5. Оценка потребления энергоресурсов

Если измерение энергии и энергопотоков счётчиками невозможно, следует оценивать потребление энергии, основываясь на показаниях и режиме работы имеющегося оборудования. На практике, из-за ограниченности ресурсов и времени, это один из самых популярных методов расчёта энергопотребления. Суть этого метода отражена на рис. 10. Из рисунка видно, что СРЕДНИЙ уровень энергопотребления рассчитывается путём умножения НОМИНАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ оборудования на КОЭФФИЦИЕНТ ЗАГРУЗКИ. Информацию по номинальной мощности оборудования можно получить из нескольких источников: по маркировке оборудования или из инструкции по эксплуатации, хотя иногда необходимо учитывать прошлый опыт работы и использованную мощность аналогичного оборудования. Коэффициент средней загрузки иногда указывается в инструкциях и опубликованных исследований. Однако энергоаудитору часто придётся самостоятельно оценивать значение загрузки в течение периода эксплуатации.

 Затем, для нахождения величины потребления энергии в год полученная величина умножается на ВРЕМЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОБОРУДОВАНИЯ ЗА ГОД. Эта информация может быть получена из данных по аналогичным установок. Опрос операторов - также хороший источник для уточнения времени работы, однако операторы часто не уверены в том, как часто используется некоторое оборудование. Поэтому мы должны  различать бездействующее оборудование и оборудование, функционирующее в  нормальных условиях. Рассчитывая время использования оборудования за год, необходимо учитывать простои оборудования в связи с текущим ремонтом, запланированным и незапланированным.

Преимущество данного метода заключается в том, что для расчётов не требуется специальных инструментов, а недостатком является то, что метод основан на определённых предположениях и допущениях.

Из-за необходимости делать допущения данный метод является  надёжным в том случае, если хорошо известны детали эксплуатации оборудования. Например, если мы знаем количество и мощность ламп, освещающих парковку машин, а также нам известно, сколько времени в году эти лампы включены, описываемый метод расчёта будет довольно точен. Для более сложного оборудования, которое автоматически меняет мощность в течение технологического процесса, расчёт энергопотребления гораздо сложнее. В таких случаях могут помочь измерения, выполненные на оборудовании при его тестировании. Кроме того, можно использовать данные, опубликованные институтами энергетических исследований. Очень часто бывает трудно рассчитать точное количество часов потребления энергии оборудованием. В подобных ситуациях опрашиваются операторы и изучаются журналы включения и отключения оборудования. Кроме того, если работа оборудования контролируется автоматически (а именно, выключателем с часовым механизмом), это тоже обеспечит нас требуемой информацией.

Чтобы успешно использовать в энергоаудите рассчитанное потребление, аудитор должен уметь применять правильные коэффициенты использования оборудования и проводить перекрёстную проверку результатов, сравнивая их с  известными нормами и общим потреблением энергии (см. рис. 1)

Рассмотрим примеры оценки потребления энергоресурсов.

5.1 ОСВЕЩЕНИЕ

Поскольку некоторые виды ламп потребляют известное количество электроэнергии (кроме ламп с регулируемой освещённостью) энергию, расходуемую на освещение, определить легко.  

Пример вычисления расхода электроэнергии на освещение представлен в табл. 3.

Рекомендуемые материалы

Таблица 3

Информация, которую необходимо учитывать, оценивая потребление энергии осветителями:

Максимально допустимая мощность оборудования

· Это мощность лампы (Вт) плюс потери в ЦЕПИ УПРАВЛЕНИЯ (Вт) для флюоресцентных и газоразрядных ламп.

· Вольфрамовые лампы накаливания и вольфрамово-галогенные лампы напряжением 220 В не требуют никакого механизма управления.

· Потери в преобразователе вольфрамово-галогенных ламп низкого напряжения  обычно достигают 10 % мощности ламп.

