Разработка энергоэффективных рекомендаций для корпуса «Д» Казанского Государственного энергетического университета

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА 1. ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И ЭКОНОМИИ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ

1.1 Основы энергосбережения в системах электроснабжения ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ КОРПУСА Д КАЗАНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

2.1 Общие сведения об объекте

2.2 Фактическое состояние использования электроэнергии

2.2.1 Назначение использования

2.2.2 Сведения о поставщике электрической энергии

2.2.3 Фактическое потребление электроэнергии

2.3 Составление электробаланса

2.4 Нормирование потребления электрической энергии

2.5 Расчет потерь в трансформаторах

2.6 Анализ полученных данных ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ РЕКОМЕНДАЦИЙ КОРПУСА Д КГЭУ

3.1 Организационные рекомендации по энергосбережению

3.2 Рекомендации по энергосбережению электрической энергии

3.2.1 Модернизация системы освещения

3.2.1.1 Замена ламп накаливания на КЛЛ

3.2.1.2 Замена люминесцентных светильников АРС/Р 4×18

или ламп в этих светильниках на светодиодные

3.2.1.3 Замена настенных аварийных светильников на светодиодные

3.2.1.4 Установка ЭПРА и датчиков движения

3.2.2 Установка солнечных батарей на крышу КГЭУ

3.2.3 Упорядочивание движения лифтов

3.3 Рекомендации по энергосбережению тепловой энергии

3.3.1 Ежегодная промывка системы отопления и ГВС ингибиторами коррозии

3.3.2 Установка энергосберегающих стеклопакетов

3.3.3 Утепление фасада здания, наружных стен и крыши теплоизоляционными материалами

3.3.4 Модернизация системы отопления корпуса Д КГЭУ ЗАКЛЮЧЕНИЕ ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

электроэнергия освещение солнечный батарея Тепловая и электрическая энергия — необходимое условие жизнедеятельности человека и создания благоприятных условий его быта. В экономике России энергосбережение и энергосберегающие технологии являются приоритетными при внедрении их в производство.

Энергоэффективность — экономия топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) и связанных с ними затрат на производство продукции и услуг, получаемая при соблюдении технологических параметров, обеспечивающих их высокое качество, отвечающее требованиям нормативов и стандартов. А также реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное использование топливно-энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии. [1]

В современных условиях рациональное использование и экономия энергии становится одним из важнейших факторов экономического роста и социального развития, позволяя, при тех же уровнях энергообеспечения национального хозяйства, направлять значительные высвобождающиеся ресурсы на другие цели — рост производительности труда и доходов населения, развитие социальной инфраструктуры, увеличение производства товаров и услуг и т. п. [2]

Сейчас в России на производство единицы валового внутреннего продукта (ВВП) расходуется топлива и энергии в 3−5 раз больше, чем в странах Европейского Союза и почти в 7 раз больше, чем в Японии.

За счет энергосбережения можно и должно снизить нагрузку энергетики на экономику страны, стабилизировать выбросы в атмосферу и воду вредных отходов от предприятий ТЭК, сохранить наши природные ресурсы для разумного внутреннего потребления и необходимого экспорта.

Энергетическое обследование является первым этапом в энергосбережении. [3]

Энергетическое обследование — обследование потребителя ТЭР с целью установления показателей эффективности их использования и выработки экономически обоснованных мер по их повышению. [2]

На основании вышеизложенного, не вызывает сомнения актуальность проведения энергетического обследования для реализации энергосбережения и экономии ТЭР, в связи с чем и объясняется выбор темы магистерской диссертации.

Цель исследования — разработка энергоэффективных рекомендаций для корпуса Д Казанского Государственного энергетического университета (КГЭУ).

Объект исследования — корпус Д КГЭУ.

Предмет исследования — рациональное использование и экономия ТЭР корпусом Д КГЭУ.

В соответствии с проблемой, объектом и целью исследования поставлены следующие задачи:

— определение возможной экономии затрат энергоресурсов корпуса Д;

— оценка эффективности использования зданием топливно-энергетических ресурсов;

— определение потенциала сбережения энергии, экономическое обоснование организационно-технических мероприятий;

— разработка организационно-технических мероприятий, направленных на снижение энергетических затрат.

Теоретическую базу исследования составили труды отечественных докторов наук, профессоров, преподавателей, а также законы и постановления Правительства РФ.

Структура магистерской диссертации.

Работа содержит 89 страниц. Состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы (102 источников), приложения. Работа иллюстрирована рисунками и таблицами.

В первой главе описываются понятия рационального использования и экономии ТЭР, энергетического обследования, законодательство в этой области, методика проведения энергетического обследования и анализ полученной информации.

Во второй главе представлен анализ электропотребления корпусом Д КГЭУ электрической энергии за 2011 год.

В третьей главе представлен список рекомендаций по энергосбережению для корпуса Д КГЭУ, определен состав оборудования и оценен общий экономический эффект предлагаемых рекомендаций.

ГЛАВА 1. ОСНОВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И ЭКОНОМИИ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ (ТЭР) Цель первой главы: исследовать основные пункты потребления ТЭР.

Объектом исследования в магистерской работе является корпус Д КГЭУ. КГЭУ является бюджетным учреждением. Согласно Закону, начиная с 1 января 2010 года бюджетное учреждение обязано обеспечить снижение в сопоставимых условиях объема потребленных им воды, дизельного и иного топлива, мазута, природного газа, тепловой энергии, электрической энергии, угля в течение пяти лет не менее чем на пятнадцать процентов от объема фактически потребленного им в 2009 году каждого из указанных ресурсов с ежегодным снижением такого объема не менее чем на три процента. [8]

1.1 Основы энергосбережения в системах электроснабжения В систему электроснабжения корпуса Д КГЭУ входят электрических сети напряжением 0,4 кВ, электродвигатели, электропривод, осветительные комплексы и т. д.

