим местом располагают несколько светильников. Практика показала, что один и тот же уровень освещенности рабочего места при пакетном способе поддерживается в 2 раза меньшим числом светильников. Использование комбинированного общего и местного освещения, искусственного и естественного освещения позволяет уменьшить потребление электроэнергии. В соответствии с ограничениями по дискомфортности освещения нельзя использовать только местное освещение рабочих мест. Оно должно обязательно дополнено общим с пониженной освещенностью. Регулярная протирка остекления позволяет снижать продолжительность горения ламп при двухсменной работе предприятия на 15% в зимнее время и на 90% - в летнее. Правильный выбор типа светильника, мощности и места его установки позволяет экономить 40-50% расходуемой на освещение электроэнергии [7].

Более экономичными источниками света являются люминесцентные лампы. Они обладают благоприятным светом излучения. Люминесцентное освещение создает благоприятные условия для отдыха, снижает утомляемость, способствует увеличению производительности труда. По цветности излучения люминесцентные лампы делятся на:

1) лампы белого света (ЛБ);

2) лампы дневного света (ЛД);

3) лампы дневного света с исправленной цветностью (ЛДЦ);

4) лампы холодно-белого света (ЛХБ);

5) лампы тепло-белого света (ЛТБ), которые имеют явно выраженный розовый оттенок.

Наиболее экономичными и универсальными являются лампы белого света (ЛБ). Они обеспечивают значительно лучшую цветопередачу, чем лампы накаливания и по цветности воспроизводят приблизительно солнечный свет, отраженный облаками. Применение ламп ЛБ целесообразно в детских комнатах для подготовки школьных заданий и при чертежных работах.

К важнейшим характеристикам люминесцентных ламп следует отнести то, что световой поток их больше, чем ламп накаливания. Срок службы люминесцентных ламп составляет 5000 ч.

Экономии электроэнергии также способствует установка в комнатах двойных включателей. Это позволяет при необходимости включать люстры полностью или частично.

Настольная лампа с лампочкой 30 Вт позволяет достичь лучшей освещенности на столе, чем люстра с 3-5 лампочками мощностью 180-300 Вт. Двойной выигрыш зрения и энергии. С точки зрения энергосбережения хорош прибор плавного включения света. Лампы КЛЛ (компактные люминесцентные лампы) потребляют электроэнергии в 67 раз меньше в сравнении с лампами накаливания при одинаковой освещенности. Единственный в своем роде в республике Брестский электроламповый завод выпускает компактные люминесцентные лампы, которые потребляют электроэнергии в шесть раз меньше, а беспрерывно горят в восемь раз дольше (8000 часов) обычных.

При освещении лестничных площадок и коридоров, в домах устанавливаются реле времени или автоматические выключатели с выдержкой времени. От контроля за исправной работой этих устройств со стороны домоуправлений и жильцов в значительной степени будут зависеть экономный расход электроэнергии в местах общего пользования.

Преимущества, которыми обладает светоизлучающий диод (СИД) по сравнению с традиционными лампами, позволяют с уверенностью утверждать, что появление новых типов осветительных приборов на основе СИД станет революционным технологическим прорывом в светотехнике.

Впервые светодиоды стали использоваться в промышленной продукции во времена СССР в конце 60-х - начале 70-х гг. Тогда они не обладали требуемой для осветительных приборов светоотдачей, ресурс их был невелик, и светили они не белым цветом, как нужно, а красным или каким-то иным. Все упиралось в материалы. В 90-х гг. по понятным причинам работа над созданием светоизлучающих диодов была приостановлена.

В мире же, наоборот, подобные работы велись нарастающими темпами, и был создан новый материал - нитрид галлия на сапфире, позволивший достичь свечения белого цвета. Особенно в этом плане преуспела японская компания Nichia и ее коллеги-конкуренты из других сопутствующих фирм, разработавшие пять технологических блоков процесса изготовления светильников: электроснабжение объект освещение энергоинформация

- рост кристаллов сапфира по методу Киропулоса;

- механическую обработку кристаллов сапфира, в т.ч. резку, шлифовку и полировку пластин до 14 класса;

- эпитаксиальное наращивание нитрида галлия на полированных подложках сапфира методом газотранспортных реакций;

- изготовление на эпитаксиальных структурах методом электронной литографии чипов светодиодов;

- сборочное производство (корпусирование) светодиодов.

