автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка методик энергоаудита, нормирования и экономики электрической энергии в образовательных учреждениях

11-2 2291

На правах рукописи

Бугров Сергей Александрович

РАЗРАБОТКА МЕТОДИК ЭНЕРГОАУДИТА, НОРМИРОВАНИЯ И ЭКОНОМИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЯХ

05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород- 2011

Работа выполнена в Нижегородском государственном техническом университете им. P.E. Алексеева (НГТУ) на кафедре "Электроэнергетика и электроснабжение".

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Вагин Геннадий Яковлевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кузнецов A.B.

кандидат технических наук Шалаев Сергей Алексеевич

Ведущая организация:

Московский энергетический институт. Научно-технический инновационный центр энергосберегающих технологий и техники

Защита диссертации состоится " "_2011 г. в 14 часов, в

аудитории № 1258 на заседании диссертационного совета Д 212.165.02 при Нижегородском государственном техническом университете им. P.E. Алексеева по адресу: 603950 г. Н. Новгород, ул. Минина, д. 24, корпус 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации просим направлять по адресу: 603600, ГСП-41, г. Нижний Новгород» ул. Минина, 24, Ученый совет НГТУ им. P.E. Алексеева.

Тел./факс: (831) 436-03-79.

Автореферат разослан "_" января 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.165.02 кандидат технических наук, доцент

В.В. Соколов

российская

ГОСУДАРСТВЕННАЯ БИБЛИОТЕКА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность темы. Образовательные учреждения России входят в группу государственных учреждений. По данным проекта федеральной программы «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности в РФ на 2010 - 2020 годы» в 2009 году государственные учреждения России потребили 41 млрд. кВт-ч электроэнергии. По оценкам разработчиков программы потенциал энергосбережения в этих учреждениях составляет 38% от существующего уровня потребления.

Среди государственных учреждений России крупнейшими потребителями энергоресурсов являются образовательные учреждения (ВУЗы, техникумы, ПТУ, школы, лицеи и т.д.).

Исследования энергопотребления образовательных учреждений (ОУ) показывают, что разбросы удельных расходов электроэнергии даже для аналогичных образовательных учреждений достигают:

а) на одного человека (учащегося, студента и т.д.): по ВУЗам до 10 раз; по средним специальным учебным заведениям (ССУЗам) до 15 раз; по школам до 20 раз; по дошкольным учреждениям до 3 раз.

б) на 1 м2 площади: по ВУЗам до 4 раз; по средним специальным учебным заведениям (ССУЗам) до 11 раз; по школам до 7 раз; по дошкольным учреждениям до 4 раз.

Это говорит о несовершенстве методов нормирования и больших резервах экономии электрической энергии в ОУ.

Анализ СНиПов и методик нормирования расходов ТЭР для ОУ показал:

- несмотря на большую энергоемкость бюджетной сферы, в России нет разработанных федеральных норм расхода энергоносителей в ОУ, методов их энергетического обследования и энергосбережения.

- в имеющихся СНиПах и методиках даются разные методы определения расходов энергоносителей для ОУ, что приводит к большому разбросу запрашиваемых ежегодно ТЭР даже для аналогичных ОУ одного региона.

Решению проблемы нормирования и экономии электроэнергии в государственных учреждениях посвящен ряд публикаций, как в нашей стране, так и за рубежом. Среди них можно отметить работы Асланяна Г.С., Башмакова И.А., Бобрякова A.B., Вагина Г.Я., Вакулко А.Г., Вологдина C.B., Данилова O.JL, Доброхотова В.И., Зенютича Е.А., Злобина A.A., Кудрина Б.И., Кузнецова A.B., Ливинского А.П., Лоскутова А.Б., Мастепанова A.M., Михайлова С.А., Романова Г.А., Солнцева Е.Б., Шпербер X. и других.

Однако, несмотря на большую актуальность проблемы снижения потребления электроэнергии образовательными учреждениями, она решается очень медленно, ввиду отсутствия статистики их энергопотребления, методик расчета нормативов потребления и экономии электрической энергии. Решению этих вопросов и посвящена настоящая диссертация.

Связь работы с научными программами. Диссертационная работа выполнялась в рамках следующих Государственных контрактов по приоритетному направлению «Экономия энергоресурсов»:

1) «Разработка методологии формирования нормативов потребления энергоносителей, объектами бюджетной сферы с учетом специфики их функционирования» №25.516.11.6080 от 25.07.07 г. с Федеральным агентством по науке и инновациям.