Коэффициент средней нагрузки

· Должны приниматься во внимание лампы , работающие в режиме регулируемой освещённости.

· Необходимо учитывать техническое обслуживание осветительного оборудования. Например, заводские цеха с высокими пролётами могут иметь в среднем 10-20 % неисправных ламп между интервалами текущего ремонта.

 Годовое использование оборудования

· Оценивается, исходя из часов работы с учётом загрузки (офисы) и периодов использования естественного освещения. 

· Необходимо учитывать имеющееся автоматическое управление.

5.2 ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ ВЕНТИЛЯТОРов И НАСОСов

Создание движущей силы - это один из самых распространённых видов использования электроэнергии. Обычно двигатели применяются в таком оборудовании как вентиляторы, насосы, лифты, конвейеры или компрессоры. Пример расчёта количества электроэнергии, потреблённой вентиляторами показан в табл. 4.

Таблица 4.

Информация, которую необходимо учитывать при оценке потребления электроэнергии вентиляторами и насосами:

Максимально допустимая мощность оборудования

· Мощность двигателя обычно указана на информационной табличке.

Коэффициент средней нагрузки

· Можно определить с помощью имеющегося амперметра.

· Можно вычислить путём измерения расхода воздуха/воды, который сравнивается с максимально допустимой нормой, и затем соответственно определить величину энергопотребления.

· Необходимо учитывать системы автоматического управления, такие как приводы с регулируемой скоростью.

Годовая эксплуатация оборудования

· Подразумевает использование оборудования, обслуживаемого вентилятором или насосом.

· Учитывает нахождение двигателя в состоянии нагруженного/ненагруженного резерва.

· Учитывает системы автоматического управления.

Рассмотрим графики энергопотребления для вентилятора и насоса. Количество электроэнергии, потреблённой вентиляторами или насосами зависит от мощности двигателя и производительности.

Двигатель работает на полную мощность вентилирования или накачивания запланированного максимального количества воздуха или воды, будет работать с установленной постоянной объёмной нагрузкой и, следовательно, с установленной постоянной  нагрузкой потребления электроэнергии. Когда поток воды или воздуха уменьшается, потребление двигателем энергии также должно уменьшиться. Уменьшение потребления энергии зависит от используемого метода регулирования потока.

Графики на рис. 11 показывают соотношение между потоком жидкости или газа и потребляемой двигателем энергии для различных методов регулирования потоков. В обоих случаях заметно, что использование механических приспособлений, таких как заслонки и задвижки, менее эффективно, чем использование электронных регуляторов скорости двигателя, таких как частотно регулируемые электроприводы.

Рис. 11.

Таким образом, рассчитывая потребление энергии электроприводами вентиляторов и насосов, энергоаудитор должен принимать во внимание все перечисленные факторы. Учитывая эти детали, можно выявить потенциальные возможности энергосбережения, например, посредством более эффективного управления потоками.

5.3 ВОЗДУШНЫЕ И ХОЛОДИЛЬНЫЕ КОМПРЕССОРЫ

            Управляемые электродвигателями воздушные и холодильные компрессоры по виду системы контроля делятся на четыре главных вида:

Контроль включения/выключения: Используется, главным образом, для небольших поршневых компрессоров. Компрессор повышает давление воздуха в системе и, при достижении определённого уровня давления, останавливается. Когда давление падает, компрессор снова включается.

Контроль с нагрузкой/без нагрузки: Используется для более крупных поршневых компрессоров, в которых слишком много включений могут вызвать сгорание двигателя. В ситуации, когда достигнут желаемый уровень давления, используются клапаны, позволяющие поршням двигаться вверх и вниз без подачи в приёмное устройство сжатого воздуха. Этот метод позволяет сэкономить большое количество энергии, когда электродвигатель включается, хотя компрессор всё ещё использует значительное количество энергии, работая без нагрузки.