В настоящее время в мире кристаллы светодиодов поставлены на массовое производство, и ежегодно общемировой прирост объемов их выпуска увеличивается на 30-40%. По результатам 2008 г., мировой рынок светодиодов достиг 25-30 млрд долл.

В настоящее время разработана целая серия осветительных приборов, в т.ч. идентичных по цоколю лампам накаливания мощностью от 40 до 100 Вт, с энергопотреблением 4-10 Вт. Значительно расширены сферы, в которых могут быть использованы приборы. Фактически речь идет о возможной замене существующих ламп накаливания и люминесцентных ламп светильниками на СИД.

Можно отметить основные преимущества ламп на светодиодах:

- низкое энергопотребление - в 10 раз ниже, чем у обычной лампы накаливания, и на 20-25% ниже, чем у энергосберегающей люминесцентной лампы;

- лампы на светодиодах не требуют особой системы утилизации, т.к. они, в отличие от люминесцентных ламп, экологически безвредны. Светодиод не представляет вреда для экологии, его размеры относительно малы;

- пожаро- и взрывобезопасность;

- полная цветовая гамма излучения;

- высокий КПД. Современные светодиоды немного уступают по этому параметру только натриевым газоразрядным лампам. Однако натриевые лампы непригодны для освещения жилых помещений из-за низкого качества света;

- высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие нити накаливания и иных чувствительных составляющих);

- сверхдолгий срок работы - до 100 тыс. ч. Но и он не бесконечен -- при длительной работе и/или плохом охлаждении происходит «отравление» кристалла и постепенное падение яркости;

- спектр современных люминофорных диодов аналогичен спектру люминесцентных ламп, которые давно используются в быту. Схожесть спектра обусловлена тем, что в этих светодиодах также используется люминофор, преобразующий ультрафиолетовое или синее излучение в видимое с хорошим спектром;

- малая инерционность;

- малый угол излучения -- также может быть как достоинством, так и недостатком;

- безопасность -- не требуются высокие напряжения;

- нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам.

Недостатки ламп на светодиодах:

- основной недостаток -- высокая цена. Отношение цена/люмен у сверхъярких светодиодов в 50 -- 100 раз больше, чем у обычной лампы накаливания;

- низкая предельная температура:

мощные осветительные светодиоды требуют внешнего радиатора для охлаждения, потому что имеют неблагоприятное соотношение своих размеров к выделяемой тепловой мощности (они слишком мелкие) и не могут рассеять столько тепла, сколько выделяют (несмотря даже на более высокий КПД, чем у ламп накаливания). Осветительный светодиод мощностью 10 Ватт требует пассивный радиатор размером как у микропроцессора Pentium 4 без вентилятора. Такой большой радиатор не только удорожает конструкцию, но и с трудом может быть вписан в формат бытовых осветительных приборов;

- для питания светодиода от питающей сети необходим низковольтный источник питания постоянного тока, тоже с радиатором, что дополнительно увеличивает объём светильника, а его наличие дополнительно снижает общую надёжность и требует дополнительной защиты. Поэтому многие разработчики ограничиваются выпрямителем, а светодиоды включают последовательно;

- высокий коэффициент пульсаций светового потока при питании напрямую от сети промышленной частоты без сглаживающего конденсатора, при его наличии пульсации малы;

- дешёвые массовые LED имеют светоотдачу 60-100 лм/Вт;

- спектр отличается от солнечного.



2.2 Различные варианты построения систем управления освещением

С точки зрения организации энергосберегающей системы освещения, категории зданий можно условно разделить на три категории [7-10]:

- многоквартирные жилые дома,

- офисные, производственные и торговые здания,

- частные жилые дома (коттеджи).

Для каждой из этих категорий можно разработать типовую схема построения системы энергосберегающего светодиодного освещения, организованную из устройств предложенного комплекса, что позволяет достичь необходимых параметров освещения и энергоэффективности с минимальными затратами по стоимости оборудования и монтажных работ.

Базовым элементом системы энергосберегающего светодиодного освещения служат светодиодные светильники, управляемые по проводным или беспроводным линиям связи при помощи управляющих программ и панелей локального управления, с использованием ретрансляторов или модемов сотовой связи, либо интернет.



