基于EMC模式及光源替代的學校照明系統(tǒng)節(jié)能改造探討

李 剛

(齊齊哈爾哈鐵裝備制造有限公司, 黑龍江 齊齊哈爾 161000)

0 引 言

節(jié)約型校園建設是節(jié)約型社會的重要組成部分。建設節(jié)約型校園不僅是學校自身發(fā)展的需要,更是學校培養(yǎng)合格人才、提高學生綜合素質(zhì)、履行高校社會責任的需要。因此,對學校照明節(jié)能進行研究具有非常重要的意義,有利于提高能源利用效率,緩解電能短缺,改善學?，F(xiàn)有人工照明光環(huán)境,有利于環(huán)境保護,是建設“綠色、生態(tài)、低碳、節(jié)約型校園”的重要組成部分[1]。

1 EMC概述

合同能源管理模式(Energy Management Contract,EMC)是一種新興的市場化節(jié)能模式,以節(jié)省的能源費來支付節(jié)能項目全部成本的節(jié)能投資方式。這種準許使用未來的節(jié)能成本為設備升級的節(jié)能投資方式,不僅降低當前高能耗設備的運行成本,而且為節(jié)約型校園的可持續(xù)發(fā)展提供保障。EMC是目前提高既有建筑能源利用率,達到節(jié)能的主要方式之一。將EMC模式引入節(jié)能型校園的建設,有利于促進校園能源管理向著節(jié)能專業(yè)化、技術先進化、管理科學化、成本節(jié)約化和風險降低化的方向發(fā)展。

EMC模式起源于美國,是通用的測量與驗證標準、協(xié)議,為節(jié)能效果的測量與驗證提供基礎。美國能源部在2000年編制《聯(lián)邦政府節(jié)能項目驗證和測試指南》,美國采暖、制冷與空調(diào)工程師學會(ASHRAE)編制更為詳盡的《節(jié)能效果測試方法指導》,這些標準具備扎實的技術基礎,值得借鑒和參考。

2 基本概念和方法

節(jié)能量的驗證計算須通過下式來確定:

E=E1-E2

(1)

式中:E——節(jié)能量;

E1——基準能耗,即改造后獨立變量條件下,反映節(jié)能改造前改造范圍內(nèi)的能耗或經(jīng)過調(diào)整后的改造前能耗;

E2——當前能耗,即改造后能耗。

根據(jù)EMC模式,不同節(jié)能改造項目中節(jié)能量的評價和計算可采用以下4種方法:方法1,部分變量測量,改造部分隔離;方法2,全部變量測量,改造部分隔離;方法3,全樓宇驗證;方法4,校驗模擬驗證。其中方法1規(guī)定單項節(jié)能措施的節(jié)能量必須單獨計算和評估,并將單項節(jié)能改造的系統(tǒng)或設備與其他部分的能源使用隔離,主要用于評價和計算一個單項節(jié)能改造的節(jié)能量,并且將被節(jié)能改造的設備或系統(tǒng)(改造隔離)的能耗與系統(tǒng)或樓宇中其他未被改造的設備或系統(tǒng)(改造隔離外)的能耗進行分離。此方法適用于為提高能源利用效率而更換設備的節(jié)能改造措施。

3 基于EMC的節(jié)能量測量與驗證方法

3.1 目前我國學校照明情況

目前,很多學校既有建筑大多為老式建筑,相關節(jié)能技術應用較少,學校照明系統(tǒng)用電量占很高的比例(30%～40%),照明光源絕大部分采用熒光燈,照明系統(tǒng)達不到GB 50034—2013《建筑照明設計標準》所要求的照度水平,不能實現(xiàn)綠色照明,并且日常使用電費和燈具更換費用都很高,有較大的節(jié)能空間。

3.2 測量和認證方案

制定的測量和認證方案采用方法1來確定節(jié)能量,因為采用部分測量的方法可提供足夠的準確度。該方案概要如下:節(jié)能措施的范圍包括全校的照明線路,選擇開始實施項目的前12個月的情況,包括照明水平調(diào)查、鎮(zhèn)流器和照明裝置數(shù)量、位置的描述。改造后照明運行時間作為式(1)能耗項的通用條件?；鶞誓暾彰鲿r間通過有代表性面積的1個月的照明記錄確定?；鶞誓暾彰髫摵煞植己统掷m(xù)時間如表1所示。

表1 基準年照明負荷分布和持續(xù)時間

由于使用模式的變化,約定改造后的照明負荷分布和持續(xù)時間如表2所示。

采用最近校驗的三相RMS功率表在照明線路中進行測量,功率表的精度額定值為全刻度的2%～4%,實際讀數(shù)大概達到全刻度的50%,測得燈具總容量為812 kW。約定改造后的照明負荷分布和持續(xù)時間情況的可能誤差在于:持續(xù)時間從2 150 h增長到2 650 h,預計照明負荷分布增長可能只有50%;9%的照明負荷可能達到700 h,可達30 000 kWh,是預計年節(jié)能量(1 000 000 kWh)的3%。照明假設值對基準年和改造后全年12個月最大需量有影響,可能對最大需量有約3%的影響,這些約定值的影響對具體項目來說不大。