Основные энергосберегающие направления в электроэнергетике:

— рациональный выбор мощности электродвигателей, приводов механизмов и трансформаторов, при которых обеспечиваются высокие коэффициент мощности и коэффициент полезного действия;

— автоматизация электроприводов и осветительных сетей, направленных на экономное расходование электроэнергии;

— применение частотно-регулируемого электропривода на механизмах с переменной производительностью;

— разработка производственно-технологических процессов с учетом норм расхода электроэнергии.

Основные пути экономии электроэнергии при проектировании и эксплуатации электроустановок предприятий включают организационные мероприятия, нормирование расходов электроэнергии, контроль потребления электроэнергии. Наряду с организационными мероприятиями по экономии электроэнергии, сбережение энергоресурсов достигается за счет технических мероприятий, осуществляемых в процессе проектирования, монтажа и эксплуатации электроустановок.

Экономия энергии при проектировании и монтаже может быть достигнута путем снижения ее потерь:

— в сетях — за счет рационального выбора сечений проводов, равномерного распределения нагрузки по фазам;

— в трансформаторах — за счет их оптимальной загрузки, обеспечивая возможности создания экономичных режимов для параллельно работающих трансформаторов;

— в вентиляционных установках — за счет автоматизации и применения экономичных вентиляторов, внедрения экономичных способов регулирования производительности, блокировки вентиляторов тепловых завес с устройствами открывания и закрывания ворот;

— в осветительных установках — за счет правильного выбора типа ламп и светильников, применения различных устройств автоматического включения и отключения светильников, поддержание номинального уровня напряжения в сети. [2]

Вывод. В соответствии с общепринятой методикой необходимо проведение анализа потребления ТЭР для корпуса Д КГЭУ. Чтобы соответствовать требованиям закона и, начиная с 1 января 2010 года снизить в сопоставимых условиях объем потребленных ТЭР в течение пяти лет не менее чем на пятнадцать процентов от объема фактически потребленного в 2011 году каждого из ресурсов с ежегодным снижением такого объема не менее чем на три процента, в соответствии с проведенным анализом потребления ТЭР необходимо разработать перечень рекомендаций по энергосбережению для корпуса Д КГЭУ с их экономическим обоснованием и дальнейшем внедрением для получения ожидаемого эффекта. [8]

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ КОРПУСА Д КАЗАНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА Цель главы: изучить и проанализировать электропотребление на обследуемом объекте.

Для решения вопросов снижения потребляемой мощности и определения необходимой мощности на перспективу необходимо, в первую очередь, исследование качественной структуры потребителей электроэнергии корпуса Д КГЭУ, а затем целенаправленное воздействие на потребителей с целью снижения значений мощности и электропотребления.

Однако сведения о потреблении энергоресурсов сами по себе не позволяют сделать выводы об эффективности их использования, поэтому необходимо проведение качественного анализа электропотребления корпуса Д КГЭУ.

В данной главе магистерской диссертации произведен анализ электропотребления корпуса Д КГЭУ за 2012 год.

Анализ электропотребления включает в себя всю информацию по данному объекту в области потребления электроэнергии, а также электробаланс и нормирование расхода электрической энергии. [7]

Проведенный анализ электропотребления позволяет:

— определить по нормативному принципу потенциал реального энергосбережения;

— осуществлять контроль за эффективностью использования потребляемых ресурсов;

— оправлять процессом энергосбережения, ужесточая нормирование и сочетая его с ценовой политикой;

— организовывать статистический учет результатов энергосбережения.

2.1 Общие сведения об объекте Корпус Д потребляет следующие виды энергетических ресурсов:

— электрическая энергия;

— тепловая энергия.

Собственная выработка энергоносителей отсутствует. Компрессорное оборудование отсутствует. Собственной котельной нет.

Характеристика здания представлена в таблице 1.

Таблица 1 — Характеристика корпуса Д КГЭУ

2.2 Фактическое состояние использования электрической энергии За обследуемый период времени (базовый год) по потреблению энергоресурсов принят 2011 год.

2.2.1 Назначение использования Электрическая энергия используется для электропитания искусственного освещения, систем вентиляции, насосного оборудования, бытовой и офисной техники, преобразования в тепловую энергию в электронагревательных приборах.

2.2.2 Сведения о поставщике электрической энергии Электроснабжение корпуса Д КГЭУ осуществляется на основании договора электроснабжения № 0020 Э от 28.03.2005 г. (для абонентов, финансируемых за счет федерального бюджета), заключенного между Казанским городским отделением предприятия «Энергосбыт» ОАО «Татэнерго» и Государственным образовательным учреждением высшего профессионального образования «Казанский государственный энергетический университет».

Схема электроснабжения корпуса Д питается от трансформаторной подстанции — ТП 2737, в которой установленны трансформаторы -2хТМ-630/10/0,4. Ввод в эксплуатацию в 2005 году. Питание происходит по 1 линии. Другая линия является резервной.

2.2.3 Фактическое потребление электроэнергии Расчет за отпущенную электроэнергию корпуса Д осуществлялся по электросчетчику типа ЦЭ6812, рег. № 3 944 500 549. На резервной линии был установлен электросчетчик типа ЦЭ6812, рег. № 39 445 600 338.

В мае 2010 года была проведена замена приборов учета электроэнергии. На используемую линию установлен электросчетчик типа ЦЭ6812, рег. № 5 379 431 (начальные показатели 79,56 кВтч). На резервную линию установлен электросчетчик типа ЦЭ6812, рег. № 5 379 405 (начальные показатели 37,01 кВтч).

Показания электросчетчиков за 2012 год приведены в таблице 3.

Таблица 2 — Показания счетчиков за 2012 год

Чтобы узнать фактическое потребление за 2012 год, воспользуемся формулой:

(1)

где — показание счетчика за исходный месяц, — показание счетчика за предыдущий месяц, 200 — коэффициент трансформации трансформатора тока.

