Помощь студентам в учебе
Разработка системы автоматизированного управления осветительными нагрузками МБОУ школы №21 г.Тольятти
|
Введение 3
1 Анализ существующих систем автоматизированного управления
освещением 7
1.1 Нормы и требования к освещению школ 7
1.2 Виды систем автоматизации осветительных установок 9
2 Выбор оборудования для автоматизированной системы управления
освещением в общеобразовательном учреждении 35
3 Разработка алгоритма управления системой освещения в
общеобразовательном учреждении и технико-экономический расчёт осветительной нагрузки 62
3.1 Разработка алгоритма управления системой освещения 62
3.2 Технико-экономический расчёт расходов на электроэнергию с
действующей системой электроосвещения 64
3.3 Технико-экономический расчёт расходов на электроэнергию без
внедрения систем автоматизации с применением светодиодных светильников 67
3.4 Технико-экономический расчёт расходов на электроэнергию после
внедрения систем автоматизации 69
3.5 Расчёт срока окупаемости проекта по внедрению автоматической
системы управления освещением 75
Заключение 78
Список используемой литературы и используемых источников 80
1 Анализ существующих систем автоматизированного управления
освещением 7
1.1 Нормы и требования к освещению школ 7
1.2 Виды систем автоматизации осветительных установок 9
2 Выбор оборудования для автоматизированной системы управления
освещением в общеобразовательном учреждении 35
3 Разработка алгоритма управления системой освещения в
общеобразовательном учреждении и технико-экономический расчёт осветительной нагрузки 62
3.1 Разработка алгоритма управления системой освещения 62
3.2 Технико-экономический расчёт расходов на электроэнергию с
действующей системой электроосвещения 64
3.3 Технико-экономический расчёт расходов на электроэнергию без
внедрения систем автоматизации с применением светодиодных светильников 67
3.4 Технико-экономический расчёт расходов на электроэнергию после
внедрения систем автоматизации 69
3.5 Расчёт срока окупаемости проекта по внедрению автоматической
системы управления освещением 75
Заключение 78
Список используемой литературы и используемых источников 80
В настоящее время активно прослеживается тенденция на снижение потребления различных видов энергии, электрическая энергия не исключение. Энергоэффективности и энергосбережению уделяется не малое количество времени, внимания и ресурсов. Это объясняется тем, что выработка электрической энергии в основном осуществляется при помощи природных ресурсов, которые являются невозобновляемыми, их потребление рано или поздно приведет к полному опустошению запасов. По данным на сегодняшний день запасов нефти может хватить на 40-80 лет, газа на 50-100 лет. Также электрические станции оказывают негативное влияние на экологическую ситуацию в стране и в мире в целом. Например, гидроэлектростанции препятствуют нормальной миграции рыб, замедляют естественную проточность воды, все это приводит к изменению флоры и фауны рек. Атомные электростанции используют пруд-охладитель и из-за технологического процесса происходит нагрев воды в пруде, что также нарушает флору и фауну. Помимо всего этого утилизация отходов наносит колоссальный вред окружающей природе, и не стоит забывать о последствиях аварии на таком типе электростанций.
В данный момент времени на территории Российской Федерации не наблюдается дефицита природных ресурсов, но, как было сказано выше, запасов хватит приблизительно на 50-100 лет. Поэтому необходимо использовать электрическую энергию более эффективно, для этого необходимо создавать и развивать интеллектуальные системы по управлению электрической энергией, которые способствуют повышению энергоэффективности.
В энергопотреблении офисных, жилых, общественных зданий (школ, больниц и т.д) существенную долю занимает электрическое освещение (40¬60% от общего потребления), поэтому необходимо снижать потребление осветительными установками.
Самым распространённым способом для энергоэффективности осветительной нагрузки является замена старых осветительных приборов на новые и современные с большей энергоэффективностью, на момент написания магистерской диссертации — это светодиодные светильники (LED). Этот способ позволяет экономить до 40 % электрической энергии, а также использовать кабели с меньшим сечением и оборудование на меньший номинальный ток.
Для того чтобы обеспечить еще больший эффект экономии электроэнергии необходимо применять интеллектуальную систему управления электрическим освещением.
