Контрольні запитання

1. Типи джерел світла їх термін служби та світловіддача.

2. Перерахуйте основні достоїнства та недоліки різних типів ламп.

3. Які показники використовують при аналізі джерел світла?

4. Енергозберігаючі заходи в системах освітлення.

5. Потенціал енергозбереження існуючих приладів за рахунок їх чистки.

6. Потенціал енергозбереження та вида автоматизованого управління освітленням.

7. Основні способи управління системою освітлення та їх застосування?

8. Типи пускорегулювальної апаратури.

9. Вимоги до систем штучного освітлення?

10. Які чинники впливають на економічну ефективність впровадження енергозберігаючих заходів?

2.2 Економія електричної енергії в вентиляційних системах

Системи вентиляції та кондиціювання повітря є одними з найбільш суттєвих споживачів електричної енергії як в промисловості, сільському господарстві так і побуті. Корисною роботою, що виробляється системою вентиляції в залежності від її функціонального призначення, є подача, видалення, або подача та видалення повітря із приміщення.

Загальна функціональна схема системи вентиляції може бути представлена в вигляді наступних елементів: блок перетворення електричної енергії в механічну; передатний механізм; блок перетворення механічної енергії в аеродинамічну; повітропроводи. Якщо пред’являються додаткові вимоги до охолодження чи нагрівання повітря, то в структурну схему додається ще один елемент – кондиціонер, що змінює фізичні властивості повітря. Виділяють наступні основні задачі (які визначають корисну роботу, що виконується системою):

• подача в приміщення необхідної кількості повітря;

• видалення з приміщення шкідливостей, що знаходяться в повітрі;

• підтримка необхідних параметрів повітряного середовища;

• видалення стружки, обрізок і т.д.

Найбільш розповсюдженим типом вентиляторів є відцентрові й осьові машини.

Осьові вентилятори в основному мають безпосередній привод від двигуна, але іноді зустрічаються пасові передачі. Реверсивний осьовий вентилятор може змінювати напрямок потоку. Але в цьому випадку ККД його нижче, а рівень шуму вище. Нові моделі з більш ефективними лопатками мають ККД близько 70-80 %.

Відцентрові вентилятори рекомендуються для вентиляційних установок високого тиску, витрати і від яких вимагається низький рівень шуму. Найбільш ефективними є відцентрові вентилятори з лопатками, що загнуті назад, ККД яких коливається в межах 70-85 %. Цей тип лопаток застосовується для підвищених витрат і тиску.

Загальні положення

Визначення потужності вентилятора. Затрачувана потужність на виконання корисної роботи може бути визначена з наступної формули: , де: - продуктивність (об’ємна витрата), що представляє собою об’ємну кількість газів, яка поступає в вентиляційну установку за одиницю часу (м³/с); - повний тиск (напір), який розвивається вентиляційною установкою, що представляє собою різницю повних тисків потоку при виході з вентиляційної установки та при вході в неї (Па).

Необхідна механічна потужність, що забезпечує обертання валу вентилятора, визначається за формулою: , де: - обертовий момент на валу вентилятора (Н·м); - частота обертання валу вентилятора (сˉ¹).

Необхідний обертовий момент на валу вентилятора створюється шляхом перетворення електричної енергії в механічну за допомогою електродвигуна.

З урахуванням втрат в вентиляційній установці потужність, що споживається вентилятором, можна визначити за формулою:

, де: ( )- повний тиск (напір); - продуктивність; - ККД вентилятора. Звичайно від 0,4 до 0,9; - ККД електродвигуна. Звичайно від 0,7 до 0,95; - ККД транспортування повітря. Звичайно від 0,9 до 0,99.

Основні заходи підвищення ефективності використання енергії системами освітлення

Ефективність перетворення енергії. Ефективність перетворення електричної енергії в механічну визначається по величині ККД двигуна. Для підвищення ефективності використання енергії вентиляційними установками необхідно використовувати такі електродвигуни, максимальне значення ККД яких припадає на розрахункове значення потужності вентилятора, тобто оптимальна потужність двигуна збігалася із потужністю вентилятора.

Передача механічної енергії від двигуна до вентилятора може здійснюватись за рахунок різних видів передач. Отже, ефективність роботи передатного механізму залежить від виду та типу передачі, її технічного стану, а також від її корисного навантаження та може бути оцінена по величині номінального ККД передачі і залежності ККД від завантаження механізму.

