Малоэтажные жилые дома усадебного типа, Архитектура и строительство

Содержание

1.Введение

2.Анализ архитектурного решения объекта

2.1.Композиционное решение

2.2.Отделка фасадов

3.Пожаро- и взрывобезопасность здания

4.Заключение

5.Литература

Выдержка из текста работы

Электрификация и автоматизация технологических процессов в доме усадебного типа с использованием возобновляемых источников электроэнергии, а именно — солнечных батарей, в условиях Южного Урала

Реферат

С целью повышения комфортности проживания и благоустройства в доме усадебного типа в дипломной работе были рассмотрены вопросы электрификации и автоматизации технологических процессов, имеющихся в доме.

Дом усадебного типа в селе Долгодеревенское Челябинской области был выбран в качестве экспериментального. Во второй части комплексной дипломной работы для него были рассмотрены процессы освещения и электроснабжения, в т.ч. и от альтернативного источника энергии — от солнечных батарей СБ.

Для выбора осветительной установки был произведен расчет освещения для разных типов ламп: для люминесцентных ламп (ЛЛ), ламп накаливания (ЛН) и светодиодных ламп (СДЛ). Для расчета освещения помещений дома с применением ламп СДЛ была использована программа DiaLux.

Энергию, получаемую от солнечных батарей, предложено использовать для осветительной установки и для электропитания газового котла. На уровне структурной схемы проработана возможность подключения этих потребителей к сети — при отсутствии солнечной радиации.

Произведен выбор оборудования фотоэлектрической станции. Для выбора солнечной батареи СБ определен ее оптимальный угол наклона, который позволяет осуществляться самоудалению снега в зимнее время и вырабатывать электроэнергию, достаточную для потребителей.

Для обеспечения надежного и безопасного проживания в доме была выбрана защитная и коммутационная аппаратура.

В результате сопоставления затрат на покупку и на потребляемую электроэнергию для ламп ЛЛ, ЛН и СДЛ был обоснован выбор светодиодных ламп для помещений дома.

Перечень сокращений и буквенных обозначений

ГЭС — Гидроэлектростанция

т.у.т. — Тонны условного топлива

ПУЭ — Правила электроустановок

СНиП — Строительные Нормы и Правила

СП — Свод правил

СЭ — Солнечный элемент

СМ — Солнечный модуль

СБ — Солнечная батарея

АБ — Аккумуляторная батарея

УЗО — Устройство защитного отключения

ФЭС — Фотоэлектрическая станция

ФЭУ — Фотоэлектрическая установка

ШИМ — Широтно-импульсная можуляция

ТММ — Точка максимальной мощности

ЛЛ — Люминесцентные лампы

ЛН — Лампы накаливания

СДЛ — Светодиодные лампы

CОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Обоснование необходимости автоматизации управления обогревом и другими технологическими процессами в доме усадебного типа в села Долгодеревенское Челябинской области

1.1 Пути решения проблемы благоустройства сельских жителей

1.2 Выбор объекта, характеристика дома

1.3 Обоснование необходимости автоматизации управления освещением

2. Техническое задание на проектирование

2.1 Разделы и содержания технического задания

2.2 Основание для разработки

2.3 Цель и назначение разработки

2.4 Источники разработки

3. Освещение

3.1 Источники света, используемые для освещения домов

3.2 Светотехнический раздел

3.3 Расчет осветительной установки с люминесцентными лампами

3.4 Расчет осветительной установки с лампами накаливания

3.5 Расчет осветительной установки со светодиодными лампами

3.6 Электротехнический раздел

4. Отопление и горячее водоснабжение в доме усадебного типа.

5. Расчет электрических нагрузок

5.1 Выбор сечения проводов и кабелей для потребителей

6. Разработка системы автоматического управления подключением сети при работе с альтернативным источником энергии при управлении технологическими процессами в доме усадебного типа

6.1 Основные направления использования возобновляемых источников энергии

6.2 Анализ конструкции и устройства солнечных элементов и батарей

6.3 Оборудование и компоненты фотоэлектрической установки

6.4 Разработка блок — схемы автоматического управления подключением сети при работе с альтернативным источником энергии при управлении технологическими процессами в доме усадебного типа

6.5 Расчет фотоэлектрической установки для части электроприемников дома усадебного типа

7. Выбор оборудования фотоэлектрической установки

7.1 Выбор количества и мощности солнечных модулей

7.2 Выбор инвертора

7.3 Выбор аккумуляторов

7.4 Выбор контроллера зарядки

7.5 Выбор дополнительного оборудования

8. Безопасность труда

8.1 Общая характеристика объекта и состояние безопасности труда на объекте

8.2 Мероприятия по производственной санитарии

8.3 Характеристика микроклимата дома

8.4 Защитные меры в электроустановках

8.5 Мероприятия по молниезащите

8.6 Повторное заземление нулевого провода

8.7 Мероприятия по пожарной безопасности

9. Технико-экономический расчет

9.1 Исходные данные для расчета фотоэлектростанции

9.2 Себестоимость проектируемой ФЭУ

9.3 Сопоставление затрат на покупку и на потребляемую электроэнергию для ламп ЛЛ, ЛН и СДЛ

Заключение

Список литературы

Приложение. Расчет фотоэлектрической установки и экономической части

Введение

Каждый человек любит свой дом и хочет, чтобы в доме было красиво, уютно и тепло, независимо от того, где он живет. И в наше время массового жилищного строительства, как это ни звучит парадоксально, наилучшее решение проблемы жилья — собственный дом, имеющий свою неповторимость.

Дом — это не только «крыша над головой», без которой, разумеется, нет нормальной жизни, это — события всей семьи, её поколений — родителей, детей, внуков.

Дом станет родным, любимым и надежным — крепостью семьи, если он теплый, удобный и красивый, располагающий к занятию любимым делом и приятному времяпрепровождению. Специалисты говорят в таком случае: жилище должно отвечать эксплуатационным требованиям — санитарно-гигиеническим, пожарным, эстетическим и другим. При этом важны как функциональность дома, так и его планировка [1,2].

Важнейшим условием реализации комфортности усадебного дома является оснащение жилища различными устройствами, работа которых основана на использовании электроэнергии. Украшением любого интерьера являются художественно оформленные светильники, электрокамины и другие электробытовые приборы, обеспечивающие удобство быта, комфорт и уют. Телевизоры, холодильники, стиральные машины, электроплиты, пылесосы, кухонные комбайны и другие приборы являются неотъемлемой частью быта людей. Электроподогреватели различных конструкций и назначений, кондиционеры, вентиляторы создают комфортные климатические условия в жилище.

Комфортность жилища повышается при наличии электродушевых, джакузи, саун и т.п. устройств, обеспечивающих прием водных и воздушных процедур. Работа этих устройств основана на использовании электроэнергии.

Все более широкое применение в быту находят персональные компьютеры и различные устройства на базе микропроцессорной техники, составляющие основу интеллектуализации жилища.

Кроме того, в усадебных домах широко используются различные насосы, электрокотлы, электроклиматические устройства для теплиц и др., являющиеся основой водо- и теплоснабжения как самого жилища, так и приусадебных построек, что также способствует повышению комфортности жилища.

В широкий спектр электробытовых приборов, создающих удобства в быту, входят различные электрочайники, кофеварки, электроутюги, электромясорубки, фены, электробритвы и др. Человек применяет в быту различные электроинструменты: электродрели, электрорубанки, электропилы, электрогазонокосилки, сварочные аппараты и т.д.

Оснащение жилища перечисленными видами электробытовых приборов и установок приводит к резкому увеличению электропотребления [1-3].

C каждым годом стоимость электроэнергии непрерывно растет вследствие постепенного истощении запасов ископаемого топлива и повышения затрат на разработку новых месторождений.

Использование альтернативных источников электроэнергии позволит выйти из зависимости ценовых скачков электроэнергии.

Согласно резолюции № 33/148 Генеральной Ассамблеи ООН (1978г.) к альтернативным источникам энергии относятся: торф, энергия биомассы (отходы сельскохозяйственные, лесного комплекса, коммунально-бытовые и промышленные, энергетические плантации: сельскохозяйственные культуры, древесно-кустарниковая и травянистая растительность); энергия ветра; энергия солнца; энергия водных потоков на суше (гидроэлектростанции мощностью менее 1МВт: мини ГЭС, микро ГЭС) средне и высокопотенциальная геотермальная энергия (гидротермальные и парогидротермальные источники; сухие, глубоко залегающие горные породы); энергия морей и океанов (приливы и отливы, течения, волны, температурный градиент, градиент солености), низкопотенциальная тепловая энергия (почвы и грунта, зданий и помещений, сельскохозяйственных животных) [4].

Ситуация с возобновляемыми источниками энергии в России, как и почти со всем у нас в стране, может быть названа уникальной. Запасы этих источников, поддающихся использованию уже на сегодняшнем техническом уровне, огромны. Вот одна из оценок: солнечной лучистой энергии — 2300млрд т.у.т. (тонн условного топлива); ветра — 26,7млрд т.у.т., биомассы — 10млрд т.у.т.; тепла Земли — 40000млрд т.у.т.; малых рек — 360млрд т.у.т.; морей и океанов — 30млрд т.у.т.. Эти источники намного превышают современный уровень энергопотребления России (1,2млрд т.у.т. в год). Однако используются из всего этого немыслимого изобилия даже не сказать что крохи — микроскопические количества [4].

Целью данного комплексного дипломного проекта является электрификация и автоматизация технологических процессов в доме усадебного типа с использованием возобновляемых источников электроэнергии, а именно — солнечных батарей, в условиях Южного Урала.

В первой части комплексного проекта (ЭИА0.ЭАП1.00.000 ПЗ) рассмотрена автоматизация комбинированной системы отопления в усадебном доме села Долгодеревенское Челябинской области.

Во второй части комплексного проекта (ЭИА0.ЭАП2.00.000 ПЗ) в качестве возобновляемого источника энергии для энергоснабжения освещения в том же доме используется энергия солнца.

1. Обоснование необходимости автоматизации управления освещением и другими технологическими процессами в доме усадебного типа в селе Долгодеревенское Челябинской области

1.1 Пути решения проблемы благоустройства сельских жителей

Без села России не возродить, что касается строительства, то без инвестиций экономику села не поднять. Одним из путей укрепления села является вопрос строительства и благоустройства сельских домов.

В 2006 году вступил в действие приоритетный национальный проект «Развитие АПК», включающий в себя направление «Обеспечение доступным жильем молодых специалистов (или их семей) на селе».

В начале 2006 года правительству Челябинской области поступило на рассмотрение предложение возродить программу строительства многоквартирных домов для бюджетников за счет муниципалитета. Всероссийская программа «Жилище», программа «Свой дом», направление «Обеспечение доступным жильем молодых специалистов (или их семей) на селе» и отраслевая программа «Основные направления и механизм энергоресурсосбережения в жилищно-коммунальном хозяйстве Российской Федерации» нацелены на то, чтобы сельские семьи получили дома с хорошими архитектурно-планировочными решениями, возведенные из современных дешевых материалов. В этих программах рассматриваются также вопросы энергосбережения. А именно:

-переход к эффективным энергосберегающим архитектурно-строительным системам и инженерному оборудованию в жилищно-коммунальном хозяйстве;

— внедрение приборного учета и регулирования потребления тепловой энергии и воды;

— создание экономичного механизма, стимулирующего процесс энергосбережения [5,6].

В настоящее время на Южном Урале действует новая областная целевая программа социального развития села «Доступное и комфортное жильё гражданам России», рассчитанная на 2012 — 2016 годы. В ней уделяется внимание вопросам строительства жилья, газификации, развитию инфраструктуры, возведению физкультурно-оздоровительных комплексов, развитию дошкольного образования в южноуральских селах [7].

1.2 Выбор объекта, характеристика дома

В сельской местности по традиции удобнее использовать дома с прилегающим участком земли. Поэтому мы выбираем существующий усадебный дом — мансардный одноквартирный четырехкомнатный одноэтажный жилой дом. Он состоит из: гостиной, двух спален, холла, столовой, кухни и санузла. План дома с размещением осветительной сети приведен на листе ЭИА0.ЭАП2.00.000 Д2. Дом рассматривается как экспериментальный для апробирования новейших технологий.

Площади основных помещений дома приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 — Площади основных помещений дома

Наименование	Площадь, м²
1 Гостиная	20,16
2 Спальня №1	17,4
3 Спальня №2	4,4
4 Холл	6,4
5 Столовая	8,37
6 Прихожая	4,54
7 Кухня	10,8
8 Санузел	4,94

Общая площадь — 77 м²;

Инженерное оборудование по мансардному одноквартирному четырехкомнатному дому приведено в таблице 1.2.

Таблица 1.2 — Перечень инженерного оборудования

Инженерное оборудование

Источник питания

Водопровод

Канализация

Отопление

Горячее водоснабжение

От скважины

Хозяйственно-бытовая в наружную сеть

От газового котла

Климатические параметры местности [8,9]:

— средняя температура в теплый период года — 25⁰С;

— расчетная зимняя температура наружного воздуха — -29⁰С;

— средняя температура наиболее холодных суток — -34⁰С;

— температура грунта — -8.5⁰С.

1.3 Обоснование необходимости автоматизации управления освещением

Существенную долю (40-60%) в энергопотреблении зданий в настоящее время составляет расход электроэнергии на освещение. Сократить расход электроэнергии на эти цели можно путем более рационального ее использования.

Энергопотребление осветительной установки за некоторый период определяется мощностью осветительного оборудования и его суммарной наработкой за этот период. Поэтому снизить потребление электроэнергии возможно двумя основными способами:

— снижением номинальной ( либо текущей) мощности освещения;

— уменьшением времени использования светильников.

Причем это не должно приводить к снижению качества освещения.

Снижение номинальной установленной мощности освещения в первую очередь означает переход к более эффективным источникам света, дающим нужные световые потоки при существенно меньшем энергопотреблении. Кроме того повышение качества осветительного оборудования уже само по себе может приводить к экономии электроэнергии [10].

Уменьшение времени использования светильников связано с внедрением современных систем регулирования и контроля осветительных установок.

