МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

“КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

ІНСТИТУТ ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ ТА ЕНЕРГОМЕНЕДЖМЕНТУ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ТА ЗАВДАННЯ

ДО ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

З КУРСУ “ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ В ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСАХ” (ЕЛЕКТРИЧНА ЧАСТИНА)

для студентів спеціальності 7.000008 “Енергетичний менеджмент”

Київ 2003

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

“КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

ІНСТИТУТ ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ ТА ЕНЕРГОМЕНЕДЖМЕНТУ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ ТА ЗАВДАННЯ

ДО ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

З КУРСУ “ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ В ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСАХ” (ЕЛЕКТРИЧНА ЧАСТИНА)

для студентів спеціальності 7.000008 “Енергетичний менеджмент”

Затверджено

Вченою радою ІЕЕ

Протокол № 6 від “ 12 ” лютого 2003 р.

Директор ІЕЕ

Київ 2003

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу “Енергозбереження в технологічних процесах” (електрична частина) для студентів спеціальності 7.000008 “Енергетичний менеджмент”. Укл. О.М. Суходоля. – К.: НТУУ”КПІ”, 2004. – ст.

Мета даної розробки – методична допомога студентам при вивченні курсу “Енергозбереження в технологічних процесах”, які дозволяє закріпити теоретичні знання, отримати навички їх практичного використання, опанувати методики аналізу технічно можливих заходів підвищення енергетичної ефективності технологічних процесів, визначення потенціалу енергозбереження при застосуванні вибраних енергозберігаючих заходів.

Укладачі: О.М. Суходоля, канд. техн. наук,

Рецензенти: В.П. Розен, канд. техн. наук, проф.,

О.І. Соловей, канд. техн. наук, доц.

ЗМІСТ

1 ЗАГАЛЬНІ ПОЛОЖЕННЯ		5
1.1 Мета проведення лабораторних робіт		5
1.2 Тематика лабораторних робіт		5
1.3 Проведення лабораторних робіт		5
2 ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ		6
2.1 Економія електричної енергії в системах штучного освітлення		6
2.2 Економія електричної енергії в вентиляційних системах		10
2.3 Економія електричної енергії в системах стисненого повітря		14
2.4 Економія електричної енергії в системах електроприводів		17
2.5 Економія електричної енергії в дугових сталеплавильних печах		23
3 ПРОГРАМА ВИКОНАННЯ		27
4 ЗАВДАННЯ		28

1 Загальні положення

1.1 Мета проведення лабораторних робіт

Мета лабораторного практикуму – поглибити та систематизувати теоретичні знання з курсу “Енергозбереження в технологічних процесах” (електрична частина), набути вміння та навички застосування цих знань для розв’язання практичних задач енергозбереження.

1.2 Тематика лабораторних робіт

Лабораторні роботи проводяться за темами курсу “Енергозбереження в технологічних процесах” (електрична частина):

Економія електричної енергії в системах штучного освітлення;

Економія електричної енергії в вентиляційних системах;

Економія електричної енергії в системах стисненого повітря;

Економія електричної енергії в системах електроприводів;

Економія електричної енергії в дугових сталеплавильних печах.

1.3 Проведення лабораторних робіт

До проведення лабораторної роботи допускаються студенти, що підготували програму роботи. На титульній сторінці підготовленої програми роботи необхідно обов’язково зазначити тему лабораторної роботи.

Лабораторна робота виконується студентами самостійно при попередньому вивченні теоретичних відомостей за темою роботи, наявності підготовленої програми роботи та вивченні програми виконання роботи.

Програма проведення лабораторної роботи має включати:

1. Ознайомлення з “програмою” та правилами її користування.

2. Ознайомлення із запропонованими варіантами енергозберігаючих заходів, відповідно до заданого варіанту та оцінка економічного ефекту від їх впровадження.

3. Визначення потенціалу енергозбереження в заданій установці в залежності від різних режимів роботи та вихідних даних.

4. Визначення ефективності впровадження енергозберігаючих заходів на основі попередньої оцінки вартості заходів.

5. Оцінка впливу тарифу та тарифної системи на ефективність реалізації енергозберігаючих рішень.