Таким образом, фактическое потребление электроэнергии корпусом Д за 2012 год отражаем в таблице 3.

Таблица 3 — Фактическое потребление электроэнергии корпусом Д за 2012 г.

Фактическое электропотребление корпуса Д за 2012 год представлено в соответствии с диаграммой 1.

Диаграмма 1 — Фактическое потребление электроэнергии корпусом Д.

Анализируя характер электропотребления корпуса Д в 2012 году, можно заметить значительный спад потребления в летние месяцы, за счет сокращения времени использования искусственного освещения, т.к. увеличивается светлое время суток. Также спад электропотребления объясняется низкой загрузкой оргтехники, бытовых приборов и учебно-лабораторного оборудования, за счет летних каникул и отпусков.

2.3 Составление электробаланса Для выявления всех резервов экономии энергоресурсов необходимо составлять энергетический баланс. Энергобаланс состоит из приходной и расходной частей.

Приходная часть энергобаланса содержит количественный перечень энергии, поступающей посредством различных энергоносителей. Расходная часть определяет расход энергии всех видов во всевозможных ее проявлениях, потери при преобразовании энергии одного вида в другой при ее транспортировке.

Основными потребляемыми видами энергии на предприятии является тепловая и электрическая энергия. В данной главе произведен энергетический баланс корпуса Д по электрической энергии.

На основе электробаланса выносится объективное суждение о качестве использования электрической энергии, выявляются возможности сокращения непроизводительного расхода электроэнергии, ее потерь, в результате чего планируются мероприятия по энергосбережению.

Главная цель электробаланса — определение ступени полезного использования электроэнергии и поиск путей снижения потерь, рационализации электропотребления.

Основным видом баланса является баланс активной энергии, в основном определяющий реальный режим электропотребления и уровень использования электроэнергии.

Чтобы экономить электроэнергию, прежде всего, нужно знать, на какие цели она расходуется и в каком количестве. Определение статей расхода и исследование вопросов, связанных с подсчетом расхода электроэнергии, и является основной задачей электробаланса.

Приходная и расходная части принимаются и учитываются по показаниям счетчиков активной энергии и расчетной мощности. [10]

При составлении электробаланса корпуса Д произведен расчет электропотребления по основным направлениям использования с выделением статей расходов на освещение, вентиляционное оборудование, офисную и бытовую технику, подъемно-транспортное оборудование, вентиляционное и насосное оборудование и т. д., представленный в таблице 4.

Таблица 4 — Электробаланс корпуса Д КГЭУ

2.4 Нормирование потребления электроэнергии Нормирование потребления электроэнергии составлено в соответствии с документом «Методические указания по расчету норм расхода ТЭР для зданий жилищно-гражданского назначения», утверждено приказом Минжилкомхоза РСФСР 11 января 1988 г. № 8. [11]

Для обеспечения нормального функционирования зданий жилищно-гражданского назначения им предоставляется ряд коммунальных услуг, связанных с затратами энергии и топлива. К таким услугам относят обогрев зданий, снабжение их холодной и горячей водой, обеспечение электроэнергией и топливом. Расходуемые при этом энергетические ресурсы использует для технологических, вспомогательных и эксплуатационных нужд зданий.

Все виды энергетических ресурсов, используемых в зданиях жилищно-гражданского назначения (топливо, тепловая и электрическая энергия), подлежат нормированию. Нормируемая электроэнергия включает все расходы этого вида энергии вне зависимости от способа использования, уровня напряжения и вида тока.

Нормирование расхода топливно-энергетических ресурсов — это установление плановой меры их потребления. Основной задачей нормирования является внедрение в практику планирования технически и экономически обоснованных прогрессивных норм расхода топлива, тепловой и электрической энергии с целью наиболее эффективного и рационального использования их при достижении их максимальной экономии.

Нормирование расхода электрической энергии осуществляют для всех зданий жилищно-гражданского назначения, подключенных к электрическим сетям системы центрального электроснабжения.

При электроснабжении зданий жилищно-гражданского назначения в нормы расхода энергии включают потери электрической энергии от границы балансовой принадлежности электросети потребителя до мест установки электроприемников.

Для расхода норм расчета электрической энергии основными исходными данными являются:

— первичная техническая и технологическая документации;

— технические регламенты, энергобалансы, паспортные данные оборудования.

Качественный и количественный состав электрооборудования весьма разнообразен, зависит от технологического назначения здания и его количественного показателя (площади, этажности, внешнего объема внутренней вместимости, пропускной способности и т. п.). Часть оборудования используется непосредственно в решении технологических задач, другая — для обеспечения вспомогательных и эксплуатационных нужд здания. [11]

Для корпуса Д КГЭУ нормами расхода должны учитываться следующие основные статьи расхода электроэнергии:

— на силовые нужды зданий (насосы, вентиляторы, лифты, холодильники, кондиционеры и т. п.);

— на электронагревательные приборы (электроплиты, кипятильники, мармиты, электротермические сушильные установки и т. п.);

— на освещение помещений и наружной территории зданий;

— на питание прочих мелких электроприемников (телевизоров, радиоприемников, электрочасов, усилителей телеантенн коллективного пользования и т. п.);

— на покрытие потерь электроэнергии в сетях здания до границы балансовой принадлежности.

В нашем случае произведен расчет нормативного потребления электроэнергии по мощности и времени работы оборудования.

Рассчитаем количество потребляемой электроэнергии в год в кВтч для освещения по формуле:

(кВтч) (2)

где — потребляемая энергия в год, кВтч;

— количество ламп, шт;

— мощность лампы, кВт;

— коэффициент использования ламп;

— коэффициент потерь в ПРА;

— число часов работы в год, час.

Для примера произведем расчет для ламп накаливания 60 Вт:

(3)

Для остальных ламп произведем расчет таким же образом. Результаты расчета отображены в таблице 5.