Для уменьшения расхода электроэнергии, поступающей из сети, возможно использование альтернативных источников энергии, например энергии солнца. Особенно это актуально для усадебных домов, находящихся далеко от линии электропередач. Например, для домов лесника и т.д. Дом, находящийся в селе Долгодеревенском, будет рассматриваться как экспериментальный. Поэтому в комплексной дипломной работе планируется рассмотреть вопросы электрификации и автоматизации технологических процессов:

— преобразовать систему отопления (ЭИА0.ЭАП1.00.000 ПЗ );

— рассчитать осветительную сеть по нормам освещенности (ЭИА0.ЭАП2.00.000 ПЗ);

— рассчитать фотоэлектрическую установку для электроснабжения осветительной сети (ЭИА0.ЭАП2.00.000 ПЗ);

— разместить розеточную сеть (согласно ПУЭ);

— выбрать защитное оборудование для осветительной и розеточной сетей.

2. Техническое задание на проектирование

2.1 Разделы и содержания технического задания

Наименование

Электрификация и автоматизация технологических процессов в доме усадебного типа с разработкой осветительной установки.

В пояснительной записке ЭИА0.ЭАП2.00.000 ПЗ рассматривается использование возобновляемых источников электроэнергии, а именно — солнечных батарей для электроснабжения части потребителей усадебного дома. А в записке ЭИА0.ЭАП1.00.000 ПЗ рассматривается электрификация и автоматизация технологических процессов в доме усадебного типа с разработкой системы отопления.

Назначение систем управления

Назначение системы автоматического ввода возобновляемого источника энергии солнца (ЭИА0.ЭАП2.00.000 ПЗ)- уменьшить потребление электроэнергии на освещение дома.

Назначение системы автоматического управления отоплением и горячим водоснабжением в доме усадебного типа — экономный расход энергоносителей за счет более точного поддержания заданных параметров (температур внутри помещений и температуры теплоносителя) в зависимости от выбранного режима обогрева Назначение системы автоматического управления отоплением и горячим водоснабжением в доме усадебного типа — экономный расход тепловой- и электроэнергии за счет внедрения новой системы управления (ЭИА0.ЭАП1.00.000 ПЗ).

Область применения

Областью применения данной разработки являются дома усадебного типа в Челябинской и других областях России.

Где и кем выпускаются подобные системы

Подобные системы выпускаются во многих странах мира.

Краткая характеристика системы управления

В существующей системе водяного отопления нагрев теплоносителя осуществляется за счёт газового котла. Система дополнительного малоинерционного источника обогрева будет основана на пленочных инфракрасных нагревателях «ПЛЭН».

Основными показателями рассматриваемого технологического процесса отопления являются температуры внутри помещений. В жилых помещениях необходимо поддерживать температуру для трёх режимов:

— температура в отсутствии людей в доме 13-14С;

— температура в присутствии людей в дневное время 20С;

— температура в присутствии людей в ночное время 16-18С;

— потребляемая мощность электрических приборов;

— освещение всех помещений.

В доме должно быть предусмотрено два контура управления (ЭИА0.ЭАП1.00.000 ПЗ): отоплением и горячим водоснабжением, параметры которых обеспечиваются благодаря водогрейному отопительному газовому котлу Baxi Eco3 Compact 240Fi необходимой мощности. Также в качестве дополнительного источника обогрева используются плёночные инфракрасные нагреватели «ПЛЭН».

Основные показатели системы автоматического управления ввода возобновляемого источника энергии — солнца (ЭИА0.ЭАП2.00.000 ПЗ):

— род тока — переменный и постоянный;

— номинальное напряжение — 220В переменного тока и 12 В постоянного;

— частота тока — 50Гц;

— выходная мощность солнечных батарей — в процессе расчета мощности, освещения дома усадебного типа.

2.2 Основание для разработки

Основанием для разработки данного дипломного проекта является приказ ректора Челябинской Государственной Агроинженерной Академии от 21.03.2014 приказ № 156.

Тема разработки: «Электрификация и автоматизация технологических процессов в доме усадебного типа в с. Долгодеревенское Челябинской области с разработкой осветительной установки» (Комплексная дипломная работа).

Постановление, определяющее важность использования возобновляемых источников энергии: отраслевая программа «Основные направления и механизм энерго- ресурсосбережения в жилищно-коммунальном хозяйстве в РФ». А также «Федеральный закон об энергосбережении №261-ФЗ».

Требования, предъявляемые к объекту

Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.1.2.2645-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к условиям проживания в жилых зданиях и помещениях».

Строительные нормы и правила Российской Федерации СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

Техническое предложение на разработку

Предполагается:

— определить мощность, необходимую для обогрева дома, исходя из расчёта теплового баланса;

— рассмотреть возможность снижения мощности за счёт улучшения теплоизоляции дома;

— рассмотреть имеющуюся систему отопления в доме;

— спроектировать систему дополнительного малоинерционного источника обогрева;

— разработать алгоритм работы комбинированной системы отопления для двух температурных режимов;

— разработать систему управления технологическими процессами отопления и горячего водоснабжения.

Отопление в доме усадебного типа предполагается осуществлять с помощью комбинированной системы управления, осуществляющей обогрев дома до температуры 14⁰С (с помощью отопительного газового котла Baxi Eco3 Compact 240Fi) при отсутствии людей в доме и повышения температуры в доме до комфортной (за счет работы ПЛЭНов) — при появлении людей.

Система автоматического управления отоплением с помощью газового котла Baxi Eco3 Compact 240Fi должна быть разработана на уровне функциональной и структурных схем. Работа инфракрасных обогревателей на основе ПЛЭН должна быть рассмотрена рассмотрена на уровне структурных схем (ЭИА0.ЭАП1.00.000 ПЗ).

Экономическая эффективность от использования комбинированной системы отопления должна превышать нормативный коэффициент 0,15 (срок окупаемости не более 6,7 лет).

Во второй части комплексной дипломной работы (ЭИА0.ЭАП2.00.000 ПЗ) предполагается рассмотреть процесс освещения и электроснабжения осветительной установки от альтернативного источника энергии — от солнечных батарей.

Для выбора осветительной установки необходимо произвести расчет освещения для разных типов ламп: для люминесцентных ламп (ЛЛ), ламп накаливания (ЛН) и светодиодных ламп (СДЛ).

Система автоматического ввода возобновляемого источника электроэнергии (солнца) должна быть разработана на уровне структурной схемы. Также на уровне структурной схемы должна быть проработана возможность подключения части потребителей не только к возобновляемому источнику электроэнергии, но и к сети — при отсутствии солнечной радиации.

Необходимо произвести выбор оборудования фотоэлектрической станции (ФЭС). Для выбора солнечной батареи (СБ) предполагается определить ее оптимальный угол наклона (ЭИА0.ЭАП2.00.000 ПЗ).

Должна быть разработана схема подключения потребителей (освещение, бытовые приборы и розеточная сеть) к электросети.

2.3 Цель и назначение разработки

Система автоматического ввода возобновляемого источника электроэнергии (солнца) предназначена для уменьшения потребления электроэнергии, поступающей от традиционных источников, на освещение (ЭИА0.ЭАП2.00.000 ПЗ).

Система автоматического управления отоплением и горячим водоснабжением предназначена для обеспечения автономной работы газового котла с целью уменьшения расхода газа (более дешевого вида топлива), а также снижения потребления электроэнергии (ЭИА0.ЭАП1.00.000 ПЗ).

Ориентировочная потребность в разрабатываемой системе управления в ближайшие пять лет увеличится в несколько раз.

Сроки начала и конца разработки учебного проекта: март-июнь 2014года.

2.4 Источники разработки

Литературные и интернет-источники, которые приведены в списке литературы.

Каталоги электротехнической продукции: EFK, ABB, IEK, ShneiderElectric, Световые Технологии, руководство по эксплуатации газового котла.

3. Освещение

Освещение является одним из важнейших факторов, характеризующих комфортность жилища. Электрическое освещение обеспечивает возможность нормальной жизни и деятельности людей в быту при отсутствии или недостаточности естественного освещения.

Роль электрического освещения в создании экстерьера здания и интерьера помещений настолько велика, что может в корне менять всю концепцию дизайна помещений по рисунку, архитектурному стилю, размещению мебели, типу и цветовому решению материалов, применяемых при разработке индивидуального проекта.

3.1 Источники света, используемые для освещения домов

В настоящее время разнообразие типов источников света, которые можно использовать для освещения индивидуальных домов и квартир (функционального и декоративного), достаточно велико.

Во внутренних помещениях кроме ламп накаливания для люстр и бра, а также широко распространенных галогенных ламп накаливания низкого напряжения могут использоваться компактные люминесцентные лампы, а также светодиодные светильники. Для установки и подключения источников света, а также для перераспределения их светового потока с целью освещения объекта используются различные светильники.

Многие фирмы-производители разработали светильники с такими лампами, которые по дизайну не уступают светильникам с традиционными источниками света. К тому же компактные люминесцентные лампы могут давать свет от холодного белого до теплого желтого спектра, который может имитировать свет ламп накаливания. Применение линейных люминесцентных ламп оправдано в декоративных карнизах интерьеров, а также на кухне и других хозяйственных помещениях. В настоящее время популярны светодиоды, миниатюрные лампы накаливания и неоновая подсветка, которые незаменимы в праздничном и декоративном освещении.

Исходя из пожеланий жильцов, по освещению каждого помещения могут быть решены вопросы их практической реализации. Здесь решающими могут быть форма и цвет светильников, тип кривой светораспределения, мощность ламп, а также их расположение.

Для архитектурной подсветки дома могут быть использованы прожектора с галогенными лампами накаливания, лампами PAR. Для освещения территории — торшеры с лампами накаливания и газоразрядными лампами малой мощности.

Характеристика источников света

Степень защиты светильника должна соответствовать среде, в которой он применяется. В помещениях с нормальной средой степень защиты может быть IP20, во влажных помещениях и на улице — не менее IP44, в сауне и бассейне светильники должны быть специальные, выполненные именно для этих помещений. Так, в сауне светильники должны быть полугерметическими, с завинчивающимися стеклами и располагаться на недоступной высоте.

Использование электрического освещения позволяет плавно регулировать интенсивность света. Однако не все источники света позволяют это осуществить. Плавное регулирование света можно осуществить при использовании ламп накаливания 220 В, ламп накаливания низкого напряжения с применением специального трансформатора, люминесцентных ламп с применением специальной электронной пускорегулирующей аппаратуры (ПРА). Это должно учитываться при выборе источников света.

Основным преимуществом люминесцентных ламп перед лампами накаливания является более высокая световая отдача, приводящая к существенной экономии электроэнергии, и более длительный срок службы. Недостатки люминесцентных ламп: необходимость использования ПРА; неустойчивость работы при низких температурах; коэффициент мощности меньше 1.

Спектральный состав люминесцентного освещения близок к спектру дневного света и потому люминесцентное освещение требует большего уровня освещенности, чем освещение лампами накаливания.

Нормы освещенности выбираются на основании СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования», СП31-110-2003, МГСН 2.06-99.

В осветительных установках применяются системы общего и комбинированного освещения. Система общего освещения предназначена для обеспечения нормированной освещенности, т.е. необходимой в соответствии с нормами охраны здоровья. В системе комбинированного освещения кроме общего имеется местное, создающее необходимую повышенную освещенность в тех местах, где это требуется. Это могут быть рабочие поверхности кухни, письменный стол, общее освещение гостиной, подсветка картин или других предметов и пр.

Декоративное освещение относится к дизайнерским решениям и может функционировать как в системе общего освещения, так и в качестве самостоятельно решающего вопросы интерьера.

При выполнении проекта освещения индивидуальных домов (квартир) принимаются во внимание существующие нормы, но большое значение в выборе осветительных приборов и их расположений имеет также задание на проектирование или дизайн-проект [3; 12-14].

При проектировании осветительной установки необходимо обращать внимание на возможные пути энергосбережения. Такими путями являются, например:

— выбор экономичных источников света;

— регулирование освещенности;

— управление освещением из нескольких мест;

— автоматическое управление освещением в зависимости от перемещающихся объектов [3; 10 ].

Таким образом, выбор типа светильников производится с учетом характера их светораспределения, экономичности и условий окружающей среды.

Требования к монтажу источников света

Во всех помещениях квартир, за исключением лоджий и балконов, должна быть предусмотрена возможность установки светильников общего освещения. Как правило, эти светильники подвешиваются или закрепляются на потолке. В подсобных помещениях (кухнях, передних, коридорах, холлах, кладовых), допускается общее освещение осуществлять настенными светильниками.

В проектах следует предусматривать установку в жилых комнатах, кухнях и передних квартир клеммных колодок для подключения светильников, а в кухнях и коридорах, кроме того, — подвесных патронов, присоединяемых к клеммной колодке.

В туалетных комнатах квартир следует устанавливать над дверью стенной патрон.

В ванных следует предусматривать установку светильника класса защиты IP54 над умывальником на высоте не менее 2 м над уровнем пола.

В кладовых и подсобных помещениях квартир и усадебных домов стационарное освещение следует выполнять, относя эти помещения к классу П-IIа. Установка штепсельных розеток в этих помещениях запрещается.

В жилых комнатах площадью 10 м² и более следует предусматривать возможность установки многоламповых светильников с лампами накаливания, которые можно включать по группам.

Крюк в потолке для подвешивания светильника должен быть изолирован. Это требование не относится к случаям крепления крюков к деревянным перекрытиям, а также в случае использования светильников класса защиты 1. Размеры крюков для подвешивания бытовых светильников должны быть: внешний диаметр полукольца 35 мм; расстояние от перекрытия до начала изгиба 12 мм. При изготовлении крюка, из круглого прута стали диаметр прутка должен быть 6 мм.

Приспособления для подвешивания светильников должны выдерживать в течение 10 мин без повреждения и остаточных деформаций приложенную к ним нагрузку, равную пятикратной массе светильника. В проектах масса светильника для жилых комнат, кухонь и передних квартир принимается 10 кг [3, 12, 13].

3.2 Светотехнический раздел

Для дальнейшего выбора защитной аппаратуры и мощности солнечных батарей необходимо знать мощности всех потребителей, в том числе освещения. Поэтому необходимо провести расчет.

