Реферат

Пояснительная записка 60 с, 7 табл., 18 источников.

Объект исследования - система освещения учебных помещений технического корпуса Т СумГУ (I этаж).

Целью работы является анализ энергоэффективности системы освещения, разработка организационных и технических мероприятий по энергосбережению и их финансовая оценка.

Графические материалы: схема размещения источников освещения с таблицей замеров параметров, плакат организационных и технических мероприятий по энергосбережению и финансовая оценка - всего 2 листа формата А1.

Приведено описание основных показателей освещения, описание осветительных систем административных зданий и применяемое оборудование, описание состояния помещений и системы освещения технического корпуса Т, нормирование освещенности, методика проведения аудита системы освещения и применяемое при этом оборудование, необходимые расчеты экономии электроэнергии в существующих осветительных установках.

Ключевые слова: ОСЕЩЕНИЕ, ОСВЕТИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА, ФОТОМЕТР, ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ, МЕРОПРИЯТИЕ, ЭКОНОМИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ.

Тема работы «Анализ энергоэффективности системы освещения учебных помещений корпуса Т (I этаж)».

Содержание

Техническое задание

Реферат

Введение

Показатели освещения

Описание осветительных систем административных зданий и применяемое оборудование

Описание помещений и состояния системы освещения

Нормирование освещения

Методика проведения аудита системы освещения

Оборудование, необходимое для аудита системы освещения

Расчет экономии электроэнергии в действующих осветительных установках

Повышение качества и энергоэффективности осветительных установок (Индивидуальное задание)

Выводы

Список используемой литературы

Введение

Создание необходимого светового климата для эффективного восприятия зрительной информации - это основная задача освещения, в том числе и искусственного, электрического.

На цели освещения тратится значительная часть вырабатываемой электроэнергии. В последнем десятилетии ХХ-го века осветительные установки ряда стран потребляли следующую часть вырабатываемой электроэнергии: ФРГ - 9 %, Франция - 11 %, Великая Британия - 12 %, Италия - 13 %, Украина - 13 %, Япония - 18 %, США - 20 %. Поэтому осветительные электропотребители представляют важный объект и поле для экономии энергетических ресурсов [18].

Приведенные цифры не дают представления об эффективности использования электроэнергии на освещение, но показывают насколько значимым является снижение затрат на искусственное освещение при ограниченности и исчерпаемости энергоресурсов, а также ухудшении экологической обстановки. Экономия электрической энергии может быть достигнута как за счет уменьшения установленной мощности, так и за счет уменьшения времени наработки за год. Номинальная мощность осветительного оборудования рассчитывается на стадии ее проектирования исходя из нормированных значений освещенности и качественных характеристик освещения, выбранной системы освещения и принятого способа размещения светильников, начальной световой отдачей используемых комплектов "лампа - пускорегулирующий аппарат (ПРА), коэффициента использования светового потока осветительной установки относительно рабочей поверхности, коэффициента запаса, зависящего от изменения светового потока ламп и КПД светильников во времени, снижения отражающих характеристик поверхностей помещения во времени [10].

1 Показатели освещения

Устройство, предназначенное для превращения электрической энергии в оптическое излучение, называется искусственным электрическим источником излучения. При диапазоне оптических измерений в пределах длин волн от 380 до 760 нм в органах зрения вызывается ощущение света. Если электрический источник вызывает электромагнитные колебания в пределах указанных длин волн, то он называется электрическим источником света [1].

К световым величинам относятся: сил света, световой поток, освещенность, светимость, яркость, световая энергия [12]:

I - сила света, единица измерения - кандела [кд]; 1 кд - это сила света, излучаемая в перпендикулярном направлении с поверхности черного тела площадью 1/610^-5 м² при температуре затвердевания платины (Т=2045 °К) и давлении 101325 Па;

Ф - световой поток - эффективный поток излучения, определяемый спектральной чувствительностью глаза, единица измерения - люмен [лм]; для точечного источника характеризуется силой света, 5 равномерно распределенной в пространственном угле в стеррадиан, ;

Е - освещенность - плотность светового потока по освещаемой поверхности, Е = Ф / S, единица измерения - люкс [лк];

М - светимость - плотность светового потока, проходящего через поверхность или отраженного от нее, единица измерения - люмен на квадратный метр [лм/м²];

L - яркость - плотность силы света по площади проекции излучаемого (отражающего) тела в заданном направлении, единица измерения - кандела на квадратный метр [кд/м²];

Q - световая энергия, определяемая произведением светового потока на время его действия, единица измерения - люмен на секунду [лм*с].