Таблица 5 — Годовое потребление электроэнергии корпусом Д КГЭУ

Рассчитаем количество потребляемой электроэнергии в год в кВтч для электропотребляющего оборудования по формуле:

(кВтч) (4)

где — потребляемая электроэнергия в год, кВтч;

— коэффициент загрузки;

— количество электроприемников, шт;

— мощность электроприемников, кВт;

— время работы в день, ч;

— количество дней работы в год.

Для примера произведем расчет для нагревательного оборудования:

(5)

Для остального электрооборудования произведем расчет таким же образом. Результаты расчета отображены в таблицах 6−12.

Таблица 6 — Годовое потребление электроэнергии лифтами

Таблица 7 — Потребление электроэнергии нагревательным оборудованием

Таблица 8 — Годовое потребление электроэнергии бытовой техникой

Таблица 9 — Годовое потребление электроэнергии офисной техникой

Таблица 10 — Потребление электроэнергии вентиляционным оборудованием

Таблица 11 — Годовое потребление электроэнергии насосным оборудованием

Таблица 12 — Потребление электроэнергии лабораторным оборудованием

Суммарное расчетно-нормативное потребление электрической энергии за год составляет 485 840,101 (кВтч).

Однако для получения полного значения электропотребления корпуса Д за год необходимо учитывать потери в трансформаторах.

2.5 Расчет потерь в трансформаторах Расчет потерь активной энергии в трансформаторах производится согласно методическим указаниям по проведению энергоресурсоаудита в жилищно-коммунальном хозяйстве МДК 1.1.2002, разработанным Московским институтом коммунального хозяйства и строительства (А.И.Колесников, Е. М. Авдолимов, М.Н.Федоров), Федеральным центром энергоресурсосбережения в жилищно-коммунальном хозяйстве (И.С.Эгильский, Б.Л.Рейзин), под общей редакцией Л. Н. Чернышова и Н. Н. Жукова (Госстрой России), 2001 год. [13]

Электропитание корпуса Д осуществляется от двухобмоточного трансформатора ТМ-630/10/0,4.

Активные потери энергии в трансформаторе равны:

(кВтч) (6)

где Рн. пот = + - мощность активных потерь трансформатора при работе на номинальной нагрузке в % от номинальной мощности трансформатора (%);

— общее потребление трансформатором активной мощности за отчетный период, (кВтч);

— средняя мощность активной нагрузки трансформатора за отчетный период (кВт);

— номинальная активная мощность трансформатора (кВт);

— активная мощность потерь трансформатора при работе на холостой нагрузке в % от номинальной мощности трансформатора, (%);

— активная мощность потерь трансформатора от составляющей нагрузки, в % от номинальной мощности трансформатора (%).

Параметры для трансформатора ТМ-630/10/0,4 приведены в таблице 13.

Таблица 13 — Параметры трансформатора ТМ-630/10/0,4

Таким образом, активные потери энергии в трансформаторе равны:

(7)

Таким образом, суммарное расчетно-нормативное потребление электроэнергии с учетом потерь в трансформаторе составляет 486 969,601 (кВтч).

Представим общее потребление электроэнергии корпуса Д в процентах по всем статьям расходов в таблице 14.

Таблица 14 — Общее потребление электроэнергии корпуса Д в процентах

На основании полученных данных построим диаграмму 2.

Диаграмма 2 — Общее электропотребление корпуса Д по всем статьям расходов Анализируя диаграмму, можно заметить, что основными потребителями являются: освещение (53%), офисная техника (20%) и подъемно-транспортное оборудование (19%).

2.6 Анализ полученных данных Сравнение фактического и расчетно-нормативного электропотребления представлено в соответствии с диаграммой 3.

Диаграмма 3 — Сравнение фактического и расчетно-нормативного электропотребления.

Вывод. Полученная диаграмма, составленная по результатам анализа электропотребления корпуса Д КГЭУ, свидетельствует о превышении фактического потребления над расчетно-нормативным. Нерациональный расход электроэнергии составляет 25,33 тыс. кВтч или 5%. Это может быть связано с дополнительными затратами электроэнергии на работу оборудования, проведением всевозможных ремонтных работ, а также с отсутствием учетно-нормативного потребления использования электрооборудования.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ РЕКОМЕНДАЦИЙ КОРПУСА Д КГЭУ Энергосберегающие рекомендации (мероприятия) разрабатываются путем применения методов энергосбережения к выявленному на этапе анализа корпуса Д КГЭУ наиболее расточительному или неэффективному использованию энергоресурсов.

Целью данной главы является:

— определение, какие из идей возможны как реальные проекты;

— сравнение альтернативных идей и выбор лучших;

— разработка единого списка проектов.

При разработке рекомендаций по энергосбережению необходимо:

— определить техническую суть предлагаемого усовершенствования и принцип получения экономии;

— рассчитать потенциальную годовую экономию в физическом и денежном выражении;

— определить состав оборудования, необходимого для реализации рекомендации, его примерную стоимость, основываясь на мировой цене аналогов, стоимость доставки, установки и ввода в эксплуатацию;

— рассмотреть все возможности снижения затрат, например изготовление или монтаж оборудования силами самого предприятия;

— определить возможные побочные эффекты от внедрения рекомендаций, влияющие на реальную экономическую эффективность;

— оценить общий экономический эффект предлагаемой рекомендации с учетом всех вышеперечисленных пунктов.

В данном случае энергоэффективные рекомендации по энергосбережению для корпуса Д КГЭУ целесообразно разделить на три группы:

— организационные рекомендации;

— рекомендации по электрической энергии.

3.1 Организационные рекомендации по энергосбережению Первоначальными энергосберегающими мероприятиями, рекомендованными к внедрению для корпуса Д КГЭУ являются организационные мероприятия. Они являются основополагающими для пути к эффективному энергосбережению. Рассмотрим организационные мероприятия, предлагаемые к реализации.