Интеллектуальная система управления освещением объединяет группу светильников и контролируемых органов в одну сеть, которая обеспечивает уровень необходимой освещенности в нужном месте. В качестве контролирующих органов применяются датчики освещенности, движения, присутствия, акустические и т.д. Данная система позволяет рационально использовать электрическую энергию за счёт включения/выключения приборов в необходимое время, а также возможности регулировать световой поток осветительных приборов. Систему интеллектуального управления можно заблаговременно запрограммировать по необходимому сценарию, с помощью этого можно управлять различными группами светильников или даже одним светильником.
Эта проблема особенно актуальна на предприятиях, в офисных и общественных зданиях, так как приходится освещать большое количество помещений с различными площадями и задачами их использования. На таких объектах электрическая энергия, потребляемая освещением может составлять довольно-таки большую часть от общего потребления электрической энергии.
В последнее время данное направление активно развивается, так как оборудование стало доступнее как в физическом смысле, так и в экономическом, следовательно, срок окупаемости стал гораздо меньше, чем это было 10-15 лет назад. Высокая стоимость оборудования была связана с несколькими факторами: новизна, сложность и дороговизна изготовления микропроцессорных контроллеров и микросхем, отсутствие единого или унифицированного протокола, сложности создания нового программного обеспечения. Так как активно развиваются такие области, как информатика, IT-технологии и промышленная электроника, вопрос о дороговизне и сложности оборудования постепенно снижается. Появляется большое количество различных фирм-производителей, как российских, так и зарубежных, что благоприятно сказывается на цене оборудования благодаря рыночной конкуренции.
Объект исследования расположен в Самарской области в центральном районе города Тольятти по адресу бульвар 50 лет Октября 23. По СНиП 2.08.02-89 Объект относится к группе зданий и помещений учебно-воспитательного назначения [30]. Общая площадь здания составляет 9050,7 м2. Площадь застройки 2597,8 м2. Состоит из 3 этажей, технического подполья, крылец и входа в техническое подполье. На 1 этаже находятся: спортивные залы, столовая, библиотека, учебные и рабочие кабинеты, гардероб, санузлы и подсобные помещения. На 2 этаже актовый зал, конференц-зал, архив, учебные кабинеты, учительская, санузлы и подсобные помещения. На 3 этаже находятся учебные и рабочие кабинеты, санузлы и подсобные помещения. Освещение выполнено в основном при помощи люминесцентных светильников, но также встречаются светильники с лампами накаливания.
Большее количество школ в нашем городе строились в начале 60-70 годов ХХ-го века, многие школы построены по типовым проектам, следовательно, разработав проект «интеллектуального» освещения для школы №21 можно будет применить и в других типовых школах не только нашего города, но и страны в целом. Внедрение системы автоматического управления осветительной нагрузкой позволяет снизить потребление электрической энергии, за счет регулирования освещенности и заранее разработанного и запрограммированного алгоритма управления светильниками, также замена люминесцентных светильников на светодиодные позволит обеспечить хорошие световые характеристики и снизить энергопотребление.
Цель магистерской диссертации - повышение эффективности системы освещения в общеобразовательной школе №21
Задачи:
- выбрать систему и протокол управления осветительными устройствами;
- разработать проект автоматизации управления для объекта исследования;
- разработать алгоритм управления осветительной нагрузкой для объекта исследования;
- определить технико-экономические показатели предлагаемого проекта интеллектуальной системы управления освещением.
В данный момент времени на территории Российской Федерации не наблюдается дефицита природных ресурсов, но, как было сказано выше, запасов хватит приблизительно на 50-100 лет. Поэтому необходимо использовать электрическую энергию более эффективно, для этого необходимо создавать и развивать интеллектуальные системы по управлению электрической энергией, которые способствуют повышению энергоэффективности.
В энергопотреблении офисных, жилых, общественных зданий (школ, больниц и т.д) существенную долю занимает электрическое освещение (40¬60% от общего потребления), поэтому необходимо снижать потребление осветительными установками.
Самым распространённым способом для энергоэффективности осветительной нагрузки является замена старых осветительных приборов на новые и современные с большей энергоэффективностью, на момент написания магистерской диссертации — это светодиодные светильники (LED). Этот способ позволяет экономить до 40 % электрической энергии, а также использовать кабели с меньшим сечением и оборудование на меньший номинальный ток.
Для того чтобы обеспечить еще больший эффект экономии электроэнергии необходимо применять интеллектуальную систему управления электрическим освещением.