Исходные данные

Характеристика помещений, входящих в рассматриваемый дом, приведена в таблице 3.1

Таблица 3.1 — Характеристика здания

Наименования помещения	Площадь м²	Длина м	Ширина м	Высота м	Вид помещения по условиям окружающей среды	Коэфф-нт отражения ограждающих конструкций %
1	2	3	4	5	6	7
1 Гостиная	20,16	5,6	3,6	2,5	Сухое, отапливаемое
2 Спальня №1	17,4	3	5,8	2,5	Сухое, отапливаемое
3 Спальня №2	4,4	2	2,2	2,5	Сухое, отапливаемое
4 Холл	6,4	3,2	2	2,5	Сухое, отапливаемое
5 Столовая	8,37	3,1	2,7	2,5	Сухое, отапливаемое
6 Прихожая	4,54	1,68	2,7	2,5	Сухое, отапливаемое
7 Кухня	10,8	3,6	2,7	2,5	влажное
8 Санузел	4,94	2,2	2,7	2,5	Сырое

Для выбора осветительной установки произведем расчеты для люминесцентных ламп, ламп накаливания и светодиодных ламп. Требования к осветительным установкам [15; 16], для рассмотренных помещений, приведены в таблицах 3.2, 3.7, 3.12.

3.3 Расчет осветительной установки с люминесцентными лампами

Произведем расчет осветительной установки с люминесцентными лампами для помещений дома, приведенных в таблице 3.2.

Таблица 3.2 — Требования к осветительной установке с ЛЛ и выбор нормированной освещенности и коэффициента запаса

Наименование помещения	Вид освещения	Система освещения	Источник света	Плоскость, в которой нормируется освещенность , м	, лк		Min допустимая степень защиты светильника
1	2	3	4	5	6	7	8
1 Гостиная	Рабочее	Общее равномерное	ЛЛ	Г-0.0	150	1,3	IP20
2 Спальня №1	Рабочее	Общее равномерное	ЛЛ	Г-0.0	150	1,3	IP20
3 Спальня №2	Рабочее	Общее равномерное	ЛЛ	Г-0.8	150	1,3	IP20
4 Холл	Рабочее	Общее равномерное	ЛЛ	Г-0.0	50	1,3	IP20
5 Столовая	Рабочее	Общее равномерное	ЛЛ	Г-0.8	150	1,3	IP20
6 Прихожая	Рабочее	Общее равномерное	ЛЛ	Г-0.0	50	1,3	IP50
7 Кухня	Рабочее	Общее равномерное	ЛЛ	Г-0.0	150	1,3	IP23
8 Санузел	Рабочее	Общее равномерное	ЛЛ	Г-0.0	50	1,3	IP51

Гостиная

Выбор светового прибора

Наиболее целесообразный тип светового прибора должен выбираться на основе полного технико-экономического сопоставления различных возможных вариантов. Выбор светового прибора для помещения гостиной представлен в таблице 3.3.

Таблица 3.3 — Выбор светового прибора [17, с.241,309-310]

IP 20	КСС	КПД	Мощность лампы, Вт
ЛВП02	Д1	50%	4*80
ЛВП05	Д1	52%	4*65
ЛВП06	Д1	52%	5*65
ЛДОР	Д2	75%	2*40
ЛСП13	Г1	70%	2*40

Выберем световой прибор ЛДОР (двухламповый), так как этот светильник имеет наибольший КПД.

Размещение световых приборов

Световые приборы обычно размещают по вершинам квадратов или ромбов, оптимальный размер стороны которых определяется по формуле

, (3.1)

где _Эи _С — относительные светотехническое и энергетическое наивыгоднейшее расстояние между светильниками, _с=1,4 и _э=1,6;

Н_Р — расчетная высота осветительной установки, м.

Численные значения _Эи _С зависят от типа кривой силы света [16].

Определяем высоту осветительной установки

, (3.2)

где Н₀ — высота помещения, м.;

h_СВ — высота свеса светильника, м.;

h_Р — высота рабочей поверхности от пола, м..

По формуле (3.1) определим оптимальные размеры сторон квадратов или ромбов, по вершинам которых обычно размещают световые приборы

Принимаем L_оп = 3,5 м.

Определим количество световых приборов в помещении.

Количество рядов светильников определяется по формуле

n_в = в / L_оп,(3.3)

где в — ширина помещения, м.;

Количество светильников в ряду определяется по формуле

n_а = а / L_оп,(3.4)

где а — длина помещения, м.

Количество светильников

N = n_в · n_a(3.5)

По формуле (3.3) определим параметр n_в

n_в =5,6 / 3,5 ? 2

По формуле (3.4) определим параметр n_а

n_a =3,6 / 3,5 ? 1

Общее количество светильников по формуле (3.5)

N = 2 ·1 = 2

Согласно расчету в помещении гостиной необходимо разместить два световых прибора данного типа.

Уточним расстояние между светильниками в ряду (3.6) и между рядами (3.7) светильников

L_в = в / n_в(3.6)

L_а = в / n_а(3.7)

По формуле (3.6)

L_в = 5,6 / 2 = 2,8 м

По формуле (3.7)

L_а = 3,6 / 1 = 3,6 м

По формуле (3.2) определим высоту осветительной установки для данного помещения

H_р = 2,5 — 0,1 — 0,0 = 2,4, м.

Определение мощности осветительной установки в гостиной

Определим мощность осветительной установки в гостиной методом коэффициента использования.

Индекс помещения определим по формуле

i = (a · b) / H_p· (a + b),(3.8)

где i — индекс помещения,

а — ширина помещения, м.;

b — длина помещения, м.;

H_p — высота осветительной установки, м.

Индекс помещения определим по (3.8)

i = 5,6 · 3,6 / 2,4 · (5,6+3,6) = 0,92

Вычислим световой поток ламп в светильнике по формуле

Ф_св = (Е_н · А · К_з · Z) / (N · з),(3.9)

где Е_н — освещенность, лк.;

А — площадь помещения, м²;

К_з — коэффициент запаса;

Z — коэффициент неравномерности;

N — количество светильников (ламп);

з — кпд светильника.

Вычислим световой поток согласно (3.9)

Ф_св = (150 · 20,16 · 1,3 · 1,1) / (2 · 0,53)=4079,5 лм.

Так как световой поток большой, добавим количество светильников

Ф_св = (150 · 20,16 · 1,3 · 1,1) / (4 · 0,53)=2039 лм

По численному значению потока и каталожным данным выберем стандартную лампу: ЛД 40 Ф_Н=2340 лм [17,стр.62]

Рассчитаем отклонение расчетного потока от каталожного по формуле (3.10)

— 10 % ? ((Ф_Н— Ф_св) / Ф_св ) · 100 % ? +20 %,(3.10)

где Ф_Н — каталожный поток, лм;

Ф_св — расчетный поток, лм.

Рассчитаем отклонение потока по формуле (3.10)

— 10 % ? ((2340 — 2039) / 2039) · 100 ? +20 %.

По расчётам мы попадаем в отведённый интервал

— 10 % ? 14,7 ? +20 %

Определим удельную мощность осветительной установки

Р_уд=(Р_св · N) / А,(3.11)

Где Р_уд — удельная мощность осветительной установки, Вт / м²;

N — число светильников;

А — площадь помещения, м².

Вычислим Р_уд по (3.11)

Р_уд=(96 · 4) / 20,16=4,47 Вт / м²

Спальня №1

Выбор светового прибора.

Из таблицы 3.3 для помещения Спальня №1 выберем световой прибор ЛДОР (двухламповый), так как этот светильник имеет наибольший КПД.

Размещение световых приборов

Так как световой прибор ЛДОР имеет кривую силы света типа Д2, то _с=1,4 и _э=1,6.

По формуле (3.2) определим высоту осветительной установки для Спальни №1

H_р = 2,5 — 0,1 — 0,0 = 2,4, м

1,4 · 2,4 ? L_оп ? 1,6 · 2,4

3,36 ? L_оп ? 3,84

Принимаем L_оп = 3,5 м.

Определим количество световых приборов в помещении:

По формуле (3.3) определим параметр n_в

n_в = в / L_оп=5,8 / 3,5 ? 2

По формуле (3.4) определим параметр n_а

n_a = а / L_оп=3,0 / 3,5 ? 1

Общее количество светильников по формуле (3.5)

N = n_в · n_a = 2 ·1 = 2

Согласно расчету в помещении Спальня №1 необходимо разместить два световых прибора данного типа.

Уточним расстояние между светильниками в ряду (3.6) и между рядами (3.7) светильников:

L_в = 5,8 / 2 = 2,9 м

L_а = 3,0 / 1 = 3,0 м

Определение мощности осветительной установки в Спальне №1

Определим мощность осветительной установки в Спальне №1методом коэффициента использования (аналогично разделу 3.3.1.3):

Индекс помещения определим по (3.8)

i = 5,8 · 3,0 / 2,4 · (5,8+3,0) = 0,82

Вычислим световой поток согласно (3.9)

Ф_св = (150 · 17,4 · 1,3 · 1,1) / (2 · 0,53)=3521 лм.

По численному значению потока и каталожным данным выберем стандартную лампу: ЛБ 40

Ф_Н=3200 лм [17,стр.62]

Рассчитаем отклонение потока по формуле (3.10)

— 10 % ? ((3200 — 3521) / 3521) · 100 ? +20 %.

По расчётам мы попадаем в отведённый интервал

— 10 % ? — 9,12 ? +20 %.

Определим удельную мощность осветительной установки по формуле (3.11)

Р_уд= (96 · 1) / 17,4 = 5,52 Вт / м²

Спальня №2

Выбор светового прибора

Из таблицы 3.3 для помещения Спальня №2 выберем световой прибор ЛДОР (одноламповый), так как этот светильник имеет наибольший КПД.

Размещение световых приборов

Так как световой прибор ЛДОР имеет кривую силы света типа Д2, то _с=1,4 и _э=1,6.

По формуле (3.2) определим высоту осветительной установки для Спальни №2

H_р = 2,5 — 0,1 — 0,8 = 1,6, м

1,4 · 1,6 ? L_оп ? 1,6 · 1,6

2,24 ? L_оп ? 2,56

Принимаем L_оп = 2,5 м.

Определим количество световых приборов в помещении:

По формуле (3.3) определим параметр n_в

n_в = в / L_оп=2,0 / 2,5 ? 1

По формуле (3.4) определим параметр n_а

n_a = а / L_оп=2,2 / 2,5 ? 1

Общее количество светильников по формуле (3.5)

N = n_в · n_a = 1 ·1 = 1

Согласно расчету в помещении Спальня №2 необходимо разместить два световых прибора данного типа.

Уточним расстояние между светильниками в ряду (3.6) и между рядами (3.7) светильников

L_в = 2,0 / 1 = 2,0, м.

L_а = 2,2 / 1 = 2,2, м.

Определение мощности осветительной установки в Спальне №2

Определим мощность осветительной установки в Спальне №2 точечным методом.

Определим гипотенузу

,(3.12)

По формуле (3.12)

Определим угол б

(3.13)

Согласно (3.13) получили

Условная освещенность определяется в контрольной точке как

(3.14)

где J_б¹⁰⁰⁰ — сила света итого источника света, кд;

Согласно (3.14)

Определим световой поток, Ф лм

Ф= 1000 · Е_н· К_з / м · Уе · з_св(3.15)

Световой поток (3.15)

Ф= 1000 · 150· 1,3 / 1,1 · 97,85 · 0,53=3418,26, лм.

По численному значению потока и каталожным данным выберем стандартную лампу: ЛБ 40 Ф_Н=3200 лм [17,стр.62]

Рассчитаем отклонение потока по формуле (3.10)

— 10 % ? ((3200 — 3418,26) / 3418,26) · 100 ? +20 %.

По расчётам мы попадаем в отведённый интервал

— 10 % ? — 6,38 ? +20 %.

Определим удельную мощность осветительной установки по формуле (3.11)

Р_уд= (96 · 1) / 4,4 = 21,82 Вт / м²

Столовая

Выбор светового прибора

Из таблицы 3.3 для помещения Столовая выберем световой прибор ЛДОР (двухламповый), так как этот светильник имеет наибольший КПД.

Размещение световых приборов

Так как световой прибор ЛДОР имеет кривую силы света типа Д2, то _с=1,4 и _э=1,6.

По формуле (3.2) определим высоту осветительной установки для Столовой

H_р = 2,5 — 0,1 — 0,8 = 1,6, м

1,4 · 1,6 ? L_оп ? 1,6 · 1,6

2,24 ? L_оп ? 2,56

Принимаем L_оп = 2,5 м.

Определим количество световых приборов в помещении Столовая:

По формуле (3.3) определим параметр n_в

n_в = в / L_оп=3,1 / 2,5 ? 1

По формуле (3.4) определим параметр n_а

n_a = а / L_оп=2,7 / 2,5? 1

Общее количество светильников по формуле (3.5)

N = n_в · n_a = 1 ·1 = 1

Согласно расчету в помещении Столовая необходимо разместить один световой прибор данного типа.

Уточним расстояние между светильниками в ряду (3.6) и между рядами (3.7) светильников

L_в = 3,1 / 1 = 3,1 м.

L_а = 2,7 / 1 = 2,7 м.

Определение мощности осветительной установки в Столовой

Определим мощность осветительной установки в Столовой методом коэффициента использования (аналогично разделу 3.3.1.3)

Индекс помещения определим по (3.8)

i = 3,1 · 2,7 / 1,6 · (3,1+2,7) = 0,63

Вычислим световой поток согласно (3.9)

Ф_св = (150 · 17,4 · 1,3 · 1,1) / (2 · 0,53)=3521 лм

По численному значению потока и каталожным данным выберем стандартную лампу: ЛБ 40 Ф_Н=3200лм [17,стр.62]

Рассчитаем отклонение потока по формуле (3.10)

— 10 % ? ((3200 — 3521) / 3521) · 100 ? +20 %.

По расчётам мы попадаем в отведённый интервал

— 10 % ? -9,12 ? +20 %.

Определим удельную мощность осветительной установки в Столовой по формуле (3.11)

Р_уд=(96 · 1) / 8,37 = 11,47 Вт / м²

Холл

Выбор светового прибора

Из таблицы 3.3 для помещения Холл выберем световой прибор ЛДОР (одноламповый).

Размещение световых приборов

Так как световой прибор ЛДОР имеет кривую силы света типа Д2, то _с=1,4 и _э=1,6.

По формуле (3.2) определим высоту осветительной установки для Холла

H_р = 2,5 — 0,1 — 0,0 = 2,4, м.

1,4 · 2,4 ? L_оп ? 1,6 · 2,4

3,36 ? L_оп ? 3,84

Принимаем L_оп = 3,5 м.