Показателем эффективности любого источника света является его светоотдача, чем больше ее численное значение, тем более эффективен источник света. Светоотдача представляет собой отношение светового потока источника света к потребляемой мощности, Н=Ф / Р, единица измерения - люмен на ватт [лм/Вт].

К качественным показателям освещения относятся: показатель ослепленности, показатель дискомфорта, спектральный состав излучения, цветовая температура, цветопередача, пульсация светового потока [10].

Показатель ослепленности - величина, характеризующая уровень ухудшения видения при появлении в поле зрения резко контрастной яркости.

Показатель дискомфорта - субъективная количественная оценка степени неприемлемости условий освещения при решении неопределенных зрительных задач.

Спектральный состав излучения - совокупность монохроматических световых потоков, генерируемых источником света, дозировка которых определяется физической природой излучателя и режимом излучения.

Цветовая температура - температура черного тела, при которой цветность его излучения совпадает с цветностью излучения реального тела при истинной температуре последнего.

Пульсация светового потока - удвоенные во времени периодические изменения светового потока источника света, питаемого переменным током.

В современных источниках света электрическая энергия преобразуется в основном двумя путями [12]:

посредством нагрева тела электрическим током (тепловые методы);

посредством электрического разряда в газах и парах металлов (разрядные).

Различают энергетические, светотехнические, электротехнические и эксплуатационные показатели источников света [10]. К энергетическим показателям относятся:

* энергетический к.п.д. лампы _эн.л=Ф_п.л/Р_л ,

где Ф_{п л} - полный поток излучения лампы, Вт;

Р_л - мощность лампы, Вт;

эффективный к.п.д. потока излучения лампы _эф.л=Ф_эф.л/Ф_пл,
где Ф_эф.л - эффективный поток излучения лампы.

К светотехническим показателям относятся: эффективный поток излучения лампы, светоотдача лампы, спектральный состав излучения лампы, пульсация светового потока.

К электротехническим показателям относятся: номинальная мощность лампы, номинальное напряжение лампы, номинальное напряжение сети, на которое рассчитана лампа.

К эксплуатационным показателям относятся: полезный срок службы, средняя продолжительность работы до изменения одного из ее параметров сверх пределов, установленных стандартом, зависимость основных параметров лампы от отклонений напряжения сети.

Лампы накаливания имеют достоинства: простота конструкции, дешевизна, простота в эксплуатации, хорошая цветопередача, отсутствие мигания, отсутствие пускорегулирующих устройств, являются единственным источником света при напряжениях 12 - 36 В. К недостаткам ламп относится: низкая светоотдача, малый срок службы, высокая чувствительность к изменениям напряжения [8].

Лампы накаливания используются для бытового, местного, аварийного освещения, в помещениях с небольшим числом часов использования.

Люминесцентные лампы низкого давления образуют при работе ионизированные пары металла и газа, производящие ультрафиолетовое излучение, которое с помощью люминофоров на внутренних стенках трубки лампы преобразуется в излучение, ощущаемое глазом [8].

К достоинствам люминесцентных ламп относится относительная простота конструкции, большой диапазон с точки зрения цветопередачи, относительно высокая светоотдача, большой срок службы. К недостаткам можно отнести мигание лампы, старение лампы, наличие пускорегулирующего аппарата (ПРА), малый диапазон мощностей, чувствительность к снижению напряжения, ограниченный температурный диапазон работы (от 5 до 40 °С).