Выводы по главе 2

Все более широкое применение находят системы автоматического управления включением, отключением светильников и автоматического регулирования освещенности, а также энергоэкономичные источники света. Зарубежный опыт свидетельствует, что автоматизация освещения позволяет снизить энергопотребление на 30-50%. В РФ налажено и развивается производство электронных и электромагнитных пускорегулирующих аппаратов для люминесцентных ламп, энергоэкономичных ламп и осветительной арматуры, устройств автоматического управления освещением: фотореле, приборов регулирования светового потока, инфракрасных датчиков [11-13].

С точки зрения организации энергосберегающей системы освещения, категории зданий можно условно разделить на три категории:

- многоквартирные жилые дома,

- офисные, производственные и торговые здания,

- частные жилые дома (коттеджи).



Глава 3. Построение системы управления освещением

3.1 Выбор структуры системы освещением

Системы освещения офисных и производственных зданий имеют ряд схожих основных характеристик, так как состоят из отдельных рабочих помещений, связанных коридорами, а также подсобных помещений, аналогичных помещениям общего пользования многоквартирных жилых домов.

Требованиями САН ПИН и ряда ГОСТов установлена необходимость обеспечения определенных уровней освещенности и ряда других характеристик качества освещения в рабочих зонах, являющихся местами постоянного присутствия людей.

Для выполнения требований нормативных документов система освещения должна обеспечивать поддержание искусственной освещенности в помещении на заданном уровне с учетом естественной освещенности.

Рисунок 4. Схема освещения здания с помещениями и коридорами

Система освещения здания формируется как сумма систем освещения помещений с передачей ряда функций управления общему серверу здания, имеющему, как правило, более высокий приоритет и используемому в качестве регулятора режимов управления и диспетчерским центром (сбор и хранение данных, составление и отображение отчетов) [14-16].

В помещениях постоянного пребывания людей (рабочие помещения) устанавливаются панели локального управления для регулирования светового потока групп интерфейсных светильников и управления включением и выключением управляемых и неуправляемых светильников с помощью блоков БУР-8.

В помещениях кратковременного присутствия людей устанавливаются светильники со встроенными датчиками освещенности и акустическими датчиками или светильники с внешними датчиками движения. Управление светильниками «по расписанию» осуществляется через БУР-8.

Помещение размером 10х9 метров освещается встраиваемыми светодиодными светильниками СВО-01/хх-2800/40. Светильники расположены в четыре ряда по четыре светильника в ряду и предназначены для общего освещения рабочих мест. В каждом ряду установлен ведущий светильник с управлением по радиоканалу и датчиком освещенности. Остальные светильники ряда - ведомые, управляются по яркости диммирующим напряжением ведущего светильника ряда. Такая схема позволяет снизить затраты за счет исключения микропроцессорного модуля из ведомых светильников, находящихся по естественному освещению в аналогичных с ведущим светильником условиях. Во входной зоне прохода установлен светильник без управления яркостью, выполняющий функцию дежурного \ аварийного освещения.

Управление включением сетевого напряжения светильников рабочих зон осуществляется блоком БУР-8.

Управляющим устройством системы служит панель локального управления, а также подключенный к ней сервер здания.

К системе подключен электросчетчик КАРАТ-101 для съема показаний и отключения нагрузки по команде или при аварийных параметрах сети и превышении лимитов.

3.2 Выбор элементов системы управления освещением

Основным базовым элементом комплекса средств являются управляемые светодиодные светильники [17-19].

В составе системы предусмотрены управляемые светодиодные светильники двух основных типов:

- офисные встраиваемые или накладные типа «Армстронг» с потребляемой мощностью 30 - 40 Вт,

- светильники для ЖКХ мощностью 6 - 15 Вт.

Светильники сертифицированы. Сертификат РОСС RU.АЯ60.В21360

№ 0021568 от 12.05.2011г.

3.2.1 Офисные светильники

Корпус пластмассовый - АВС пластик с повышенным температурным диапазоном. Состоит из квадратной рамы размеров 595х595 мм и высотой 65 мм. В нижнюю часть рамы устанавливается рассеиватель из высококачественного пропускающего свет органического стекла. Рассеиватель свободно лежит на приливах корпусных деталей. В верхней части рамы устанавливается металлическая панель (крышка), предназначенная для установки светодиодных линеек, модуля управления и блока питания светильника.

