CC BY
22ческие указания по регулированию тарифов с применением метода доходности инвестированного капитала, утвержденные Приказом Федеральной службы по тарифам от 26 июня 2008 года № 231-э» [Электронный ресурс] // Справочная система «Консультант Плюс». - Режим доступа: http://www.con-sultant.ru.
4. Приказ ФСТ РФ от 17.02.2012 № 98/1-э «Об утверждении нормы доходности инвестированного капитала, созданного после перехода территориальных сетевых организаций к регулированию методом доходности инвестированного капитала» [Электронный ресурс] // Справочная система «Консультант Плюс». - Режим доступа: http://www.consultant.ru.
5. Распоряжение Правительства РФ от 19.01.2010 № 30-р «Об утверждении плана мероприятий по переходу в 2010 году к регулированию цен (тарифов) на услуги по передаче электрической энергии, оказываемые территориальными сетевыми организациями, в форме установления долгосрочных тарифов на основе долгосрочных параметров регулирования деятельности таких организаций, в том числе на основе метода доходности инвестированного капитала, а также об утверждении сроков перехода» [Электронный ресурс] / Справочная система «Консультант Плюс». - Режим доступа: http://www.consultant.ru.
6. Рынок электроэнергетики России [Электронный ресурс] // «Analytic Research Group». - Режим доступа: http://www.analyticgroup.ru/news/?id=26.
7. Rab-регулирование при расчете тарифа на электрическую энергию [Электронный ресурс] // «IngGeoGis». - Режим доступа: http://www.injgeo-gis.ru/proektirovanie-e/rabregulirovanie.html.
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ВНЕДРЕНИЯ СОВРЕМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ В РАМКАХ РЕАЛИЗАЦИИ ПРОГРАММ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ
© Романов В.В.1, Ломанова Е.В.2
Оренбургский государственный университет, г. Оренбург
Тема управления рациональным использованием энергетических ресурсов в настоящее время имеет большое значение. Из-за постоянного повышения цен на электроэнергию вопрос энергосбережения при проектировании, строительстве и реконструкции зданий становятся все более актуальным. Наиболее распространенным конечным потребителем электроэнергии является система искусственного освещения. В осветительных установках расходуется около 13 % всей генерируемой
1 Доцент кафедры Экономики и организации производства.
2 Студент.
мощности. Именно поэтому так важно уделять особое внимание энергосбережению в системе освещения.
Ключевые слова: источники света, характеристика источников света, датчик движения, датчик присутствия, датчик освещенности, выбор датчиков движения, эффективность применения энергоэкономичных осветительных приборов, автоматическое регулирование освещение, интеллектуальная система светодиодного освещения.
В настоящее время в корпусах Оренбургского государственного университета (ОГУ), в частности в учебных аудиториях, офисных помещениях, коридорах и на лестничных маршах, используются источники света устаревших моделей, которые неэффективны и имеют ряд недостатков таких как шум, мерцание и низкий КПД. Также используются сравнительно новые модели, но установленные без учёта уровня естественной освещённости, либо установленные нецелесообразно / неверно (либо с нарушением правил эксплуатации / монтажа). В результате это приводит к неудовлетворительному уровню освещенности и неэффективному использованию источников света.
Поэтому возникает необходимость разработки рекомендаций по формированию систем освещения в корпусах ОГУ
Таблица 1
Сравнительная характеристика источников света общего назначения (лампы накаливания, компактнее люминесцентные лампы и светодиодные источники света)
№ Параметры Лампа накаливания КЛЛ ЬЕО-лампа
1 Тип лампы накаливания газоразрядная полупроводниковая
2 Эквивалентная мощность для одинакового светового потока, Вт 40 (420 Лм) 9 3-6
60 (720 Лм) 13 6-10
100 (1300 Лм) 20 10-15
3 Светоотдача, Лм/Вт 7-17 60-80 60-120
4 Индекс цветопередачи, Ra 100 60-90 60-95
5 Цветовая температура, К 2700 2700-6000 2700-10000
6 Срок службы, ч 1000 6000-15000 50000-100000
7 Время включения, сек 0,1 1-3 0,0005
8 Чувствительность к перепадам напряжения Средняя Высокая Высокая
9 Наличие вредных веществ Нет Используется ртуть, поэтому лампы требуют утилизации Нет
10 Инфракрасное излучение Высокое Минимальное Нет
11 Уф-излучение Приемлемое Высокое Нет
12 Влияние частого включения / выключения Существенно снижает ресурс Существенно снижает ресурс Практически не влияет
Существенно снизить потребление электроэнергии можно за счет применения энергоэффективных источников света совместно с датчиками присутствия, датчиками движения и датчиками освещенности. К высокоэффек-
тивным, энергосберегающим источникам света относят компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) и светодиодные LED-лампы. Приведем сравнительную характеристику для выбора источника света.