2) Проект Рособразования № 2.2.1.2/5597 «Разработка и исследование научно-методических основ формирования комплексной программы повышения энергоэффективности образовательных учреждений».

3) «Разработка отраслевой методики проведения энергетических обследований (энергоаудита) образовательных учреждений» № П1519 от 04.09. 2009 г. с Федеральным агентством по образованию.

4) «Разработка научных и технологических основ диагностики энергобезопасности и энергоэффективности использования энергоресурсов в бюджетной сфере» № 09/04110816900012/02/235 от 17.08.2009 г. с Минэнерго России.

Объект исследования - системы электроснабжения и электроприемники образовательных учреждений.

Предмет исследования - электропотребление, методы нормирования и экономии электроэнергии.

Цель работы - исследование закономерностей электропотребления, разработка методик расчета нормативов потребления и экономии электроэнергии в образовательных учреждениях.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие научные и практические задачи:

1. Разработка методики энергоаудита образовательных учреждений.

2. Энергоаудит большой группы различных образовательных учреждений и исследование законов изменений удельных расходов электроэнергии.

3. Разработка методики расчета нормативов потребления электроэнергии в образовательных учреждениях.

4. Разработка методики экономии электроэнергии и оценки потенциала электросбережения.

Методы научных исследований. Для решения поставленных задач использовались методы инструментального исследования (энергоаудита) большой группы образовательных учреждений, аппарат теории вероятности и математической статистики, методы экономического анализа.

Научная новизна работы.

1. Разработана методика проведения энергоаудита образовательных учреждений, позволяющая проводить энергетические обследования с учетом специфики их режимов электропотребления и определить резервы экономии электроэнергии.

2. Установлены законы изменений удельных расходов электроэнергии различных типов образовательных учреждений, что позволяет упростить методы нормирования расходов электроэнергии на уровнях районов, городов, регионов и в целом министерства образования и науки.

3. Разработана методика расчета нормативов потребления электроэнергии образовательными учреждениями с учетом результатов их инвентаризации, что

позволяет повысить точность расчета норматива и проводить нормирование в системе электронного документооборота.

4. Разработана методика экономии электроэнергии в образовательных учреждениях, позволяющая составлять программы энергосбережения и выполнять требование федерального законодательства по снижению потребления электроэнергии не менее чем на 3% в год.

Практическая ценность результатов работы.

1. Проведенные энергетические обследования энергопотребления большой группы (более 500) образовательных учреждений различного профиля в 10 регионах России позволили получить закономерности изменения их электропотребления и определить основные направления энергосбережения.

2. Разработанная методика расчета нормативов потребления электроэнергии доведена до практического применения и может использоваться во всех образовательных учреждениях России.

3. Разработанная методика экономии электроэнергии необходима для составления ежегодных планов энергосбережения и снижения потребления энергии образовательными учреждениями не менее чем на 3% в год, как это предусмотрено в Федеральном законе №261-ФЗ от 23.11.2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности...».

Достоверность полученных результатов подтверждается результатами инструментальных исследований большой группы ОУ различного профиля, хорошим совпадением результатов расчета нормативов потребления по предлагаемой методике с данными фактических замеров и результатами внедрения энергосберегающих мероприятий в большом количестве ОУ.

Реализация результатов работы.

1. «Методика энергоаудита образовательных учреждений» передана в Министерство образования и науки России и разослана в 500 образовательных учреждений различных регионов России.

2. Разработанные в диссертационной работе рекомендации по экономии электроэнергии были использованы ООО «Нижегородский Инвестиционный Центр Энергоэффективности-НН» при энергетических обследованиях более 500 образовательных учреждений. Расчетный экономический эффект от внедрения энергосберегающих мероприятий составил 50 млн. руб.

3. Материалы диссертации были использованы при разработке региональной программы энергосбережения и повышения энергоэффективности Нижегородской области до 2020 г.

4. Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе НГТУ при чтении курса лекций «Экономия энергоресурсов» и дипломном проектировании.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Методика проведения энергетических обследований (энергоаудита) образовательных учреждений.

2. Закономерности изменения удельных расходов электрической энергии.

3. Методика расчета нормативов потребления электроэнергии.

4. Методика расчета экономии электрической энергии и оценки потенциала электросбережения в образовательных учреждениях.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Всероссийских научно-технических конференциях «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности» (г. Ульяновск, 2003 г.) и «Российский энергоэффективный город», (г. Казань, 2010 г.), на международных конференциях «Будущее технической науки» (г. Нижний Новгород, 2003 и 2010 гг.), «Повышение эффективности электрического хозяйства потребителей в условиях ресурсных ограничений» (г. Москва, 2009), на совещании семинаре «Энергоэффективная школа», (г. Москва, 2010).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, 2 из которых опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Стру1сгура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 142 наименований, 6 приложений и содержит 177 страниц основного текста.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы и основные задачи исследования, дана общая характеристика работы.