Определим количество световых приборов в помещении Холл.

По формуле (3.3) определим параметр n_в

n_в = в / L_оп=3,2 / 3,5 ? 1

По формуле (3.4) определим параметр n_а

n_a = а / L_оп=2,0 / 2,5? 1

Общее количество светильников по формуле (3.5)

N = n_в · n_a = 1 ·1 = 1

Согласно расчету в помещении Холл необходимо разместить один световой прибор данного типа.

Уточним расстояние между светильниками в ряду (3.6) и между рядами (3.7) светильников:

L_в = 3,2 / 1 = 3,2 м.

L_а = 2,0 / 1 = 2,0 м.

Определение мощности осветительной установки в Холле

Определим мощность осветительной установки в Холле методом удельной мощности

Р_л = Р_уд · А / N, Вт,(3.16)

где Р_Л — мощность лампы, Вт;

N — число светильников;

Р_УД.— фактическая удельная мощность освещения, Вт / м².

Согласно расчету в помещении Холл необходимо разместить один световой прибор данного типа, с удельной мощьностью Р_УД= 6,1 Вт/м²

Р_л = 6,1 · 6,4 / 1= 36,6, Вт,

По численному значению потока и каталожным данным выберем стандартную лампу: ЛБ 40 Р=40 Вт.

Прихожая

Выбор светового прибора

Из таблицы 3.3 для помещения Прихожая выберем световой прибор ЛДОР (одноламповый).

Размещение световых приборов

Так как световой прибор ЛДОР имеет кривую силы света типа Д2, то _с=1,4 и _э=1,6.

По формуле (3.2) определим высоту осветительной установки для Прихожей

H_р = 2,5 — 0,1 — 0,0 = 2,4, м

1,4 · 2,4 ? L_оп ? 1,6 · 2,4

3,36 ? L_оп ? 3,84

Принимаем L_оп = 3,5 м.

Определим количество световых приборов в помещении Прихожая:

По формуле (3.3) определим параметр n_в

n_в = в / L_оп=1,68 / 3,5 ? 1

По формуле (3.4) определим параметр n_а

n_a = а / L_оп=2,7 / 2,5? 1

Общее количество светильников по формуле (3.5)

N = n_в · n_a = 1 ·1 = 1

Согласно расчету в помещении Прихожая необходимо разместить один световой прибор данного типа.

Уточним расстояние между светильниками в ряду (3.6) и между рядами (3.7) светильников

L_в = 1,68 / 1 = 1,68 м

L_а = 2,7 / 1 = 2,7 м

Определение мощности осветительной установки в Прихожей

Определим мощность осветительной установки в Прихожей методом удельной мощности:

Согласно расчету в помещении Прихожая необходимо разместить один световой прибор данного типа, с удельной мощностью Р_УД= 6,1 Вт/м²

Р_л = 6,1 · 6,4 / 1= 36,6, Вт,

По численному значению потока и каталожным данным выберем стандартную лампу: ЛБ 40 Р=40 Вт.

Кухня

Выбор светового прибора

Наиболее целесообразный тип светового прибора должен выбираться на основе полного технико-экономического сопоставления различных возможных вариантов. Выбор светового прибора для помещения Кухня представлен в таблице 3.4.

Таблица 3.4 — Выбор светового прибора для помещения Кухня

IP 54	КСС	КПД	Мощность лампы, Вт
ЛВП04	Д1	51%	4*65
ЛВП05	Д1	52%	4*65
ЛСП16	Д1	60%	2*40
ПВЛП-1	Д1	75%	2*40
Н4Т4Л	Д2	62%	80

Для помещения Кухня выберем световой прибор ПВЛП-1.

Размещение световых приборов

Так как световой прибор ПВЛП-1 имеет кривую силы света типа Д1, то _с=1,4 и _э=1,6.

По формуле (3.2) определим высоту осветительной установки для Кухни

H_р = 2,5 — 0,1 — 0,8 = 1,6, м

1,4 · 1,6 ? L_оп ? 1,6 · 1,6

2,24 ? L_оп ? 2,56

Принимаем L_оп = 2,5 м.

Определим количество световых приборов в помещении Кухня:

По формуле (3.3) определим параметр n_в

n_в = в / L_оп=3,6 / 2,5 ? 1

По формуле (3.4) определим параметр n_а

n_a = а / L_оп=2,7 / 2,5? 1

Общее количество светильников по формуле (3.5)

N = n_в · n_a = 1 ·1 = 1

Согласно расчету в помещении Кухня необходимо разместить один световой прибор данного типа.

Уточним расстояние между светильниками в ряду (3.6) и между рядами (3.7) светильников

L_в = 3,6 / 1 = 3,6 м

L_а = 2,7 / 1 = 2,7 м

Определение мощности осветительной установки в Кухне

Определим мощность осветительной установки в Кухне методом коэффициента использования (аналогично разделу 3.3.1.3):

Индекс помещения определим по (3.8)

i = 3,6 · 2,7 / 1,6 · (3,6+2,7) = 0,96

Вычислим световой поток согласно (3.9)

Ф_св = (150 · 10,8 · 1,2 · 1,1) / (2 · 0,75)=1426 лм

По численному значению потока и каталожным данным выберем стандартную лампу: КЛС25/ЕБЦ Ф_Н=1300лм [17,стр.62]

Рассчитаем отклонение потока по формуле (3.10)

— 10 % ? ((1300 — 1426) / 1426) · 100 ? +20 %.

По расчётам мы попадаем в отведённый интервал

— 10 % ? -8,84 ? +20 %.

Определим удельную мощность осветительной установки в Кухня по формуле (3.11)

Р_уд=(25 · 1) / 9,72 = 2,57 Вт / м²

Санузел

Выбор светового прибора

Наиболее целесообразный тип светового прибора должен выбираться на основе полного технико-экономического сопоставления различных возможных вариантов. Выбор светового прибора для помещения Санузел представлен в таблице 3.5

Таблица 3.5 — Выбор светового прибора

IP 20	КСС	КПД	Мощность лампы, Вт
ЛВП04	Д1	51%	4*65
ЛВП05	Д1	52%	4*65
ЛСП16	Д1	60%	2*40
ПВЛП-1	Д1	75%	2*40
Н4Т4Л	Д2	62%	80

Размещение световых приборов

Так как световой прибор ПВЛП-1имеет кривую силы света типа Д1, то _с=1,4 и _э=1,6

По формуле (3.2) определим высоту осветительной установки для Санузла

H_р = 2,5 — 0,1 — 0,0 = 2,4, м

освещение дом люминесцентный автоматизация

1,4 · 2,4 ? L_оп ? 1,6 · 2,4

3,36 ? L_оп ? 3,84

Принимаем L_оп = 3,5 м.

Определим количество световых приборов в помещении Санузел:

По формуле (3.3) определим параметр n_в

n_в = в / L_оп=2,2 / 3,5 ? 1

По формуле (3.4) определим параметр n_а

n_a = а / L_оп=2,7 / 2,5? 1

Общее количество светильников по формуле (3.5)

N = n_в · n_a = 1 ·1 = 1

Согласно расчету в помещении Санузел необходимо разместить один световой прибор данного типа.

Уточним расстояние между светильниками в ряду (3.6) и между рядами (3.7) светильников

L_в = 2,2 / 1 = 2,2 м

L_а = 2,7 / 1 = 2,7 м

Определение мощности осветительной установки в Санузле

Согласно расчету в помещении Санузел необходимо разместить один световой прибор данного типа, с удельной мощностью Р_УД= 4,5 Вт/м²

Определим мощность осветительной установки в Санузле методом удельной мощности по формуле (3.12)

Р_л = 4,5 · 5,9 / 1= 26,6, Вт,

По численному значению потока и каталожным данным выберем стандартную лампу: КЛС25/ТБЦ Р=25 Вт.

Светотехническая ведомость для осветительной установки с люминесцентными лампами

Результаты расчета осветительной установки с люминесцентными лампами для помещений дома сведены в таблице 3.6.

Таблица 3.6 — Светотехническая ведомость для осветительной установки с люминесцентными лампами

Характеристика помещения	Коэффициент отражения	Вид освещения	Система освещения	Нормированная освещенность, лк	Коэффициент запаса	Свтиль ник	Лампа	Установленная мощность, Вт	Удельная мощность, Вт/м²
№ по плану	Наименование	Площадь, м²	Вид помещения по условиям окружающей среды	стен	потолка	пола					тип	количество	тип	Мощность, Вт
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
1	Гостиная	20,16	Сухое, отапливаемое	50	30	10	Рабочее	Общее равномерное	150	1.3	ЛДОР	4	КЛС25/ТБЦ	25	100	8
2	Спальня №1	17,4	Сухое, отапливаемое	50	30	10	Рабочее	Общее равномерное	150	1.3	ЛДОР	4	КЛС25/ТБЦ	25	100	9
3	Спальня №2	4,4	Сухое, отапливаемое	50	30	10	Рабочее	Общее равномерное	150	1.3	ЛДОР	1	ЛБ13	40	40	21,7
4	Холл	6,4	Сухое, отапливаемое	50	30	10	Рабочее	Общее равномерное	50	1.3	ЛДОР	2	КЛС25/ТБЦ	25	50	6,1
5	Столовая	8,37	Сухое, отапливаемое	50	30	10	Рабочее	Общее равномерное	150	1.3	ЛДОР	1	КЛС25/ТБЦ	25	25	10
6	Прихожая	4,54	Сухое, отапливаемое	50	30	10	Рабочее	Общее равномерное	50	1.3	ЛДОР	1	КЛС25/ТБЦ	25	25	27
7	Кухня	10,8 10,8	влажное	50	30	10	Рабочее	Общее равно-мерное	150	1.3	ПВЛП-1	2	КЛС25/ТБЦ	25	50	8
8	Санузел	4,94	Сырое	50	30	10	Рабочее	Общее равно-мерное	50	1.3	ПВЛП-1	1	КЛС25/ТБЦ	25	25	35

3.4 Расчет осветительной установки с лампами накаливания

Произведем расчет осветительной установки с лампами накаливания для помещений дома, приведенных в таблице 3.7.

Таблица 3.7 — Требования к осветительной установке с ЛН и выбор нормированной освещенности и коэффициента запаса.

Наименования помещения	Вид освещения	Система освещения	Источник света	Плоскость, в которой нормируется освещенность , м	, лк		Min допустимая степень защиты светильника
1	2	3	4	5	6	7	8
1. Гостиная	Рабочее	Общее равномерное	ЛН	Г-0.0	150	1,15	IP20
2. Спальня №1	Рабочее	Общее равномерное	ЛН	Г-0.0	150	1,15	IP20
3. Спальня №2	Рабочее	Общее равномерное	ЛН	Г-0.0	150	1,15	IP20
4. Холл	Рабочее	Общее равномерное	ЛН	Г-0.0	50	1,15	IP20
5. Столовая	Рабочее	Общее равномерное	ЛН	Г-0.0	150	1,15	IP20
6. Прихожая	Рабочее	Общее равномерное	ЛН	Г-0.0	50	1,15	IP20
7. Кухня	Рабочее	Общее равномерное	ЛН	Г-0.0	150	1,15	IP23
8. Санузел	Рабочее	Общее равномерное	ЛН	Г-0.0	50	1,15	IP51

Гостиная

Выбор светового прибора

Таблица 3.8 — Выбор светового прибора [17, стр. 241, 309-310]

IP 20	КСС	КПД	Мощность лампы, Вт
НБЛ02	Д	70%	60
ПЛК	Д	65%	150
НСО11	Д1	75%	100

Выберем световой прибор НСО11

Размещение световых приборов

1,4 · 2,4 ? L_оп ? 1,6 · 2,4

3,36 ? L_оп ? 3,84

Принимаем L_оп = 3,5 м.

Определим количество световых приборов в помещении:

Количество светильников:

По формуле (3.3) определим параметр n_в

n_в =5,6 / 3,5 ? 2

По формуле (3.4) определим параметр n_а

n_a =3,6 / 3,5 ? 1

Общее количество светильников по формуле (3.5)

N = 2 ·1 = 2

Согласно расчету в помещении гостиной необходимо разместить два световых прибора данного типа.

Уточним расстояние между светильниками в ряду (3.6) и между рядами (3.7) светильников.

По формуле (3.6)

L_в = 5,6 / 2 = 2,8 м.

По формуле (3.7)

L_а = 3,6 / 1 = 3,6 м.

По формуле (3.2) определим высоту осветительной установки для данного помещения

H_р = 2,5 — 0,1 — 0,0 = 2,4, м.

Определение мощности осветительной установки в гостиной

Определим мощность осветительной установки в гостиной методом коэффициента использования.

Индекс помещения определим по (3.8)

i = 5,6 · 3,6 / 2,4 · (5,6+3,6) = 0,92.

Вычислим световой поток согласно (3.9)

Ф_св = (150 · 20,16 · 1,1 · 1,1) / (2 · 0,75)=2439,36 лм.

Так как световой поток большой, добавим количество светильников

Ф_св = (150 · 20,16 · 1,1 · 1,1) / (6 · 0,75)=813 лм.

По численному значению потока и каталожным данным выберем стандартную лампу: БК 215-225 75 Ф_Н=950 лм [17,стр.62].

Рассчитаем отклонение расчетного потока от каталожного по формуле (3.10):

где Ф_Н — каталожный поток, лм;

Ф_св — расчетный поток, лм.

Рассчитаем отклонение потока по формуле (3.10)

— 10 % ? ((950 — 813) / 813) · 100 ? +20 %.

По расчётам мы попадаем в отведённый интервал

— 10 % ? 16,8 ? +20 %.

Определим удельную мощность осветительной установки

Вычислим Р_уд по (3.11)

Р_уд=(75 · 6) / 20,16=22,32 Вт / м².

Спальня №1

Выбор светового прибора.

Из таблицы 3.8 для помещения Спальня 1 выберем световой прибор НСО11, так как этот светильник имеет наибольший КПД.

Размещение световых приборов

Так как световой прибор ЛДОР имеет кривую силы света типа Д2, то _с=1,4 и _э=1,6.

По формуле (3.2) определим высоту осветительной установки для Спальни №1

H_р = 2,5 — 0,1 — 0,0 = 2,4, м.

1,4 · 2,4 ? L_оп ? 1,6 · 2,4,

3,36 ? L_оп ? 3,84.

Принимаем L_оп = 3,5 м.