Контроль с полной/ половинной нагрузкой/без нагрузки: Это подвариант указанного выше метода контроля, при котором существует стадия между положением полной нагрузки  и положением без нагрузки, во время которой механизм используется наполовину, чтобы сократить уровень выработки воздуха.

Контроль полного регулирования: Этот метод обычно используется при работе с роторными винтовыми компрессорами или турбокомпрессорами и позволяет вырабатывать воздух в соответствии со спросом на него. В некоторых случаях возможно достигать уменьшения соотношений до 3:1 или 4:1. Обычно для этого используется регулировка рабочего объёма цилиндров винта или турбины, хотя на некотором оборудовании используются двигатели с переменной скоростью. Однако всегда при уменьшении нагрузки наблюдается снижение эффективности.

            Информация, которую необходимо учитывать при оценке электроэнергии, потреблённой воздушными и холодильными компрессорами:

Максимально допустимая мощность двигателя

· Мощность обычно указывается на информационной табличке двигателя.

Коэффициент средней нагрузки

· Оценка коэффициента нагрузки обычно базируется на измерении времени работы компрессора на различных стадиях контрольного режима.

· Данные о типичных нагрузках двигателя на различных стадиях контрольного режима обычно имеются у производителей компрессоров.

Годовая эксплуатация

· Основывается на количестве часов, в течение которых требуется сжатый воздух/охлаждение.

Рассмотрим режим работы воздушного компрессора.

Поршневой воздушный компрессор, вырабатывающий воздух при давлении в 7 бар, для обеспечения требуемого давления в системе распределения сжатого воздуха работает на цикле полной нагрузки/половины нагрузки/без нагрузки. Энергоаудитор отмечает время работы компрессора на различных стадиях производства (определяемых звуком и показателем изменения давления воздуха) в течение примерно двадцати минут в условиях нормального функционирования.

Результаты измерений показаны на графике рис. 12 и в табл. 5.

Рис. 12.

Таблица 5

Из данных производителей мы определяем такие характеристики компрессора, как величина энергопотребления и выработки воздуха (табл. 6):

Таблица 6.

Табл. 6 показывает, как выработка воздуха и потребление электроэнергии изменяется на различных стадиях работы компрессора. С использованием этих данных произведён расчёт среднего потребления энергии компрессором.

Таким же способом можно рассчитать среднюю норму выработки воздуха. Затем, для определения размера утечки воздуха, например, из-за неправильной эксплуатации, эту среднюю норму  можно сравнить с суммой номинального потребления воздуха всем задействованным воздушно - компрессорным оборудованием.

5.4 ДРУГИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ и ОФИСНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Кроме вентиляторов, насосов и компрессоров, вращательные электроприводы применяются и в другом оборудовании. Примерами могут служить лифты, конвейеры, вакуумные насосы и сервисные двигатели для автоматического оборудования. Для расчёта энергопотребления таким оборудованием не существует чётких фиксированных руководств. Каждый пример должен рассчитываться индивидуально.

Таблица 7.

Использование Информационных Технологий (ИТ), таких как персональные компьютеры, принтеры и другое офисное оборудование, предполагает рост потребления энергии. На практике, простейший способ расчёта энергопотребления перечисленным оборудованием заключается в подсчёте часов использования за год и использовании норм потребления из табл. 7.

5.5 ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНОЕ И ХОЛОДИЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Электронагревательное оборудование содержит широкий спектр категорий:

· Оборудование предприятий общественного питания (а именно, электрические печи)

· Оборудование прачечных (сушильные камеры)

· Испытательное оборудование (установки климатического испытания)

· Электрическое оборудование, вырабатывающее пар (фабричные прессы, паровые стерилизаторы)

· Высокотемпературные процессы (плавка алюминия)

· Электротепловая технология (инфракрасный, индукционный нагрев, высокочастотный нагрев, прямой нагрев)

Холодильное оборудование обычно включает парокомпрессионный цикл теплового насоса, управляемый электроприводом, но также могут использоваться  электронагревательные пароабсорбционные циклы.