В первой главе " Классификация образовательных учреждений, их систем электроснабжения и электроприемников. постановка задачи исследования" проведена классификация ОУ, сделан анализ их систем электроснабжения и электроприемников, выполнен обзор отечественных и зарубежных публикаций по теме диссертации.

Все образовательные учреждения России можно разбить на пять классов: 1) высшего образования (институты, академии, университеты); 2) начального и среднего профессионального образования (техникумы, колледжи, профессионально-технические училища); 3) Общеобразовательные учреждения (школы, лицеи, гимназии); 4) Детские дошкольные учреждения; 5) прочие (детские дома, центры переподготовки и дополнительного образования и т.д.).

В системы электроснабжения ОУ входят: трансформаторные понижающие подстанции 6 (10)/0,4 кВ, электрические сети напряжением 6 (10), 0,38 кВ, а также электроприемники (ЭП). Приведены схемы электроснабжения некоторых ОУ.

Как показали исследования в дошкольных учреждениях наиболее мощными являются ЭП пищеблоков. Освещение потребляет от 10 до 15% от общего электропотребления.

Учреждения образования имеют 5 групп ЭП: 1) ЭП с электродвигателями (потребляют 10-30%); 2) осветительные ЭП (50-70%); 3) различные нагревательные установки (10-20%); 4) компьютерная и оргтехника (до 10%); 5) различные лабораторные стенды и установки (5-10%).

Вторая глава " Разработка методики энергоаудита образовательных учреждений". В соответствии с новым федеральным законом №261-ФЗ от 23.11.2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности...» все государственные учреждения должны до 01.01.2013 г. провести энергетические обследования и разработать программы энергосбережения. Большую часть государственных учреждений составляют ОУ. Они имеют свою специфику и большое разнообразие по исполнению. Методики проведения энергетических обследований ОУ в РФ не было. В соответствии с государственным контрактом НГТУ совместно с МЭИ при участии автора диссертации разработало «Методику проведения энергетических обследований (энергоаудита) образовательных учреждений». Она включает следующие разделы: 1) этапы и содержание обследований; 2) инструментальное обследование; 3) обработка результатов обследования и их анализ; 4) разработка энергетического паспорта; 5) разработка программы энергосбережения; 6) рекомендации по составлению отчета. Данная методика прошла апробацию на большом числе ОУ и была разослана более чем в 500 ОУ РФ.

Третья глава посвящена "Исследованию электропотребления образовательных учрежденийОсновная сложность в разработке методологии расчета нормативов потребления энергоносителей для ОУ заключается в большом их многообразии и отсутствии фундаментальных исследований их энергопотребления. Автором совместно с учеными ООО «НИЦЭ-НН» проведено энергетическое обследование большой группы ОУ всех типов (около 500) Приволжского и Северо-Западного федеральных округов. В диссертации приведены данные обследованных ОУ, их полные и удельные расходы электроэнергии, финансовые затраты на энергоснабжение.

Высшие учебные заведения имеют наиболее крупное энергетическое хозяйство. Количество учебных корпусов достигает 53 (Казанский государственный университет), количество общежитий - 13. Кроме этого имеются столовые, клубы, гаражи, мастерские и ряд других вспомогательных объектов. Все ВУЗы потребляют электрическую и тепловую энергии, некоторые природный газ и другие виды топлива. Топливо в основном используется в котельных, но в некоторых ОУ природный газ используется в общежитиях и лабораторных установках.

На рисунке 1 приведены структуры распределения финансовых затрат на энергоносители ряда обследованных университетов Приволжского федерального округа (ПФО). Определяющими являются затраты на тепловую энергию (до 60%) и затраты на электрическую энергию (до 40%).

В таблице 1 и на рисунке 2 приведена динамика удельных затрат по ВУЗам ПФО.

На рисунке 3 приведена динамика роста тарифов на электрическую энергию по ВУЗам ПФО.

