охлаждение воды, позволяющее снизить нагрузку на чиллер и энергопотребление соответствующих компрессоров. Чем больше разница между температурой окружающего воздуха и температурой воды, поступающей в чиллер, тем больше эффект естественного охлаждения и связанное с ним энергосбережение.

Экологические преимущества

Как правило, чиллеры оснащаются электроприводом; в некоторых случаях они используют тепловую энергию. В любом случае, естественное охлаждение приводит к сокращению потребления первичных энергоресурсов.

Воздействие на различные компоненты окружающей среды

Известные воздействия отсутствуют.

Производственная информация

Естественное охлаждение является эффективным в том случае, если температура наружного воздуха хотя бы на 1°C ниже, чем температура воды, поступающей в чиллер. Например, если на рис. 3.43 t1 (температура воды, поступающей в чиллер) равна 11°C, естественное охлаждение может быть задействовано при температуре наружного воздуха (t2) ниже 10°C.

Применимость

Естественное охлаждение применимо при определенных условиях. В случае опосредованной передачи холода температура наружного воздуха должна быть ниже температуры жидкого хладагента, поступающего в чиллер. При непосредственной передаче холода температура наружного воздуха должна быть равной или меньшей, чем заданная температура охлаждения жидкости. При оценке возможности внедрения естественного охлаждения следует учесть возможную потребность в дополнительных площадях.

Согласно оценкам, естественное охлаждение применимо в 25% случаев.

Теплообменники естественного охлаждения могут быть установлены в составе новой системы охлаждения или добавлены к существующей системе.

Экономические аспекты

С использованием естественного охлаждения связаны экономические преимущества: холод наружного воздуха является бесплатным, тогда как его использование позволяет сократить энергопотребление компрессоров и, как следствие, затраты на приобретение энергии.

Как правило, предпочтительным является изучение возможностей для включения естественного охлаждения при проектировании новой системы или планировании значительной модернизации существующей. Период окупаемости для новой системы может составить всего 12 мес.; при добавлении естественного охлаждения к существующей системе период окупаемости может составлять 3 года.

Мотивы внедрения

•простота установки;

•энергосбережение и сокращение затрат.

Примеры

Широко применяется.

Справочная информация

[240, Hardy, , 241, Coolmation]

3.10. Освещение

Общая характеристика

На искусственное освещение приходится значительная доля мирового потребления электроэнергии. В офисных зданиях на освещение расходуется от 20 до 50% общего

271

энергопотребления. Еще более важно то, что для некоторых зданий до 90% затрат на освещение являются излишними, поскольку соответствующая энергия расходуется на избыточное освещение. Поэтому в настоящее время освещение является одной из важнейших составляющих энергопотребления, в особенности, для офисных зданий и других крупных объектов, нуждающихся в освещении. При этом имеется множество способов использования энергии для освещения, различающихся с точки зрения энергоэффективности.

Существует несколько методов, которые могут использоваться для минимизации связанного с освещением энергопотребления любого здания:

a) выявление требований к освещению каждого помещения или участка

Определение того, какой уровень освещенности требуется для каждого вида деятельности, является важнейшей составляющей деятельности по оптимизации систем освещения, поскольку энергопотребление системы растет вместе с уровнем освещенности. Искусственное освещение подразделяется на общее, местное и специализированное; разница между этими видами освещения состоит, главным образом, в распределении света, излучаемого источниками. Очевидно, что для коридора достаточно значительно меньшего уровня освещенности, чем для рабочего места оператора компьютера. Например, для помещений, предназначенных для проведения совещаний и конференций, может быть выбран уровень освещенности 800 лк, тогда как для коридоров здания может быть достаточно освещенности 400 лк:

•системы общего освещения предназначены для равномерного освещения помещения или участка в целом. В помещении общее освещение может обеспечиваться светильниками, находящимися в верхней зоне или, например, лампами, расположенными на столах или на полу. На открытом воздухе в темное время суток уровень освещенности может быть незначительным. Так, при общем освещении парковки уровень освещенности может составлять всего 10–20 лк, поскольку предполагается, что зрение пешеходов и водителей уже адаптировалось к низкой освещенности, и указанного уровня достаточно для безопасного движения по территории;