Вряд ли будет требоваться оценка энергопотребления высокотемпературных и электронагревательных процессов, так как эти процессы обычно оборудованы собственными счётчиками. Однако для небольших пользователей оценка потребления - обычно единственный практический путь к расчёту количества потребляемой энергии. Пример расчёта потребления для электронагревательного и холодильного оборудования показан в табл. 8.

Таблица 8.

Информация, которую необходимо учитывать при оценке электроотопительных нагрузок:

Номинальная мощность оборудования

· Обычно указывается на информационной табличке оборудования

· Не забудьте учесть данные как об электроприводах, так и об отопительных нагрузках в случае, если они учитываются отдельно.

Коэффициент средней нагрузки

· Учитывает как периоды “нагрева“ (когда оборудование работает на полную мощность), так и периоды “поддержания температуры“ (при частичной нагрузке оборудования, а именно, на 30%).

· Следовательно, оборудование, работающее в течение коротких циклов, будет иметь более высокий коэффициент нагрузки, чем оборудование,  работающее на одном уровне нагрузки в течение продолжительного периода.

Годовое использование оборудования

· Оценка часто проблематична. Наилучший метод оценки часов работы оборудования - опрос операторов.

5.6. ПАРОНАГРЕВАЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Примеры типичного паронагреваемого оборудования:

 Оборудование предприятий общественного питания

         (варочные котлы, пароварочные аппараты)

Оборудование прачечной

         (стиральные машины, сушильные камеры)

Процессы нагнетания пара

         (автоклавные стерилизаторы, каустические резервуары)

Среднетемпературные процессы

            (кубовые красители, текстильная сушка, производство бумаги)

Для крупных потребителей технологического пара, паропотребление может определяться другими средствами, такими как непосредственное измерение или анализ энергопотоков. Однако для небольших потребителей оценка потребления  - обычно единственный практический путь к расчёту количества потреблённой энергии.

Информация, которую необходимо учитывать, оценивая пароотопительные нагрузки:

Максимальная норма потребления пара

· Обычно указывается на информационной табличке оборудования.

· Максимальная норма потребления пара предполагает определённое давление пара. Отклонение давления пара от данного значения должно быть учтено. 

Коэффициент средней нагрузки

· Учитывает как периоды “нагрева“ (когда оборудование работает на полную мощность), так и периоды “поддержания температуры“ (при частичной нагрузке оборудования, а именно, на 30%).

· Следовательно, оборудование, работающее в течение коротких циклов, будет иметь более высокий коэффициент нагрузки, чем оборудование,  работающее на одном уровне нагрузки в течение продолжительного периода.

· Некоторое паронагреваемое оборудование имеет только ручное управление и, постоянную норму потребления пара.

Годовое использование оборудования

· Оценка часто проблематична. Наилучший метод оценки часов работы оборудования - опрос операторов.

Пример оборудования, потребляющего пар, приведен в табл.9.

Таблица 8.

*  Данные величины не учитывают потери котла. При средней эффективности котла, равной 82,1%, валовое энергопотребление составляет 6767,97 ГДж.

Учтён тот факт, что эти элементы установок не возвращают конденсат.

5.7. ГАЗОНАГРЕВАЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Примеры типичного газонагреваемого оборудования:

Оборудование предприятий общественного питания

         (газовые печи)

Оборудование прачечной

         (сушильные камеры)

Среднетемпературные процессы

         (стенторы, цилиндры Янки)

Высокотемпературные процессы

            (топочные камеры)

            Для крупных пользователей высокотемпературных процессов газ обычно измеряется счётчиками либо размер его потребления может быть выведен из анализа потоков. Для небольших потребителей, оценка потребления - обычно единственный практический путь к расчёту количества использованной энергии. Пример оценки потребления для газонагреваемого оборудования представлен в табл. 10:

Таблица 10.