CC BY
60
= и ^^ Энергобезопасность и энергосбережение ^^^^^^^^^^^^
ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ И ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ
УДК 321.04.18
Исследование эффективности использования энергоносителей в образовательных учреждениях
Г. Я. Вагин,
доктор технических наук, заслуженный деятель науки РФ, профессор Нижегородского государственного технического университета
Л. В. Дудникова,
технический директор
ООО «Нижегородский инвестиционный центр энергоэффективности - НН»
Приведены результаты исследования энергопотребления большой группы образовательных учреждений Приволжского федерального округа. Разработаны и предложены энергосберегающие мероприятия.
Ключевые слова: образовательное учреждение, потребление энергоносителей, эффективность использования энергоносителей, мероприятия по энергосбережению.
В 2009 году расходы на энергоснабжение объектов бюджетной сферы России составили около 240 млрд. рублей. Образовательные учреждения (высшие учебные заведения - институты, академии, университеты; средние специальные учебные заведения - техникумы, колледжи, лицеи, профессиональные училища; общеобразовательные учреждения - школы, гимназии) являются крупными потребителями энергоресурсов среди организаций бюджетной сферы. Основная
доля суммарного потребления приходится на долю тепловой и электрической энергии. Затраты на энергоносители ежегодно увеличиваются на 15-20 %.
В качестве примера в табл. 1 приведена динамика удельных затрат на энергоносители вузов Приволжского федерального округа [1]. Как видно из таблицы, за восемь лет затраты возросли в 2,5-3 раза, что в основном связано с ежегодным возрастанием тарифов.
Таблица 1
Средние удельные затраты на коммунальные услуги Год
2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009
Из расчета на 1 м2 (руб./м2) дифференцированно по вузам ПФО В том числе: 96 122 151 168 181 202 257 335
учебно-лабораторные корпуса 92 120 143 157 162 187 227 291
общежития 109 137 154 181 216 250 306 383
прочие здания 145 172 194 206 223 247 315 411
Из расчета на одного учащегося (руб./чел.) дифференцированно по вузам ПФО В том числе: 756 935 1124 1417 1608 1816 1863 2377
учебно-лабораторные корпуса 522 625 671 834 950 1086 1121 1437
общежития 151 207 299 382 435 515 577 723
прочие здания 83 103 154 202 222 215 257 335
Удельные затраты вузов Приволжского федерального округа на энергоносители
Энергоресурсосбережение и энергоэффективность ^^ 13 =
В основу методов нормирования расходов энергоносителей для бюджетных учреждений во всех ведущих странах берут удельные расходы на 1 м2 площади или на 1 человека. Для образовательных учреждений России таких показателей нет. Поэтому приводим результаты исследования удельных расходов электрической и тепловой энергии и их случайных законов распределения. Результаты были получены в процессе энергетического обследования более 500 учреждений в различных регионах России.
Статья 24 Федерального закона № 261 от 23.11.2009 г. «Об энергосбережении» устанавливает, что начиная с 1 января 2010 года все бюджетные учреждения обязаны обеспечить снижение объема потребленных ими воды, топлива, тепловой и электрической энергии на 3 % в год по каждому из видов энергоносителей. Закон принят, но достаточного количества подзаконных актов для его выполнения нет. Нет нормативных показателей по удельным расходам энергоносителей, нормы удельного расхода холодной и горячей воды были разработаны в 80-х годах прошлого века и на сегодняшний день устарели. Нет четких рекомендаций, за счет каких мероприятий можно получить такой объем экономии, не разработаны методика энергоаудита образовательной сферы и система сбора данных о потреблении энергоносителей и их стоимости, система электронного документооборота для нормирования расходов энергоносителей и их мониторинга...
По контракту с Роснауки под руководством авторов статьи была разработана «Методика проведения энергетических обследований (энергоаудита) образовательных учреждений» [2]. Исследование законов случайных изменений потребления электрической и тепловой энергии было проведено для трех групп: высших, средних специальных и общеобразовательных учебных заведений. Все обследованные группы учреждений представляют собой статистические совокупности. Совокупности состоят из отдельных объектов, свойства которых в статистике описываются при помощи признаков или переменных.
Статистические совокупности, в которых отдельные учреждения объединены по какому-либо одному или нескольким варьирующим признакам, делятся на генеральные или выборочные. Генеральная совокупность в данном случае - это совокупность всех учреждений группы, относительно которых мы собираемся делать выводы при исследовании электропотребления. Совокупность учреждений, отобранных из данной генеральной совокупности для изучения
закономерностей электропотребления, назовём выборочной совокупностью (выборкой).
Объем выборки является важнейшей характеристикой при проведении статистических исследований. С одной стороны, он определяет достоверность исследуемых характеристик, с другой стороны, от объема выборки зависит трудоемкость проведения исследований. Определить объём выборочной совокупности можно с помощью таблицы достаточно больших чисел, монограммы достаточно больших чисел или с помощью аналитического выражения [3]
(1)
где I - коэффициент достоверности - заданная вероятность того, что отклонение выборочной средней не превзойдет по абсолютной величине предельной ошибки выборки тдоп; тдоп - допустимая (предельная) ошибка выборки (допустимая абсолютная величина отклонения выборочной средней от генеральной средней);
ох - среднее квадратичное отклонение выборочной совокупности.
По аналогии с нормированием потребления электроэнергии для коммунальных потребителей рекомендуется предельную ошибку выборки принимать равной 10 % выборочной средней. Это связано с тем, что точность задания выборочных значений электропотребления отдельных зданий в среднем составляет ±10 %.
В том случае, когда исследование проводится впервые и ничего не известно о среднем квадратичном отклонении, формулой (1) воспользоваться нельзя. В этом случае объём выборки определяется по таблице достаточно больших чисел в зависимости от заданной вероятности и допустимой ошибки тдоп. В системах электроснабжения вероятность расчетных значений электрических нагрузок принимают равной 95 %. Задаваясь данной вероятностью и тдоп=0,1 по таблицам достаточно больших чисел [3], определяем, что объем выборки в каждой группе учреждений должен быть не менее 96. Этот объём является предварительным, после определения закона распределения величин случайных выборок производится уточнение объёма выборки с использованием выражения (1).
Результаты статистической обработки выборочных значений удельных расходов электрической энергии приведены в табл. 2, а тепловой энергии - в табл. 3. Территория исследования - Приволжский ФО.
Таблица 2
Результаты обработки значений удельных расходов электрической энергии
Вид учреждения Количество исходных данных Математическое ожидание, кВт-ч Среднее квадратическое отклонение, кВт-ч Вид теоретического закона распределения Проверка по %2
Р доп о.е. Р, факт' о.е.
Вузы: 2 на 1 м2 на 1 студента 105 105 42,05 282,9 9,11 86,25 Нормальный Нормальный 0,1 0,1 0,59 0,48
Ссузы: на 1 м2 на 1 студента 166 131 29,8 233,5 9,81 97,8 Нормальный Нормальный 0,1 0,1 0,28 0,27
Школы: на 1 м2 на 1 школьника 169 144 21,62 137,6 10,22 76,1 Нормальный Нормальный 0,1 0,1 0,16 0,16
1Щ6ИШШ
= 14 == Энергобезопасность и энергосбережение
Примечание.
Рдоп и Рфакт _ соответственно допустимая и фактическая вероятность того, что распределение случайных величин подчиняется нормальному закону, относительные единицы; X 2 - критерий Пирсона.
Таблица 3
Результаты обработки значений удельных расходов тепловой энергии
Вид учреждения Количество исходных данных Математическое ожидание, Гкал Среднее квадратическое отклонение, Гкал Вид теоретического закона распределения Проверка по %2
Р доп о.е. Р, факт о.е.
Вузы: на 1 м2 на 1 студента 112 106 0,21 1,14 0,07 0,42 Нормальный Нормальный 0,1 0,1 0,59 0,48
Ссузы: на 1 м2 на 1 студента 177 116 0,21 1,58 0,06 0,50 Нормальный Нормальный 0,1 0,1 0,72 0,43
Школы: на 1 м2 на 1 школьника 98 97 0,208 1,67 0,88 0,95 Нормальный Нормальный 0,1 0,1 0,13 0,11
Для примера на рис. 1 и 2 приведены гистограммы изменения удельных расходов электроэнергии для вузов и ссузов.
аа
б
б
Рис. 1. Гистограммы нормированного изменения удельных расходов электроэнергии, совмещенные с графиком нормальной плотности распределения вузов: а — кВт- ч/1 учащегося в год; б — кВт- ч/м2 в год
Рис. 2. Гистограммы нормированного изменения удельных расходов электроэнергии, совмещенные с графиком нормальной плотности распределения ссузов: а — кВт- ч/1 учащегося в год; б — кВт- ч/м2 в год
Энергоресурсосбережение и энергоэффективность ^^ 15 =
Р - статистический коэффициент, зависящий от допустимой вероятности превышения величины определяемой по выражению (1). В теории расчета расходов энергоносителей, эта вероятность принимается равной 10 %. По нормальному закону распределения для вероятности превышения 10 % Р=1,0.
Одним из важнейших направлений повышения эффективности использования энергоносителей в учреждениях образования видится внедрение электронной системы сбора и анализа ежегодного потребления энергоносителей. Такая система разработана в ООО «НИЦЭ-НН» и внедрена в Приволжском федеральном округе. Энергоаудит многих образовательных учреждений позволил разработать типовые мероприятия по энергосбережению (табл. 4). В работах [2, 4] имеется подробное описание всех этих мероприятий и их технико-экономическое обоснование.