Светодиодные линейки - печатные платы со светодиодами, обеспечивающие равномерное распределение потоков света на рассеиватель.

Модуль управления выполняет функции управления свечением светодиодных линеек.



Рисунок 6. Образец светильника СВО- 01/43-2800/40 в сборе, включенный

Управляемые светодиодные светильники могут подключаться по беспроводным и проводным линиям связи к панелям локального управления или серверу. Кроме того, светильник может выступать в качестве ретранслятора команд и данных.

Светильники имеют возможность управления яркостью свечения светодиодных линеек в режимах работы - автономном и ручном.

В ручном режиме световой поток светодиодных линеек определяется командой системы управления или инфракрасного пульта ДУ. В автономном режиме модуль управления автоматически поддерживает уровень суммарной освещенности в рабочей зоне с учетом естественной (внешней) освещенности. Источником информации о внешней освещенности является фотоприемник, подключенный к модулю управления.

3.2.2 Блок управления БУР-8

Корпус пластмассовый. Состоит из основания размером 124х84 мм и высотой 43 мм и крышки (127х87 мм, высотой 14 мм)

Каналов управления (реле 220В, 5А) - 8 Потребляемая мощность от сети 220В - 5ВТ. Интерфейс связи RS485 / радиоканал.



Рисунок 7. Блок управления светильниками в сборе

Панель локального управления

Корпус пластмассовый. Размеры основания 95х95х50 мм. Размеры крышки 120х120х8 мм.

Декоративная крышка выполняет функции защиты от пыли и свободного доступа, обеспечивая степень зашиты IP20. На крышке монтируется встроенный блок клавиатуры. В крышке предусмотрено окно для жидкокристаллического индикатора, отображающего режимы работы и состояние блока.

Рисунок 8. Панель локального управления в сборе.



3.2.3 Устройство сбора и передачи данных УСПД-01

Рисунок 9. Устройство сбора и передачи данных УСПД-01

Назначение: устройство предназначено для дистанционного мониторинга потребления энергоресурсов, учёта, автоматизации технологических процессов и может использоваться как расходомер или счётчик количества с предоставлением возможности дистанционного съёма информации.

Устройство является вторичным преобразователем, реализует числоимпульсный канал измерения и в качестве первичных преобразователей использует или счётчики воды, или счётчики газа, или электросчётчики, имеющие импульсный (телеметрический) выход. Устройство преобразует импульсы соответственно в единицы расхода или воды, или газа, или электроэнергии.

Исполнение УСПД-01.4 используется в качестве ретранслятора преобразователя (радио-RS485) для обмена с радиомодемным батарейным устройством УСПД-02, выполняющим сбор данных со счётчиков воды, газа, с датчиков протечки воды, измерение температуры.

Устройство обеспечивает:

-Измерение потребляемого объёма или воды, или газа, или электроэнергии нарастающим итогом;

-Сохранение во встроенной энергонезависимой памяти потребления или воды, или газа, или электроэнергии с последующей возможностью вывода на переносной компьютер через локальную сеть по протоколу RS485.

Число подключаемых счетчиков - 1 или 2 Габаритные размеры, мм: 88х37х50.

3.2.4 Устройство сбора и передачи данных УСПД-02

Рисунок 10. Устройство сбора и передачи данных УСПД-02

Назначение: устройство предназначено для дистанционного мониторинга потребления энергоресурсов.

Устройство используется для эксплуатации в местах, где затруднен доступ к счётчикам воды, газа, электроэнергии, а также для удобства организации узла учёта воды, газа, тепла или электроэнергии с предоставлением возможности дистанционного съёма информации.

Устройство является вторичным преобразователем, реализует числоимпульсный канал измерения и в качестве первичных преобразователей использует или счётчики воды, или счётчики газа, или электросчётчики, имеющие импульсный (телеметрический) выход. Устройство преобразует импульсы в соответствующие единицы расхода.



Устройство обеспечивает:

-Измерение потребляемого объёма или воды, или газа, или электроэнергии нарастающим итогом;

-Сохранение во встроенной энергонезависимой памяти потребления или воды, или газа, или электроэнергии с последующей возможностью вывода на переносной компьютер через локальную сеть по радиомодему. Дальность связи до 20 метров.