6. Вибір найбільш доцільних енергозберігаючих заходів для установки та оформлення роботи до захисту.

2. Теоретичні відомості

2.1 Економія електричної енергії в системах штучного освітлення

Показником ефективності будь-якого джерела світла є його світловіддача, чим більше її числове значення, тим більш ефективне джерело світла. Світловіддача представляє собою відношення світлового потоку джерела світла до потужності, що споживається. Одиниці вимірювання – люмен на Ватт (лм/Вт). Джерел світла характеризуються енергетичними, світлотехнічними, електротехнічними та експлуатаційними показниками (Табл. 1).

Енергетичні показники: енергетичний ккд лампи – це відношення повного потоку випромінювання лампи (Вт) до потужності лампи (Вт); ефективний ккд потоку випромінювання лампи – це відношення ефективного потоку випромінювання лампи (Вт) до потужності лампи (Вт).

Світлотехнічні показники: ефективний потік випромінювання лампи; світловіддача лампи; спектральний склад випромінювання лампи; пульсація світлового потоку.

Електротехнічні показники: номінальна потужність лампи; номінальна напруга лампи; номінальна напруга мережі на яку розрахована лампа.

Експлуатаційні показники: корисний строк служби; середня тривалість роботи до зміни одного з параметрів більше за межу, встановлену стандартом; залежність основних параметрів лампи від відхилення напруги мережі.

Табл. 1.

Тип лампи		Uном, В	Рном, Вт	Світловіддача, лм/Вт	Темп-ра розжарення, ºС	Троб, г	Робочі характеристики
Лампи розжарення		220, (225-235)	15, 25, 40, 60, 100, 150, 200, 300, 500, 750, 1000, 1500	7-30	2500-3000	1000	Достоїнства ламп: виготовляються в широкому асортименті, на різні потужності, напруги та різних типів, пристосованих до визначених умов; безпосередньо вмикаються в мережу без додаткових пристроїв; працюють навіть при значному відхиленні напруги мережі від номінального; невелике зниження світлового потоку (приблизно 15%) к закінченню строку служби; майже повна незалежність від умов оточуючого середовища; компактність. Недоліки ламп: низка світловіддача; в спектрі випромінювання домінує жовто-червона частина спектр; обмежений строк служби; з підвищенням напруги різко зменшується строк служби.
Газорозрядні	ЛЛ	12,36, 110, 220	4,6,8,15, 20, 30, 40, 65, 80, 150	65-80	2500	10000	Достоїнства ламп: висока світловіддача; великий строк служби (до 10000 годин); можливість мати джерела світла різного спектрального складу при кращій передачі кольорів ніж в ламп розжарення; відносно мала яскравість. Недоліки ламп: відносно складна схема ввімкнення; обмежена одинична потужність та великі габаритні розміри при даній потужності; неможливість ввімкнення ламп розрахованих на змінну напругу в мережі з постійною напругою; залежність характеристик ламп від умов зовнішнього середовища (при відхиленні від оптимальної температури 18-25°С світловий потік та світловіддача зменшуються); область використання обмежена по температурі – не нижче +5°С; значне зниження потоку к закінченню строку служби (до 54% від номінального); шкідлива для зору пульсація світлового потоку - 100 Гц при змінному струмі 50 Гц.
	ЛВТ	220, 380	80-1000	60-160	2500-3000	3000-15000	Достоїнства ламп: висока світловіддача; великий строк служби; компактність; невелика залежність від умов навколишнього середовища. Недоліки ламп: в світловому спектрі домінує синьо-зелене випромінювання, можливість роботи лише на змінному струмі; необхідність ввімкнення через баластний дросель; довгий період запалення (приблизно 7 хв.); повторне запалення лише після повного охолодження (приблизно 10 хв.); пульсація світлового потоку більше ніж у люмінесцентних ламп; значне зниження світлового потоку к закінченню строку служби.
Металогалогенні		220, 380	250-2000	70-95	3000	5000-20000	Достоїнства ламп: найкраща передача кольорів; висока світловіддача; великий строк служби; відсутність люмінофорного покриття; великий діапазон потужностей. Недоліки ламп: миготіння ламп; відносно велика вартість; наявність ПРА; залежність світлового потоку від положення лампи (при горизонтальному розміщенні світловий потік зменшується на 15-18%).
Натрієві		380	250-2000	100-180	2000-3000	10000-15000	Достоїнства ламп: найбільш висока світловіддача; висока стабільність світлового потоку в часі; незалежність світлового потоку від коливань напруги; великий строк служби. Недоліки ламп: найгірша передача кольорів; високий коефіцієнт пульсації; наявність ПРА.
Ксенонові		110, 220, 380	5000-100000	100-170	750-800	300, 500, 750	Достоїнства ламп: хороша передача кольорів; немає потреби в пускових пристроях; висока концентрації потужності в одній лампі; можливість освітлення великої поверхні при малій кількості ламп. Недоліки ламп: висока вартість; короткий строк служби; складність зменшення пульсації; санітарні обмеження по освітленості.