Орієнтовні значення номінального ККД можна прийняти для різних видів передач у відповідності з таблицею

Вид передачі	Тип передачі		ККД
Безпосередня насадка колеса вентилятора на вал двигуна	-		1
З’єднання валів вентилятора та двигуна за допомогою муфти	-		0,98
Теж саме за допомогою пасової передачі	-		0,95
Зубчасті колеса на підшипниках гойдання	Закрита з рідкою змазкою	Циліндрична	0,97-0,99
		Конічна	0,96-0,98
	Відкрита з консистентною змазкою	Циліндрична	0,95-0,97
		Конічна	0,94-0,95
Черв’ячні редуктори	Число витків	1	0,7-0,75
		2	0,75-0,82
		3-4	0,82-,0,92

Для зменшення втрат енергії в вентиляційних системах необхідно періодично перевіряти справність роботи передатних механізмів, своєчасно змащувати рухливі деталі та підшипники, замінювати розтягнуті паза.

Аеродинамічні втрати. При передачі аеродинамічної енергії по повітропроводу виникають втрати. Ці втрати обумовлені втратами тиску на тертя та в місцях опору, які виникають під час руху потоку повітря по магістралі, а також різницею тиску в місцях всмоктування та нагнітання.

, де

- втрати тиску на всіх ланках магістралі;

- продуктивність вентиляційної установки.

У прямих повітроводах опір тертя можна розрахувати по формулі: , де: R - втрати від тертя на метр [Па/м]; l- довжина ділянки [м]; λ -коефіцієнт тертя; v- швидкість повітря [м/с]; d_h -діаметр круглого повітроводу або гідравлічний чи приведений діаметр повітроводу прямокутного перетину

Перепад тиску на окремій ділянці можна розрахувати по формулі: , де: ζ -к оефіцієнт опору; ρ- щільність повітря [кг/м³]; v- швидкість повітря [м/с].

Загальний перепад тиску складається з:

• Перепаду на самій вентиляційній установці

• Перепаду у повітроводах

• Перепаду на шиберах

• Перепаду на фільтрах

• Перепаду в приточній і витяжний частинах

З того, що витрати енергії на транспорт повітря через систему повітроводів прямо пропорційні перепаду тиску в системі, випливає, що при зниженні втрати тиску в системі повітроводів можна досягти зниження енергоспоживання системою вентиляції. Зниження втрат тиску в систем повітроводів можна досягти за рахунок:

• Симетричності системи повітроводів з мінімально можливою кількістю вигинів.

• Застосування звичайних шиберів тільки у випадку крайньої необхідності.

• Мінімального використання гнучких повітроводів.

• Швидкість повітря в основних повітроводах повинна складати від 7 до 8 м/с, а в розподільних повітроводах - від 4 до 5 м/с.

• Використання повітроводів круглого замість прямокутного перетину. Круглий повітровід із площею перетину, що дорівнює площі прямокутного повітроводу, має менший перепад тиску.

• Підбора аеродинамічно правильних конструкцій поворотів, перехідників діаметра, шумопоглиначів та ін. Застосування направляючих повітря пристроїв може дати зниження перепаду тиску на великих вигинах.

• Застосування матеріалів з меншим опором тертя.

Перепад тиску також залежить від швидкості повітря у повітроводах і їх конструкції. У вентиляційних установках швидкість повітря повинна бути в межах від 1,5 до 2,5 м/с.

Терміни роботи. Енергоспоживання на транспорт повітря прямо пропорційно часу її роботи. Зміна часу роботи може бути здійснена або вручну, або автоматично (таймери чи датчики). Ручне керування може бути організоване при установці вимикачів у приміщенні. У такому випадку користувачі самі можуть включати/виключати вентиляцію. Такий тип регулювання найчастіше застосовується для приміщень, що використовуються нерегулярно. Таймери можуть застосовуватися, якщо вентиляція використовується в заздалегідь визначені інтервали часу. Наприклад, офісні приміщення чи шкільні класи. При зупинці системи вентиляції необхідна зупинка локальних циркуляційних насосів. Необхідно впроваджувати адміністративні заходи по скорочення часу роботи вентиляційних систем. Так наприклад, відключення системи на час перерв та в неробочі години.

Регулювання режимів роботи.