а) б) в) г)

□ электрическая энергия; □ тепловая энергия; В! природный газ;И холодная вода и стоки

Рисунок 1 - Процентное соотношение затрат на энергоносители в ВУЗах а - Нижегородский ГТУ; б - Саратовский ГТУ; в - Вятский ГУ; г - Пермский ГТУ

Таблица 1 - Динамика удельных затрат на ТЭР по ВУЗам ПФО

Средние удельные затраты на коммунальные услуги 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Из расчета на 1 и1, руб./м2 96 122 145 179 206 254 327 398

-учебно-лабораторные корпуса 55 72 85 161 187 228 294 360

-общежития 27 34 39 184 212 251 317 387

-прочие здания 13 16 21 181 203 262 343 416

Из расчета на одного учащегося, руб./чел 745 952 1131 1276 1471 1810 2330 2841

-учебно-лабораторные корпуса 430 564 665 726 841 1027 1324 1620

-общежития 211 265 302 376 435 520 661 805

-прочие здания 104 123 163 167 188 239 314 379

руб./чел.

зооо

2500 2000 1500 1000 500 О

2002

руб./м2

500

руб./чел. в год руб./м2 в год

Рисунок 2 - Динамика удельных затрат на ТЭР по ВУЗам ПФО

руб./кВт-ч

Рисунок 3 - Динамика роста тарифов на электроэнергию по ВУЗам ПФО

Проведено исследование полных и удельных расходов электрической энергии ВУЗов. На рисунке 4 приведена динамика средних удельных расходов электрической энергии ВУЗов ПФО. Как видно из рисунка 4 динамика

удельных расходов электроэнергии по ВУЗам весьма стабильна, что говорит о возможности их применения для нормирования расходов электроэнергии.

Проведено исследование систем освещения ВУЗов. Установлено, что эти системы имеют следующие недостатки: 1) велика доля ламп накаливания (ЛН); 2) применение неэффективных люминесцентных ламп (ЛЛ); 3) низкие коэффициенты отражения; 4) износ светотехнической части осветительных приборов; 5) применение устаревшей пускорегулирующей аппаратуры в люминесцентных светильниках; 6) отсутствие автоматизации освещения.

400

200

•кВтхч в год на 1 м2 -кВт*ч в год на 1 уч-ся

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Рисунок 4 - Удельный расход электроэнергии по ВУЗам ПФО

На рисунке 5 приведены диаграммы процентного соотношения потребления электроэнергии системами освещения учебных корпусов и общежитий строительного университета.

а) б)

Рисунок 5 - Процентное соотношение потребления электроэнергии системой

освещения а) учебные корпуса; б) общежития.

Средние специальные учебные заведения (ССУЗы). В состав подобных учреждений входят: учебно-лабораторные корпуса; общежития; учебные мастерские и вспомогательные здания (гаражи, склады и т.д.). имеются также столовые и буфеты. Все ССУЗы потребляют электрическую и тепловую энергии, некоторые природный газ и другие виды топлива.

Проведено исследование структуры затрат ССУЗов на энергоносители (рисунок 6).

Расходы на потребление энергоносителей при наличии собственной котельной и с питанием тепловой энергии со стороны составляют: на электроэнергию от 19 до 45%, на топливо от 44 до 56%, на тепловую энергию от 49 до 62%.

никнс ЛЛ 20%

Светильники с ЛН в жилых

Светильники с ЛН

в

кабинетах

24%

На рисунке 7 приведены диаграммы удельных расходов электроэнергии для 47 ССУЗов ПФО.

65,44

24,7*

26,0*

70,8%

56,7*

а)

б)

18,7*

75,7*

В)

18,0*

Г) д) е)

■ электрическая энергия; □ тепловая энергия; И холодная вода и стоки

Рисунок 6 - Процентное соотношение затрат на энергоносители в ССУЗах а- Нижегородский политехнический колледж; б- Тольяттинский технический колледж; в-Пензенский машиностроительный техникум; г- Балаковский политехнический техникум; д - ПТУ № 21 г. Н. Новгород на 963 чел.; е - ПТУ № 50 г. Н. Новгород на 378 чел.

120 100 80 60 40 20 0

2000 1600 1200 800 400 0

Ыш1мб 11 !||| 1 ,1,1 lil.ii

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 I 3 5 7 9 11 13 1$ 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47

а) б)

Рисунок 7 - Диаграмма удельного расхода электроэнергии ССУЗами а - на 1 м2 общей площади; б - на одного учащегося

Образовательные учреждения потребляют в основном электрическую и тепловую энергии. На рисунке 8 приведен процентный состав затрат на энергоносители некоторых школ.

На рисунке 9 приведено относительное изменение потребления электрической энергии школами в течение года.

Основными факторами, влияющими на потребление электроэнергии в школах, являются: число учащихся, площадь помещений, тип источников

света, тип плит в столовых и буфетах, наличие централизованного горячего водоснабжения, тип проекта здания, количество учебных смен.

Электроэнергия 23,67%

а) б)

Рисунок 8 - Процентное соотношение затрат на энергоносители школ а - численность 96 чел.; б - численность 1284 чел.

4

8

10

11

12

5 6 7 Месяц года

Рисунок 9 - Относительное изменение потребления электроэнергии школами в

течение года

Проведено исследование расходов электроэнергии в системах освещения. Установлено, что при люминесцентном освещении расходы электроэнергии в 2,5 - 3 раза ниже, чем при освещении лампами накаливания.

На рисунке 10 приведена зависимость минимального удельного расхода электроэнергии от доли люминесцентного освещения и доли площади классов.

35

2

Т 30

I 25

| ,______________

§ | ~ Ф -д.__♦ площадь классов 90%

™ 1С _ _________________________________

и: у ~ -А__4 " ♦ * площадь классов 70%

1 10

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Доля ЛЛ в суммарной мощности освещения

Рисунок 10 - Зависимость удельного расхода электроэнергии от доли люминесцентного освещения и доли площади классов при времени работа

1000 часов.

Исследование показало, что школы с электроплитами в столовых и буфетах на 30-40% больше потребляют электроэнергии, чем школы с газовыми плитами.

На рисунке 11 приведены диаграммы удельных расходов электроэнергии 19 школ одного из районов Нижегородской области.

кВтч/м2 кВт-ч/чгл

1200

11 13 15 17

11 13 15 17

а) б)

Рисунок 11 - Диаграмма удельного расхода электроэнергии школами а - на 1 м2 общей площади; б - на одного учащегося

Дошкольные учреждения образования потребляют электрическую и тепловую энергию. Расходы на потребление электроэнергии составляют от 5 до 22%, на тепловую энергию - от 78 до 95%. На рисунке 12 приведены динамики удельных расходов электроэнергии детскими садами г. Сарова.

кВт-ч/м2 кВт-ч/чел

3 2,5 2 1,5 1 0,5 О

ц|||1|1||

Ё

3 3

5 *

1200 1000 800 600 400 200 0

Г

I

IП П1П П И ГШ мл IIIIII11111III11 п ни 11Ш1111Ш111Ш1П1

•■Ч «1 1Л

^ ^ 5

ггёЗгггЗ!!! ЗиЗЗЗвзЗЗ

а) б)

Рисунок 12 - Диаграмма удельного расхода электроэнергии детскими садами а - на 1 м общей площади; б - на одного ребенка

Проведенные исследования удельных расходов электроэнергии во всех группах ОУ показали, что они носят случайный характер. Для их применения при нормировании расходов необходимо исследование закономерностей их случайных изменений. В диссертации построены гистограммы и выравнивающие их кривые распределения удельных расходов электроэнергии. Доказано, что случайные изменения удельных расходов ОУ подчиняются нормальному закону распределения. На рисунке 13 приведены гистограммы

удельных расходов совмещенные с графиком нормальной плотности распределения для ВУЗов. В таблице 2 приведены результаты статистической обработки удельных расходов электроэнергии ОУ.

а) б)

Рисунок 13 - Гистограммы нормированного изменения удельных расходов электроэнергии, совмещенные с графиком нормальной плотности распределения ВУЗов ПФО: а - в кВт ч/1 учащегося в год; б - в кВт-ч/м2 в год

Таблица 2 - Результаты статистической обработки удельных расходов электроэнергии по каждому виду ОУ__

Вид ОУ Количество исходных данных Математическое ожидание в кВт-ч в год Среднее квадратическое отклонение в кВт-ч в год Вид теоретического закона распределения Проверка по^2

о.е. Рфигт > о.е.

ВУЗы на 1 м2 на 1 студента 105 99 42,05 282,9 9,11 86,25 нормальный нормальный 0,1 0,1 0,59 0,48

ССУЗы на 1 м2 на 1 студента 166 131 29,8 233,5 9,81 97,8 нормальный нормальный 0,1 0,1 0,28 0,27

Школы на 1 м2 на 1 школьника 169 144 21,62 137,6 10,22 76,1 нормальный нормальный 0,1 0,1 0,16 0,16

Дошкольные учреждения на 1 м2 на 1 ребенка 101 100 53,4 472,5 23,35 168 нормальный нормальный 0,1 0,1 0,31 0,33

Четвертая глава посвящена "Разработке методики расчетов нормативов потребления электроэнергии образовательными учреждениямиРасчет нормативов потребления электроэнергии ОУ должен производится по следующим уровням: 1) уровень ОУ; 2) уровень района, города; 3) уровень региона (область, край, республика; 4) уровень федерального округа; 5) уровень Министерства образования и науки России. Данные расчеты производят один раз в год в июне - июле месяце предшествующего планируемому периоду. В настоящее время в качестве исходных данных для

нормирования на 2-5 уровнях используют отчетные данные по потреблению электроэнергии ОУ в предыдущем году. Этим можно объяснить большие разбросы запрашиваемых объемов потребления электроэнергии даже для аналогичных ОУ одного региона. В работе предлагается годовой норматив электропотребления определять по выражению:

(1)

гдеУУГБ, - базовый годовой расход электроэнергии; \/Угэ, - годовая экономия электрической энергии от внедрения мероприятий по энергосбережению в планируемом году.

Базовый годовой расход может определяться на основании: 1) проведения энергетического обследования ОУ; 2) инвентаризации помещений и электропотребляющего оборудования ОУ; 3) норм удельного расхода типовых объектов; 4) энергетических паспортов ОУ.

Во многих странах (Норвегия, Дания, Германия и др.) имеются нормы удельного расхода электроэнергии для типовых зданий различных лет постройки. Они даются в кВт-ч/м2 год по различным статьям расхода: 1) системы вентиляции (>ууд в); 2) освещение (м>уд осв); 3) различное электрооборудование (*ууд э 0); 4) системы кондиционирования (м>уд. к).

Зная эти нормы и площадь ОУ, определяется годовой базовый расход электроэнергии ОУ:

^г = ("V. + + + )• ^ (2)

где Р - площадь ОУ, м2.

В России таких норм по потреблению электрической энергии пока нет, но в программе энергосбережения и повышения энергоэффективности в России до 2020 года планируется разработка типовых зданий для различных климатических поясов с подобными нормами.

Для ОУ, имеющих энергетические паспорта, базовые расходы указаны в этих паспортах. Для ОУ, не имеющих энергетических паспортов, до их энергетического обследования, в качестве базового расхода можно брать расход за предыдущий год по показаниям электросчетчиков.

Базовый расход электроэнергии можно также определить расчетно-аналитическим методом на основании инвентаризации помещений и электрооборудования ОУ.

Математическая модель электропотребления ОУ имеет вид:

*г.Б = ±(*г* + ^ГОс.,)+ 07.ЯО + (3)

1=1

где IVга - расход электроэнергии силовой нагрузкой ьго здания; №ГОсв1 -расход электроэнергии системой внутреннего освещения ¡-го здания; ^гно -расход электроэнергии наружным освещением; - потери электроэнергии в электрических сетях и трансформаторах; N - число зданий ОУ.

Годовой расход электроэнергии силовой нагрузкой определяется по выражению:

где п - количество типов электроприемников; Русп11 - установленная мощность электроприемников ¡-го типа, - число электроприемников ¡-го типа; Кш -коэффициент использования электроприемников ¡-го типа; Тп - число часов работы в год электроприемников ¡-го типа.

В работе приведены значения КИ1 и Тп для различных типов электроприемников ОУ полученные на соновании энергоаудитов.

Годовой расход электроэнергии системой внутреннего освещения определяется по выражению:

^Г.Оай = 2-й Руд! ' ^ ' ' ТП ($)

где ш - число помещений ОУ; Р}т), - удельная мощность системы освещения ¡-го помещения; Ен, - нормативная освещенность ¡-го помещения; ^ - площадь ¡-го помещения; Тп - годовое время работы системы освещения в ¡-м помещении.

В работе приведены значения Р^ и Тп для различных типов светильников и помещений ОУ.

Годовой расход электроэнергии системой наружного освещения ОУ определяется по выражению:

Кгно^Тг-^Р^-п, (6)

I

где РуСт , - установленная мощность ламп в одном светильнике; п, - суммарное количество светильников ¡-го типа; к - количество типов светильников; Тг -годовое число часов работы наружного освещения.

Нормирование расходов электроэнергии по расчетно-аналитическому методу трудоемко, поэтому в диссертации разработан программный продукт для расчетов норм на ЭВМ (рисунок 14).

Рисунок 14 - Структура программного продукта

Для разработки нормативов потребления электроэнергии на 2 - 5 уровнях иерархии в работе предлагаются следующие методы: 1) математической статистики; 2) информационно-аналитической системы (НАС) сбора и обработки информации о энергопотреблении на ЭВМ.

Как доказано в главе 3 удельные расходы электроэнергии для всех ОУ имеют случайный характер. Закон их изменения - нормальный. Это позволяет для определения нормативов потребления на 2 - 5 уровнях применять методы математической статистики.