Исходя из приведенной характеристики можно сделать вывод, что наиболее целесообразным является применение светодиодных LED-ламп. Помимо выбора источника света необходим правильный выбор типа датчика. Современные датчики движения и присутствия, используемые для управления освещением в зависимости от присутствия людей и уровня естественной освещенности в контролируемой зоне, чаще всего реализованы на технологии пассивной инфракрасной (ИК) детекции. Использование пассивной ИК технологии (PIR-Passive Infrared), в первую очередь, связано с возможностью проектировать и производить датчики с минимальным собственным энергопотреблением и приемлемой стоимостью [1].
Выбор датчика производится основываясь на специфике и особенностях помещения, для которого идет проектирование. Все помещения в университете можно разбить на несколько категорий: учебные аудитории, офисные помещения, коридоры, санузлы и лестничные марши.
При подборе PIR-датчиков для управления освещением в коридорах нужно учитывать ряд особенностей:
1. В коридорах, где отсутствует естественное освещение, лучше устанавливать датчики движения.
2. В коридорах с достаточным естественным освещением лучше использовать датчики присутствия. Исключение - коридоры с достаточным естественным освещением, в которых редко бывают люди.
3. Размещение датчиков в узких коридорах и коридорах с низкими потолками имеет свою специфику. Из-за особенностей работы PIR-датчиков существует разница в чувствительности датчика в зависимости от направления движения, в котором идет человек по отношению к датчику.
При оборудовании датчиками присутствия санузлов и ванных комнат возникает большое количество трудностей. Главной спецификой помещений такого типа является разделение на несколько отгороженных друг от друга помещений. Нужно помнить, что для PIR-датчика преградой является любая перегородка, независимо от её прозрачности. Оптимальным выходом из данной ситуации является использование датчика с встроенным звуковым сенсором, например, PD-C360i/8 MIC.
В офисных (административных) помещениях наиболее часто применяются датчики присутствия. Экономия электроэнергии обусловлена управлением освещением одновременно по присутствию людей и естественной освещённости в помещениях.
1. Датчики нужно располагать над рабочими местами, чтобы сидящие люди находились в сверхчёткой и чёткой зонах обнаружения.
2. По возможности датчик нужно располагать так, чтобы максимальное количество людей сидело к нему лицом, так как со спины датчик не сможет определить движение кистей рук человека, которые в офисе составляют большую часть возможных движений.
3. При распределении светильников в помещении на группы необходимо учитывать удаленность от окон. Датчики присутствия используют естественную освещенность в логике управления освещением, поэтому идеальным является разделение светильников на группы по признаку удаленности от окон.
4. В кабинетах, где расположено одно или два рабочих места, рекомендуется предусматривать возможность ручного управления освещением посредством подключения к датчику кнопочного выключателя.
5. В переговорных комнатах обязательно нужно предусматривать дополнительное управление с кнопочного выключателя (для проведения презентаций).
В зависимости от того есть или нет на лестнице окна возможно два способа установки:
1. При наличии естественного освещения, для управления светильниками на лестнице можно использовать один датчик освещенности на все этажи лестницы.
2. Когда на лестницах нет окон, или, когда стоит задача управлять светильниками по каждой лестничной площадке независимо, необходимо использовать датчики движения.
Оптимальным решением для автоматизации лестничных пролетов является установка датчика движения с большой зоной обнаружения человека, которая уверенно покроет оба лестничных марша. Например, датчик движения ESYLUX MD-W200i.
Одним из наиболее важных объектов с точки зрения задачи управления освещением являются учебные аудитории, так как в них необходимо делать упор на комфорт по освещенности на столах учащихся, а потом уже на экономию энергии. Наиболее рациональным вариантом управления является гибкое управление освещением (диммирование) с делением на зоны, количество которых зависит от размеров аудитории и расположения окон - источников естественного освещения.
Если разделить учебную аудиторию продольно (вдоль окон) на две или три части, то одна часть учащихся будет сидеть ближе к окнам и получать больше естественного света, а вторая и третья часть будет находиться в более темной части аудитории.
Датчики серии DIM постоянно отслеживают степень освещенности в классе и при ее снижении ниже заданного параметра (при условии, что в помещении есть люди), искусственное освещение будет плавно включаться только на необходимую мощность для каждой зоны.
Установка таких датчиков приводит к:
- снижению мощности ламп при сохранении освещенности при повышении излучающей способности ламп с использованием более высокой частоты колебания электрического тока;
- поддержанию заданного уровня освещенности без запаса относительно интенсивности естественного освещения, за счёт работы автоматической регулировки светового потока.
Рис. 1. Пример работы осветительных приборов с автоматической регулировкой светового потока
Для оценки экономического эффекта от применения энергоэкономичных осветительных приборов с автоматической регулировкой произведем расчет показателей экономической эффективности проекта на примере учебной аудитории ОГУ № 7-412. Сравнение производится между люминесцентными светильниками с электромагнитными балластами (дросселями) и светодиодными светильниками.
В № 7-412 аудитории имеется 27 светильников типа ЛСП02-2*40 с лампами ЛБ40, которые не обеспечивают необходимого уровня освещенности, поэтому для начала необходимо выяснить, какое количество светильников данного типа смогут обеспечить освещенность равную 500 люкс [3]. Световой поток одной лампы составляет F = 1180 лм.
Для определения коэффициента использования светового потока необходимо определить индекс помещения по формуле:
А ■ В
I = -
Н ■ (А + В) 14,5 ■ 5,6
3 ■ (14,5 + 5,6)
(1)
= 1,346
Для светильника со стандартной «конисусной» КСС установленного в помещении с коэффициентами отражения потолка р = 0,7, стен р = 0,5 и пола
р = 0,3 и индексе помещения равном 1,346 определяем по таблице 14 [4] методом интерполяции коэффициент использования светового потока равным:
72 — 58
пи = 58 +--(1,346 —1,25) = 59,792
2 — 1,25
Количество светильников N требуемых к установке, можно вычислить по формуле:
N = (2)
Г•п•пи
где Е - нормированная минимальная освещенность, лк;
8 - площадь помещения, м2;
Ъ - коэффициент неравномерности освещения, его значение для ламп накаливания и ДРЛ - 1,15, для люминесцентных и светодиодных ламп - 1,1;
N - число светильников в помещении;
пи - коэффициент использования светового потока ламп [4].
Тогда по формуле 2 определим количество светильников:
дг 500 • 80,5-1,5-1,1 лппгс ло N =------ = 47,065 « 48шт.
1180 • 2 • 59,792
Для аудитории № 7-412 освещаемая площадь равна 80,65 кв. м., требуемая освещённость - 500 люкс, уровень пульсаций светового потока 5 % [3], время работы за год вычисляется с учетом составленного расписания, времени суток, времени года и месяца, праздников и выходных - 895,5 часов, стоимость 1 кВт/час электроэнергии - 3,5 руб., высота подвеса светильников - 3 м.
Определение потребляемого количества электроэнергии при работе «типовых» источников света, используемых для освещения административных и производственных помещений:
Э ='У п. х Р х Т х К , кВтч, (3)
1 / 1 г яг рг пот' ' \ /
где п1 - количество осветительных приборов одинаковой мощности, шт.;
Рл1 - мощность применяемых одинаковых ламп, кВт;
Тр1 - число часов работы в году, часов;
Кпот - коэффициент, учитывающий потери в электрических сетях.
Потребление электроэнергии при использовании светильников с электромагнитным балластом составляет:
Э] = 48 х 90 х 895,5 х 1,1 = 4255,416, кВтч.
Определение потребляемого количества электроэнергии при работе освещения с применением осветительных приборов с автоматической регулировкой светового потока:
Э2 = X n х (1 - Кр ) X Pmx Tpix Кпот, кВтч, (4)
где Кр - коэффициент снижения потребляемой электроэнергии за счёт автоматической регулировки светового потока, о.е.