Прежде всего, в КГЭУ необходимо назначить лицо, ответственное за реализацию мероприятий по экономии энергоресурсов. В обязанности ответственного лица должны входить:

— разработка положения об энергосбережении для КГЭУ;

— организация работы по составлению балансов электроэнергии. Для выполнения этой работы необходимо прежде всего установить на всех системах снабжения ТЭР технический учет;

Вышеприведенные мероприятия не требуют финансовых затрат, то есть срок окупаемости минимальный. Другими словами, их реализация дает положительный эффект сразу же после внедрения. [13]

3.2 Рекомендации по энергосбережению электрической энергии Здесь рассматриваются всевозможные идеи и варианты мероприятий по энергосбережению корпуса Д КГЭУ электрической части, а также проанализировано какие из этих идей будут возможны как реальные проекты.

Рекомендации по энергосбережению по электрической части включают в себя:

— модернизацию системы освещения;

— установку солнечных батарей на крышу КГЭУ;

— упорядочивание движения лифтов.

3.2.1 Модернизация системы освещения Освещение составляет 53% от общего электропотребления корпуса Д КГЭУ. Поэтому основные рекомендации по энергосбережению направлены именно на модернизацию системы освещения, благодаря чему могут быть достигнуты большие резервы экономии.

Рассматриваемые варианты энергосберегающих мероприятий для модернизации системы освещения корпуса Д КГЭУ:

— замена ламп накаливания на компактные люминесцентные лампы с цоколем Е27;

— замена люминесцентных светильников АРС/Р 4×18 или ламп в этих светильниках на светодиодные;

— замена настенных аварийных светильников на светодиодные;

— установка ЭПРА и датчиков движения в коридоры.

3.2.1.1 Замена ламп накаливания на компактные люминесцентные лампы Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) обладают рядом преимуществ по сравнению с лампами накаливания: до 80% экономии электроэнергии, срок службы в 8−10 раз больше и составляет 10−12 часов, низкие эксплуатационные затраты, возможность выбора свечения, минимальное тепловыделение и т. д.

Но КЛЛ не лишены недостатков: высокая стоимость, проблема утилизации из-за наличия паров ртути, зависимость от напряжения питания. [14]

В Д корпусе КГЭУ установлены лампы накаливания мощностью 60 и 100 Вт. в светильниках типа ЛПО и в туалетах на патронах Е27 Рассмотрим вариант замены этих ламп на КЛЛ 12 и 20 Вт соответственно.

Рисунок 1 — Внешний вид лампы Navigator.

Характеристики КЛЛ:

Лампа Navigator NCL-SH10−20−840-E27 и NCL-SH10−12−840-E27.

Суммарные затраты:

Для лампы 60 Вт: (8)

Для лампы 100 Вт: (9)

где N — количество ламп, шт;

к — стоимость лампы, руб.

При этом не требуется разовых финансовых затрат. Замена ламп производится по мере выхода из строя ламп накаливания.

Годовая экономия составляет:

(кВтч) (10)

(кВтч) (11)

где — потребляемая электроэнергия в год, кВтч;

N — количество ламп, шт;

— мощность лампы, кВт;

— коэффициент использования ламп;

— коэффициент потерь в ПРА;

Т — число часов работы в год.

Годовая экономия (для КЛЛ 12 Вт) составит:

(12)

(13)

Годовая экономия (для КЛЛ 20 Вт) составит:

(14)

(15)

Общий выявленный резерв экономии составит 4169,76 (кВтч), что является 0,86% от фактического потребления или 10 215,92 (руб.) в год.

Окупаемость КЛЛ составит:

Для КЛЛ 12 (Вт): (16)

Для КЛЛ 20 (Вт): (17)

Проанализировав получившиеся результаты, можно сделать вывод, что внедрение компактных люминесцентных ламп не выгодно, так как соотношение срока службы таких ламп (10−12 тысяч часов) с их окупаемостью применительно к Д корпусу КГЭУ имеет отрицательный результат. К тому же на практике срок службы КЛЛ обычно меньше, чем заявляет производитель, из-за низкого качества электрической энергии.

3.2.1.2 Замена люминесцентных светильников АРС/Р 4×18 или ламп в этих светильниках на светодиодные Светодиодные светильники становятся все более популярными в наше время. Их преимущества заключаются в следующем:

— долгий срок службы до 100 тысяч часов;

— низкое энергопотребление;

— работа при низких температурах;

— стойкость к механическим воздействиям;

— высокая светоотдача, отсутствие мерцания;

— высокий уровень безопасности;

— простой электромонтаж.

Недостатком таких ламп является высокая цена, что ограничивает их более массовое применение. [15]

Рассмотрим вариант замены существующих светильников в Д корпусе АРС/Р 4×18 на светодиодные светильники CC-110−140 4×9 компании «LEDER», Россия. Также рассмотрим альтернативный вариант замены ламп в существующих светильниках на светодиодные линейные «Светорезерв Унипро-90». На основании выявленного экономического эффекта сравним оба варианта и сделаем вывод о целесообразности проведения такого мероприятия.

Количество светильников в корпусе Д составляет 2396 (шт.).

Рисунок 2 — Светодиодный светильник CC-110−140 4×9.

Вновь монтируемый светодиодный светильник CC-110−140 4×9 компании «LEDER», Россия представлен в соответствии с рисунком 2.

Характеристики светильника представлены в таблице 16.

Таблица 16 — Характеристики светильника CC-110−140 4х9

Потребленная мощность всех вновь монтируемых светильников за 1 год:

(18)

где (кВтч) — потребляемая электроэнергия в год для светодиодных светильников.

N — количество ламп, шт;

— мощность лампы, кВт;

— коэффициент использования ламп;

— коэффициент потерь в ПРА (для люминесцентных ламп);

Т — число часов работы в год.