На сьогодні більшість підприємств працюють з неповним завантаженням виробничого обладнання, а отже необхідне вентиляційне навантаження менше проектного. В зв'язку з цим необхідно розглянути наступні заходи:

• Зменшення кратності повітрообміну в приміщеннях,

• Заміна малонавантажених приводних двигунів двигунами меншої потужності,

• Застосування регулювання витрат повітря:

Існують наступні основні способи регулювання витрати повітря через вентилятор:

• П асові приводи з різним діаметром шківів

• Застосування частотних регуляторів на електроприводах

• Регулювання за допомогою шиберів

• Направляючі лопатки

• Багатошвидкісних двигунів

Діаграма енергоспоживання вентилятора в залежності від витрат повітря для різних методів регулювання представлена на малюнку, де 1 – частотне регулювання.регулювання, 2- за допомогою шибера; 3 – дроселювання; 4 – приводи з регулюванням діаметру шкивів; 5 – регулювання за допомогою направляючого апарату.

Регулювання швидкістю обертання. При перемінній частоті обертання (з використанням частотних перетворювачів) швидкість обертання можна регулювати практично від нуля до максимальної витрати. Частотні перетворювачі виробляються для номінального навантаження від 100 Вт до приблизно 500 кВт. Сьогодні це найбільше енергоефективний спосіб регулювання витрати повітря вентиляційної установки. Енергозберігаючий ефект від використання такого способу регулювання оцінюється за законами пропорційності.

Для вентиляторів характерні наступні співвідношення (закони пропорційності):

• Витрата повітря пропорційна частоті обертання

• Підвищення тиску пропорційно квадрату частоти обертання

• Споживання потужності пропорційно кубу частоти обертання

Приводи з різним діаметром шківів. На пасових передачах з різним діаметром шківів частота обертання може бути визначена по формулі: , де: n_v - частота обертання вентилятора; n_m - частота обертання електропривода; d_v - діаметр шківа на вентиляторі; d_m- діаметр шківа на електромоторі.

Використовуючи закони пропорційності при зменшенні частоти обертання на 10% споживана потужність зменшується на 27%.

Дроселювання. Регулювання продуктивністю вентилятора шляхом введення в мережу додаткового опору (дроселювання) на практиці застосовується досить часто. При введені в мережу додаткового опору крива, що характеризує (зменшення дроселем поперечного опору повітропроводу) знижується продуктивність (обємна витрата) вентиляційної установки, а отже має місце деяке зниження потужності, що споживається. Це зниження потужності, а отже і ефективність дроселювання залежить від типу вентилятора. Загалом цей спосіб регулювання продуктивності вентилятора є самим неефективним.

Направляючий апарат. Це пристрій, призначений для завихрення потоку повітря перед входом в колесо вентилятора. Використовується для радіальних вентиляторів. При штучному завихренні потоку повітря тиск перед робочим колесом зменшується. Відповідно до цього зниження тиску призводить до того, що вентилятор починає працювати по новій характеристиці, причому чим більший кут нахилу лопаток направляючого апарату, тим більше знижується тиск і тим крутіше спадає характеристика вентилятора, що створює подібність використання способу регулювання швидкістю обертання. Таким чином зменшується потужність, що споживається вентиляційною установкою.

Зниження потужності визначається з кривої 5 приведеноъ на малюнку:

, де: та - продуктивність та споживана потужність при початковому режимі роботи (без регулювання); та - продуктивність та споживана потужність при будь-якому режимі регулювання. На економічність роботи вентилятора при застосуванні направляючого апарату впливає величина відносного діаметру вхідного колеса, кут виходу лопаток колеса, початковий режим роботи вентилятора. Чим менший діаметр, тим меншою є економія.

Досвід показує, що за допомогою направляючих лопаток можна регулювати до 30 % витрати. Направляючі лопатки є дешевою альтернативою частотним перетворювачам.

Контрольні запитання

1. Які задачі систем вентиляції? Що таке корисна робота системи та її види?

2. Основні типи вентиляційних установок.

3. Визначення потужності привідного електродвигуна вентиляційної установки.

4. На що використовується потужність, підведена до вентиляційної установки? Складові енергобалансу системи та їх визначення?

5. Основні заходи підвищення ефективності використання електроенергії в вентиляційних системах?

6. Аеродинамічні втрати повітря.

7. За рахунок чого можна досягти зменшення втрат тиску в повітропроводах?

8. Способи регулювання, їх застосування та ефективність.

9. Які чинники впливають на ефективність впровадження енергозберігаючих заходів.

10. Закони пропорційності для систем вентиляції?