•специализированное освещение предназначено для выполнения конкретных задач, например, чтения или контроля качества материалов, и, как правило, является наиболее концентрированным видом освещения. Например, для чтения печатных материалов с низким качеством печати может потребоваться освещенность до 1500 лк, а хирургические операции и некоторые задачи, связанные с контролем качества продукции, могут требовать еще более высоких уровней освещенности.

b)анализ качества и организации освещения

•проектирование зданий и интерьеров (включая выбор геометрии помещений и материалов для поверхностей) с учетом климатических особенностей естественного освещения и расположения здания для оптимизации использования естественного освещения. Более широкое использование естественного освещения не только позволяет снизить энергопотребление, но и благоприятно влияет на здоровье и производительность персонала;

•планирование мероприятий по оптимизации использования естественного освещения;

•анализ требований к спектральному составу освещения для всех видов деятельности, требующих искусственного освещения;

•выбор типов светильников и ламп, отвечающих уровню наилучших доступных технологий в сфере энергоэффективности.

К основным типам электрических ламп и осветительных устройств относятся:

лампы накаливания: в такой лампе электрический ток протекает через тонкую металлическую нить и нагревает ее, в результате чего нить испускает электромагнитное излучение. Стеклянная колба, заполненная инертным газом, предотвращает быстрое разрушение нити вследствие окисления кислородом воздуха. Преимуществом ламп накаливания является то, что лампы этого типа могут производиться для широкого диапазона напряжений – от нескольких вольт до нескольких сот вольт. В силу низкой эффективности («светового КПД», учитывающего только

272

энергию излучения в видимом диапазоне) ламп накаливания эти устройства во многих применениях постепенно вытесняются люминесцентными лампами, газоразрядными лампами высокой интенсивности, светодиодами и другими источниками света.

газоразрядные лампы: этот термин охватывает несколько видов ламп, в которых источником света является электрический разряд в газовой среде. Основу конструкции такой лампы составляют два электрода, разделенные газом. Как правило, в таких лампах используется какойлибо инертный газ (аргон, неон, криптон, ксенон) или смесь таких газов. Помимо инертных газов, газоразрядные лампы в большинстве случаев содержат и другие вещества, например, ртуть, натрий и/или галогениды металлов. Так, широко распространенная люминесцентная лампа представляет собой ртутную газоразрядную лампу, внутренние стенки которой покрыты люминофором. Газоразрядные лампы высокой интенсивности требуют большей силы тока, чем люминесцентные. Существует множество разновидностей таких ламп, в которых используются различные вещества. Конкретные виды газоразрядных ламп часто называются по используемым в них веществах – неоновые, аргоновые, ксеноновые, криптоновые, натриевые, ртутные и металлогалогенные. К наиболее распространенным разновидностям газоразрядных ламп относятся:

•люминесцентные лампы;

•металлогалогенные лампы;

•натриевые лампы высокого давления;

•натриевые лампы низкого давления.

Газ, заполняющий газоразрядную лампу, должен быть ионизирован под действием электрического напряжения, чтобы приобрести необходимую электропроводность. Как правило, для запуска газоразрядной лампы («зажигания» разряда) требуется более высокое напряжение, чем для поддержания разряда. Для этого используется специальные «стартеры» или другие зажигающие устройства. Кроме того, для нормальной работы лампы необходима балластная нагрузка, обеспечивающая стабильность электрических характеристик лампы. Стартер в сочетании с балластом образуют пускорегулирующий аппарат (ПРА). Температура разряда может достигать нескольких тысяч градусов Цельсия. Газоразрядные лампы характеризуются длительным сроком службы и высоким «световым КПД». Недостатки этого типа ламп включают относительную сложность их производства и необходимость дополнительных электронных устройств для их стабильной работы.

