Определение объектов для углубленного энергообследования в инфраструктуре бюджетных организаций и учреждений муниципального уровня Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies 1 (2015 8) 126-132

УДК 621.311:628

Defining Objects for in-Depth Examination of Energy in Infrastructure Budget Organizations and Institutions at the Municipal Level

Evgenia U. Sizganovaa*, Roman A. Petukhova and Dmitry V. Antonenkovb

aSiberian Federal University 79 Svobodny, Krasnoyarsk, 660041, Russia bNortheastFederal University M.K. Ammosov's name 16 Kravchenko, Nerungry, 678960, Russia

Received 18.11.2014, received in revised form 10.01.2015, accepted 06.02.2015

Considered the way of determining the objects with the irrational power consumption for thorough energy survey on the basis of the index of viability objects on power consumption. Using the method allows to make additional research of objects and to draw conclusions about the dynamics of their development as a whole. The method is implemented in the package MathCAD and presented on the example of the infrastructure of educational institutions Neryungri District.

Keywords: irrational power consumption, energy survey, the index of viability, rank analysis.

Определение объектов для углубленного энергообследования в инфраструктуре бюджетных организаций и учреждений муниципального уровня

Е.Ю. Сизгановаа, Р.А. Петухова, Д.В. Антоненковб

аСибирский федеральный университет Россия, 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79 ъСеверо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова Россия, 678960, Республика Саха (Якутия), Нерюнгри, ул. Кравченко, 16

Рассмотрен способ определения объектов с нерациональным электропотреблением для углубленного энергетического обследования на основе индекса жизнеспособности объектов

© Siberian Federal University. All rights reserved Corresponding author E-mail address: [email protected]

*

по электропотреблению. Использование способа позволяет произвести дополнительное исследование объектов и сделать выводы относительно динамики их развития в целом. Способ реализован в пакете MathCAD и представлен на примере инфраструктуры образовательных учреждений Нерюнгринского района.

Ключевые слова: нерациональное электропотребление, энергетическое обследование, индекс жизнеспособности, ранговый анализ.

Одной из ключевых процедур управления инфраструктурой бюджетных организаций и учреждений муниципального уровня [1, 2] служит своевременное выявление первоочередных объектов для углубленного энергетического обследования. Процедура интервального оценивания позволяет установить и проранжировать объекты инфраструктуры, аномально потребляющие электроэнергию. Однако енли таковых оказывается сравнительно многа, то требуется дополнительное исследование для определения объектов, эннргоаудит которых является первоочередной задачей длх техноцено за в целом . Для этого осуществляется так назывхемо е оценивание жизнеспособности объектав но элактропотрнблннию [3-5 ]. Кроме того, данная процедура позволяет произвести дополнительное исследование объектов и сделать весьма плодотворные выводы относительно динамики их развития в целом (достаточно полно описано в [4]).

В ходе принятия решения по рглубленному энергетическомн обследованию объектов инфраструктуры бюджетных организтций и учреждений муниципаяьного уровня в качестве ключевого макроиндикатора учатывается их индекс жизнеспособности [4]. Индексом жизнеспособности называется угол, образуемый с осею абсцисс линией тргнда временного ряда относительного электропотре бления об ъекта, которое определяется рак отношение электропотребления каждого объекта к суммарному электропотреблению объектов инфраструктуры. Как показано в [4, 5], величина и знак индекса жизнеспособности позволяют сделать выводы относительно динамики разоития (или стагнации) объекта, а также определить его номер в списке первоочередных объектов для углдбленхого энергетического обследования.

Для исследования испольеовали собранные зо восемь лет данные по электропотреблению инфраструктуры обрааоватеньных учреждений (49 обкектов), расположенный на территории Нерюнгринского района. Предварительап по результатам первичной обработки с татистиаа-ской информации по инфраструкту ре образовательных ^реждений [7] сформщюван ртд рабочих файлов, которые будут применены в данной программе для осуществления операции определения первоочередных объектов для углубленного энергетического обследования.

Подготовка данных

Задаем начало отсчета ORIGIN := 1.

Считываем из файла информацию об исследуемой инфраструктуре в виде двумерной матрицы V, которая содержит эту информацию, причем каждая строка соответствует определенному временному интервалу (году), а каждый отолбец - объектр.

Транспонируем полученную матрицу VT := V1 и определяем количество объектов [6]: п := со^^) = 49.

Расчет электропотребления инфраструктуры

Необходимо определить отношение эле ктропотребления каждого из об ъектов к общему суммарному электропотреблению инфраструктуры образовательных учреждений.

Листинг 1. Определение суммарного потребления электроэнергии инфраструктурой образовательных учреждений для каждого иода.

SUM(M) :=

S ^ 0

n ^ rows(M) for i e 1.. cols(M) n

Si^ n>= Mn, i

n = 1

S

SI := SUM(VT)

Листинг 2. Вычисление от ношения эиектропотребления каждого из объ ектов к о бщ ему электропотреблению.

DOL(M, SI) :=

S ^ 0

n ^ rows(M) for i e 1.. cols(M)

<i> M(i)

D <---100

SIi

D

Результаты вычислений! отображаются в процентах в матрице D, каждому столбцу лото-рой соответствует объект, а строке - тременной интервал.

D := DOL(VT , SI)

D =

1 2 3 4 5 6 7

1 3.999 4.739 2.546 3.564 4.762 4.858 6.578

2 3.745 4.785 2.79 3.698 4.47 5.113 6.599

3 3.514 4.362 2.599 3.783 3.936 4.603 6.616

4 3.596 4.367 2.716 3.825 3.702 4.953 6.648

5 4.234 4.344 2.222 4.161 4.044 3.616 6.934

6 5.638 3.854 2.054 5.064 4.408 4.344 5.852

7 5.356 4.184 1.698 6.628 4.453 4.291 5.449

8 5.011 4.672 1.9 6.599 4.651 4.05

Определяем количество временных интервалов (!) и визуализируем расчеты с помощью графика (рис. 1):

OmouKHiK' ЭЛеЛройЛрсСииЯШя, %

A

____

12 4 t К

Рис. 1. Временные ряды относительного электропотребления образовательных учреждений Нерюнгринского района

На рис. 1 в качеттве примера построены графики только для объектов с номерами 2, 3, 7 и 25, причем самый верхний график соответствует номеру 7 (средняя школа № 24), ниже идет 2 (средняя школа № 2), затем 3 (средняя школа № 3) и ниже всех 25 (д/с «(Солнышко»).

Расчет индекса жизнеспосо бности объектов по электропотреблению

Рассчитываем тренд временных рядов относительного электропотребления для каждого из объектов инфраструктуры. Как было отмечено, угол наклона тренда к оси абсцисс отражает динамику изменения доли электропотребления каждого объекта в общем электропотреблении техноценоза и тем самым слкжит макрииндикатором жизнеспособности объекта пк электропотреблению.

В качестве тренда используется: аппроксим ирующая прямая.

Листинг 3. Вычисление коэффициентов регрессии методом наименьших квадратов.

X := i

T(W,г) :=

n ^ rows(W) for j е 1.. cols(W)

n n n

Z Wl'j'Z ri - n(,j-rO i = 1 i = 1 i = 1

( n ^

2

"Z (ri)2

1

bj ^ - • n

(n

i=1

n

Z Wi-j-aj-Z ri

v i = 1

WW ^ augment(a, b) WW

i=1

aj ^

2

r

v i = 1

Полученная матрица T содержит коэффициенты регрессии (a, b) аппроксимирующих прямых для относительного электропотребления (D) каждого объекта инфрастру ктуры образовательных учреждений.

T(D, X)T =

1 2 3 4 5 6

1 0.264 -0.06 -0.144 0. 477 0.011 -0.141

2 33.2 4.682 2.965 X.519 4.25И

Продемонстрируем результаты расчетов на примере объекта под номером 2 - (средняя школа № 2 (графики - рис. 2).

(t(d,x)t)

<N>

-0.06 4.682

Коэффициент «а» в уравнении аппроксимирующей прямой тренда равен тангенсу угла наклона данной прямой к оси абсцисс. На рис. 2 для наглядности изображена сопряженная с трендом (черная прямая)горизонтальная красная прямая, которая иллюстрирует угол.