Трубчатые люминесцентные лампы низкого давления с дуговым разрядом в парах ртути по цветности излучения делятся на белого света (ЛБ, цветовая температура 3500 К), тепло белого света (ЛТБ 2700 °К), дневного света (ЛД, 6500 °К) и лампы дневного света с исправленной цветностью (ЛДЦ).

Мощность ламп 4-150 Вт, светоотдача достигает 75 - 80 лм/Вт, срок службы до 12000 - 25000 ч., но к концу этого срок световой поток снижается до 60 % начального.

Разновидностью ламп являются малогабаритные люминесцентные лампы (КЛЛ), имеющие цоколь, как и у ламп накаливания. Небольшие размеры достигаются за счет сгибания газоразрядной трубки. Срок службы ламп в пять раз больше, чем у ламп накаливания, потребление электроэнергии в четыре раза меньше при 1 том же световом потоке [8].

Люминесцентные лампы используются для внутреннего освещения помещений.

Осветительные приборы содержат источник света и оптическую систему со вспомогательной арматурой и предназначены для освещения различных объектов. Основная функция осветительного прибора - перераспределение светового потока источника света в требуемом направлении окружающего его пространства. Вспомогательными функциями являются: коммутация и стабилизация электрической энергии, защита источника света от механических повреждений, изоляция источника света от взрывоопасных, пожароопасных, влажных, химически агрессивных и пыльных сред, изменение спектрального состава излучения источника света (при необходимости), установочное крепление прибора по месту эксплуатации, выполнение специфических функций (например, при подводном или космическом освещении, технологическом излучении и пр.) [8].

Основными показателями светильников являются: мощность, напряжение питающей сети, габаритные размеры, кривая силы света, световой к.п.д. - = Ф_п._с / Ф_л, где Ф_пс - полезный световой поток прибора, Ф_л - световой поток лампы [12].

Светильники можно классифицировать по степени защиты от проникновения пыли и влаги, по исполнению в зависимости от среды использования. Светильник должен удовлетворять требованиям соответствующих технических стандартов.

Одним из основных элементов светильника является его отражатель. Высокоэффективные отражатели используют поверхность, покрытую серебром, которая обладает исключительно высоким зеркальным отражением, обеспечивая максимальное отражение светового потока лампы. Высокоэффективные отражатели обеспечивают увеличение коэффициента использования осветительной установки, в результате чего большая часть светового потока, излучаемого лампами, достигает рабочей поверхности [8].

Для обеспечения пробоя газового промежутка и ограничения дугового разряда в цепь газоразрядных ламп включаются реактивные (чаще всего индуктивные) сопротивления, которые совместно с компенсирующими конденсаторами для повышения коэффициента мощности и блокирующими конденсаторами радиопомех образуют пускорегулирующие аппараты (ПРА). Простейшие элементы управления представляют собой стартер и дроссель, используются также схемы полу резонансного и трансформаторного запуска, наиболее эффективными являются электронные схемы пуска [8, 12].

2 Описание осветительных систем административных зданий и применяемое оборудование

Наиболее массовыми источниками света в течение ближайшего десятилетия, позволяющими получить значительную экономию энергоресурсов и находящими все более широкое применение для освещения административных зданий, будут ЛЛ и КЛЛ. Это обусловлено их достоинствами: высокими световыми отдачами (до 87 лм/Вт для мощных ламп), хорошей цветопередачей (общий индекс цветопередачи более 80), компактностью их светящих тел, позволяющую уменьшить материалоемкость светильников, а также возможностью прямой замены ЛН на КЛЛ со встроенными пускорегулирующими аппаратами (ПРА) и цоколем Е-27 [7, 8].

Достоинства современных источников света в полной мере могут быть реализованы с соответствующими пускорегулирующими аппаратами. В настоящее время для включения источников света используются: как электромагнитные ПРА (ЭМПРА: обычные, с пониженными потерями, с минимизированными потерями), так и электронные пускорегулирующие аппараты (ЭПРА: неуправляемые и управляемые). Сравнительная дороговизна ЭПРА делает оправданным в настоящее время использование также ЭМПРА.