•серные лампы: серная лампа представляет собой высокоэффективное осветительное устройство полного спектра без электродов, в котором источником света служит плазма серы, нагреваемая микроволновым излучением. Время разогрева серной лампы значительно меньше, чем у большинства типов газоразрядных ламп, за исключением люминесцентных, даже при низких температурах окружающей среды. Световой поток серной лампы достигает 80% максимальной величины в течение 20 с после включения; лампа может быть перезапущена примерно через пять минут после отключения электроэнергии;

•светодиоды, в т.ч. органические: светодиод представляет собой полупроводниковый диод, излучающий некогерентный свет в узком спектральном диапазоне. Одним из преимуществ светодиодного освещения является его высокая эффективность (световой поток в видимом диапазоне на единицу потребленной электроэнергии). Светодиод, в котором эмиссионный (излучающий) слой состоит из органических соединений, называется органическим светодиодом (OLED). Органические светодиоды легче, чем традиционные, а преимуществом полимерных светодиодов является их гибкость. Коммерческое применение обоих указанных типов светодиодов уже начато, однако их использование в промышленности пока ограничено.

Характеристики различных типов источников света, в т.ч. их эффективность, существенно различаются, как показано в табл. 3.27:

273

(1) 1 лм = 1 кд·ср = 1 лк/м2. (2) Цветовая температура определяется как температура абсолютно черного тела, обладающего сходным спектром. (3) Спектры этих ламп существенно отличаются от спектра абсолютно черного тела.

(4) Индекс цветопередачи представляет собой меру способности источника передавать цвета различных предметов, освещенных данным источником.

Таблица 3.27: Характеристики и эффективность различных источников света

Наиболее эффективным электрическим источником света является натриевая лампа низкого давления. Она испускает практически монохромный (оранжевый) свет, сильно искажающий зрительное восприятие цветов. По этой причине данный тип ламп используется, главным образом, для наружного освещения. «Световое загрязнение», создаваемое натриевыми лампами низкого давления, может быть легко отфильтровано в отличие от света других источников с широким или непрерывным спектром.

Данные о возможных вариантах организации освещения, включая существующие типы источников света, распространяются, в частности, в рамках европейской программы Green Light («Зеленый свет»). Эта добровольная инициатива направлена на содействие ее партнерам – частным и государственным организациям – в повышении энергоэффективности систем освещения. Партнеры инициативы принимают обязательство перед Европейской Комиссией устанавливать на своих объектах энергоэффективные системы освещения при условии, что это (1) является экономически эффективным и (2) позволяет сохранить или повысить качество освещения.

c)управление системами освещения

•внедрение систем управления освещением, использующих датчики присутствия, таймеры и другие устройства, позволяющие снизить затраты энергии на избыточное освещение;

•обучение персонала наиболее эффективному использованию осветительного оборудования;

•техническое облуживание систем освещения для сведения к минимуму потерь энергии.

Экологические преимущества

Энергосбережение.

274

Воздействие на различные компоненты окружающей среды

Некоторые типы ламп, например, люминесцентные ртутные лампы, могут содержать такие токсичные вещества, как ртуть или свинец. По окончании срока службы такие лампы должны быть переработаны или размещены надлежащим образом.

Производственная информация

Обеспечение оптимального уровня освещенности и спектрального состава света для каждой задачи и типа среды является важной задачей. Неадекватное освещение может привести не только к потерям энергии, но и к негативным эффектам для здоровья и психологического состояния персонала, включая головные боли, стресс и повышенное кровяное давление. Кроме того, следствием бликов или чрезмерной освещенности может быть снижение производительности труда. Было показано, что искусственное освещение в ночной период может вызывать нарушения менструального цикла.

Для оценки результативности программ по повышению энергоэффективности могут формироваться модели системы до и после осуществления проекта, а также использоваться другие методы оценки, основанные на методологии «оценки и верификации» (см. раздел 7.8.2). Четыре варианта управления и верификации представлены в табл. 3.28.

Таблица 3.28: Подходы к оценке объемов энергосбережения в результате проектов по повышению энергоэффективности систем освещения

275