При нормальном законе распределения удельный расход и вероятность его превышения могут быть определены по выражению:

*уб.Р (7)

где м/удср - математическое ожидание (среднее значение) удельных расходов электроэнергии для группы ОУ; - среднее квадратическое отклонение

удельных расходов электрической энергии для группы ОУ; /? - статистический коэффициент, зависящий от принятой вероятности превышения уууд р.

Значения и/удхр. и ст(и/уд) определяются на основании энергетических обследований ОУ как это показано в главе 3.

На основании %,др определяется нормативный базисный расход

электроэнергии на 2 - 5 уровнях иерархии по одному из выражений:

^ (8)

1

2-1>, (9)

I

где и^, м>уд р2 - удельные расходы электроэнергии на 1 м2 и 1 обучающегося соответственно; ^ - площадь ¿-го ОУ; - число обучающихся в ьм ОУ; п -число ОУ.

В работе предложено для нормирования расходов электроэнергии на 2 - 5 уровнях иерархии применять систему электронного документооборота. Для этого можно использовать информационно-аналитическую систему (ИАС) Минобразования России, дополнив ее электронными таблицами расчета нормативных расходов электроэнергии на разных уровнях иерархии: район (город), регион (область, край, республика), федеральный округ, министерство образования. В диссертации приведены формы этих таблиц.

"Разработке методики расчета экономии электроэнергии в образовательных учреждениях" посвящена пятая глава.

Новый Федеральный закон №261-ФЗ от 23.11.2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности...» обязывает все ОУ, начиная с 2010 г. снижать ежегодно потребление электроэнергии не менее чем на 3 %. В этой связи очень важно определить имеющиеся в ОУ резервы по экономии электроэнергии.

Результаты энергетических обследований большой группы ОУ, проведенных с участием автора, позволили определить основные направления

экономии электроэнергии в ОУ, это: 1) снижение потерь электроэнергии в системах электроснабжения; 2) экономия в системах освещения; 3) экономия в силовых электроприемниках; 4) экономия электроэнергии в котельных; 5) оснащение ОУ системами АСКУЭ; 6) оснащение ОУ системами энергетического мониторинга.

В работе дан подробный анализ этих направлений, что позволило определить потенциал энергосбережения. Доказано, что большую экономию электроэнергии можно получить в системах освещения ОУ (таблица 3).

Таблица 3 - Потенциал экономии электроэнергии при модернизации систем освещения_________

№ п.п. Мероприятие Потенциал экономии электроэнергии,%

1 Замена ламп накаливания на люминесцентные лампы До 55

2 Замена старых люминесцентных ламп мощностью 20, 40 и 65 ВТ на новые мощностью 18, 36 и 58 Вт 15-20

3 Установка электронных ПРА с корректором коэффициента мощности 10-20

4 Правильный выбор системы освещения (использование локализованного освещения, комбинированного освещения и т.д.) 20-25

5 Оптимизация использования естественного и отраженного света 20-45

6 Применение систем автоматического управления освещением 10-40

Применение частотного регулирования насосов, вентиляторов и компрессоров позволяет экономить до 40% электроэнергии. Оснащение ОУ системами АСКУЭ позволяет снизить их электропотребление на 5-10%, а внедрение систем энергетического мониторинга на 10-20%.

В работе разработана методика оценки потенциала энергосбережения и методика экономического обоснования внедрения энергосберегающих мероприятий. Оценен потенциал экономии электроэнергии: для ВУЗов г. Нижнего Новгорода - в среднем он составляет от 15 до 25%; для ССУЗов - от 15 до 40%; для школ - от 15 до 55%; для ДОУ - от 15 до 30%. Разработан программный комплекс для оценки потенциала энергосбережения. В работе даются рекомендации по структуре и содержанию программы энергосбережения образовательного учреждения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании приведенных в диссертации теоретических и экспериментальных исследований получены следующие результаты:

1. Проведено исследование электроприемников и их режимов работы различных образовательных учреждений и получены характеристики (коэффициенты использования и годовое время работы) необходимые для определения нормативов потребления электрической энергии.

2. При участии автора разработана «Методика проведения энергоаудита образовательных учреждений», позволяющая проводить энергоаудит и определять резервы экономии электроэнергии.

3. Проведен энергоаудит большой группы (более 500) образовательных учреждений различного профиля, что позволило изучить динамику затрат и

потребления абсолютных и удельных расходов электроэнергии и определить основные направления работ по энергосбережению.