К достоинствам ЭМПРА следует отнести чрезвычайно высокую надежность и относительно низкую стоимость.

К достоинствам комплектов "лампа-ЭПРА" следует отнести [8]:

практически полное отсутствие пульсаций светового потока ламп, что позволяет использовать данные комплекты для освещения помещений с тяжелой зрительной работой;

высокие световые отдачи комплекта " КЛЛ-ПРА", достигающие световой отдачи самих ламп при их работе на частоте 50 Гц, что позволяет обеспечить экономию электроэнергии в осветительной установке на 25 %;

больший на 30-40 % срок службы ламп при их работе с ЭПРА, по сравнению с ЭМПРА;

возможность регулирования световым потоком ламп при работе с ЭПРА.

Однако потенциал снижения установленной мощности искусственного освещения в административных зданиях весьма ограничен. Например, лучшие из применяемых в настоящее время для внутреннего освещения административных зданий источники света по характеристикам световой отдачи практически достигли максимально возможного значения в 96-104 лм/Вт, а для современных типов светильников реальные значения КПД составляют 70-80 % и резерв его повышения практически исчерпан. Все шире применяются отделочные материалы с высокими (до 0,8) коэффициентами отражения [18].

Тем не менее, возможно значительное уменьшение потребления электроэнергии в осветительных установках. Анализ показывает, что в структуре энергопотребления административных зданий доля расхода энергии на цели освещения достигает 80 %, четкая же персональная ответственность и материальная заинтересованность в экономии электроэнергии трудно реализуемы. В этом случае оптимизировать энергопотребление можно за счет применения автоматизированных систем управления. Системы управления освещением (СУО) поддерживают требуемые (нормируемые) уровни освещенности в процессе эксплуатации осветительной установки в соответствии с заданной программой, исключая перерасход электроэнергии [14].

При использовании СУО экономия электроэнергии достигается за счет нескольких факторов.

Во-первых, в начальный период эксплуатации люминесцентных ламп, а также при избыточном количестве светильников создаваемая в помещении освещенность завышена и может автоматически уменьшаться до требуемого значения, что снижает энергопотребление на 15-25 %.

Во-вторых, наиболее значительную экономию электроэнергии позволяет обеспечить рациональное использование естественного освещения (переход от искусственного освещения к совмещенному), так как в течение достаточно большого времени суток освещение может быть вообще отключено либо включено на минимальную мощность (1-10 % от номинальной). Экономия может достигать 25 - 40 %.

В-третьих, часовая наработка осветительной установки при отсутствии автоматического управления также превышает рациональные значения, так как при стихийном управлении искусственное освещение остается включенным при достаточном естественном освещении и отсутствии в освещаемых помещениях людей, а также в нерабочее время из-за забывчивости персонала.

Автоматизированные СУО выполняют следующие функции:

контроль состояния помещений, а именно: контроль количественных и качественных характеристик освещения в различных зонах помещения;

контроль наличия людей в помещении;

контроль состояния органов ручного управления освещением; контроль исправности светильников и режима их работы, контроль напряжения, тока, энергопотребления осветительной установки, а также характеристик качества электроэнергии;

управление освещением помещений, а именно: автоматическое и/либо ручное управление (сценарий устанавливается с пульта управления);

включение и выключение освещения в помещении полностью или по группам светильников; плавная регулировка светового потока каждого светильника или отдельных групп светильников.

3 Описание помещений и состояния системы освещения

В данном разделе приведено описание помещений и состояния системы освещения лабораторного корпуса Т (I этаж, правое крыло) СумГУ. Во всех ниже перечисленных помещениях были произведены замеры освещенности в двух рабочих местах. Результаты замеров приведены в таблице (черт. 1). Замеры наружной освещенности проводились с южной и северной стороны здания.

При обследовании было принято, что лампы накаливания имеют мощность 60 Вт, а люминесцентные газоразрядные лампы дневного света - 40 Вт.