Число входных каналов:

- 1 канал для измерения температуры внешнего объекта;

- 1 канал для измерения влажности (контроль протечки);

- 1 канал для подключения датчика охраны;

- 1канала (выбор перемычкой в каждом):

- или подключение счётчиков;

- или устройств сигнализации.

Габаритные размеры, мм:88х37х50

3.2.5 Сервер сбора и обработки энергоинформации зданий

Программный комплекс системы состоит из двух основных блоков:

«Конструктор» представляет собой визуальный инструмент формирования системы. Он позволяет с помощью клавиатуры и мыши создать план здания, добавить этажи, комнаты, устройства, настроить линии связи между устройствами. Информация отображается на экране в виде плана здания с нанесенными на нем этажами, комнатами и устройствами. Для удобства навигации можно использовать общий план, мини-карту (в правом верхнем углу, на ней отображается весь план в минимальном масштабе), поля ручного выбора этажей, комнат и устройств [19].

Также режим «Конструктор» позволяет формировать расписание системы, задавать режимы работы и программировать подключенные устройства. Режим защищается паролем или бесконтактной картой пользователя.

«Управление» позволяет оперативно отображать на экране состояние системы: наличие связи с устройствами, уровень освещенности в помещениях, состояние светильников (включен/выключен). При соответствующих правах доступа пользователь может непосредственно управлять светильниками, выбирать режим работы всей системы (автоматический, «по расписанию», локальный и другие), смотреть статистику работы системы.

Функциональные возможности:

- поддержание искусственной освещенности в помещении на заданном уровне;

- учет естественной освещенности в помещении;

- учет времени суток, дня недели и присутствия людей в помещении;

- интеллектуальное дистанционное управление освещением на основе беспроводного и проводного каналов связи;

- возможность регулирования уровня освещенности;

- контроль состояния светильников на сервере,

- возможность индивидуальной настройки режимов работы системы (автоматический, ручной, дежурный и их комбинации) путем составления расписания работы системы.

- локальное управление светильниками по фактору присутствия.

На программное обеспечение сервера возлагаются функции управления, настройки, мониторинга, обработки и хранения данных.

1. Управление:

-блоками включения \ выключения светильников (групп светильников),

-светильниками,

-режимами управления яркостью светильников

- автомат, ручной (локальный \ от системы),

-режимами работы локальных панелей управления,

2. Формирование системы:

-настройка адресов устройств.

-формирование групп,

-настройка параметров системы (обмен, отчеты),

-ввод и настройка параметров устройств,

-ввод и отображение плана системы (помещения, группы, светильники, связи между устройствами, спецификации групп и отчетов, обозначения),

3. Формирование расписания: время, дни недели, даты.

4. Мониторинг состояния светильников, групп светильников, устройств управления и учета.

5. Хранение данных о состоянии системы и ее элементов по времени. Статистические отчеты.

6. Анализ ситуации:

-превышение допустимого потребления для устройств управления,

-неработоспособность светильников, устройств управления и линий связи,

-срабатывание датчиков присутствия в режиме охраны.



Выводы по главе 3

Система освещения здания формируется как сумма систем освещения помещений с передачей ряда функций управления общему серверу здания, имеющему, как правило, более высокий приоритет и используемому в качестве регулятора режимов управления и диспетчерским центром (сбор и хранение данных, составление и отображение отчетов).

В помещениях постоянного пребывания людей (рабочие помещения) устанавливаются панели локального управления для регулирования светового потока групп интерфейсных светильников и управления включением и выключением управляемых и неуправляемых светильников с помощью блоков БУР-8.



Глава 4. Эффективность внедряемых технологий

4.1 Энергоэффективность осветительных приборов

В помещениях постоянного присутствия людей устанавливаются управляемые светильники с режимами ручной и автоматической регулировки яркости. В подсобных помещениях кратковременного пребывания устанавливаются светильники с датчиками освещенности и акустическими или инфракрасными датчиками. Панели управления располагаются в нескольких наиболее используемых помещениях и на выходе из дома. Предусматривается управление в режиме «Расписание» для организации эффекта присутствия хозяев.

Энергоэффективность системы освещения на объекте исполнения проекта, представляющего собой административное здание, обеспечивалась с учетом следующих требований:

- минимизация потребления электроэнергии на освещение мест общего пользования,

- комфортность освещения,

- низкая стоимость оборудования и технического обслуживания.

