енергетичного

Міжнародний досвід показує, що за допомогою моніторингу енергії можна заощадити від 5 до 15% споживання енергії. Типова практика в енергозберігаючих проектах показує, що енергоспоживання будівлі можна значно зменшити за допомогою таких технічних заходів, як теплоізоляція периметрів конструкцій, заміна вікон та дверей, встановлення автоматичного регулювання та управління тощо.

Рівень споживання енергії після зменшення може бути постійним протягом деякого часу. Однак практичний досвід показує, що споживання енергії може зрости через кілька років і навіть повернутися до того ж рівня, що і до заходів з енергозбереження [1], лише через 3 - 5 років. Основною причиною того, чому рівень споживання енергії протягом довгого часу після зменшення не залишається незмінним, є відсутність системи моніторингу споживання енергії будівлі. Моніторинг енергії - це інструмент для моніторингу та підтримки споживання енергії на бажаному низькому рівні. Він базується на періодичному (регулярному) фікуванні споживання енергії та відповідних параметрів впливу (наприклад, середньої зовнішньої температури).

На додаток до виявлення підвищеного споживання енергії або води та подальшого відновлення, моніторинг енергії дозволяє:

  • належне функціонування технічного обладнання,
  • документація результатів енергозберігаючих заходів,
  • визначення будівель з найбільшим потенціалом для економії енергії,
  • швидкий зворотний зв'язок при зміні режимів роботи,
  • краще знання можливостей заощадження,
  • кращий баланс витрат енергії та води.

Міжнародний досвід моніторингу енергії як самостійного заходу енергозбереження показує, що досягнута економія енергії та води становить від 5 до 15% споживання енергії [1].

Методи енергомоніторингу будівель

Джерелом моніторингу енергії є дані з лічильників енергії всіх енергоносіїв, що використовуються в будівлі, та виміряні кліматичні дані. Дані можна читати та записувати вручну або автоматично.

Процес енергомоніторингу будівлі включає три етапи:

  1. визначення необхідних (цільових) показників для будівлі,
  2. збір даних та моніторинг енергоспоживання будівлі,
  3. аналіз результатів енергетичного моніторингу.

Першим кроком є ​​встановлення цілей, необхідних для контролю майбутнього споживання енергії. Другим кроком є ​​відстеження виміряного споживання та переконання, що воно не перевищує необхідний (цільовий) рівень. На третьому етапі у разі виявлення надмірного споживання енергії (на 5 - 10% вище цільового) слід визначити причину та вжити відповідних заходів.

Метод питомого споживання

Одним із найбільш використовуваних методів контролю споживання енергії будівель є метод специфічного споживання. Цей метод порівнює споживання з нормативними значеннями споживання енергії, використовуючи кліматичні дані та теплотехнічні розрахунки. Ці значення, наведені для різних типів будівель, також можна знайти в законодавстві. Метод полягає в тому, що виміряне споживання енергії будівлі не повинно перевищувати конкретного нормативного значення. Перевагою цього методу є простота, оскільки немає необхідності збирати детальні дані про споживання енергії та фактори впливу. Моніторинг та аналіз результатів проводиться раз на рік.

Метод, заснований на діаграмі енергії та температури

Іншим часто використовуваним методом моніторингу енергії в житлових та громадських будівлях є метод, заснований на діаграмі енергії та температури (ЕТ) [2 - 6]. Основним інструментом є діаграма з кривою енергії та температури, унікальна для кожної будівлі. Крива ET показує рівень споживання енергії при різних значеннях зовнішньої температури, враховуючи правильну роботу будівлі. Вхідними даними діаграми ЕТ є питоме споживання енергії на одиницю опалюваної площі будівлі за тиждень (кВт-год/(м 2. тиждень)) та середня зовнішня температура (° С/тиждень). Криву ЕТ можна побудувати за допомогою розрахунків енергії за допомогою програмного забезпечення [3, 5] або за допомогою історії виміряних споживання енергії та зовнішньої температури.