Помещение №106 - мастерская, площадь 66,5 м². Оконные проемы площадью 16 м². Оконные проемы не занавешены гардинами. Окна частично заслонены станками. На стенах кафель желтого цвета, потолок побелен. На потолке установлены 8 двухламповых светильников, предназначенных для люминесцентных газоразрядных ламп. Четыре лампы отсутствуют. Из 12 ламп 6 нерабочих.

Помещение №108 - учебная аудитория, площадь 34,2 м². Оконные проемы площадью 8 м². Оконные проемы занавешены тонкой гардиной. Стены оклеены светло-желтыми обоями, потолок побелен. На противоположной от окна стороне одна из панелей частично перекрыта учебной доской. На потолке установлены 3 трехламповых светильника, предназначенных для ламп накаливания. При обследовании помещения было выявлено 4 неработающих лампы.

Помещение №109/1 - мастерская, площадь 33 м². Площадь оконных проемов 8 м².Оконные проемы не занавешены. Остекление оконных проемов имеет частичное загрязнение. На окнах имеются решетки. Панель окрашена в зеленый цвет, потолок побелен. На потолке установлены 4 одноламповых светильника, предназначенных для ламп накаливания.

Помещение №109/2 - мастерская, площадь 47,7 м². Площадь оконных проемов 8 м². На окнах установлены решетки. Панели окрашены в зеленый цвет, потолок побелен. Противоположная оконному проему панель частично перекрыта станком и шкафом. На потолке установлены 6 одноламповых светильников, предназначенных для ламп накаливания. Из четырех ламп одна не рабочая.

Помещение №110 - мастерская, площадь 67,7 м². Площадь оконных проемов 16 м ². На окнах имеются легкие желтые занавески. Помещение расположено с солнечной стороны. На потолке имеются 8 двухламповых светильников с люминесцентными газоразрядными лампами. Одна лампа отсутствует, из 15 ламп 3 не рабочих.

Помещение №111 - помещение для дежурной, площадь 20,9 м ². Площадь оконного проема 4 м². Оконный проем занавешен тонкой гардиной. Стены выложены черным кафелем. Окно наполовину закрыто шкафом коричневого цвета. Потолок побелен. На потолке установлены два двухламповых светильника, предназначенных для люминесцентных газоразрядных ламп дневного света. Из четырех ламп 3 не рабочие.

4 Нормирование освещения

Современное нормирование осветительных установок базируется на детальных исследованиях зрительной работоспособности в зависимости от различных условий освещения. Одним из основных световых параметров, который легко поддается объективным измерениям, является освещённость. Под зрительной работоспособностью понимается способность зрительного анализатора выполнять работу заданной сложности (в зависимости от размера объекта, его контраста с фоном и т.п.) с определенной скоростью и надежностью различения [1]. С целью выбора необходимых уровней освещённости пользуются различными критериями: видимостью различаемого объекта, субъективной оценкой наблюдателей, технико-экономическими показателями, зрительной работоспособностью. Регламентируемое значение освещённости является, как правило, первым исходным параметром при проектировании любой осветительной установки [9]. Наиболее распространена регламентация освещённости в плоскости объекта различения или на условной расчетной плоскости (наиболее часто - горизонтальной, на высоте 0,8 м от пола), совпадающей с рабочей поверхностью [6]. В действующих отечественных нормах и в проекте норм для общественных зданий, регламентируется наименьшая освещённость от общего освещения, для отдельных случаев предлагается дополнительное местное освещение. В последние годы все чаще указывается диапазон рекомендуемых значений освещённости. Это позволяет в зависимости от экономических возможностей и характерных особенностей данной установки обеспечить уровни, более или менее близкие к оптимальным. Необходимо учитывать назначение и значимость помещения, размещение в нём оборудования, характер и последовательность зрительных работ, время, затрачиваемое на каждую работу [9]. Уровень освещенности должен быть тем выше, чем сложнее вид выполняемой работы. В результате работы, выполненной Всесоюзным научно-исследовательским светотехническим институтом (ВНИСИ) и Институтом общей и коммунальной гигиены АМН СССР [18], было установлено, что для административных зданий нижний предел оптимального уровня освещенности на рабочей поверхности составляет: при работе за компьютером около 200 - 300 лк, при чтении около 300 - 400 лк. Верхний предел можно считать близким к 1000 лк.