(19)

Потребленная мощность установленных светильников АРС/Р 4×18 за 1 год:

(20)

Средняя стоимость вновь монтируемого светильника к1=3200 (руб.).

Стоимость вновь монтируемых светильников:

(21)

Потребляемая суммарная мощность всех монтируемых светильников:

(22)

Стоимость амортизационных отчислений вновь монтируемых светильников:

(23)

где? — коэффициент амортизационных отчислений.

Стоимость эксплуатационных расходов вновь монтируемых светильников:

(24)

Затраты с учетом эксплуатационных расходов вновь монтируемых светильников:

(25)

Итого затраты с учетом монтажных работ вновь монтируемых светильников:

(26)

Годовая экономия электроэнергии составит:

(27)

Общий выявленный резерв экономии электроэнергии составит 310 000 (руб.) в год.

Окупаемость светодиодных светильников составит:

(28)

При замене существующих светильников АРС/Р 4×18 на светодиодные CC-110−140 4×9, срок окупаемости составит более 20 лет.

Вторым рассматриваемым вариантом является замена ламп в существующих светильниках на светодиодные линейные Светорезерв Унипро-90 Т8 G13, представленные в соответствии с рисунком 3.

Рисунок 3 — Лампа Светорезерв Унипро-90 Т8 G13

Характеристики лампы представлены в таблице 17.

Таблица 17 — Характеристики лампы Светорезерв Унипро-90 Т8 G13

Количество ламп в светильнике 4 штуки.

Количество светильников в корпусе Д КГЭУ n=2396 (шт.).

Суммарное количество ламп составляет N=9584 (шт.).

Стоимость 1 лампы составляет к=1760 (руб.).

Стоимость всех светодиодных ламп:

(29)

Потребляемая суммарная мощность всех светодиодных ламп:

(30)

Стоимость амортизационных отчислений светодиодных ламп:

(31)

где? — коэффициент амортизационных отчислений.

Стоимость эксплуатационных расходов светодиодных ламп:

(32)

Затраты с учетом эксплуатационных расходов светодиодных ламп:

(33)

Итого затраты с учетом монтажных работ светодиодных ламп:

(34)

Годовая экономия электроэнергии составит:

(35)

Общий выявленный резерв экономии электроэнергии составит 310 000 (руб.) в год.

Окупаемость светодиодных ламп составит:

(36)

При замене ламп в существующих светильниках АРС/Р 4×18 на светодиодные лампы Светорезерв Унипро-90, срок окупаемости составит более 30 лет.

Проанализировав получившиеся результаты, можно сделать вывод, что выгоднее провести полную замену существующих светильников в Д корпусе КГЭУ на светодиодные, но, как видно из результатов расчета, светодиодные светильники применительно к Д корпусу имеют большой срок окупаемости, который составляет около 20 лет. При этом срок службы светильников составляет до 100 000 часов, или до 11 лет. Таким образом, рассмотренное мероприятие нецелесообразно к применению в корпусе Д КГЭУ.

3.2.1.3 Замена настенных аварийных светильников на светодиодные Аварийные эвакуационные светильники предназначены для указания мест выхода при эвакуации, направления движения, а также для различных информационных целей.

Преимущества таких светильников:

— светильники постоянного действия, режим рабочего освещения от сети 220 В;

— режим аварийного освещения от аккумулятора;

— источником света является светодиодная линейка;

— корпус светильника выполнен из алюминиевого сплава;

— материал плафона — стекло. [16]

В 2011 году в корпусе Д КГЭУ была проведена замена существующих аварийных светильников на СУВ IEK CCA1001 3Вт Выход-Exit. Этот вариант энергосберегающих мероприятий внедрен и успешно работает.

Рассчитаем годовую экономию и окупаемость вновь установленных аварийных светильников. Количество светильников в корпусе Д n=78 (шт.).

СУВ заменяем на светодиодный светильник IEK CCA1001 3Вт, изображенный в соответствии с рисунком 4, стоимостью к=540 (руб).

Рисунок 4 — Светодиодный светильник IEK CCA1001.

Стоимость всех светодиодных светильников:

(37)

Потребляемая суммарная мощность всех светодиодных светильников:

(38)

Стоимость амортизационных отчислений светодиодных светильников:

(39)

где? — коэффициент амортизационных отчислений.

Стоимость эксплуатационных расходов светодиодных светильников:

(40)

Затраты с учетом эксплуатационных расходов светодиодных светильников:

(41)

Итого затраты с учетом монтажных работ светодиодных светильников

(42)

Годовая экономия электроэнергии составит:

(43)

Общий выявленный резерв экономии электроэнергии составит 14 987 (руб.) в год.

Окупаемость светодиодных светильников составит:

(44)

Проанализировав результаты, можно сделать вывод, что при сроке службы вновь установленного СУВ до 50 000 часов (5,7 лет) и сроке окупаемости менее 3-х лет, данное мероприятие по энергосбережению корпуса Д КГЭУ является успешным.

3.2.1.4 Установка электронной пускорегулирующей аппаратуры и датчиков движения в коридоры Пускорегулирующая аппаратура (ПРА) — это специальное изделие, с помощью которого осуществляется запуск и поддержание работы источника света.

Конструктивно ПРА может быть выполнено в виде единого блока или нескольких отдельных. От технических характеристик пускорегулирующей аппаратуры во многом зависит стабильность и срок работы источников света.

По типу устройства и функционирования ПРА бывают:

— электромагнитные (ЭмПРА);

— электронные (ЭПРА).

В корпусе Д КГЭУ на всех существующих люминесцентных светильниках установлены электромагнитные пускорегулирующие аппараты.

Электромагнитные ПРА состоят из дросселя, импульсного зажигающего устройства и фазокомпенсирующего конденсатора.

Дроссель служит для накопления ЭДС перед запуском лампы.