4. Впервые проведено исследование законов изменения случайных величин удельных расходов электроэнергии различных типов образовательных учреждений. Это позволяет упростить методы нормирования и прогнозирования расходов электроэнергии на уровнях района, города, региона и в целом Министерства образования и науки.

5. Впервые разработаны методики нормирования расходов электрической энергии на уровне образовательных учреждений и нормирования расходов электрической энергии на уровнях района, города, региона и Министерства образования и науки в системе электронного документооборота.

6. Разработана методика расчета экономии электрической энергии в образовательных учреждениях, определен потенциал энергосбережения и разработаны рекомендации по составлению программ энергосбережения в соответствии с Федеральным законом №261-ФЗ от 23.11.2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности...»

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации по перечню ВАК:

1. Вагин, Г.Я. Нормирование расходов электроэнергии бюджетных учреждений / Г.Я. Вагин, Е.Б. Солнцев, E.H. Соснина, А.Н. Фитасов, С.А. Бугров// Вестник Самарского Государственного Технического Университета. Серия «Технические науки» №2(24) -2009 / СамГТУ. - Самара, 2009. - С. 128135.

2. Вагин, Г.Я. Исследование законов случайных изменений энергопотребления образовательных учреждений / Г.Я. Вагин, Е.Б. Солнцев, E.H. Соснина, О.Ю. Малафеев, С.А. Бугров// Вестник Белгородского ГТУ им.

B.Г. Шухова. №1,2010. С.96-100.

Остальные публикации:

3. Бугров, С.А. Оценка потенциала энергосбережения в бюджетных организациях / С.А. Бугров, A.M. Мамонов, А.Н. Фитасов// Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности. Сборник докл. IV Всероссийской научно-технической конференции. - г. Ульяновск: УлГТУ, 2003.

C.24-25.

4. Бугров, С.А. Опыт реализации энергоэффективных программ по энергосбережению для образовательных учреждений / С.А. Бугров, A.M. Мамонов, А.Н. Фитасов // Энергоэффективность. Науч.- техн. журнал. Вып. 3., Н. Новгород: НИЦЭ, 2004 . - С. 72-75.

5. Пат. РФ №44400, G 06 F 17/40, G 05 В 17/00. Устройство для автоматизации рабочего места энергоаудитора / Е.А.Зенютич, А.Б.Лоскутов, Г.Я.Вагин, А.М.Мамонов, С.А. Бугров и др. - Зарегистрировано 10.03.2005.

6. Бугров, С.А. Оценка потенциала энергосбережения образовательных учреждений. Раздел 1 в справочно-методическом пособии «Теория и практика

энергосбережения в образовательных учреждениях» - Н.Новгород, НГТУ, 2006. С. 5-47.

7. Бугров, С.А. Определение нормативных расходов энергоносителей образовательных учреждений. Глава 5 в книге «Методика проведения энергетических обследований образовательных учреждений». - Н. Новгород, НГТУ, 2009. С. 43-56.

8. Вагин, Г.Я. Расчёт нормативов потребления электрической энергии образовательных учреждений / Г.Я. Вагин, Е.Б. Солнцев, С.А. Бугров// Электрика. - 2009. - № 12 - С. 21-26.

9. Вагин, Г.Я. Применение регрессионного анализа для нормирования расходов электроэнергии образовательных учреждений / ГЛ. Вагин, Е.Б. Солнцев, С.А. Бугров// Наука - образованию, производству, экономике: материалы седьмой международной научно-технической конференции. В 3-х т. Т. 1 / Белорусский НТУ. - Шнек, 2009. - С. 2*.

10. Вагин, ГЛ. Подходы к нормированию расходов электроэнергии образовательных учреждений / Г.Я. Вагин, С.А. Бугров, О.Ю. Малафеев// Будущее технической науки. Тезисы докладов IX Международной молодежной научно-технической конференции. - Н. Новгород: НГТУ, 2010. - С. 69.

Личный вклад соискателя. Все основные положения диссертации разработаны лично автором. В работах, написанных в соавторстве, автору принадлежат: анализ методов нормирования расходов электроэнергии [1, 7, 8, Ю]; анализ и разработка методов экономии электроэнергии [3, 4, 5]; разработка методов оценки эффективности энергосберегающих мероприятий [4]; исследовательская часть и обработка результатов исследования [1, 2, 7, 8, 9, 10]; разработка программного модуля для ПЭВМ [5].

Подписано в печать 14.01.11. Формат 60 х 84 '/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 39.

Нижегородский государственный технический университет им. Р. Е. Алексеева. Типография НГТУ. 603950, Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

2010199306