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 Е_в к одновременному значению наружной горизонтальной освещенности Е_н, 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 е_н

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

e_н=е_н^ІІІmc, (4.2)

где е^III_н - 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 е_н 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 е_н по формуле (4.2), получим:

е_н= 1,5%0,90,8 = 1,1%.

Для оценки естественного освещения также необходимо рассчитать фактическое значение коэффициента естественной освещенности е_ф, зависящее от площади световых проемов и от некоторых других факторов. При боковом освещении фактическое значение КЕО определяется по формуле [1,2]:

(4.3)

где S_o - 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;

S_n - площадь пола помещения, м²;

₀ - световая характеристика окон;

к_зд - коэффициент, учитывающий затенение окон противостоящими зданиями;

₀ - общий коэффициент светопропускания, определяемый по формуле:

₀=₁₂₃₄₅, (4.4)

где ₁ - коэффициент светопропускания материала (для двойного стекла ₁=0,8);

₂ - коэффициент, учитывающий потери света в переплетах светопроема;

₃ - коэффициент, учитывающий потери света в несущих конструкциях (при боковом освещении ₃=1);

₄ - коэффициент, учитывающий потери света в солнцезащитных устройствах (при их отсутствии ₄=1, при наличии солнцезащитного устройства «Жалюзи» ₄=0,9);

₅ - коэффициент, учитывающий потери света в защитной сетке, устанавливаемой под фонарем (при боковом освещении ₅=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.

№ помещения	S0,м2	2	0	r1	Sn,м2	0	еф, %
106	16	0,75	0,60	1,10	66,5	10,5	1,16
108	8	0,75	0,60	1,21	34,2	9	1,45
109/1	8	0,75	0,60	1,20	33	15	0,9
109/2	8	0,75	0,60	1,18	47,7	13	0,7
110	16	0,75	0,60	1,27	67,7	9	1,54
111	4	0,75	0,60	1,10	20,9	31	0,31

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]:

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_лК_пpаN_р. (5.1)

Установленная мощность:

P_yi=P_лK_npaN, (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 кВтч/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 - светоотдача существующего источника света [лм/вт];

_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 _с, _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.

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.

При проведении замеров освещенности внутри помещения обращенную вверх пластинку фотоэлемента необходимо держать параллельно полу на уровне высоты стола (0,8 м от пола) [1].

Наружная освещенность должна определяется по горизонтальной плоскости, освещаемой всей небесной полусферой, поэтому замер надо проводить на открытой со всех сторон площадке, где небосклон не затенен близко стоящими зданиями или деревьями [6].

7 Расчет экономии электроэнергии в действующих осветительных установках

В данном разделе производится расчет экономии электроэнергии в действующих осветительных установках технического корпуса Т СумГУ (I этаж) по методике, изложенной в разделе 5.

При расчете фактической и установленной мощности по формулам (5.1) и (5.2) соответственно используется коэффициент потерь в пускорегулирующей аппаратуре, который составляет для люминесцентных ламп 1,2 согласно [16], а для ламп накаливания этот коэффициент не используется, так как пускорегулирующая аппаратура в лампах накаливания отсутствует. Мощность ламп накаливания была принята 60 Вт, а мощность люминесцентных ламп -- 40 Вт.

Нормированная освещенность рабочего места в помещениях административных зданий согласно разделу 4 составляет 300 лк. Для учета отклонения фактической освещенности от нормативного значения необходимо определить коэффициент приведения по формуле (5.7). В помещениях, где для обеспечения нормированной освещенности используется естественное освещение, в качестве фактического значения принимается значение естественной освещенности, и годовое число часов работы осветительной установки такого помещения составляет 1300 час/год (в среднем 5 часов работы в день). К таким помещениям относятся помещения №106,108,110. В помещениях, где нормированное значение освещенности не обеспечивается естественным освещением, в качестве фактического значения принимается значение освещенности, создаваемое совмещенным освещением. Годовое число часов работы осветительных установок таких помещений составляет 2000 час/год (в среднем 8 часов работы в день).