Определим количество световых приборов в помещении:

По формуле (3.3) определим параметр n_в

n_в = в / L_оп=5,8 / 3,5 ? 2.

По формуле (3.4) определим параметр n_а

n_a = а / L_оп=3,0 / 3,5 ? 1.

Общее количество светильников по формуле (3.5)

N = n_в · n_a = 2 ·1 = 2.

Согласно расчету в помещении Спальня №1 необходимо разместить два световых прибора данного типа.

Уточним расстояние между светильниками в ряду (3.6) и между рядами (3.7) светильников:

L_в = 5,8 / 2 = 2,9 м ,

L_а = 3,0 / 1 = 3,0 м .

Определение мощности осветительной установки в Спальне №1

Индекс помещения определим по (3.8)

i = 5,8 · 3,0 / 2,4 · (5,8+3,0) = 0,82.

Вычислим световой поток согласно (3.9)

Ф_св = (150 · 17,4 · 1,15 · 1,1) / (2 · 0,51)=3236 лм.

По численному значению потока и каталожным данным выберем стандартную лампу: БК 245-255-95

Ф_Н=2950лм [17,стр.62].

Рассчитаем отклонение потока по формуле (3.10)

— 10 % ? ((2950 — 3236) / 3236) · 100 ? +20 %.

По расчётам мы попадаем в отведённый интервал

— 10 % ? — 9,00 ? +20 %.

Определим удельную мощность осветительной установки по формуле (3.11)

Р_уд= (95 · 2) / 17,4 = 10,9 Вт / м²

Спальня №2

Выбор светового прибора

Из таблицы 3.8 для помещения Спальня №2 выберем световой прибор НСО11, так как этот светильник имеет наибольший КПД.

Размещение световых приборов

Так как световой прибор НСО11 имеет кривую силы света типа Д1, то _с=1,4 и _э=1,6.

По формуле (3.2) определим высоту осветительной установки для Спальни №2

H_р = 2,5 — 0,1 — 0,8 = 1,6, м.

1,4 · 1,6 ? L_оп ? 1,6 · 1,6,

2,24 ? L_оп ? 2,56.

Принимаем L_оп = 2,5 м.

Определим количество световых приборов в помещении:

По формуле (3.3) определим параметр n_в

n_в = в / L_оп=2,0 / 2,5 ? 1 .

По формуле (3.4) определим параметр n_а

n_a = а / L_оп=2,2 / 2,5 ? 1.

Общее количество светильников по формуле (3.5)

N = n_в · n_a = 1 ·1 = 1.

Согласно расчету в помещении Спальня №2 необходимо разместить два световых прибора данного типа.

Уточним расстояние между светильниками в ряду (3.6) и между рядами (3.7) светильников

L_в = 2,0 / 1 = 2,0, м ,

L_а = 2,2 / 1 = 2,2, м .

Определение мощности осветительной установки в Спальне №2

Определим мощность осветительной установки в Спальне №2 точечным методом:

Определим гипотенузу

,(3.12)

По формуле (3.12)

Определим угол б

(3.13)

Согласно (3.13) получили

Условная освещенность определяется в контрольной точке как

(3.14)

где J_б¹⁰⁰⁰ — сила света итого источника света, кд;

Согласно (3.14)

Определим световой поток, Ф лм

Ф= 1000 · Е_н· К_з / м · Уе · з_св.(3.15)

Световой поток (3.15)

Ф= 1000 · 150· 1,15 / 1,1 · 97,85 · 0,51=3074,26, лм.

Так как световой поток большой добавим светильники. N=2

По численному значению потока и каталожным данным выберем стандартную лампу: БК 215-225-95 Ф_Н=1450,0 лм [17,стр.62].

Рассчитаем отклонение потока по формуле (3.10)

— 10 % ? ((1450 — 1537) / 1537) · 100 ? +20 %.

По расчётам мы попадаем в отведённый интервал

— 10 % ? — 5,66 ? +20 %.

Определим удельную мощность осветительной установки по формуле (3.11)

Р_уд= (95 · 2) / 4,4 = 43,18, Вт / м².

Столовая

Выбор светового прибора

Из таблицы 3.8 для помещения Столовая выберем световой прибор НСО11.

Размещение световых приборов

Так как световой прибор ЛДОР имеет кривую силы света типа Д2, то _с=1,4 и _э=1,6.

По формуле (3.2) определим высоту осветительной установки для Столовой

H_р = 2,5 — 0,1 — 0,8 = 1,6, м.

1,4 · 1,6 ? L_оп ? 1,6 · 1,6,

2,24 ? L_оп ? 2,56.

Принимаем L_оп = 2,5 м.

Определим количество световых приборов в помещении Столовая.

По формуле (3.3) определим параметр n_в

n_в = в / L_оп=3,1 / 2,5 ? 1.

По формуле (3.4) определим параметр n_а

n_a = а / L_оп=2,7 / 2,5? 1.

Общее количество светильников по формуле (3.5)

N = n_в · n_a = 1 ·1 = 1.

Согласно расчету в помещении Столовая необходимо разместить один световой прибор данного типа.

Уточним расстояние между светильниками в ряду (3.6) и между рядами (3.7) светильников

L_в = 3,1 / 1 = 3,1 м ,

L_а = 2,7 / 1 = 2,7 м.

Определение мощности осветительной установки в Столовой

Определим мощность осветительной установки в Столовой методом коэффициента использования (аналогично разделу 3.3.1.3):

Индекс помещения определим по (3.8)

i = 3,1 · 2,7 / 1,6 · (3,1+2,7) = 0,63.

Вычислим световой поток согласно (3.9)

Ф_св = (150 · 17,4 · 1,15 · 1,1) / (2 · 0,51) = 3237 лм.

Так как световой поток большой добавим светильники. N=2.

По численному значению потока и каталожным данным выберем стандартную лампу: БК 215-225-95 Ф_Н=1450,0 лм [17,стр.62].

Рассчитаем отклонение потока по формуле (3.10)

— 10 % ? ((1450 — 1618) / 1618) · 100 ? +20 %.

По расчётам мы попадаем в отведённый интервал

— 10 % ? -10 ? +20 %.

Определим удельную мощность осветительной установки в Столовой по формуле (3.11)

Р_уд=(95 · 2) / 8,37 = 22,70 Вт / м².

Холл

Выбор светового прибора

Из таблицы 3.8 для помещения Холл выберем световой прибор НСО11.

Размещение световых приборов

Так как световой прибор ЛДОР имеет кривую силы света типа Д2, то _с=1,4 и _э=1,6.

По формуле (3.2) определим высоту осветительной установки для Холла

H_р = 2,5 — 0,1 — 0,0 = 2,4, м.

1,4 · 2,4 ? L_оп ? 1,6 · 2,4,

3,36 ? L_оп ? 3,84.

Принимаем L_оп = 3,5 м.

Определим количество световых приборов в помещении Холл.

По формуле (3.3) определим параметр n_в

n_в = в / L_оп=3,2 / 3,5 ? 1.

По формуле (3.4) определим параметр n_а

n_a = а / L_оп=2,0 / 2,5? 1.

Общее количество светильников по формуле (3.5)

N = n_в · n_a = 1 ·1 = 1.

Согласно расчету в помещении Холл необходимо разместить один световой прибор данного типа.

Уточним расстояние между светильниками в ряду (3.6) и между рядами (3.7) светильников

L_в = 3,2 / 1 = 3,2 м ,

L_а = 2,0 / 1 = 2,0 м .

Определение мощности осветительной установки в Холле

Определим мощность осветительной установки в Холле методом удельной мощности

Р_л = Р_уд · А / N, Вт,(3.16)

где Р_Л — мощность лампы, Вт;

N — число светильников;

Р_УД.— фактическая удельная мощность освещения, Вт / м².

Р_л = 6,1 · 6,4 / 1= 36,6, Вт,

По численному значению потока и каталожным данным выберем стандартную лампу: Б 235-245-40.

Прихожая

Выбор светового прибора

Из таблицы 3.8 для помещения Прихожая выберем световой прибор НСО11.

Размещение световых приборов

Так как световой прибор ЛДОР имеет кривую силы света типа Д2, то _с=1,4 и _э=1,6.

По формуле (3.2) определим высоту осветительной установки для Прихожей

H_р = 2,5 — 0,1 — 0,0 = 2,4, м.

1,4 · 2,4 ? L_оп ? 1,6 · 2,4,

3,36 ? L_оп ? 3,84.

Принимаем L_оп = 3,5 м.

Определим количество световых приборов в помещении Прихожая.

По формуле (3.3) определим параметр n_в

n_в = в / L_оп=1,68 / 3,5 ? 1.

По формуле (3.4) определим параметр n_а

n_a = а / L_оп=2,7 / 2,5? 1.

Общее количество светильников по формуле (3.5)

N = n_в · n_a = 1 ·1 = 1.

Согласно расчету в помещении Прихожая необходимо разместить один световой прибор данного типа.

Уточним расстояние между светильниками в ряду (3.6) и между рядами (3.7) светильников

L_в = 1,68 / 1 = 1,68 м ,

L_а = 2,7 / 1 = 2,7 м.

Определение мощности осветительной установки в Прихожей

Определим мощность осветительной установки в Прихожей методом удельной мощности.

Р_л = 6,1 · 6,4 / 1= 36,6, Вт,

По численному значению потока и каталожным данным выберем стандартную лампу: Б 220-230-40 Р=40 Вт.

Кухня

Выбор светового прибора

Наиболее целесообразный тип светового прибора должен выбираться на основе полного технико-экономического сопоставления различных возможных вариантов. Выбор светового прибора для помещения Кухня представлен в таблице 3.9.

Таблица 3.9 — Выбор светового прибора для помещения Кухня

IP 54	КСС	КПД	Мощность лампы, Вт
Н4Т2Н	Д1	55%	300
Н4БН	Д1	55%	150
В3Г/В4А-200МС	Д1	50%	200

Для помещения Кухня выберем световой прибор Н4БН.

Размещение световых приборов

Так как световой прибор Н4БН имеет кривую силы света типа Д1, то _с=1,4 и _э=1,6.

По формуле (3.2) определим высоту осветительной установки для Кухни

H_р = 2,5 — 0,1 — 0,8 = 1,6, м.

1,4 · 1,6 ? L_оп ? 1,6 · 1,6,

2,24 ? L_оп ? 2,56.

Принимаем L_оп = 2,5 м.

Определим количество световых приборов в помещении Кухня.

По формуле (3.3) определим параметр n_в

n_в = в / L_оп=3,6 / 2,5 ? 1.

По формуле (3.4) определим параметр n_а

n_a = а / L_оп=2,7 / 2,5? 1.

Общее количество светильников по формуле (3.5)

N = n_в · n_a = 1 ·1 = 1.

Согласно расчету в помещении Кухня необходимо разместить один световой прибор данного типа.

Уточним расстояние между светильниками в ряду (3.6) и между рядами (3.7) светильников

L_в = 3,6 / 1 = 3,6 м ,

L_а = 2,7 / 1 = 2,7 м.

Определение мощности осветительной установки в Кухня

Определим мощность осветительной установки в Кухня методом коэффициента использования (аналогично разделу 3.3.1.3):

Индекс помещения определим по (3.8)

i = 3,6 · 2,7 / 1,6 · (3,6+2,7) = 0,96.

Вычислим световой поток согласно (3.9)

Ф_св = (150 · 10,8 · 1,15 · 1,1) / (2 · 0,75)=1366 лм.

По численному значению потока и каталожным данным выберем стандартную лампу: БК 215-225-95

Ф_Н=1450,0 лм [17,стр.62].

Рассчитаем отклонение потока по формуле (3.10)

— 10 % ? ((1450 — 1366) / 1366) · 100 ? +20 %.

По расчётам мы попадаем в отведённый интервал

— 10 % ? 6,15 ? +20 %.

Определим удельную мощность осветительной установки в Кухня по формуле (3.11)

Р_уд=(95 · 2) / 10,8 = 17,59 Вт / м².

Санузел

Выбор светового прибора

Наиболее целесообразный тип светового прибора должен выбираться на основе полного технико-экономического сопоставления различных возможных вариантов. Выбор светового прибора для помещения Санузел представлен в таблице 3.10

Таблица 3.10 — Выбор светового прибора

IP 20	КСС	КПД	Мощность лампы, Вт
ЛВП04	Д1	51%	4*65
ЛВП05	Д1	52%	4*65
ЛСП16	Д1	60%	2*40
ПВЛП-1	Д1	65%	2*40
Н4Т4Л	Д2	62%	80

Размещение световых приборов

Так как световой прибор Н4БН имеет кривую силы света типа Д1, то _с=1,4 и _э=1,6.

По формуле (3.2) определим высоту осветительной установки для

Санузла

H_р = 2,5 — 0,1 — 0,0 = 2,4, м.

1,4 · 2,4 ? L_оп ? 1,6 · 2,4,

3,36 ? L_оп ? 3,84.

Принимаем L_оп = 3,5 м.

Определим количество световых приборов в помещении Санузел.

По формуле (3.3) определим параметр n_в

n_в = в / L_оп=2,2 / 3,5 ? 1.

По формуле (3.4) определим параметр n_а

n_a = а / L_оп=2,7 / 2,5? 1.

Общее количество светильников по формуле (3.5)

N = n_в · n_a = 1 ·1 = 1.

Согласно расчету в помещении Санузел необходимо разместить один световой прибор данного типа.

Уточним расстояние между светильниками в ряду (3.6) и между рядами (3.7) светильников

L_в = 2,2 / 1 = 2,2 м,

L_а = 2,7 / 1 = 2,7 м.

Определение мощности осветительной установки в Санузле

Определим мощность осветительной установки в Санузле методом удельной мощности по формуле (3.12)

Р_л = 4,5 · 5,9 / 1= 26,6, Вт,

По численному значению потока и каталожным данным выберем стандартную лампу: Б 220-230-25 Р=25 Вт.

Светотехническая ведомость для осветительной установки с лампами накаливания

Результаты расчета осветительной установки с люминесцентными лампами для помещений дома сведены в таблице 3.11.