Головною перевагою цього методу енергомоніторингу є можливість його використання у всіх типах будівель. Метод заснований на оцінці споживання енергії залежно від змін зовнішньої температури. До його недоліків належать відносно часті показники з лічильників енергії та температури, розрахунок тижневих значень споживання енергії, а також розрахунок цільових значень споживання. При використанні методу також передбачається, що внутрішня температура завжди відповідає нормативним вимогам, оскільки аналіз не враховує.

Метод з урахуванням режиму роботи будівлі

Під час моніторингу енергоресурсів - особливо громадських будівель - важливо враховувати спосіб експлуатації будівлі та одночасно оцінювати споживання енергії під час експлуатації в робочий час, за межами та у вихідні та святкові дні [7]. При використанні цього методу щоденні дані про споживання енергії в будівлях використовуються як вхідні дані. Дані підраховуються двічі на день, на початку та в кінці робочого та неробочого часу. Залежно від часу зворотного відліку та значень споживання розраховуються середні значення погодинного споживання енергії для робочого та неробочого часу, а потім його цільові значення. Цільове споживання на вихідні та святкові дні можна визначити, використовуючи коефіцієнт зниження споживання (0,8 × споживання протягом робочого дня) або використовуючи розрахунки з історичними даними на вихідні та святкові дні.

Цільові значення можна оновити залежно від нових даних, а це означає, що вони також отримуються під час моніторингу, а не лише з історичних чи середніх значень. Перевагою цього методу є його простота та швидше виявлення відхилення споживання енергії. У той же час це дозволяє більш пильно стежити за виконанням графіка експлуатації обладнання в будівлі. Недоліком є ​​часте читання даних про споживання енергії (двічі на день). Цей метод також не дозволяє враховувати такі фактори, як внутрішня та зовнішня температура.

Метод "Перевірки та стандартизація"

Найефективнішим методом моніторингу енергії в будівлях є метод "Інспекція та стандартизація (KaN)" [8]. Метод KaN - це аналіз історії енергоспоживання будівлі з визначенням основних та цільових значень енергоспоживання, з якими порівнюються виміряні значення споживання. Факторами, що впливають на споживання енергії, є зовнішня температура або денна температура, оскільки опалення будівлі залежить як від зовнішньої, так і від бажаної температури в приміщенні. Значення добових етапів (на кожен день) являє собою різницю між середньодобовою температурою повітря всередині опалюваної будівлі та середньодобовою зовнішньою температурою.

де: ni - значення денного ступеня i-го дня,
Tin, i - середня температура повітря в приміщенні,
Tout, i - середня температура зовнішнього повітря,
i - кількість днів.

Першим кроком методу KaN є аналіз історії, який встановлює базовий та цільовий рівні споживання енергії. Для цього використовується модель лінійної регресії у формі

де: Y - споживання енергії протягом доби,
X - значення фактора впливу (кількість добових градусів або середня зовнішня температура протягом доби),
та - змінна складова споживання енергії залежно від впливу фактора,
б - складова постійного споживання.

Базовий рівень споживання необхідний для контролю майбутніх значень споживання енергії, щоб покрити поточні енергетичні показники будівлі. Однак для повного використання цього методу необхідно встановити реалістичний цільовий рівень. Одним із методів визначення цільового споживання є створення моделі лінійної регресії (2) з використанням тих значень, які нижчі за рівень базового споживання. За наявності історичних даних про робочий та неробочий час цей метод можна використовувати окремо для обох типів режиму. До переваг цього методу можна віднести можливість його використання у всіх типах будівель (житлових та громадських). Цей метод також враховує зміну зовнішньої та внутрішньої температури - через значення денних градусів. У процесі моніторингу використовуються щоденні дані, що дозволяє швидше виявляти відхилення у споживанні енергії та подальшу корекцію. Основним недоліком цього методу є відносно часте читання значень (двічі на день) споживання енергії, а також температури.