Расчет количества светодиодных светильников. Для освещения предполагается использовать светодиодные светильники DS-Office30 для установки в потолок «Армстронг». Мощность светодиодов 30 Вт, количество светодиодных линеек в светильнике - 4 шт., Fл = 3250 лм. Норма освещенности Е = 500 лк на уровне 0,8 м от пола. Коэффициент запаса Кз = 0,8. Коэффициент отражения потолка - 0,5, стен - 0,5, пола - 0,3.
Определение индекса помещения:
ф = S / (h - Кз) • (a + b), (5)
ф = 80,5 / (3,06 - 0,8) • (14,48+5,57) = 1,04.
Определяем коэффициент использования осветительной установки по таблицам, приведенным для различных серий светильников, исходя из значений коэффициентов отражения и индекса помещения. U = 0,42 [4].
Определение требуемого количества светильников:
N = (E • S) / (U • n • Фл • Кз), (6)
N = (500-80,5) / (0,42-3250-0,8) = 36,859,
где Е - требуемая освещенность горизонтальной плоскости, Лк;
S - площадь помещения, м2;
Кз- коэффициент запаса. Он учитывает снижение яркости свечения по причине износа и/или загрязнения элементов осветительного прибора, а также загрязнения поверхностей помещения;
U - коэффициент использования осветительной установки;
Фл - световой поток одной лампы, Лм;
n - число ламп в одном светильнике.
Таким образом, для освещения офисного помещения потребуется 37 светодиодных светильников DS-Office 30.
Потребление электроэнергии при использовании светодиодных светильников составляет:
Э! = 37 х (1 - 0,3) х 30 х 895,5 х 1,1 = 765,383, кВтч.
Снижение потребления электроэнергии осветительными приборами за счет автоматизации достигает от 30 % до 70, из которых 10-20 % - за счет поддержания освещенности на заданном уровне без запаса и 20-50 % - за счет автоматического регулирования светового потока относительно естественного освещения.
Определение экономии электроэнергии при использовании светодиодных светильников по отношению к светильникам с электромагнитным балластом составит:
Д Э = Э1 - Э2, кВтч (7)
Д Э = 4225,416 - 765,383 = 3460,033, кВтч
Расчет срока окупаемости при внедрении энергоэкономичных осветительных приборов с автоматической регулировкой. Определение укрупненных капиталовложений.
Капитальные вложения в реконструкцию существующей системы освещения включают в себя:
а) стоимость оборудования определяется согласно договорных цен по результатам торгов;
б) стоимость проектных работ - до 10 % от стоимости строительно-монтажных работ;
в) стоимость строительно-монтажных работ (демонтаж существующей системы 5 % и монтаж проектируемой до 25 %) - 25-30 % от стоимости оборудования;
г) стоимость пуско-наладочных работ - 3-5 % от стоимости оборудования.
В результате капиталовложения в проводимое мероприятие составляют:
К = Коб + 0,1 х Ксмр + (0,25 - 0,3) х Коб + (0,03 - 0,05) х Коб (8)
Капитальные вложения по вариантам составят:
К = 48 х 900 + 0,1 х 0,3 х 127 х 900+ +0,3 х 27 х 900 + 0,05 х 27 х900 = 59616 руб.
К = 37 х 2773 + 0,1 х 0,3 х 37 х 2773+ +0,3 х 37 х 2773 + 0,05 х 37 х2773 = 141598,38 руб.
Дополнительные капитальные вложения при выборе второго варианта источников света составят:
Д К = 141589,38 - 59616 = 81973,38 руб.
Определение простого срока окупаемости мероприятия за счет экономии электроэнергии:
Сок = К / (Д Э х г), лет, (9)
где К - капиталовложения в мероприятие, тыс. руб.;
ДЭ - экономия электроэнергии от внедрения мероприятия, кВт-ч; Ъ - двухставочный тариф на электроэнергию для промышленных предприятий или одноставочный для бытовых потребителей и приравненных к ним прочих потребителей, уточняется на момент составления расчёта, руб/кВт-ч.
81973,38
С =-= 6,796 года.