Таблица 3.11 — Светотехническая ведомость для осветительной установки с лампами накаливания

Характеристика помещения	Коэффициент отражения	Вид освещения	Система освещения	Нормированная освещенность, лк	Коэффициент запаса	Свтиль ник	Лампа	Установленная мощность, Вт	Удельная мощность, Вт/м²
№ по плану	Наименование	Площадь, м²	Вид помещения по условиям окружающей среды	стен	потолка	пола					тип	количество	тип	Мощность, Вт
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
1	Гостиная	20,16	Сухое, отапливаемое	50	30	10	Рабочее	Общее равномерное	150	1.15	НСО11	6	БК215-225-75	75	100	10
2	Спальня №1	17,4	Сухое, отапливаемое	50	30	10	Рабочее	Общее равномерное	150	1.15	НСО11	2	БК 245-255-100	100	100	12
3	Спальня №2	4,4	Сухое, отапливаемое	50	30	10	Рабочее	Общее равномерное	150	1.15	НСО11	2	БК 215-225-75-1	75	100	45
4	Холл	6,4	Сухое, отапливаемое	50	30	10	Рабочее	Общее равномерное	50	1.15	НСО11	1	БК 215-225-75-1	75	100	12
5	Столовая	8,37	Сухое, отапливаемое	50	30	10	Рабочее	Общее равномерное	150	1.15	НСО11	1	Б 235-245-40-1	40	100	6,1
6	Прихожая	4,54	Сухое, отапливаемое	50	30	10	Рабочее	Общее равномерное	50	1.15	НСО11	1	Б 220-230-25	25	100	6,1
7	Кухня	10,8 10,8	влажное	50	30	10	Рабочее	Общее равно-мерное	150	1.15	Н4БН	2	БК 245-255-100	100	150	15
8	Санузел	4,94	Сырое	50	30	10	Рабочее	Общее равно-мерное	50	1.15	ПВЛП-1	1	Б 220-230-40-1	40	200	6,1

3.5 Расчет осветительной установки со светодиодными лампами

Произведем расчет осветительной установки со светодиодными лампами для помещений дома, приведенных в таблице 3.12.

Таблица 3.12 — Требования к осветительной установке со светодиодными лампами и выбор нормированной освещенности и коэффициента запаса

Наименования помещения	Вид освещения	Система освещения	Источник света	Плоскость, в которой нормируется освещенность , м	, лк		Min допустимая степень защиты светильника
1	2	3	4	5	6	7	8
1 Гостиная	Рабочее	Общее равномерное	СД	Г-0.8	150	1,15	IP20
2 Спальня №1	Рабочее	Общее равномерное	СД	Г-0.0	150	1,15	IP20
3 Спальня №2	Рабочее	Общее равномерное	СД	Г-0.0	150	1,15	IP20
4 Холл	Рабочее	Общее равномерное	СД	Г-0.8	50	1,15	IP20
5 Столовая	Рабочее	Общее равномерное	СД	Г-0.0	150	1,15	IP20
6 Прихожая	Рабочее	Общее равномерное	СД	Г-0.0	50	1,15	IP50
7 Кухня	Рабочее	Общее равномерное	СД	Г-0.0	150	1,15	IP23
8 Санузел	Рабочее	Общее равномерное	СД	Г-0.0	50	1,15	IP51

Расчеты осветительной установки со светодиодными лампами для помещений дома были проведены с помощью программы DiaLux.

Обзор программы DiaLux

Расчет освещения с помощью программы DiaLux

Для расчета освещения помещений дома усадебного типа была использована программа DiaLux, разработанная компанией DIAL GmbH, Germany.

В основу данной программы положен точечный метод расчета освещения в помещениях. Результаты расчетов по комнатам сведены в таблицу 3.13.

Для начала расчета вводим проектные данные.

Рисунок 3.1 Ввод данных в программу DiaLux

В окно программы (рисунок 3.1) вводятся геометрические параметры объекта: длина 4 м., ширина 4 м., высота 2,5 м., устанавливаются коэффициенты отражения ограждающих конструкций: потолок 50%, стены 30%, пол 10%, высота рабочей плоскости 0,8 м. и данные о монтаже светильника. После открываем каталог фирм производителей осветительных установок, где производим выбор фирмы.

Выбрав фирму производителя, определяем назначение светильника и его монтажную характеристику, после чего по КСС выбираем удовлетворяющий условиям светильник и подходящие лампы для него и добавляем в проект.

Рисунок 3.2 окончательный выбор светильника в программе DiaLux

Добавленный светильник определяется в окне программы «выбор светильника» (рисунок 3.2).

Рисунок 3.3 Расчет освещенности в программе DiaLux

Устанавливаем в окне «планируемое Em» (рисунок 3.3) нормируемую освещенность на рабочей плоскости равную 100 люкс, также корректируем геометрическое расположение светильников в помещении и их ориентацию, если это необходимо. После чего производим расчет, в результате чего выводится график распределения освещенности объекта с нанесением линий освещенности, расположением светильников и таблицу с расчетной освещенностью в точках с определенным интервалом.

Рисунок 3.4 Вывод данных в программе DiaLux

Программа позволяет сохранить итог расчетов в различных форматах, вывести их на печать, либо просто сохранить для дальнейшего использования (рисунок 3.4).

Светотехническая ведомость для осветительной установки со светодиодными лампами

Результаты расчета осветительной установки со светодиодными лампами для помещений дома сведены в таблице 3.13.

По результатам расчетов мы размещаем осветительные приборы на плане и разбиваем потребители на группы (лист ЭИА2.ДРОУ.00.000 Д2).

Таблица 3.13 — Светотехническая ведомость для осветительной установки со светодиодными лампами

Характеристика помещения	Коэффици-ент отражения	Вид освещения	Система освещения	Нормированная освещенность, лк	Коэффициент запаса	Светиль-ник	Лампа	Установленная мощность, Вт	Удельная мощность, Вт/м²
№ по лану	Наимено-вание	Площадь, м²	Вид помещения по условиям окружающей среды	стен	потолка	пола					тип	количество	тип	Мощность, Вт
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
1	Гостиная	20,16	Сухое, отапливаемое	50	30	10	Рабочее	Общее равномерное	150	1.15	НСО11	6	SvetaLED Е27	11	66	0,3
2	Спальня №1	17,4	Сухое, отапливаемое	50	30	10	Рабочее	Общее равномерное	150	1.15	НСО11	2	SvetaLED Е27	20	40	0,1
3	Спальня №2	4,4	Сухое, отапливаемое	50	30	10	Рабочее	Общее равномерное	150	1.15	НСО11	2	SvetaLED Е27	15	30	0,14
4	Холл	6,4	Сухое, отапливаемое	50	30	10	Рабочее	Общее равномерное	50	1.15	НСО11	1	SvetaLED Е27	20	20	0,32
5	Столовая	8,37	Сухое, отапливаемое	50	30	10	Рабочее	Общее равномерное	150	1.15	НСО11	1	SvetaLED Е27	25	25	0,33
6	Прихожая	4,54	Сухое, отапливаемое	50	30	10	Рабочее	Общее равномерное	50	1.15	НСО11	1	SvetaLED Е27	20	20	0,21
7	Кухня	10,8 10,8	влажное	50	30	10	Рабочее	Общее равно-мерное	150	1.15	Н4БН	2	SvetaLED Е27	15	30	0,32
8	Санузел	4,94	Сырое	50	30	10	Рабочее	Общее равно-мерное	50	1.15	ПВЛП-1	1	SvetaLED Е27	20	20	0,29

3.6 Электротехнический раздел

Выбор схемы электроснабжения и напряжения питания осветительной сети

Для питания осветительных приборов общего внутреннего и наружного освещения, как правило, должно применяться напряжение не выше 220В. Поэтому для питания осветительной сети данного здания выберем сеть с напряжением 220В.

Компоновка осветительной сети

На этой стадии проектирования решаются вопросы о месте расположения осветительных щитов, о числе групп и количестве проводов на участках сети.

При компоновке сети следует руководствоваться следующими соображениями:

Групповые щиты должны располагаться в помещениях, удобных для обслуживания и по возможности с благоприятными условиями среды. Нельзя располагать их в занимаемых кабинетах, складах и т.п. помещениях. Если управление освещением производится со щитков, то рекомендуется размещать щитки так, чтобы с места их установки были видны управляемые светильники. Щитки устанавливаем в холле.

Число светильников на однофазную двухпроводную группу не должно превышать 20 шт., а на двух фазную трехпроводную и трехфазную четырехпроводную — 40 и 60 шт. соответственно.

Длина четырехпроводной группы должна быть около 80 м, а трех- и двухпроводной соответственно 60 и 35 м.

В результате получаем три группы.

Выбор марки проводов и способ их прокладки

Основными видами прокладки проводов являются открытые безтрубные электропроводки, а также электропроводки в пластмассовых трубах. Прокладку проводов в стальных трубах не следует применять в соответствии с требованиями «Технических правил по экономному расходованию основных строительных материалов» и ПУЭ.

Открыто провода должны прокладываться в местах, где исключена возможность их механических повреждений, или они должны иметь соответствующую защиту.

Запрещается открытая прокладка незащищенных изолированных проводов со сгораемой изоляцией. Плоские провода запрещается применять во взрывоопасных помещениях, особо сырых и с химически агрессивной средой, непосредственно по сгораемым основаниям; для зарядки подвесных светильников; в зрительных залах, клубах и спортивных сооружениях; на чердаках при открытой прокладке. При скрытой прокладке плоских проводов под слоем штукатурки или цементного раствора и заштукатуриваемых бороздах и т.п. запрещается применение для заделки проводки штукатурных растворов, содержащих добавки потоша, мылонавта и т.п., разрушающих изоляцию.

Исходя из выше перечисленного, выбираем провод марки ППВ1(2*1), прокладываемый в пластмассовых трубах.

Выбор сечения проводов и кабелей

Сечение проводов и кабелей выбирают, исходя из механической нагрузки на них, нагрева и потери напряжения.

Сечение жилы провода определяют по следующей формуле

, (3.13)

где с — коэффициент, зависящий от напряжения сети, материала токоведущей жилы и числа проводов в группе;

М_i — электрический момент i-го приемника (светильника), кВтм;

U — допустимая потеря напряжения (примем равной 2,5%)

Электрический момент М_i находится по формуле:

, (3.14)

где Р_i — мощность i-го светильника, кВт;

l_i — расстояние от щита до i-го светильника, м.

При вычислении также следует учитывать, что мощность светового прибора с ГРЛ примерно на 20% больше мощности лампы.

Выберем сечение провода в первой группе (Г-1) для люминесцентных ламп. Для этого найдем электрический момент по формуле (3.14) и рассчитаем сечение по потере напряжения по формуле (3.13)

Полученное значение округлим до ближайшего большего стандартного сечения: 1,0 мм².

Проверим сечение на нагрев

, (3.15)

А (3.16)

Выберем сечение провода во второй группе (Г-2) для люминесцентных ламп. Для этого найдем электрический момент по формуле (3.14) и рассчитаем сечение по потере напряжения по формуле (3.13):

Выберем сечение провода в первой группе (Г-1) для ламп накаливания. Для этого найдем электрический момент по формуле (3.14) и рассчитаем сечение по потере напряжения по формуле (3.13)

мм².

Полученное значение округлим до ближайшего большего стандартного сечения: 1,0 мм².

Проверим сечение на нагрев по формулам (3.15) и (3.16)

Выбор защитной аппаратуры

Согласно ПУЭ все осветительные сети подлежат защите от токов короткого замыкания.

Ток уставки теплового расцепителя автоматического выключателя определяется по формуле

, (3.17)

где I_P — расчетный ток группы;

k’ — коэффициент, учитывающий пусковые токи; для газоразрядных ламп низкого давления и ламп накаливания k’=1, а для других типов ламп — k’=1,2.

При использовании люминесцентных ламп

Выберем по справочным данным стандартную уставку автоматического выключателя: А.

Проверим согласование тока уставки с допустимым током провода

, (3.18)

При использовании люминесцентных ламп для защиты осветительной сети от токов короткого замыкания можно выбрать автоматические выключатели ВА 5125-34.

При использовании ламп накаливания (при k’=1,4.)

Выберем по справочным данным стандартную уставку автоматического выключателя А.

П о формуле (3.18) проверим согласование тока уставки с допустимым током провода

При использовании ламп накаливания для защиты осветительной сети от токов короткого замыкания также можно выбрать автоматические выключатели ВА 5125-34.

Разработка схемы управления

Управление освещением помещений должно производиться выключателями, расположенными у входа, как правило, со стороны дверной ручки; для эпизодически посещаемых помещений — вне помещений.

В рассматриваемом здании во всех помещениях осуществляется только местное управление освещением при помощи выключателей.

3.7 Выбор щита управления

Для приема и распределения электроэнергии и защиты отходящих линий в осветительных сетях применяют вводно-распределительные устройства и вводные щиты. В каждом конкретном случае в зависимости от окружающей среды, назначения, количества групп, схем соединений, аппаратов защиты выбирают то или иное вводно-распределительное устройство.

Выберем групповой осветительный щит ОП-12

4. Отопление и горячее водоснабжение в доме усадебного типа

Как было рассмотрено в первом разделе работы, объектом управления является усадебный дом размером 11,09.5 м. Наружные стены выложены из шлакоблока марки М-50 толщиной 380мм на цементно-песчаном растворе и облицовкой из силикатного кирпича толщиной 120мм.

Пол дома отсыпан шлаком слоем 300 мм и сверху сделан из сосновых досок толщиной 40 мм и ДВП ГОСТ 4598-86 толщиной 5 мм.

Перекрытие дома выполнено из железобетонной плиты толщиной 200мм и слоя шлака 40мм. Крыша дома имеет холодный чердак покрытый шифером

По результатам расчета теплового баланса, выполненной в первой части комплексной дипломной работы (ЭИА0.ЭАП1.00.000 ПЗ), было получено, что для обогрева усадебного дома требуемая тепловая мощность суммарного потока составила 6142 Вт. Это значение необходимо при выборе оборудования для электрообогрева.

В настоящее время для отопления существующего дома используется система водяного отопления. Она содержит:

— отопительные приборы, нагреваемые проточной водой (радиаторы);

— циркуляционный контур (систему трубопроводов, обеспечивающих циркуляцию воды через отопительные приборы, и вспомогательные элементы циркуляционного контура: вентили, расширительный бак, воздухосборник и т.д.);

-источник горячей воды (от газового настенного котла Baxi Eco3 Compact 240Fi.). Котел работает на природном (G20) или баллонном сжиженном (G30, G31) газе. Технические характеристики этого котла представлены в таблице 4.1

В доме предусмотрено два контура управления: отоплением и горячим водоснабжением, параметры, которых обеспечиваются благодаря водогрейному отопительному газовому котлу Baxi Eco3 Compact 240Fi необходимой мощности [18].

Таблица 4.1 — Технические характеристики котла Baxi Eco3 Compact 240Fi

Параметр	Ед. Изм.	Baxi Eco3 Compact 240Fi
1	2	3
Максимальная потребляемая тепловая мощность	кВт	26,3
Минимальная потребляемая тепловая мощность	кВт	10,6
Максимальная полезная тепловая мощность	кВт (ккал/час)	24 (20600)
Минимальная полезная тепловая мощность	кВт (ккал/час)	9,3 (8000)
Максимальное давление в системе отопления	бар	3
Объем расширительного бака	л	8
Давление в расширительном баке	бар	0,5
Максимальное давление в контуре ГВС	бар	8
Минимальное давление в контуре ГВС	бар	0,2
Минимальный расход воды в контуре ГВС	л/мин	2,2
Количество горячей воды при ДТ=25^оС	л/мин	13,7
Количество горячей воды при ДТ=35^оС	л/мин	9,8
Диаметр коаксиального дымохода	мм	60
Диаметр коаксиального воздухоотвода	мм	100
Диаметр раздельного дымохода	мм	80
Диаметр раздельного воздухоотвода	мм	80
Расход отходящих газов	кг/сек	0,017
Максимальная температура отходящих газов	^оС	145
Минимальная температура отходящих газов	^оС	110
Класс NO_x		3
Тип газа		Природный или сжиженный
Номинальное входное давление природного газа (метан G20)	мбар	20
Номинальное входное давление сжиженного газа (пропан G31)	мбар	37
Напряжение электропитания	В	230
Частота питающей сети	Гц	50
Номинальная электрическая мощность	Вт	130
Масса нетто	кг	34
Габариты: высота	мм	734
ширина	мм	400
глубина	мм	317

В качестве дополнительного малоинерционного источника обогрева в доме предложено использовать плёночные инфракрасные нагреватели «ПЛЭН» (ЭИА0.ЭАП1.00.000 ПЗ). Их применение позволит осуществлять в доме быстрый переход с “дневного” режима на “ночной” режим управления. Кроме того, экономного расхода энергоресурсов предлагается уменьшать температуру, поддерживаемую в доме, при отсутствии в нем людей. При появлении людей в доме с помощью ПЛЭН можно быстро довести температуру в доме до комфортной. Размещение ПЛЭН в помещениях дома приведено в таблице 4.2.

Таблица 4.2-Размещение ПЛЭН по комнатам

Наименование помещения	Мощность необходимая на обогрев, Вт	Размер нагревателя длина ширина, м	Мощность нагревателя, Вт	Количество нагревателей, шт
Гостиная	1668	5Ч0,51	435-460	4
Спальня №1	1356	5Ч0,51	435-460	3
Спальня №2	400	1,5Ч0,51	130-137	3
Холл	259	1,5Ч0,51	130-137	2
Столовая	862	2,0Ч0,51	174-184	5
Прихожая	400	1,9Ч0,65	203-220	2
Кухня	847	4Ч0,65	443-456	1
Сан. узел	350	1,0Ч0,51	87-92	6

5. Расчет электрических нагрузок

На начальной стадии проектирования, когда практически неизвестны точные данные электроприемников, но необходимо получить технические условия на присоединение электрической мощности, возникает вопрос, как рассчитать величину установленной мощности потребителей и на этой основе определить расчетную нагрузку на вводе в квартиру или коттедж. При этом, под понятием расчетная электрическая нагрузка Рр потребителя или элемента сети подразумевается мощность, равная ожидаемой максимальной нагрузке за 30 минут.

В Нормативах по определению расчетных электрических нагрузок зданий (квартир), коттеджей, микрорайонов (кварталов) застройки и элементов городской распределительной сети (изменения и дополнения к Инструкции по проектированию городских электрических сетей — РД 34.20.185-94) приведены удельные расчетные нагрузки.

Указанные Нормативы составлены на основании анализа режимов электропотребления перспективного набора электробытовых приборов и машин в квартире (коттедже). Учитывались данные по установленной мощности приборов и машин, определялся суточный расход электроэнергии, возможное время работы каждого прибора и машины.

В удельных расчетных нагрузках за основу принято, что расчетная нагрузка отдельной квартиры (коттеджа) или небольшого числа квартир (коттеджей) определяется приборами пользования. К таким приборами относятся, например, стиральные машины с подогревом воды, джакузи, посудомоечные машины с подогревом воды, электрические чайники, электрические сауны и др. Для этих приборов определялись коэффициенты спроса с последующим суммированием их расчетных нагрузок с нагрузками всех прочих приборов малой мощности, которые определялись с использованием усредненного значения коэффициента спроса [3].

Во «Временной инструкции по расчету электрических нагрузок жилых зданий» РН 2696-01 расчетную нагрузку на вводе в квартиру (коттедж) рекомендуется определять по формуле

, (5.1)

где Р_у — установленная мощность электроприемников, определяемая суммированием номинальных мощностей электробытовых и осветительных приборов, а также розеточной сети;

К_с — коэффициент спроса.

Под коэффициентом спроса по нагрузке понимается отношение расчетной электрической нагрузки к установленной мощности электроприемников

, (5.2)

где Р_р — расчетная электрическая нагрузка, кВт (30-мин максимум);

Р_у — установленная мощность электроприемников, кВт.

В рассматриваемом доме имеются следующие потребители электроэнергии: холодильник, телевизор, домашний кинотеатр, электрочайник, СВЧ-печь, стиральная машина, персональный компьютер, газовый котел и насос для скважины. Так же в доме имеются осветительная и розеточная сети, согласно СНиП [19] на одну розетку выделяется 100 Вт мощности.

Размещение электрооборудования и электроприборов, а также розеточная сеть были рассмотрены в первой части комплексной работы (ЭИА0.ЭАП1.00.000 ПЗ).

Установленные мощности и коэффициенты спроса потребителей представлены в таблице 5.1. Туда же сведены расчетные мощности для потребителей дома, полученные по формуле (5.1). Расчетная мощность всех потребителей освещения дома будет использована при выборе солнечной батареи (резервного источника питания).

На листе ЭИА0.ЭАП1.00 000 РР показан расчет нагрузок электропотребителей с дальнейшим выбором защитной и коммутационной аппаратуры, марки и сечения провода для каждой из групп, счетчика, защиты от перенапряжений и др. Выбор проводился по каталогам фирм производителей [20].

Таблица 5.1 — Характеристика потребителей электроэнергии

Наименование	Количество, шт	Коэффициент спроса К_с	Мощность установленная Р_у, Вт	Мощность расчетная Р_Р, Вт
Холодильник	1	0,9	600	540
Телевизор	1	0,6	300	180
Эл. плита	1	0,8	5000	4000
Электрочайник	1	0,3	1000	300
СВЧ-печь	1	0,3	1500	450
Стиральная машина	1	0,8	2200	1760
Домашний кинотеатр	1	0,6	600	360
Персональный компьютер	1	0,6	400	240
Газовый котел	1	0,8	139	111
Насос для скважины	1	0,55	1100	605
Осветительная сеть	1	0,78	250	195
Розеточная сеть	1	0,8	1200	960
Группы ПЛЭН	1	1	1	3170	3170
	2	1	1	2900	2900
Всего:			20689	16101

Примечание — К_сдля осветительной сети выбираем с учетом К_с для каждой комнаты [3, 21].

5.1 Выбор сечения проводов и кабелей для потребителей

После определения нагрузок потребителей необходимо рассчитать сечение проводов и кабелей, а также выбрать защитную аппаратуру.

Автоматические выключатели и провода для каждой из групп в однолинейной схеме ВРУ (лист ЭИА0.ЭАП1.00.000 РР) выбираются исходя из тока установленного I_У, А, который рассчитывается по формуле

, (5.3)

где Р_У — мощность установленная, Вт;

U_Н — номинальное напряжение сети, В;

сosц — коэффициент мощности.

Рассчитаем ток установленный I_Удля первой группы потребителей

I_У= = 28,29А.

По полученному значению I_Уможно выбрать необходимое сечение провода. Для данной группы потребителей значение I_Усоответствует сечению 4 мм. Марки кабелей и проводов выбираем по каталогам кабельно-проводниковой продукции.

Для остальных групп потребителей расчёт производится аналогично, результаты расчётов, а также выбор проводов и защитной аппаратуры сводится в таблицу (5.2). Выбор защитной аппаратуры приведён в главе 8 (ЭИА0.ЭАП1.00.000 ПЗ).

Для электроснабжения части потребителей в доме, а именно освещения и питание газового котла, предполагается использовать альтернативный источник энергии — энергию солнца. Выбор ФЭУ подробно рассмотрен в разделе 6 (ЭИА0.ЭАП2.00.000 ПЗ).

Таблица 5.2 — Характеристика групп потребителей

Наименование потребителей входящих в группу	№ группы	Мощность установленная, Вт	Длина линии, м	Ток установленный, А	Марка и сечение провода (число жилЧмм²)	Защитная аппаратура
Электрическая плита Насос для скважины	1	6100	14,0	28,29	ВВГнг (3Ч4)	ВА47-29
Холодильник Стиральная машина Розеточная сеть	2	3100	10,5	14,37	ВВГнг (3Ч2,5)	ВА47-29
Телевизор Электрочайник СВЧ-печь Розеточная сеть	3	3100	10,5	14,37	ВВГнг (3Ч2,5)	ВА47-29
Домашний кинотеатр Персональный компьютер Розеточная сеть	4	1800	20,0	8,34	ВВГнг (3Ч2,5)	ВА47-29
Группа ПЛЭН для жилых помещений	5	2900	25,0	13,45	ПУГНП (3Ч2,5)	ВА47-29
Группа ПЛЭН для нежилых помещений	6	3500	23,0	14,7	ПУГНП (3Ч2,5)	ВА47-29
Газовый котёл	7	139	1,5	0,63	ВВГнг (3Ч2,5)	ВА47-29

6. Разработка системы подключения потребителей дома усадебного типа к альтернативным источникам энергии

6.1 Основные направления использования возобновляемых источников энергии

Возобновляемую энергию получают из природных ресурсов, таких как ветер, приливы и геотермальная теплота, солнечный свет, которые являются возобновляемыми (пополняются естественным путем).

Из числа возобновляемых источников наиболее развито использование энергии рек. На гидроэлектростанциях в качестве источника энергии используется потенциальная энергия водного потока, первоисточником которой является Солнце, испаряющее воду, которая затем выпадает на возвышенностях в виде осадков и стекает вниз, формируя реки.

Гидроэлектростанции (ГЭС) обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища. Также возможно использование кинетической энергии водного потока на так называемых свободно поточных (бесплотинных) ГЭС [22].

Гидроэлектростанция, вырабатывающая сравнительно малое количество электроэнергии — малая гидроэлектростанция или малая ГЭС (МГЭС). Общепринятого для всех стран понятия малой гидроэлектростанции нет, в качестве основной характеристики таких ГЭС принята их установленная мощность.

Чаще к малым гидроэлектростанциям относят гидроэнергетические установки, установленная мощность которых не превышает 5 МВт (Австрия, Германия, Польша, Испания и др.). В Латвии и Швеции, малыми считают ГЭС с установленной мощностью до 2 МВт, в некоторых других странах — до 10 МВт (Греция, Ирландия, Португалия). Также в соответствии с определением Европейской Ассоциации Малой Гидроэнергетики считаются малыми ГЭС до 10 МВт.

ОАО «РусГидро» считает малыми гидроэлектростанции мощностью менее 25 МВт. В России действует около сотни ГЭС мощностью до 6 МВт, с суммарной мощностью 90 МВт и выработкой около 200 млн. кВт·ч в год, большинство строящихся в стране малых станций находится на Северном Кавказе [23].

На 2006 год гидроэнергетика обеспечивала производство до 88 % возобновляемой и до 20 % всей электроэнергии в мире, установленная гидроэнергетическая мощность достигает 777 ГВт [23].

Абсолютным лидером по выработке гидроэнергии на душу населения является Исландия. Кроме неё этот показатель наиболее высок в Норвегии (доля ГЭС в суммарной выработке — 98 %), Канаде и Швеции. В Парагвае 100 % производимой энергии вырабатывается на гидроэлектростанциях [23].

Преимущества гидроэнергетики:

— использование возобновляемой энергии;

— очень низкая себестоимость электроэнергии;

— работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу;

— быстрый (относительно ТЭЦ/ТЭС) выход на режим выдачи рабочей мощности после включения станции.

Недостатки:

— затопление пахотных земель

— на горных реках опасны из-за высокой сейсмичности районов

— снижение численности рыб

В число наиболее развитых источников возобновляемой энергии относится энергия ветрового потока. Использование энергии ветра растет примерно на 30 процентов в год, по всему миру с установленной мощностью 196600 МВт в 2010 году, и широко используется в странах Европы и США.

Крупные ветряные электростанции включаются в общую сеть, более мелкие используются для снабжения электричеством удалённых районов. Сооружение ветряных электростанций сопряжено с некоторыми трудностями технического и экономического характера, замедляющими распространение ветроэнергетики. В частности, непостоянство ветровых потоков не создаёт проблем при небольшой пропорции ветроэнергетики в общем производстве электроэнергии, однако при росте этой пропорции, возрастают также и проблемы надёжности производства электроэнергии.

Преимущества ветроэнергетики:

— запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты;

— в отличие от традиционных тепловых электростанций, ветряные электростанции не используют воду, что позволяет существенно снизить нагрузку на водные ресурсы;

— экономия топлива. Работа ветрогенератора мощностью 1 МВт за 20 лет позволяет сэкономить примерно 29 тыс. тонн угля или 92 тыс. баррелей нефти [24];

— при удвоении установленных мощностей ветрогенерации себестоимость производимого электричества падает на 15 %;

— турбины занимают только 1 % от всей территории ветряной фермы. На 99 % площади фермы можно заниматься сельским хозяйством или другой деятельностью, что и происходит в таких густонаселённых странах, как Дания, Нидерланды, Германия. Фундамент ветроустановки, занимающий место около 10 м в диаметре, обычно полностью находится под землёй, позволяя расширить сельскохозяйственное использование земли практически до самого основания башни. Земля сдаётся в аренду, что позволяет фермерам получать дополнительный доход.