Импульсное Зажигающее Устройство (ИЗУ) — обеспечивает процесс запуска лампы.

Конденсатор — сдвигает и сглаживает пиковые значения потребляемой мощности.

При всей своей простоте, дешевизне и надежности, ЭмПРА имеют такие существенные недостатки, как значительные массу, габариты и потери мощности, а так же высокий уровень пульсаций светового потока и акустический шум аппаратов.

Электронные ПРА, как следует из их названия, выполнены в виде электронного устройства для питания газоразрядных ламп.

В люминесцентных светильниках применяются маломощные ЭПРА 18−40 Вт.

Схема ЭПРА обеспечивает необходимое напряжение для гарантированного поджига лампы и затем вырабатывает стабилизированное напряжение для поддержания горения.

Применение электронных ПРА удлиняет срок службы лампы, увеличивает светоотдачу до 20 процентов и стабилизирует показатели цветопередачи и световой температуры.

Еще одним преимуществом электронных ПРА является малый вес и габаритные размеры.

Основные преимущества светильников с электронными пускорегулирующими аппаратами (ЭПРА) по сравнению со светильниками, укомплектованными электромагнитными ПРА:

— исключение пульсации светового потока ламп и предотвращение возникновения стробоскопического эффекта, благодаря работе в высокочастотном режиме;

— повышение на 20−30% срока службы ламп;

— экономия до 20% электроэнергии за счет значительного сокращения суммарной потребляемой мощности;

— создание благоприятного режима зажигания ламп;

— отсутствие мигания ламп в пусковом режиме;

— отсутствие акустического шума;

— отключение неисправных ламп с помощью электронной системы контроля;

— стабильная мощность при колебаниях напряжения;

— лампы зажигаются от генерируемого внутри напряжения зажигания, вследствие этого отпадает потребность в стартерах;

— коэффициент мощности более 0,95 ликвидирует потребность в компенсировании;

— комфортное освещение, благодаря электронному принципу действия, что снижает утомляемость зрения и благотворно влияет на работоспособность человека. [17]

Рассмотрим вариант замены ЭмПРА в существующих светильниках АРС/Р 4×18 в корпусе Д КГЭУ на ЭПРА. Экономия электроэнергии при установке ЭПРА в люминесцентные светильники достигает 30%.

Выбираем для установки ЭПРА Quicktronic Intelligent QTi

4x18/220−240 DIM, изображенный в соответствии с рисунком 5.

Рисунок 5 — ЭПРА Quicktronic Intelligent QTi4x18/220−240 DIM.

Таблица 18 — Характеристики Quicktronic Intelligent QTi4x18/220−240 DIM

Рисунок 6 — Схема включения ЭПРА в цепь лампы

Рассчитаем годовую экономию и окупаемость при установке 1 ЭПРА в 1 люминесцентный светильник.

Потребляемая электроэнергия в год:

ЛЛ+ЭмПРА: (кВт/год) (45)

ЛЛ+ЭПРА: (кВт/год) (46)

где — мощность лампы, кВт;

К — коэффициент энергосбережения;

Т — число часов работы в год.

Годовая экономия электроэнергии составит:

(47)

(48)

Общий выявленный резерв экономии электроэнергии составит 382,2 (руб.) в год.

Окупаемость ЭПРА составит:

(49)

Рассматриваем вариант совмещения ЭПРА с датчиками движения в коридоры корпуса Д КГЭУ. При установке датчика движения необходим плавный пуск лампы, что обеспечивается электронной пускорегулирующей аппаратурой. В противном случае срок службы люминесцентной лампы резко сокращается.

Установка датчиков именно в коридоры обосновывается тем, что это является транзитной зоной для прохода, где зачастую во время проведения учебных занятий потребность в освещении сокращается до минимума. Частично данное энергосберегающее мероприятие реализовано в коридоре кафедры на 6 этаже корпуса Д КГЭУ. Проанализируем эффективность данного мероприятия.

Датчик движения — электронный инфракрасный датчик, обнаруживающий присутствие и перемещение человека и коммутирующий питание освещения. Принцип работы основан на отслеживании уровня ИК-излучения в поле зрения датчика. Сигнал на выходе датчика монотонно зависит от уровня ИК излучения, усредненного по полю зрения датчика. При появлении человека на выходе датчика повышается напряжение. Для того чтобы определить движется ли объект, в датчике используется оптическая система — линза Френеля. Датчик движения нуждается в свободном обзоре определяемого объекта, т.к. тепловое излучение не проникает через стены, двери и стеклянные перегородки. [18]

Для корректного выбора датчика движения необходимо учитывать способ использования помещения. В нашем случае коридоры являются местом временного наличия людей, то есть транзитной зоной для прохода. В соответствии с этим применяем датчики настенного монтажа с обзором 180 градусов: ДД 012 белый, макс. нагрузка 1100 Вт, угол обзора 180 град., дальность 12 м, IP44, ИЭК, изображенный в соответствии с рисунком 7. Стоимость составляет 330 (руб.).

Рисунок 7 — Датчик движения ДД 012 ИЭК.

Схемы включения датчиков движения представлены в соответствии с рисунком 8.

Рисунок 8 — Схемы включения датчиков движения Преимущества установки настенного датчика движения с углом обзора 180 градусов:

— активные зоны датчика менее плотно расположены, зато повышен радиус действия;

— активные зоны располагаются в помещении горизонтально, т. е. зона контроля датчика растянута и не имеет четких ограничений;

— с увеличением расстояний до датчика уменьшается чувствительность;

— пересечение активных зон датчик воспринимает на больших расстояниях, при движении на датчик чувствительность уменьшается. [18]

Рассчитаем годовую экономию и окупаемость датчика движения при условии подключения в цепь одной люминесцентной лампы. При внедрении датчиков в коридоры корпуса Д КГЭУ экономия электроэнергии составит минимум 30%, на основе этого представлены расчеты.