ок 3460,033 х 3,5
Определение индекса рентабельности проекта реализации мероприятия:
т=—х100%, (10)
к '
ж = 3460033X35 х 100% = 14,733%
81973,38
При этом необходимо учитывать, что этот срок окупаемости рассчитан при минимальном экономическом эффекте, который дают светильники с автоматической регулировкой светового потока. С увеличением этого показателя срок окупаемости снижается, а рентабельность проекта возрастает. Кроме того, данные показатели будут выше, если учесть ежегодный рост тарифов на электроэнергию и ежегодную замену ламп и элементов ПРА в светильниках марки ЛСП02-2х40.
Помимо автоматического регулирования освещения существует также интеллектуальная система светодиодного освещения. Рассмотрим принцип работы и особенности на примере системы управления освещением фирмы LEDEL, которая установлена на кафедре электро- и теплоэнергетики электроэнергетического факультета, а именно на втором этаже корпуса № 7.
Рис. 2. Внешний вид блока управления
Такая система на основе энергосберегающих светодиодных светильников предполагает организацию взаимодействия разнородных линий беспроводной информационной связи. В системе реализованы функции дистанционного управления из удаленного центра подключением и отключением светильников, изменением яркости освещения, а также регуляции режимов местного управления освещенностью. Управление светильниками обеспе-
чивает поддержание искусственной освещенности в помещении на заданном уровне с учетом естественной освещенности и возможностью регулирования уровня освещенности. Сервер системы имеет возможность индивидуальной настройки режимов работы системы (автоматический, ручной, дежурный и их комбинаций) путем составления расписания работы системы с учетом времени суток, дня недели и присутствия людей в помещении. Применение беспроводных линий связи позволяет значительно снизить затраты на кабельные соединения и трудоемкость монтажных работ. Так же экономия происходит за счет:
- 1 снижения затрат на электроэнергию (гибкое регулирование мощности освещения);
- 2 уменьшения расходов на обслуживающий персонал.
Связь между блоком управления LCS-01 и светильниками осуществляется посредством беспроводного интерфейса ZigBeeTM, что дает существенную экономию ввиду отсутствия необходимости прокладывать дополнительные провода для управления освещением. Блок управления позволяет производить регулировку яркости одновременно всех светильников, светильников отдельной группы, либо конкретного светильника. Специальная программа позволяет настроить индивидуальные задания для каждой группы светильников. Это может быть установка яркости в определенный период времени; плавный переход с одной яркости на другую и т.д. Задания формируются на компьютере и через USB-кабель передаются в блок управления. Общее количество светильников в одной системе может достигать 255 штук.
Основные возможности:
1. Интеллектуальное управление освещением всего предприятия.
2. Регулирование яркости светильников от 0 до 100 % в разных зонах.
3. Планирование режимов управления освещением через компьютер.
4. Снижение нагрузки на сети питания за счет плавного нарастания яркости светильников.
5. Объединение светильников в группы (с возможностью наращивания).
6. Запись данных и обновление прошивки по USB интерфейсу.
Выводы
Осуществление энергосберегающих мероприятий, таких как применение светодиодных светильников, внедрение автоматического управления на основе датчиков присутствия, датчиков движения и датчиков освещенности, установка интеллектуальных систем управления освещением являются целесообразным и приносят ощутимый экономический эффект. Но при этом необходимо помнить, что несоблюдение вышеизложенных рекомендаций, неправильная установка датчиков и/или неверный их выбор без учета осо-
бенностей помещения могут не только не снизить затраты на потребление электроэнергии, но и увеличить их, либо привести к преждевременному выходу из строя светильников в системе освещения.
Список литературы:
1. Сасс Д.В. Рекомендации по проектировании автоматического управления освещением в зданиях с помощью датчиков присутствия, датчиков движения и датчиков освещенности в проектах систем освещения для экономии электроэнергии / Д.В. Сасс. - М.: ООО «Изилюкс», 2012 - 36 с.
2. Федеральный закон от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» (с изменениями и дополнениями).
3. СанПиН 2.2.2/2.41340-03. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.rosteplo.ru/ Npb_files/npb_shablon.php?id= 707.
4. Романов В.В. Энергетический менеджмент: учеб. пособие к практикуму / В.В. Романов; Оренбургский гос. университет - Оренбург: ОГУ, 2014. -111 с.