При расчете годового энергопотребления осветительной установкой по формуле (5.3) используется коэффициент использования установленной электрической мощности, который в свою очередь определяется по формуле (5.4).

При расчете экономии электроэнергии при переходе на другой тип источника света по формуле (5.9) первоначально необходимо определить коэффициент эффективности замены типа источника света по формуле (5.10). Для этого примем, что лампы накаливания и существующие люминесцентные лампы заменяются на люминесцентные лампы пониженной мощности типа TLD 36/84 со светоотдачей 93 лм/Вт. Известно, что светоотдача ламп накаливания составляет 12 лм/Вт, а светоотдача уже существующих люминесцентных ламп - 70 лм/Вт [8].

При расчете экономии электроэнергии за счет чистки светильников по формуле (5.11) необходим коэффициент эффективности чистки светильников, который согласно [16] составляет 0,03.

Примем, что при повышении средневзвешенного коэффициента отражения поверхностей помещения от значения 0,3 до значения 0,5 экономия электрической энергии в среднем составит 10 %.

Рассчитывая экономию электроэнергии в результате внедрения системы автоматического включения и отключения по формуле (5.13) предварительно определяем коэффициент эффективности автоматизации управления освещением по таблице 5.1. При внедрении системы управления, которая контролирует уровень освещенности и автоматически включает и отключает систему освещения при критическом значении освещенности, коэффициент эффективности автоматизации составит 1,1 [5].

Экономию электрической энергии вследствие установки электронных ПРА с коэффициентом потерь 1,1 определяем по формуле (5.14).

При установке новых светильников с более высоким КПД=75 %, но с аналогичным светораспределением, экономия электроэнергии определяется по формуле (5.16). Для этого необходимо знать коэффициент, учитывающий повышение КПД светильника, который определяется по формуле (5.17). При этом надо учесть, что КПД ламп накаливания составляет 10 %, а КПД люминесцентных ламп - 52 %.

Общая экономия электрической энергии при внедрении вышеперечисленных мероприятий определяется как сумма экономии энергии от каждого мероприятия. А общий резерв экономии электроэнергии определяется по формуле (5.8).

Годовая экономия в денежном выражении определяется как произведение общего резерва экономии электроэнергии и тарифа в размере 0,3 грн/кВтч [2].

Все результаты расчетов сведены в таблицу 7.1.

Таблица 7.1 - Результаты расчетов экономии электроэнергии.

№ помещения	106	108	109/1	109/2	110	111	Всего:
РФ, Вт	288	300	240	180	576	48	-
Руст, Вт	576	540	240	240	720	192	-
Ки	0,5	0,56	1	0,75	0,80	0,25	-
WГ, кВтч/год	416	393,12	480	540	665,6	80	-
КП	1,39	2,23	1,4	1	3	0,43	-
КИС	0,75	0,13	0,13	0,13	0,75	0,75	-
W1, кВтч/год	104	342	417,6	469,8	166,4	20	1519,8
W2, кВтч/год	12,48	11,79	14,4	16,2	19,97	2,4	77,24
W3, кВтч/год	41,6	39,3	48	54	66,6	8	257,5
W4, кВтч/год	41,6	39,3	48	54	66,6	8	257,5
W5, кВтч/год	34,7	-	-	-	55,4	6,7	96,8
W6, кВтч/год	127,6	340,7	416	468	204,1	24,5	1580,9
W, кВтч/год	362	773,09	944	1062	579,1	69,6	3789,79
W, кВт ч/год	503,2	1724	1321,6	1062	1737,3	30	6378,1
С, грн./год	150,96	517,2	396,3	318,6	521,19	9	1913,25

8 Повышение качества и энергоэффективности осветительных установок (индивидуальное задание)

8.1 Проблема энергосбережения в осветительных установках

Проблема энергосбережения в осветительных установках во всех странах мира, приобрела за последние годы особое значение. Проблема в значительной мере связанная с непрерывным увеличением масштабов использования электроэнергии на освещение. Объем электроэнергии расходуемой на освещение в разных странах мира, показана в таблице. Как видно на освещение направляется до 20% всей используемой электроэнергии.