:= [(t(d,x)°)

<N>

= -0.06 b :=

:= [(n(D ,X)°)

<N>

= 4.682

Y := a-X + b

Таким образом, для нахождения угля необходимо рассчитать адСКа). Это выполняется с помощью подпрограммы (Ц(М), результат вычислений которой представляеь собой вектор (0rad ) значений углов гааклона прямых(трендьв) к оси ибсцисс в радианах доя каждого объекта.

Листинг 4. Определение индекса жизнеспособности каждого объекта.

Q := atan(a)

ЖМ) :=

Q = -0.06 rad

A := 0(D, X)

<1>

n ^ length(M) for i e 1.. n 0 i <- atan (Mi)

0

©rad := Q(A)

0rad 0 =

1 2 3 4 5 6

1 0.258 -0.06 -0.143 0.44П 0.011

Пересчитываем радианы в градусы ©rad -180

0 :=

T

0 =

1 2 3 4 5 6 7

1 14.77 -3.42 -8.21 25.5 0.61 -8.05

относительноеэлекгронотребление (%)

4.8 46 4.4

4.2 4

^jjl_*_ номер года

2 4 6 8

Рис. 2. Макроиндикато р, отражающий динамику электропотребления объекта

• >

^ тренд

ЭМШ£ У '

•

и определяем суммарный индекс жизнеспособности всех объектов:

n

SUM© := Z 0 i = -1-807 . i = 1

Обратим внимание на то, что чем меньше абсолютное знсчение индекса жизнеспособности, тем более стабильно и прогнозируемо птведение объекта (в чостносто, элексропотребнение) в общей инфраструктуре. Тогда с целью определения первоочередных объектов для углубленного энергетического ебсоедования опредаляем объекта с наибольшим индсксомжизнеспособ-ности, т.е. элемента вектора 0 с наобольшим значением угла. При этом можно варьирооать требуемой долей первоочередный о бъектов, которая задается парлметром P.

P := 6

Q := submatrixj reverse(sort(© )), 1, round( юо j, 1, 1 j =

n P

( 25-503 j

14.773 v 14.773 у

Rez(A,B) :=

XY ^ 0

for i e 1.. length(B) for j e 1.. length(A) XYi <— j in^i = Aj

XY

Rez(о ,Q) =

( 4 j 1

V 39 у

Выводы

Таким образом, по результатам расчетов с применением в качестве макроиндикатора индекса жизнеспособности по электропотреблению выявлены объекты, требующие первоочередного углубленного энергетического обследования. В рассмотренном примере такими являются объекты с номерами в исходной базе данных 4 (СОШ № 13), 1 (СОШ № 1), и 39 ( Детская

музыкальная школа № 4). Кроме того, объект под номером 4 явно требует особого внимания со стороны системы управления инфраструктурой образовательных учреждений как один из наиболее слабых и стагнирующих.

Предложенный способ позволит создать научно обоснованные предпосылки для проведения целенаправленных углублённых энергетических обследований с последующей реализацией технических и технологических мер по энергосбережению, добиться оптимального управления электропотреблением инфраструктуры бюджетных организаций и учреждений муниципального уровня на системном уровне, а также экономии, полученной за счёт организационных мероприятий, средств, направленных на оплату за потреблённую электроэнергию.

Список литературы

[1] Кудрин Б.И. Введение в технетику. Томск: Издание ТГУ, 1993. 552 с.

[2] Гнатюк В.И. Закон оптимального построения техноценозов. М.: Изд-во ТГУ Центр системных исследований, 2005. 384 с.

[3] Кудрин Б.И., Жилин Б.В., Лагуткин О.Е., Ошурков М.Г. Ценологическое определение параметров электропотребления многономенклатурных производств. Тула: Приок. кн. изд-во, 1994. 122 с.

[4] Гнатюк В.И., Лагуткин О.Е. Ранговый анализ техноценозов. Калининград: БНЦ РАЕН -КВИ ФПС РФ, 2000. 86 с.

[5] Фуфаев В.В. Ценологическое определение параметров электропотребления, надежности, монтажа и ремонта электрооборудования предприятий региона. М.: Центр системных исследований, 2000. 320 с.

[6] Сизганова Е.Ю., Лукьяненко С.Ф. // Энергосбережение и водоподготовка. 2013. №2 (83). С. 72-73.

[7] Сизганова Е.Ю., Петухов Р.А., Антоненков Д.В., Амузаде А.С. // Вестник ИрГТУ 2013. № 7. С. 122-127.