Минимизация потребления электроэнергии была достигается за счет применения светильников в автоматическом режиме управления световым потоком в зависимости от внешней освещенности, контролируемой встроенным датчиком освещенности, и присутствия людей, определяемого при помощи встроенного акустического датчика.

В результате светильник светится в течение периода около двух минут в темное время суток в присутствии человека.

Вне этого периода потребление светильника в дежурном режиме составляет около 2Вт. Таким образом достигается практически наивысшая экономичность.

Реализация полного отключения светильников от сети в режиме «Расписание» нецелесообразна, так как большая часть светильников находится в тамбурах, не имеющих естественного освещения, движение же людей возможно в любое время суток.

Отключение в светлое время суток светильников, расположенных в зонах с естественным освещением, даст крайне незначительную экономию электроэнергии

- 72Вт\час для дома в целом. При этом затраты на устройства отключения и их энергопотребление будут несоизмеримо выше.

В реализованном варианте комфортность достигается отсутствием «мертвых» зон, характерных для инфракрасных датчиков движения, и одновременностью включения всех светильников в зоне нахождения человека.

Управление светильниками и другим электрооборудованием в режиме

«Расписание» целесообразно в офисных, торговых и производственных зданиях в целях достижения экономии электроэнергии за счет фактора «забывчивости».

Работа системы в режиме «Расписание» реализована в помещении диспетчерской, а также в офисном помещении дополнительного пилотного объекта.

Задача оптимизации режимов управления до достижения максимальной энергоэффективности сводится в помещениях с естественной освещенностью к определению оптимального расположения датчиков освещенности с целью создания требуемой освещенности рабочей зоны в автоматическом режиме управления яркостью. С учетом особенностей использования помещений могут быть установлены ограничения максимального и минимального уровней яркости. По окончании рабочего времени программа «Расписание» переводит светильники в режим достаточной требуемой яркости или отключает их.

Для помещений без естественной освещенности выбираются достаточные уровни яркости в ручном (системном) режиме. По окончании рабочего времени программа «Расписание» переводит светильники в режим достаточной яркости или отключает их.

Дополнительно энергоэффективность помещений без постоянного нахождения людей повышается применением датчиков присутствия (движения, ёмкостных, акустических).

4.2 Экономичность осветительных приборов

Перевод освещения на энергосберегающие светильники с светодиодной лампой является в настоящее время очень эффективным, несмотря на большие затраты, т.к. стоимость светотехнической продукции достаточно высокая.

Установка светильников такого типа позволяет значительно сэкономить электрическую энергию, что очень актуально в настоящее время, увеличить уровень освещенности магистральных дорог и внутриквартальных проездов, а также сократить расходы на обслуживание наружного освещения.

Появление новых технологий в системах освещения позволяет получить большой экономический эффект. Практика показывает, что при их внедрении потенциал экономии электроэнергии в большинстве муниципальных систем уличного освещения может составлять более 50 %.

В рамках разработанной Федеральной целевой программы "Энергосбережение России" многие регионы разработали свою концепцию энергосбережения, отличающуюся отдельными разделами, отражающими специфику региона, муниципального образования. Но во всех программах присутствуют мероприятия по совершенствованию светильников и светотехнического оборудования, эксплуатации и модернизации городского электроосветительного хозяйства.

Семейство компактных газоразрядных ламп

За почти полувековой период внедрения газоразрядных ламп они стали стандартом для всех отраслей и не нашли широкого применения только при освещении жилья в силу таких отрицательных факторов, как повышенный шум пускорегулирующей аппаратуры, неприятное мерцание света и невозможность быстрого повторного включения лампы до момента ее полного остывания.

Обладают высокой яркостью и стабильным в течение всего срока службы цветом излучения.

Цвет излучения: от желтого до нейтрально-белого.

Компактные размеры лампы и разрядной дуги позволяют создавать световые пучки высокой интенсивности. Рабочее положение - произвольное.

Необходимо знать:

Начинают работать на полную мощность не сразу, а только по мере прогревания.

Должны применяться в закрытых светильниках с защитным стеклом.

Для работы ламп необходимы балласты и зажигающие устройства.

Обязательно применение токового предохранителя (IEC1167).

Если напряжение сети постоянно отклоняется от номинала более чем на 3%, то необходимо использовать ПРА на другое номинальное напряжение.

Области применения:

Наружное освещение: улицы, площади, скоростные магистрали, транспортные пересечения, протяжные туннели, спортивные сооружения, аэродромы, строительные площадки, архитектурные сооружения, вокзалы, аэропорты для уличного освещения, производственные и складские помещения, дороги и пешеходные зоны.

Декоративное наружное освещение: для подсветки пешеходных дорожек, тротуаров.

Художественная подсветка зданий.

Преимущества:

Стабильный цвет излучения в течение всего срока службы.

Высокая эффективность ламп позволяет снизить эксплуатационные затраты.

Длительный срок службы по сравнению с галогенными лампами и лампами накаливания.

Все типы ламп имеют защиту от УФ излучения.

Газоразрядные лампы можно разделить на ртутные, металлогалогенные и натриевые лампы.

Светодиодное освещение

В настоящее время одним из самых перспективных направлений в освещении является внедрение светодиодов.

Светодиод - это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра, его цветовые характеристики зависят от химического состава использованного в нем полупроводника.

Светодиодные светильники обладают высокой экономичностью энергопотребления и являются экологически чистыми, не требуют специальных условий по обслуживанию и утилизации. Срок их службы значительно превышает существующие аналоги (срок непрерывной работы светильника не менее 80 тыс. часов, что эквивалентно 25 годам эксплуатации, при 10 часовой работе в день). Причем, это не срок, когда светодиод выходит из строя, а примерно в это время снижение его светового потока достигнет 50%.

Светодиодные светильники (в отличие от светильников с газоразрядной лампой) обладают возможностью регулировки яркости за счет снижения питающего напряжения. СНиП 23-05-95 для экономии электроэнергии допускает в ночное время снижение уровня освещенности на 30-50%.

Современная философия энергосбережения должна включать в себя все многообразие подходов и технологий экономии топливно-энергетических ресурсов, и в первую очередь за счет внедрения инновационных решений в этой области. Внедрение светодиодного освещения - это одна из значительных ее составляющих.

Таблица 5. Сравнительная таблица разных типов ламп, использующихся в уличном освещении

	ЛН	ДРЛ	ДРИ	ДНАТ низкого давления	ДНАТ высокого давления	Светодиодный светильник
Экономичность	низкая	средняя	средняя	высокая	средняя	высокая
Цветопередача	отличная	хорошая	отличная	плохая	хорошая	отличная
Светоотдача, Лм/Вт	13	30-60	70-95	До 200	До 150	До 150
Период эксплуатации	короткий (1000 ч)	значительный (до 12000 ч)	значительный (до 15000 ч)	значительный (до 32 000 ч)	значительный (до 32 000 ч)	длительный (до 80000 ч)
Возможность плавной регулировки мощности	да	нет	нет	нет	нет	да
Зажигание, перезажигание	быстрое	длительное	длительное	длительное	длительное	быстрое
Наличие ртути	нет	да	да	нет	количество ртути сильно уменьшено или отсутствует вовсе	нет

Выводы по главе 4

Энергоэффективность системы освещения на объекте исполнения проекта, представляющего собой административное здание, обеспечивалась с учетом следующих требований:

1. минимизация потребления электроэнергии на освещение мест общего пользования,

2. комфортность освещения,

3. низкая стоимость оборудования и технического обслуживания.



Глава 5. Разработка мероприятий по охране труда и экологической безопасности

Действующие правовые нормы в области экологической безопасности требуют, чтобы система природоохранных мероприятий обеспечивала:

· соблюдение предельно-допустимых норм химических, физических, биологических и механических воздействий на окружающую среду и персонал при обустройстве и эксплуатации месторождения и снятии с эксплуатации объектов обустройства;

· соблюдение требований к использованию компонентов природной среды;

· выполнение требований к проектным решениям по уменьшению (предотвращению) вредного воздействия на окружающую среду при ведении работ по обустройству месторождения, включая требования к управлению отходами производства и потребления, в т.ч. жидкими бытовыми отходами и отходами бурения;

· соблюдение требований к составу и условиям применения экологически опасных материалов, их хранению и транспортировке;

· выполнение требований к мероприятиям по охране окружающей природной среды, очистному оборудованию и установкам;

· выполнение требований к социально-бытовым условиям проживания и работы персонала и обеспечению санитарно-гигиенических нормативов;