Потребляемая электроэнергия в год:

ЛЛ+ЭмПРА: (кВт/год) (50)

ЛЛ+ЭмПРА+ДД: (кВт/год) (51)

где — мощность лампы, кВт;

Т — число часов работы в год;

К — коэффициент энергосбережения.

Годовая экономия электроэнергии составит:

(52)

(53)

Общий выявленный резерв экономии электроэнергии составит 252 (руб.) в год.

Окупаемость датчиков движения составит:

(54)

При совместном внедрении ЭПРА и датчиков движения в Д корпус, экономия электроэнергии может составлять до 50%, при этом годовая экономия из расчета установки 1 ЭПРА и 1 датчика движения составит около 520 (руб.).

Проанализировав результаты, можно сделать вывод, что при сроке службы датчиков движения в среднем 5 лет и сроке окупаемости полтора года, а также при сроке службы ЭПРА в 50 000 часов (5,7 лет) и сроке окупаемости 4,5 года, данное мероприятие по энергосбережению корпуса Д КГЭУ экономически выгодное и рекомендуется к реализации.

3.2.2 Установка солнечных батарей на крыше КГЭУ Солнечная батарея — батарея солнечных элементов, каждый из которых является полупроводниковым фотоэлектрическим генератором, непосредственно преобразующим энергию солнечной радиации в электрическую. Действие солнечных элементов основано на использовании явления внутреннего фотоэффекта. Первые солнечные элементы с КПД 6% были созданы в США в 1953;54 годах Пирсоном Г., Фуллером К, Чаплиным Д.

Энергетические характеристики солнечных батарей определяются полупроводниковым материалом, конструктивными особенностями солнечных элементов в батарее. Наиболее распространенные материалы для солнечных элементов — Si, Ga. Для солнечных элементов из кремния со структурой, имеющей электронно-дырочный переход, при освещении в земных условиях КПД достигает 15−18%. Для солнечных элементов на основе GaAs с полупроводниковым гетеропереходом КПД превышает 25%.

Мировой опыт применения солнечных батарей достаточно велик. Ежегодная потребность только Западной Европы в солнечных батареях составляет сотни тысяч квадратных метров.

Преимуществами солнечных батарей являются:

— отсутствие потребности в топливе;

— отсутствие шума и эмиссии вредных веществ;

— отсутствие механического износа;

— требуют минимального обслуживания;

— отсутствие промежуточных фаз преобразования энергии.

Недостатками солнечных батарей являются:

— перманентная зависимость мощности от местных условий, времени суток и года;

— относительная дороговизна, что ограничивает применение солнечных батарей в настоящее время в России;

— маленький КПД и чувствительность к механическим повреждениям. [19]

Рассмотрим вариант применения солнечных батарей для питания корпуса Д КГЭУ.

В данном случае имеется подключение к электрическим сетям, поэтому солнечные батареи будут использоваться для уменьшения потребления электроэнергии из сети. Такая фотоэлектрическая система является безаккумуляторной. Сеть дает опорное напряжение для сетевых инверторов, которые синхронизируются с ним и выдают идентичное сетевому напряжение. Если такого сигнала нет, или он начинает сильно отличаться от нормального (по величине напряжения, частоте и т. д.), сетевой инвертор перестает работать. Прекращение генерации сетевых инверторов при пропадании напряжения в сети также связано с обеспечением безопасности при ремонтных работах в сетях. Необходимо обеспечить отсутствие напряжения на линии, если подача напряжения отключена электриком на подстанции.

Преимуществом такой системы является максимально эффективное использование солнечных батарей, которые всегда работают в точке максимальной мощности.

При работе параллельно с сетью солнечная батарея использует сеть как аккумулятор и источник энергии, который обеспечивает недостатки энергии.

В соответствии с рисунком 9 представлена сетевая фотоэлектрическая система.

Солнечными модулями вырабатывается постоянный ток. Для преобразования постоянного тока в переменный синусоидальной формы, нужен инвертор.

Инверторы — полупроводниковые приборы. В данном случае для нашей фотоэлектрической системы необходим инвертор для сетевого использования. КПД такого инвертора составляет более 90%. Сетевые инверторы имеют блок контроля мощности солнечных батарей и включаются автоматически, как только мощность солнечной батареи становится достаточной для формирования переменного сигнала. [20]

Установка солнечных модулей предусмотрена на крыше корпуса Д КГЭУ. План и размеры крыши представлены в соответствии с рисунком 10.

Рисунок 9 — Сетевая фотоэлектрическая система.

Рисунок 10 — План и размеры крыши корпуса Д КГЭУ.

Выбираем фотоэлектрические модули ФСМ-220П, представленные в соответствии с рисунком 11.

Рисунок 11- Фотоэлектрический модуль ФСМ-220П.

Солнечный модуль изготовлен из высокоэффективных поликристаллических солнечных элементов размером 156×156 мм. В конструкции модуля используется высококачественный анодированный алюминиевый профиль с дренажными отверстиями и жесткой конструкцией, которая предотвращает деформацию модуля в экстремальных погодных условиях. Использование качественной контактной коробки «Tyco» с тремя диодами минимизирует потери мощности при затемнении, обеспечивает стабильную работу и длительный срок эксплуатации. Класс защиты IP 65.

Солнечные модули серии ФСМ сертифицированы по ГОСТ Р МЭК 60 065−2005.

Технические характеристики солнечного модуля представлены в таблице 19.

Таблица 19 — Характеристики фотоэлектрического модуля ФСМ-220П

Выбираем инвертор фирмы Xantrex XW, изображенный в соответствии с рисунком 12.

Рисунок 12 — Инвертор фирмы Xantrex XW.

Основные функции инвертора:

— наличие двух входящих линий переменного тока (городская сеть и генератор) позволяет использовать инвертор в качестве АВР;