Таблица 4
Типовые мероприятия по энергосбережению
№ п.п. Наименование мероприятия Пределы годовой экономии
1 2 3
Системы освещения
1 Сокращение области применения ламп накаливания и замена их люминесцентными До 55 % от потребляемой ими электроэнергии
2 Замена люминесцентных ламп на лампы того же типоразмера меньшей мощности: 18 Вт вместо 20, 36 Вт вместо 40, 65 Вт вместо 80 До 5 % от потребляемой ими электроэнергии
3 Применение энергоэффективной пускорегулирующей аппаратуры (ПРА) газоразрядных ламп 11 % от потребляемой ими электроэнергии
Системы отопления
1 Составление руководств по эксплуатации, управлению и обслуживанию систем отопления и периодический контроль со стороны руководства учреждения за их выполнением 5-10 % от потребления тепловой энергии
2 Оснащение систем отопления счетчиками расходов До 50 % от потребляемой тепловой энергии
3 Автоматизация систем теплоснабжения зданий посредством установки индивидуальных тепловых пунктов (ИТП) 20-30 % от потребляемой тепловой энергии
4 Улучшение тепловой изоляции стен, полов и чердаков 15-25 %
5 Снятие декоративных ограждений с радиаторов отопления и установка теплоотражателей за радиаторами До 15 %
Системы горячего водоснабжения (ГВС)
1 Составление руководств по эксплуатации, управлению и обслуживанию систем ГВС и периодический контроль со стороны руководства учреждения за их выполнением 5-10 % от потребления горячей воды
2 Оснащение систем ГВС счетчиками расхода горячей воды 15-30 % от потребления горячей воды
3 Снижение потребления за счет оптимизации расходов и регулирования температуры 10-20 % от потребления горячей воды
4 Применение экономичной водоразборной арматуры 15-20 %
Системы водоснабжения
1 Установка счетчиков расхода воды До 30 % от объема потребления воды
2 Применение частотного регулирования насосов систем водоснабжения До 50 % потребляемой электроэнергии
3 Применение экономичной водоразборной арматуры 30-35 %
Ш6М6ШЗДМ
Данные табл. 2 и 3 показывают, что случайные изменения удельных расходов электрической и тепловой энергии отдельных ОУ подчиняются нормальному закону распределения. Это позволяет для нормирования расходов на уровне районов, регионов и в целом министерства применять простые выражения. Например, для электрической энергии:
где - годовой расход электроэнергии по району, региону, министерству;
Юудср - математическое ожидание удельного расхода, полученное по результатам энергообследования учреждений образования; ах - среднее квадратичное отклонение удельного расхода учреждений образования; N - число студентов (учащихся) в данном районе, регионе, в целом по стране;
= 16
Энергобезопасность и энергосбережение
Продолжение табл. 4
№ п.п. Наименование мероприятия Пределы годовой экономии
1 2 3
Системы вентиляции
1 Замена устаревших вентиляторов с низким КПД на современные с более высоким КПД 20-30 % от потребляемой ими электроэнергии
2 Применение устройств автоматического регулирования и управления вентиляционными установками в зависимости от температуры наружного воздуха 10-15 %
Системы кондиционирования
1 Включение кондиционера только тогда, когда это необходимо 20-60 % от потребляемой ими электроэнергии
2 Поддержание в рабочем состоянии регуляторов, поверхностей теплообменников и оборудования 2-5 %
Котельные
1 Составление руководств и режимных карт эксплуатации, управления и обслуживания оборудования и периодический контроль со стороны руководства учреждения за их выполнением 5-10 % от потребляемого топлива
2 Поддержание оптимального коэффициента избытка воздуха и хорошего смешивания его с топливом 1-3 %
3 Автоматизация управления работой котельной До 30 %
4 Перевод котельных на газовое топливо В 1,5-3 раза снижается стоимость 1 Гкал
5 Применение частотного привода для регулирования скорости вращения насосов, вентиляторов и дымососов До 30 % от потребляемой ими электроэнергии
Можно говорить о том, что энергетические обследования большой группы образовательных учреждений были проведены впервые. Впервые же проведены и исследования законов случайных изменений удельных расходов энергоносителей. Разработанные
методики и типовые мероприятия по энергосбережению в образовательной сфере имеют технико-экономическое обоснование. Результаты данных исследований переданы в Минобрнауки РФ для их внедрения в пределах отрасли.
Литература
1. Дудникова Л. В. Статистическая и нормативная модели формирования лимитов на энергоресурсы для вузов / Л. В. Дудникова, О. В. Скуднова, Н. А. Дудникова // Энергоэффективность. - 2007. - № 1-2.
2. Методика проведения энергетических обследований (энергоаудита) образовательных учреждений / Г. Я. Вагин, Л. В. Дудникова, Е. А. Зенютич и др. - Н. Новгород: НГТУ, 2009. - 188 с.
3. Хан Г. Статистические модели в инженерных задачах / Пер. с англ. / Г. Хан, С. Шапиро. - М.: Мир, 1969. - 324 с.
4. Теория и практика энергосбережения в образовательных учреждениях: Справочно-методическое пособие / Г. Я. Вагин, Л. В. Дудникова, Е. А. Зенютич и др. - Н. Новгород: НГТУ, ницэ, 2006. - 188 с.
НЯЯИЭИЕСТИ