Страна	Доля потребления электроэнергии на освещение, %	В том числе
		В промышленности	В домашних хозяйствах	В административных зданиях
Украина	15	33	32	35
США	20	11	23	66
Германия	10	32	25	43
Япония	15	55	27	18
Индия	17	9	28	60
Бразилия	17	2	25	44

По оценкам метеорологов, глобальное потепление на нашей планете началось приблизительно в 1978 г. и вызвано оно так называемым «парниковым эффектом» -- накоплением в атмосфере «парниковых» газов, в первую очередь двуокиси углерода (СО2). Основной вклад в общий объем выбросов СО₂ приходится на уголь и другие виды топлива, используемого на тепловых электростанциях (ТЭС). Затраты электроэнергии на искусственное освещение в мире в начале 2002 г. сопровождались ежегодными выбросами в атмосферу до 300 млн. т СО2. По прогнозам американского Worldwatch Institute, до 2010 г. эта цифра может увеличиться до 450 млн. т/год.

Стабильность температуры окружающей среды является одним из основных условий существования жизни. Главными механизмами, которые обеспечивают стабильность температуры на поверхности Земли, являются излучение Солнца и парниковый эффект.

Явление "парникового эффекта" заключается в том, что после отражения от поверхности Земли часть солнечной энергии не полностью рассеивается в космическом пространстве. Значительная часть теплового излучения задерживается парниковыми газами, которые входят в состав атмосферы Земли. Благодаря этому температура повышается на 33"С. Без парникового эффекта температура возле поверхности Земли не превышала бы 18"С, а это означает отсутствие условий для жизни, так как вода на земной поверхности существовала бы только в виде льда.

Многолетний мониторинг обнаружил ярко выраженную тенденцию к повышению среднегодовой температуры. Большинство специалистов связывают это явление с повышением концентрации газов, которые принято называть парниковыми. Антропогенные выбросы СО₂, СН₄ и N20, которые относятся к группе парниковых газов, способны в значительной степени увеличить парниковый эффект. Результатом этого может быть повышение среднегодовой температуры на протяжении XXI столетия на 2-5°С. В одних регионах температура будет меняться более быстро, в других - медленнее. Результатом этого будет изменение циркуляции ветров и перераспределение осадков. Это, в свою очередь, приведет к увеличению влажности в одних регионах и к засухам в других. Изменение температуры, количества осадков и уровня моря отразится на жизнедеятельности людей. В особенности существенно влияние глобального потепления будет ощущаться в прибрежных зонах. Некоторые из них просто исчезнут. Значительно увеличится эрозия грунта, чаще будут происходить наводнения, затопление прибрежных территорий, увеличится количество увлажненных земель. В сельском хозяйстве возникнет необходимость в проведении ирригационных работ, изменится урожайность и количественный состав культур, а это, в свою очередь, отразится на животноводстве. В энергетическом секторе наиболее значительные изменения произойдут в гидроэнергетике.

Пути решения проблем: уменьшение выбросов и увеличение поглощения парниковых газов.

Соответствующие международные и национальные организации разработали целый ряд мероприятий, направленных на внедрение энергоэффективных технологий, в том числе реализацию первоочередных шагов по экономии электроэнергии в установках внутреннего и внешнего освещения.

Международное энергетическое агентство (IЕА) и Общество экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) вместе с Европейским министерством окружающей среды предложили программу, осуществление которой может снизить затраты электроэнергии на освещение в среднем на 60%. К числу реальных мероприятий повышения энергоэффективности осветительных установок (ОУ) и, соответственно, снижения выбросов СО2 во время работы теплоэлектростанций относятся прежде всего: