Система освещения учебных помещений технического корпуса Т СумГУ (I этаж)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Все результаты расчетов сведены в таблицу 7.1.

Таблица 7.1 - Результаты расчетов экономии электроэнергии.

8 Повышение качества и энергоэффективности  осветительных установок (индивидуальное  задание)

8.1 Проблема энергосбережения в  осветительных установках

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

По оценкам  метеорологов, глобальное потепление на нашей планете началось приблизительно в 1978 г. и вызвано оно так называемым «парниковым эффектом» - накоплением  в атмосфере «парниковых» газов, в первую очередь двуокиси углерода (СО2). Основной вклад в общий объем  выбросов СО₂приходится на уголь и другие виды топлива, используемого на тепловых электростанциях (ТЭС). Затраты электроэнергии на искусственное освещение в мире в начале 2002 г. сопровождались ежегодными выбросами в атмосферу до 300 млн. т СО2. По прогнозам американского Worldwatch Institute, до 2010 г. эта цифра может увеличиться до 450 млн. т/год.

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

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

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

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

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

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

1) широкое  внедрение в ОУ жилых и общественных  зданий энергоэффективных компактных  люминисцентных ламп (КЛЛ) взамен  ламп накаливания (ЛН);

2) переход  в ОУ промышленных и общественных  зданий на осветительные приборы  (ОП) с линейными люминесцентными  лампами (ЛЛ) нового поколения  с высокой светоотдачей (100лм/Вт);

3) использование  электронных пускорегулирующих  аппаратов (ПРА) вместо электромагнитных  в светильниках с ЛЛ и КЛЛ;

4) автоматизированный  контроль и управление освещением  в зависимости от интенсивности  природного света и с помощью  датчиков присутствия;

5) более эффективное  использование естественного освещения  за счет применения активных  светоперераспределяющих элементов  на светопройомах (как боковых,  так и потолочных). 

Вот некоторые, довольно интересные результаты расчетных  оценок экономических и экологических  выгод массового применения КЛЛ  в быту в странах Западной Европы (по данным Philips Lighting и Osram). Если в любом  из 145 млн. домашних хозяйств стран Европейского Союза 3 шт. ЛН по 60 Вт будут заменены эквивалентными по световому потоку тремя КЛЛ по 11 Вт с вмонтированными  электронными ПРА, то при средней  наработке 4 ч/сутки можно получить годовую экономию электроэнергии, эквивалентную  ликвидации на европейском континенте десяти теплоэлектростанций мощностью 600 МВт каждая. По расчетам фирмы Osram, замена в 35 млн. домашних хозяйств Германии только одной ЛН 60 Вт на КЛЛ 11 Вт позволила  бы за срок службы в 10 тыс. ч сэкономить около 17,5 млн. кВт-ч, что равнозначно  снижению потребления на ТЭС каменного  угля на 5 млн. т/год и, соответственно, сокращению выбросов СО2 на 15 млн. т  ежегодно.

Заслуживают внимания и оценки специалистов Siemens AG результатов широкого внедрения  высокочастотных электронных ПРА  при реконструкции старых и обустройстве новых внутренних ОУ с ЛЛ. Если бы все ЛЛ, которые эксплуатируются  в сооружениях Германии (большее 300 млн. шт.), работали с электронным  ПРА (вместо электромагнитных), то экономия электроэнергии составила бы около 6,5 млрд. кВтч/год. Этот потенциал эквивалентен годовому потреблению 2 млн. т угля в  обычных ТЭС или годовому производству электроэнергии на немецкой АЭС Isar I. Такая  экономия электроэнергии позволила  бы сократить выброс СО2 ориентировочно на 6 млн. т ежегодно! Это послужило  бы существенным вкладом в защиту окружающей среды, если учесть, что  в Германии на освещение расходуется  около 50 млрд. кВт-ч/год (9-10% от общего объема выработанной электроэнергии), а ТЭС, которые вырабатывают электроэнергию, выбрасывают в атмосферу большее 27 млн. т СО2 в год.

В рамках осуществления  энергосберегающей программы SAVE Европейская  энергетическая комиссия провела исследования по выявлению первоочередных мероприятий  по экономии электроэнергии на искусственное  освещение. При этом было выявлено, что все ОУ с ЛЛ в Западной Европе потребляют ежегодно 10 млрд. кВт-ч, что  равно общему годовому потреблению  электроэнергии в Бельгии и Португалии на все промышленные и хозяйственные  нужды.

Основные  области применения осветительных  приборов с ЛЛ - это производственные, административно-управленческие, учебные, лечебные учреждения, музеи и ряд  других объектов. Снижение собственных  потерь ПРА в светильниках, которые  применяются в больших количествах  для общего освещения помещений, создает хорошие предпосылки  для уменьшения затрат электроэнергии в ОУ с ЛЛ.

Энергетическая  комиссия внесла в Европейский парламент  предложения по регламентации требований к повышению энергоэффективности  ПРА для ЛЛ на базе классификации, разработанной CELMA - Европейской ассоциацией  производителей осветительных приборов. Целью этой акции является поэтапное, на протяжении нескольких лет, сокращение объемов выпуска и применение электромагнитных ПРА (как со стандартным, так и с пониженным уровнем потерь) и широкомасштабное внедрение в новые системы освещения светильников, оснащенных энергоэкономичными электронными ПРА. Если эти предложения будут реализованы, то до 2020 г. в странах Европейского Союза в установках внутреннего освещения с ЛЛ можно будет рассчитывать на экономию до 12 млрд. к Вт-ч/год и снижение эмиссии СО2 на ТЭС приблизительно на 6 млн.т/год. Расчеты показали, что реально экономия электроэнергии, которая достигается в установках внутренего освещения при широком использовании новых светильников с ЛЛ повышенной светоотдачи с электронными ПРА, а также регулирующих систем и эффективных методов естественного освещения может составить 75%. Это соответственно обеспечит снижение эмиссии СО2 в 2 раза.

Эксперты  фирмы Philips Licht убедительно доказали, что при реконструкции всех ОУ промышленных и общественных сооружений в Германии с использованием ЛЛ с  повышенной светоотдачей (90 - 100 лм/Вт) и  электронных ПРА, а также ОП с  КПД70% можно в среднем добиться снижения удельной мощности освещения  с 25 до 10 Вт/м2 без ухудшения его  количественных и качественных светотехнических параметров. Это разрешило бы реально  рассчитывать на экономию электроэнергии более чем на 2 млрд. Евро (действующий  в Германии тариф на промышленную электроэнергию равен 0,078 Евро/кВт-ч). Количество ежегодно сэкономленного каменного  угля на ТЭС при этом составило  бы 8,5 млн. т, а это значит, что при  экономии, получаемой от сокращения удельной мощности ОУ в 2,5 раза, объем выбросов СО2 в атмосферу снижается на 25,4 млн. т/год.

Характерно, что в Украине, в отличие от промышленно развитых стран Запада, имеет место чрезмерное потребление  электроэнергии в промышленности и  вместе с тем снижение ее нормы  на освещение квартир. Последний  фактор обусловлен недостаточной, пока что, обеспеченностью населения  жилой площадью и относительно низкими  доходами. И все же социальная неустроенность, хочется верить, явление временное, не настолько принципиальное, чтобы  сдерживать поступь светотехники. Тем  паче, что именно такой прогресс обещает народному хозяйству  незаурядный экономический выигрыш. Так, переход от светильников с традиционными  лампами накаливания (средняя мощность 120 Вт) на энергоэкономичные даст возможность  снизить установленную мощность и потребляемую электроэнергию не меньше, чем на 70 %. При обновлении хотя бы пятой части светильников с ЛН до 2006 г., что целиком реально, суммарное  снижение мощности составит более 3 млн. кВт. Таким образом ежегодная  экономия энергии будет составлять 6 млрд. кВт-ч.