Інформаційна система "Енергомоніторинг будівель"

Для того, щоб мати змогу застосовувати згадані методи моніторингу та аналізу енергоспоживання будівель, у програмі Excel було запропоновано інструмент «Моніторинг енергії будівель» [9].

Завдяки своїм функціональним властивостям інструмент складається з чотирьох частин:

  • вхідні дані,
  • аналітична обробка (методи моніторингу та аналізу),
  • новини,
  • виходи.

На додаток до моніторингу споживання енергії, цей інструмент дозволяє проводити порівняльний аналіз споживання енергії (фактичне споживання та показники за роками та місяцями), оцінку викидів CO2 та щомісячні фінансові витрати на енергію.

Використання інструменту моніторингу енергії

Крім того, у статті ми зосередимося на демонстрації специфічного використання інструменту енергомоніторингу в приміщенні школи в період з 27 січня по 26 лютого 2014 року. Будівля використовується з 8:00 до 17:00. щодня, з понеділка по суботу. Він не працює по неділях. Моніторинг контролював споживання електроенергії та природного газу, а також температуру всередині та зовні будівлі протягом 31 дня, особливо у робочий та неробочий час. Загальне споживання електроенергії склало 329 кВт-год, а природного газу - 4844 м 3. Це означає, що щоденне споживання становило від 3 до 23 кВт-год електроенергії, у випадку природного газу від 75 до 245 м 3. Зовнішня температура становила від 4,7 до 19,3 ° C. Внутрішня температура відповідала нормативним вимогам. Споживання електроенергії контролювали методом, що враховує режим роботи будівлі. Споживання природного газу контролювали за методом "Інспекція та стандартизація" з урахуванням робочого та неробочого часу.

Фіг. 1 Визначення цільового споживання електроенергії

Моніторинг споживання електроенергії

На основі даних про споживання електроенергії з 27 січня по 9 лютого були визначені цільові значення (рис. 1), які використовувались для контролю майбутніх значень споживання енергії. На фіг. 2, щоб побачити результати цього тижня моніторингу. Вихідні припали на 16 лютого - цільове споживання на цей день визначається на основі коефіцієнта 0,8 з робочого дня. Наступний аналіз показує дні з виявленим споживанням енергії, що перевищує цільове, протягом робочого, неробочого часу. Як видно з результатів, загальне відхилення споживання електроенергії склало 23 кВт-год при значній частині споживання протягом робочого часу. Цікавим є споживання енергії з 13 по 16 лютого, де відхилення вище допустимого (> 10%).

Фіг. 2 Результати моніторингу електроенергії з 10 лютого 2014 року по 16 лютого 2014 року

У цьому випадку слід виявити причину раптового збільшення споживання енергії та вжити заходів, щоб уникнути такого відхилення в майбутньому. Як показують результати моніторингу з 17 по 23 лютого (рис. 3), не було вжито заходів, необхідних для усунення відхилення у споживанні, що призвело до збільшення споживання електроенергії до 72 кВт-год. Навіть якщо цільовий рівень споживання електроенергії не був досягнутий, аналіз інших значень не зміниться. На фіг. 4 див. Результати моніторингу з 24 по 26 лютого. Зрозуміло, що допуск був перевищений 24 та 26 лютого в робочий час. Відхилення споживання електроенергії протягом цих трьох днів становило 7 кВт-год.

Фіг. 3 Результати моніторингу електроенергії з 17 лютого 2014 року по 23 лютого 2014 року

Фіг. 4 Результати моніторингу електроенергії з 24 лютого 2014 року по 26 лютого 2014 року

Моніторинг споживання природного газу

На основі даних про споживання природного газу з 27 січня по 9 лютого були визначені базовий та цільовий рівні споживання робочого та неробочого часу (рис. 5). Як і у випадку з електрикою, споживання газу можна контролювати щодня або з більшими інтервалами. Результати моніторингу споживання природного газу протягом наступних семи днів наведені на рис. 6. Подальший аналіз показаний на фіг. 7. У цьому випадку дані перевірялись на рівні базового рівня споживання. Як показують результати, відхилення спостерігалось 14 лютого поза робочим часом, але в іншому випадку базовий рівень споживання був дотриманий. Виміряне споживання між 17 і 23 лютого було на рівні базового (рис. 8), а також цільового споживання (рис. 9).

Фіг. 5 Визначення основного та цільового споживання газу

Фіг. 6 Результати моніторингу споживання природного газу з 10 лютого 2014 року по 16 лютого 2014 року

Фіг. 7 Звіт про моніторинг споживання природного газу з 10 лютого 2014 року по 16 лютого 2014 року

Загальне споживання газу за цей період становило 1067 м 3. Збільшення споживання газу порівняно з базовим споживання зафіксовано лише 22 лютого в робочий час. Тут потрібно було знайти причину відхилення 41 м 3 (приблизно 4% від загального споживання). Порівняно з цільовим споживанням, більше споживання було зафіксовано протягом робочого часу 17, 19, 20 та 22 лютого. Особливо цікавим є споживання 22 лютого. Загальне відхилення за період становить 93 м 3, що становить 8% від загального споживання за період.

Фіг. 9 Моніторинг споживання природного газу з 17 лютого 2014 року по 23 лютого 2014 року (порівняно з цільовим споживанням)

Резюме

Моніторинг енергії є дуже корисним інструментом для підвищення енергоефективності протягом усього життя будівлі. Постійний моніторинг дозволяє виявити та усунути надмірне споживання енергії, правильно використовувати технічне обладнання будівель, а також забезпечити можливість оптимізації енергетичних витрат. Метод, заснований на діаграмі ET та метод KaN, дуже ефективний для контролю споживання енергії під час опалювального сезону, а також у теплі літні місяці, враховуючи вплив факторів зовнішньої температури або добових градусів. Метод, який враховує спосіб експлуатації будівлі, підходить для контролю споживання електроенергії та споживання гарячої та холодної води без необхідності враховувати температуру та добові градуси. Для моніторингу споживання енергії доречно використовувати відповідний інформаційний інструмент, такий як система "Енергомоніторинг будівель".

Література
1. Моніторинг енергії. Вступ. ENSI, 2009, www.ensi.no.
2. Набір інструментів активного навчання/Моніторинг енергії/Моніторинг споживання енергії в школі.
3. Енергоаудит програмного забезпечення будівель (EAB Software).
4. Загальні поради енергоменеджерам/Щоденне управління енергією будівлі. http://www.display-campaign.org.
5. Про Energinet ISO 50001 Програмне забезпечення для управління енергією. http://www.cebyc.no.
6. ФІНАЛЬНИЙ ОПИСНИЙ ЗВІТ Контракт ENPI 2011 281-292. Опис системи моніторингу енергії. www.energycluster.com.ua.
7. Худаяров М. Б.: Методи та засоби енергоменеджменту будівель, Матеріали 1 російська науково-практична конференція „Енергоефективність та збереження: теорія та практика”, Кемерово, 2014.
8. Ніколаєнко А., Тарновський, М.: Презентація на тему „Моніторинг споживання енергії та енергоефективності“, 2010 р., www.optimenergo.com.
9. Саліхов Т. П., Худаяров М. Б.: Інформаційна система моніторингу енергоспоживання будівлі, Свідоцтво про офіційну реєстрацію комп’ютерної програми, ДГУ 02933 18.12.2014, Ташкент, Агентство з інтелектуальної власності RUz.

Текст: М. Б. Худаяров
Зображення: автор/thinkstock.com
Автор працює в Інституті енергетики та автоматики Академії наук Республіки Узбекистан в Ташкенті.

Стаття була опублікована в журналі ТЗБ ГАУСТЕЧНИК.