Розрахунок показників енергоспоживання. Встановлена потужність:

, де: - потужність освітилювальної установки i-ого приміщення; - коефіцієнт втрат в пускорегулюючій апаратурі освітилювальної установки; - потужність лампи; - кількість однакових ламп в i-ому приміщенні.

Річне енергоспоживання: , де: - сумарне річне споживання електричної енергії; - річне число годин роботи системи освітлення; - коефіцієнт використання потужності.

Основні заходи підвищення ефективності використання енергії системами освітлення

Перехід на інший тип джерела світла з більш високою світловіддачею. Економія електроенергії в результаті цього заходу розраховується за формулою: , де: - коефіцієнт ефективності заміни типу джерела світла ( ); - світловіддача існуючого джерела світла (лм/Вт); - світловіддача нового джерела світла (лм/Вт).

Підвищення ККД існуючих приладів за рахунок їх чистки. Несвоєчасна чистка світильників може знизити освітленість на 15-20%. В зв’язку з цим на кожному підприємстві повинен бути графік чистки світильників. Рекомендовані строки чистки світильників наступні:

• В приміщенні із значним виділенням пилу, диму, кіптяви (цехи доменні, мартенівські, ливарні, ковальські, цементних заводів, збагачувальних фабрик, підготовчі відділи текстильних фабрик та інші) – 2 рази на місяць;

• В цехах з середнім виділенням (прокатні, механічні, складальні та інші) – 1 раз на місяць;

• З незначним виділенням – 1 раз в 3 місяці;

• Установки зовнішнього освітлення – 1 раз на 4 місяці.

При проведенні регулярної чистки засклень виробничих приміщень (не менше 2 разів на рік) можна скоротити строк горіння ламп при двозмінній роботі не менше ніж на 15% взимку та на 50-70% влітку.

Економія електроенергії в результаті цього заходу розраховується за формулою:

, де: - коефіцієнт ефективності чистки світильників, ,

де: - постійні для заданих умов експлуатації світильників, t – тривалість експлуатації світильників між двома чистками.

Підвищення ефективності використання відбитого світла. Поверхні, які пофарбовані в світлий тон здатні більше відбивати світло, а тому є більш ефективні. Такі поверхні необхідно час від часу перефарбовувати, мити для забезпечення економічного використання освітлення. Підвищення коефіцієнта відбиття поверхні на 15-20% та більше (фарбування в світлий тон, побілка, мийка) дозволяє економити 5-15% електроенергії в наслідок збільшення рівня освітленості від природного та штучного освітлення.

Автоматизація управління освітленням. Автоматизація управління зовнішнім освітленням в порівнянні з ручним (по статистичним даним) дає економію електроенергії приблизно 2-4%. Управління освітленням в приміщеннях з боковим та комбінованим світлом повинно забезпечувати можливість відключення рядів світильників, паралельних вікнам. В великих цехах світильники повинні вимикатися групами. Ці заходи можуть привести до економії 5-10%.