Интеллектуальная система управления освещением объединяет группу светильников и контролируемых органов в одну сеть, которая обеспечивает уровень необходимой освещенности в нужном месте. В качестве контролирующих органов применяются датчики освещенности, движения, присутствия, акустические и т.д. Данная система позволяет рационально использовать электрическую энергию за счёт включения/выключения приборов в необходимое время, а также возможности регулировать световой поток осветительных приборов. Систему интеллектуального управления можно заблаговременно запрограммировать по необходимому сценарию, с помощью этого можно управлять различными группами светильников или даже одним светильником.
Эта проблема особенно актуальна на предприятиях, в офисных и общественных зданиях, так как приходится освещать большое количество помещений с различными площадями и задачами их использования. На таких объектах электрическая энергия, потребляемая освещением может составлять довольно-таки большую часть от общего потребления электрической энергии.
В последнее время данное направление активно развивается, так как оборудование стало доступнее как в физическом смысле, так и в экономическом, следовательно, срок окупаемости стал гораздо меньше, чем это было 10-15 лет назад. Высокая стоимость оборудования была связана с несколькими факторами: новизна, сложность и дороговизна изготовления микропроцессорных контроллеров и микросхем, отсутствие единого или унифицированного протокола, сложности создания нового программного обеспечения. Так как активно развиваются такие области, как информатика, IT-технологии и промышленная электроника, вопрос о дороговизне и сложности оборудования постепенно снижается. Появляется большое количество различных фирм-производителей, как российских, так и зарубежных, что благоприятно сказывается на цене оборудования благодаря рыночной конкуренции.
Объект исследования расположен в Самарской области в центральном районе города Тольятти по адресу бульвар 50 лет Октября 23. По СНиП 2.08.02-89 Объект относится к группе зданий и помещений учебно-воспитательного назначения [30]. Общая площадь здания составляет 9050,7 м2. Площадь застройки 2597,8 м2. Состоит из 3 этажей, технического подполья, крылец и входа в техническое подполье. На 1 этаже находятся: спортивные залы, столовая, библиотека, учебные и рабочие кабинеты, гардероб, санузлы и подсобные помещения. На 2 этаже актовый зал, конференц-зал, архив, учебные кабинеты, учительская, санузлы и подсобные помещения. На 3 этаже находятся учебные и рабочие кабинеты, санузлы и подсобные помещения. Освещение выполнено в основном при помощи люминесцентных светильников, но также встречаются светильники с лампами накаливания.
Большее количество школ в нашем городе строились в начале 60-70 годов ХХ-го века, многие школы построены по типовым проектам, следовательно, разработав проект «интеллектуального» освещения для школы №21 можно будет применить и в других типовых школах не только нашего города, но и страны в целом. Внедрение системы автоматического управления осветительной нагрузкой позволяет снизить потребление электрической энергии, за счет регулирования освещенности и заранее разработанного и запрограммированного алгоритма управления светильниками, также замена люминесцентных светильников на светодиодные позволит обеспечить хорошие световые характеристики и снизить энергопотребление.
Цель магистерской диссертации - повышение эффективности системы освещения в общеобразовательной школе №21
Задачи:
- выбрать систему и протокол управления осветительными устройствами;
- разработать проект автоматизации управления для объекта исследования;
- разработать алгоритм управления осветительной нагрузкой для объекта исследования;
- определить технико-экономические показатели предлагаемого проекта интеллектуальной системы управления освещением.
В рамках ВКР изучены нормативно- правовые документы: ГОСТы, СНиПы, СанПиНы, СП, регламентирующие проектирование систем освещения в образовательных учреждениях, а также используемых при проектировании источников освещения.
Изучены и проанализированы различные протоколы управления автоматической системой освещения, такие как: DALI, KNX, RDM, DMX-512, IP-системы и аналоговое управление 1-10 В. Опираясь на необходимый функционал при проектировании новой системы освещения, а также изучив все достоинства и недостатки протоколов управления к рассмотрению выбран протокол управления DALI.
Выбраны светодиодные светильники производства «VARTON» специально разработанные для общеобразовательных учреждений, которые устанавливаются во всех помещениях рассматриваемого объекта. Для технического подполья выбраны светодиодные светильники LLT ССП-159, так как они обладают высокой пыле- и влагозащитой. При помощи программного обеспечения DIALux рассчитано необходимое количество и расположение светильников для кабинетов, коридоров, санузлов и остальных помещений. Для питания щитов освещения, а также самих светильников выбрана кабельная продукция ВВГнг(А)-LS производства «Самарской кабельной компании». Для защиты от перегрузок и токов короткого замыкания выбраны автоматические выключатели производства «Schneider Electric». Для управления светильниками в автоматическом режиме выбраны датчики присутствия и движения производства «Steinel» управляемыми по протоколу DALI, в состав которых входят датчики освещенности. Для подключения всего оборудования, работающего по протолку DALI выбраны шкафы управления ME6 DALI B512. Для настройки, сбора информации и отслеживания системы в режиме реального времени выбрана сенсорная панель AWADA SP-01.
Расчёт технико-экономических показателей показал, что действующая система освещения в общеобразовательном учреждении расходует в год электроэнергии на 730 287 рублей, а после внедрения системы автоматического управления осветительной нагрузкой и светодиодных светильников затраты на энергопотребление в тот же период составляет 203 203 рублей, что в 3,6 раз меньше чем с действующей системой освещения. Затраты на реализацию проекта автоматического управления освещением составляют 3 057 313 рублей. По рассчитанным данным срок окупаемости проекта по автоматизации составляет около 6 лет, что является хорошим показателем.
Благодаря разработанной системе освещения достигаются не только высокие экономические показатели, но и улучшается комфорт пребывания учеников, учителей и рабочего персонала в школе. Разработанная система автоматического управления освещением позволяет реализовывать гибкую настройку параметров для каждого отдельного помещения, задавать необходимые параметры и режимы работы светильников, отслеживать неисправности системы освещения и быстро находить вышедшие из строя светильники. Выстраивать определенные сценарии управления и выводить графики потребления за определённый период времени. Все это позволит отслеживать динамику потребления электроэнергии и вводить коррективы в параметры для достижения большего комфорта пребывания и экономического эффекта.
Изучены и проанализированы различные протоколы управления автоматической системой освещения, такие как: DALI, KNX, RDM, DMX-512, IP-системы и аналоговое управление 1-10 В. Опираясь на необходимый функционал при проектировании новой системы освещения, а также изучив все достоинства и недостатки протоколов управления к рассмотрению выбран протокол управления DALI.
Выбраны светодиодные светильники производства «VARTON» специально разработанные для общеобразовательных учреждений, которые устанавливаются во всех помещениях рассматриваемого объекта. Для технического подполья выбраны светодиодные светильники LLT ССП-159, так как они обладают высокой пыле- и влагозащитой. При помощи программного обеспечения DIALux рассчитано необходимое количество и расположение светильников для кабинетов, коридоров, санузлов и остальных помещений. Для питания щитов освещения, а также самих светильников выбрана кабельная продукция ВВГнг(А)-LS производства «Самарской кабельной компании». Для защиты от перегрузок и токов короткого замыкания выбраны автоматические выключатели производства «Schneider Electric». Для управления светильниками в автоматическом режиме выбраны датчики присутствия и движения производства «Steinel» управляемыми по протоколу DALI, в состав которых входят датчики освещенности. Для подключения всего оборудования, работающего по протолку DALI выбраны шкафы управления ME6 DALI B512. Для настройки, сбора информации и отслеживания системы в режиме реального времени выбрана сенсорная панель AWADA SP-01.
Расчёт технико-экономических показателей показал, что действующая система освещения в общеобразовательном учреждении расходует в год электроэнергии на 730 287 рублей, а после внедрения системы автоматического управления осветительной нагрузкой и светодиодных светильников затраты на энергопотребление в тот же период составляет 203 203 рублей, что в 3,6 раз меньше чем с действующей системой освещения. Затраты на реализацию проекта автоматического управления освещением составляют 3 057 313 рублей. По рассчитанным данным срок окупаемости проекта по автоматизации составляет около 6 лет, что является хорошим показателем.
Благодаря разработанной системе освещения достигаются не только высокие экономические показатели, но и улучшается комфорт пребывания учеников, учителей и рабочего персонала в школе. Разработанная система автоматического управления освещением позволяет реализовывать гибкую настройку параметров для каждого отдельного помещения, задавать необходимые параметры и режимы работы светильников, отслеживать неисправности системы освещения и быстро находить вышедшие из строя светильники. Выстраивать определенные сценарии управления и выводить графики потребления за определённый период времени. Все это позволит отслеживать динамику потребления электроэнергии и вводить коррективы в параметры для достижения большего комфорта пребывания и экономического эффекта.