電力測量的估計準確度為±4%。節(jié)能量的計算過程概括在節(jié)能量測量和認證方案中。節(jié)能措施完成后,來年重新測量照明負荷,從而進行年度節(jié)能量計算,項目期內(nèi)每年一次?；鶞誓旰蛯砟攴莸碾娏Τ砉ぷ骺捎梢晃华毩⒌墓ぷ魅藛T承擔。調(diào)查的所有數(shù)據(jù)和情況分析隨時可以檢查。當檢查電表讀數(shù)時,EMC和學院大樓的維護人員也可以同時測量電力負荷,如果EMC和客戶方的讀數(shù)差別超過4%,EMC將進行二次抄表,在兩次EMC的讀數(shù)中選出合適的讀數(shù)[2]。

3.2.1 基準年的用電量和最大負荷

式(1)中的基準年用電量可以通過基準年負荷812 kW乘以基準年負荷持續(xù)時間進行計算,基準年用電量如表3所示。

（4）肉品及肉制品中只檢出1株單核細胞增生李氏特菌，但不能排除單核細胞增生李氏特菌、阪奇腸桿菌、致瀉性大腸埃希氏菌的毒力作用引起食物中毒的潛在危險性。

基準年10個月中的月最大負荷為812 kW,7月、8月的最大負荷為406 kW,總的最大負荷為8 932 kW。

表3 基準年用電量

3.2.2 改造后用電量和最大負荷

將原有的白熾燈和日光燈替換為新型節(jié)能燈,節(jié)能燈總容量為462.6 kW,對系統(tǒng)進行調(diào)試。節(jié)能措施實施后,照明線路功率根據(jù)基準年要求進行重新測量,改造后最大負荷為462.6 kW,7月、8月的最大負荷為231.3 kW,總的最大負荷為5 088 kW。式(1)中的改造后用電量可以用462.6 kW乘以約定的改造后負荷數(shù)據(jù)進行計算。改造后年用電量如表4所示。

表4 改造后年用電量

3.3 節(jié)能量的計算及效益分析

根據(jù)式(1),節(jié)能措施實施后的節(jié)能量=基準年電能-改造后電能+調(diào)整量,因此節(jié)能量為(2 590 911-1 616 972+247 650) kWh=1 221 589 kWh,計算的最大需量為(8 932-5 088+0) kW/月=3 844 kW/月。

表5 年耗能情況對比

4 LED燈替換方案

發(fā)光二極管(Light Emitting Diode,LED)被稱為“第四代光源”,是未來“綠色照明”的主角,其核心部分是由P型半導體和N型半導體所組成的晶片。LED燈具有低碳環(huán)保、結構牢固、體積小、啟動快速、顯色性能較好、使用時間較長、能源消耗較低、成本低等優(yōu)點,具有廣闊的應用前景。

傳統(tǒng)日光燈與LED燈參數(shù)比較如表6所示。

LED燈管與傳統(tǒng)40 W普通節(jié)能燈經(jīng)濟效益分析如表7所示。

綜上,LED燈管總成本費為200 000元,如果每月節(jié)省17 800元,只要11.3個月可以抵消替換LED燈管的總成本費用。

5 效益分析

用18 W LED節(jié)能燈替代總功率48 W的熒光燈,節(jié)電率為58.3%,由于LED燈發(fā)光指向性好、顯色性好、頻閃小,實際照明效果超過傳統(tǒng)熒光燈,課桌桌面照度可達300 lx以上。用TES-1339照度計檢測:白天,未開燈時桌面照度為106 lx,開燈時桌面照度為437 lx;晚上,未開燈時桌面照度為0.6 lx,開燈時桌面照度為324 lx。

(1) 綜合節(jié)電率。選擇某教學樓1F兩間,3F樓、4F樓各一間教室進行為期1個月的試驗運行。自動控制關燈率如表8所示。由于學校地處杭州城區(qū),年平均陰天約為190天,如果加上多云天氣達300天,教室上課尤其是遠離窗戶的座位即使在白天也需要燈光照明才能達到300 lx的照度標準,故檢測時以全天8 h開燈為參照,實測平均自動關燈率約為16.4%,則節(jié)電改造的綜合節(jié)電率=[1-20×(1-0.164)/48]×100%=65.2%。

表6 傳統(tǒng)日光燈與LED燈參數(shù)比較

表7 LED燈管與傳統(tǒng)40 W普通節(jié)能燈經(jīng)濟效益分析 元

表8 自動控制關燈率

備:以6∶00～24∶00全天開燈為參照。

(2) 綜合效益。試驗用的LED燈管、APFC電源板及控制裝置模塊均由廠家加工制作。每間教室改造投入:18 W LED燈管采用定制的PCB鋁基板和半鋁半塑燈管組裝,每支成本約為90元,使用54支,合計4 860元;每塊APFC電源板約為40元,使用3塊,計120元;每塊控制電路板約為15元,使用2塊,計30元;每塊光照和紅外傳感模塊約為6元,使用6塊,計36元;布線、開關盒等約為100元。因此,每間教室投入資金為5 186元。綜合效益分析如表9所示。

以LED燈組最低使用壽命3 a計算,一次性投入改造后全校400間教室可節(jié)約1.117 2×400萬元=446.88萬元,可見節(jié)能效果明顯。

表9 綜合效益分析

6 結 語

探討了基于EMC模式及光源替代的學校照明系統(tǒng)節(jié)能改造,詳細地介紹了基于EMC的節(jié)能量測量與驗證方法,并進行綜合效益分析,結果表明改造方案可有效降低學校教室照明運行費用。

收稿日期：2018-04-30