Дистанційне автоматичне або ручне управління штучним освітленням дозволить:

• Своєчасно вмикати та виминати систему освітлення (частково або повністю) на початку та в кінці робочих змін з урахуванням графіку роботи обладнання. Економія електроенергії при цьому складає 10-15%;

• Вимикати освітлювальну систему на час обідньої перерви (при тривалості перерви більше 45 хв.), залишаючи ввімкненим лише чергове освітлення. Економія електроенергії до 10-15%;

• В приміщеннях з комбінованим освітленням регулювати ввімкнення та вимкнення частини освітлювальної установки в залежності від рівня природного освітлення. Економія електроенергії 10-20%.

Економія електроенергії в результаті цього заходу розраховується за формулою:

, де: - коефіцієнт ефективності автоматизації управління освітленням, який залежить від рівня складності системи регулювання.

В таблиці представленні значення Кеа для приміщень та організацій з звичайним режимом роботи (1 зміна)

№	Рівень складності автоматизованого управління освітленням	Кеа
1	Контроль рівня освітленості та автоматичне ввімкнення і вимкнення системи при критичному значенні Е	1,1-1,5
2	Зональне управління освітленням (ввімкнення та вимкнення дискретно в залежності від зонального розподілення природного освітлення)	1,2-1,25
3	Плавне керування потужністю та світловим потоком світильників в залежності від розподілення освітленості	1,3-1,4

Встановлення ефективної пуско-регулювальної апаратури (ПРА). Для зниження витрат електроенергії освітлювальними установками необхідно здійснювати контроль справності баластних та компенсуючих конденсаторів в ПРА для люмінесцентних ламп. При пробої баластного конденсатора в індуктивно-ємкісному ПРА дволампових люмінесцентних світильників приблизно в 4,4 рази збільшується реактивний струм, що споживається світильником, та відповідно, збільшуються втрати потужності в електричній мережі. При пробої компенсуючого конденсатора реактивний струм збільшується в два рази, а втрати потужності в 4 рази.

Для люмінесцентних ламп характерним є режимом роботи з контактами, які залипли (світяться лише кінці лампи). В такому режимі струм світильника збільшується в 1,2-1,8 рази в порівнянні з номінальним та одночасне зниження світлового потоку. Тому своєчасна заміна стартерів є заходом по економії електроенергії.

Економія електроенергії в результаті цього заходу розраховується за формулою:

, де: - коефіцієнт втрат в ПРА існуючої системи освітлення; - коефіцієнт втрат в новій ПРА.

Зниження напруги. Для приміщень з епізодичним використанням освітлювальних установ, де можливе зниження освітленості, можливо отримати економію за рахунок зниження напруги. При використанні такого способу доцільно також врахувати, що при роботі ламп на зниженій напрузі збільшується термін служби ламп. Економічний ефект наведений в таблиці.

Тип лампи	Рівень напруги, % Uном	Світловий потік, % Фном	Економія електроенергії, % Wном
Розжарення	90 85	68 56	15 23
Ртутні типу ДРЛ	90 85	67 51	24 36
Люмінесцентні (з компенсованим ПРА)	90 85	90 84	13 19
Ксенонові типу ДКсТ	90 85	55 33	35 53

Заміна світильників. Заміна світильників є найбільш ефективним комплексним заходом, оскільки включає в себе заміну ламп, підвищення ККД світильника, оптимізацію розподілення світового потоку та розміщення світильників. Оптимальний період заміни залежить від затрат на електричну енергію та від затрат на оплату робочої сили для заміни конкретної установки. Загальне правило заміни ламп складається з того, що групова заміна повинна проводитись тоді, коли вартість марно витраченої енергії буде вартості заміни ламп. Додаткове обмеження, лампи необхідно замінювати до того, як їх світовий потік зменшиться до 70% від початкового значення.

Економія електроенергії в результаті цього заходу розраховується за формулою: , де: - встановлена потужність після заміни світильників; - річне число годин роботи системи штучного освітлення.

При спрощеній оцінці (заміна світильника на аналогічний по розміщенню та розподілу світлового потоку) можна використовувати наступну формулу:

, де: , - паспортний ККД існуючого світильника; - паспортний ККД світильника, що встановлюється.