Недостатки ветроэнергетики:

— ветроэнергетика является нерегулируемым источником энергии. Выработка ветроэлектростанции зависит от силы ветра — фактора, отличающегося большим непостоянством. Соответственно, выдача электроэнергии с ветрогенератора в энергосистему отличается большой неравномерностью, как в суточном, так и в недельном, месячном, годовом и многолетнем разрезах. Учитывая, что энергосистема сама имеет неоднородности нагрузки (пики и провалы энергопотребления), регулировать которые ветроэнергетика, естественно, не может, введение значительной доли ветроэнергетики в энергосистему способствует её дестабилизации;

— ветроэнергетика требует резерва мощности в энергосистеме (например, в виде газотурбинных электростанций), а также механизмов сглаживания неоднородности их выработки (в виде ГЭС или ГАЭС). Данная особенность ветроэнергетики существенно удорожает получаемую от них электроэнергию;

— крупные ветроустановки испытывают значительные проблемы с ремонтом, поскольку замена крупной детали (лопасти и т. п.) на высоте более 100 метров является сложным и дорогостоящим мероприятием;

— влияние на климат. Ветрогенераторы изымают часть кинетической энергии движущихся воздушных масс, что приводит к снижению скорости их движения. При массовом использовании ветряков (например, в Европе) это замедление теоретически может оказывать заметное влияние на локальные (и даже глобальные) климатические условия местности. В частности, снижение средней скорости ветров способно сделать климат региона чуть более континентальным. Также отбор энергии у ветра может способствовать изменению влажностного режима прилегающей территории. Впрочем, учёные пока только разворачивают исследования в этой области, научные работы, анализирующие эти аспекты, не дают количественную оценку воздействия широкомасштабной ветряной энергетики на климат;

— шум. Ветряные энергетические установки производят две разновидности шума:

— механический шум — шум от работы механических и электрических компонентов (для современных ветроустановок практически отсутствует, но является значительным в ветроустановках старших моделей)

— аэродинамический шум — шум от взаимодействия ветрового потока с лопастями установки (усиливается при прохождении лопасти мимо башни ветроустановки)

— низкочастотные вибрации;

Низкочастотные колебания, передающиеся через почву, вызывают ощутимый дребезг стекол в домах на расстоянии до 60 м от ветроустановок мегаваттного класса;

— при эксплуатации ветроустановок в зимний период при высокой влажности воздуха возможно образование ледяных наростов на лопастях. При пуске ветроустановки возможен разлёт льда на значительное расстояние. Как правило, на территории, на которой возможны случаи обледенения лопастей, устанавливаются предупредительные знаки на расстоянии 150 м от ветроустановки;

— вред, наносимый животным и птицам .

Популяции летучих мышей, живущие рядом с ветряками на порядок более уязвимы, нежели популяции птиц. Возле концов лопастей ветрогенератора образуется область пониженного давления, и млекопитающее, попавшее в неё, получает баротравму. Более 90 % летучих мышей, найденных рядом с ветряками обнаруживают признаки внутреннего кровоизлияния. По объяснениям учёных, птицы имеют иное строение лёгких, а потому менее восприимчивы к резким перепадам давления и страдают только от непосредственного столкновения с лопастями ветряковhttp://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B5%D1%82%D1%80%D0%BE%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0 — cite_note-47#cite_note-47;

— радиопомехи.

Металлические сооружения ветроустановки, особенно элементы в лопастях, могут вызвать значительные помехи в приёме радиосигнала. Чем крупнее ветроустановка, тем большие помехи она может создавать. В ряде случаев для решения проблемы приходится устанавливать дополнительные ретрансляторы.

Следующее направление в возобновляемой энергетике занимает солнечная энергия. Полное количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли за неделю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана. Фотоэлектрические станции (ФЭС) популярны в Германии и Испании. Солнечные тепловые станции действуют в США и Испании, а крупнейшей из них является станция в пустыне Мохаве мощностью 354 МВт.

В Италии и Японии фотоэлементы устанавливают на крыши ж/д поездов. Они производят электричество для кондиционеров, освещения и аварийных систем. Фотоэлектрические модули могут обеспечить катодную защиту металлоконструкций, обеспечить работу знаков водной навигации, водоподъемных установок, бытовой радиоаппаратуры, а также осуществить заряд аккумуляторных батарей.

ФЭС могут быть использованы также для решения глобальных проблем энергетики. В Германии уже несколько лет действует государственная программа «Сто тысяч солнечных крыш». В США действует аналогичная программа «Миллион солнечных крыш». В США существует несколько экспериментальных ФЭС мощностью от 0,3 МВт до 6,5 МВт, работающих на энергосистему.

В России, в конце 2010 года в Белгородской области введена в эксплуатацию электростанция с применением альтернативных источников энергии для продажи электроэнергии в сеть. Система состоит из поликристаллических солнечных батарей мощностью 50 кВт и аморфных солнечных панелей такой же мощности [4].

Недавно совершил кругосветное путешествие катамаран «Туранор», принадлежащий компании PlanetSolar, — крупнейшее из когда-либо построенных судов, приводимое в движение солнечными батареями [25].

Преимущества солнечной электроэнергетики:

— общедоступность и неисчерпаемость источника;

— теоретически, полная безопасность для окружающей среды, хотя существует вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить альбедо (характеристику отражательной (рассеивающей) способности) земной поверхности;

— ФЭС не требует подключения к центральной энергосети;

— полная автономность систем;

— возможность коллективного подключения к ФЭС;

— нет всплесков и отключений энергии;

— самая экологически безопасная энергия.

Недостатки гелиоэнергетики:

— зависимость от погоды и времени суток;

— необходимость аккумуляции энергии;

— высокая стоимость конструкции;

— необходимость периодической очистки поверхности от пыли;

— нагрев атмосферы над электростанцией.

Как мы видим, альтернатив традиционной энергетике много. Но жить под грохот дизеля и запах солярки на террасе или ощущая постоянную вибрацию и гул ветряка — это не то, о чем многие мечтают. А собственная ГЭС доступна далеко не каждому. Поэтому на сегодняшний день наиболее приемлемым вариантом автономного электроснабжения является ФЭС.

Солнечные батареи обладают значительными преимуществами перед другими преобразователями:

— не имеют движущихся частей, что значительно снижает стоимость обслуживания;

— срок службы может достигать, вероятно, 100 лет при незначительном снижении эксплуатационных характеристик (проблема не в самих преобразователях, а в герметизирующих материалах);

— не требуют высокой квалификации персонала;

— эффективно используют как прямое, так и рассеянное (диффузное) излучение;

— пригодны для создания установок практически любой мощности.

Таким образом, из всех видов альтернативной энергетики наиболее перспективным является солнечная энергетика.

Анализ существующих способов получения электрической и тепловой энергии показывает, что их существует большое количество, все они имеют свои достоинства и недостатки. При этом наиболее перспективным способом является преобразование солнечного излучения. Его можно преобразовать непосредственно в электроэнергию с помощью солнечных батарей или в тепловую с помощью солнечных коллекторов.

6.2 Анализ конструкции и устройства солнечных элементов и батарей

Солнечную энергию можно преобразовать в другие виды, в частности — в тепловую с помощью солнечных коллекторов и в электрическую с помощью солнечных батарей. Для автономного электроснабжения наиболее актуальным является использование солнечных батарей.

Солнечная батарея (СБ) — электрическое устройство, которое преобразует часть солнечного излучения в электрический ток (рисунок 1). СБ (модуль, панель) представляет собой фотоэлектрический генератор, принцип действия которого основан на физическом свойстве полупроводников: фотоны света выбивают электроны из внешней оболочки атомов. При замыкании цепи возникает электрический ток.

Наибольшее распространение получили СБ из кремниевых элементов. Пластинки кремния соединяются последовательно плоскими проводниками, обычно цепочками. В качестве защиты от внешних условий применяется специальное просветлённое с антибликовой поверхностью закалённое стекло. Элементы герметизируются для защиты от влаги. Стекло обрамляется в рамку из алюминиевого профиля (рисунок 6.1). Внешний вид солнечного модуля показан на рисунке 6.2.

Рисунок 6.1 — Устройство солнечного модуля

Рисунок 6.2 — Солнечный модуль

В отличие от солнечных коллекторов, производящих нагрев материала-теплоносителя, СБ производит непосредственно электричество. Они бывают различного размера: от встраиваемых в микрокалькуляторы, до занимающих крыши автомобилей и зданий.

СБ бывают нескольких типов в зависимости от используемых фотоэлементов [26]:

— монокристаллический кремний (рисунок 6.3).

Рисунок 6.3- Монокристаллические солнечные модули

Наиболее эффективными и распространенными для широкого потребления являются монокристаллические кремниевые элементы. Для изготовления таких элементов кремний очищается, плавится и кристаллизуется в слитках, от которых отрезают тонкие слои. Внешне монокристаллические элементы выглядят как однотонная поверхность темно-синего или почти черного цвета. Сквозь кремний проходит сетка из металлических электродов. Эффективность такого элемента составляет от 16 до 19% в стандартных условиях тестирования [26].

Срок службы таких панелей у хороших производителей составляет обычно 40-50 лет. Производительность за каждые 20-25 лет службы постепенно снижается примерно на 20% [26];

— поликристаллический кремний (рисунок 6.4)

Рисунок 6.4- Поликристаллическая солнечная батарея

Технология принципиально не отличается от монокристаллических элементов, но разница состоит в том, что для изготовления используется менее чистый и более дешевый кремний. Внешне это уже не однотонная поверхность, а узор из границ множества кристаллов. Эффективность такого элемента составляет от 12 до 15% [26]. Тем не менее, эти панели пользуются примерно такой же популярностью на рынке, что и монокристаллические, поскольку пропорционально эффективности снижается цена производства;

— аморфный кремний В этом типе используются не кристаллы, а тончайшие слои кремния, напыленные в вакууме на пластик, стекло или металл. Этот тип является наиболее дешевым в производстве, но обладает серьезным недостатком. Слои кремния выгорают на свету значительно быстрее, чем у предыдущих типов. Снижение производительности на 20% может произойти уже через два месяца [26]. Очень часто в России привлеченные низкой ценой люди приобретают такие панели и потом разочаровываются, поскольку уже через год-два такой элемент перестает давать энергию.

Количество энергии, выработанное СБ, зависит от мощности солнечной батареи, её КПД, интенсивности солнечного излучения (инсоляции), угла падения солнечных лучей на плоскость батареи, температуры, высоты солнца над горизонтом, чистоты воздуха, облачности и т.д.

6.3 Оборудование и компоненты фотоэлектрической установки

Солнечная фотоэлектрическая система состоит из:

— СБ необходимой мощности, смонтированной на крыше или специальной конструкции;

— аккумуляторной батареи (АБ) необходимой емкости;

— контроллера зарядки-разрядки АБ;

— блока бесперебойного питания (ББП) или инвертора;

— резервного источника электропитания;

— зарядного устройства для подзарядки АБ от генератора;

— необходимого коммутационного, индикаторного оборудования и соединительных кабелей и системы заземления.

Структурная схема известной системы солнечного автономного электроснабжения (САСЭС) представлена на рисунке 6.5.

СБ называется несколько объединённых фотоэлектрических преобразователей (фотоэлементов) — полупроводниковых устройств, прямо преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток (рисунок 6.6).

1 — контроллер зарядки;2 — переключатель источника питания;3 — котел;BL — солнечная батарея; GB — аккумуляторная батарея;UZ — инвертор;EL — осветительная нагрузка

Рисунок 6.5 — Структурная схема системы автономного электроснабжения с использованием солнечной энергии

Рисунок 6.6 — Фотоэлемент на основе поликристаллического кремния

СБ соединяют в цепи последовательно или параллельно для получения необходимых параметров по току и напряжению. СБ обычно устанавливают на южную сторону крыши, обеспечив свободную циркуляцию воздуха под ними (для естественного охлаждения достаточно щели 5 — 10 см).

В простейшем виде автономное электропитание аппаратуры малой мощности можно обеспечить прямым подключением нагрузки к СБ. Недостатком такого электропитания является несогласованность величины и времени поступления электроэнергии от источника к потребителю. Так, например, в отсутствие солнечной энергии СБ перестает работать.

СБ имеет на выходе меняющееся в широких пределах напряжение. Например, СБ номинальным напряжением 12 В может иметь на выходе напряжение от 0 до 21 В [29]. Поэтому необходим аккумулятор, работающий в буферном режиме.

Избыток электроэнергии может запасаться в аккумуляторной батареи (АБ) на длительное время (десятки дней и даже месяцы), а запасенная электроэнергия в любой момент может быть передана в нагрузку. АБ в системе ФЭУ помимо своей основной функции — хранить энергию, выполняет также и функцию стабилизации напряжения на нагрузке.

Для выбора количества и типа аккумуляторов используются два параметра: напряжение и ток зарядки, который может поступать от нескольких источников. Необходимо чтобы аккумуляторы не боялись сульфатации пластин. К необходимым свойствам аккумуляторов, применяемых в солнечных системах, причислим и низкий уровень саморазряда.

Любая автономная система электроснабжения, содержащая в своем составе аккумуляторные батареи, должна содержать в себе средства контроля зарядки и разрядки аккумуляторов. В случае переразряда резко сокращается срок службы аккумуляторной батареи или она может выйти из строя. Если же аккумулятор заряжен, но через него продолжает протекать зарядный ток, то это может привести к закипанию электролита и бурному газовыделению или к вспучиванию и даже взрыву герметичных аккумуляторных батарей.

В систему автономного электроснабжения вводятся устройства, которые отключают нагрузку от аккумуляторных батарей, если они недопустимо разряжены, а также отключают источник энергии, если аккумуляторы заряжены. Использование контроллеров заряда настоятельно рекомендуется.

Некоторые контроллеры на завершающей стадии заряда используют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) тока заряда. ШИМ является эффективным способом достижения постоянного напряжения заряда АБ. При использовании её ток от солнечной батареи соответствует состоянию аккумуляторной батареи и ее потребностям в заряде. Когда напряжение на АБ достигает определенного значения, алгоритм ШИМ постепенно снижает ток заряда.

Более сложные контроллеры умеют следить за точкой максимальной мощности фотоэлектрических батарей. Такие контроллеры называются MPPT контроллерами (расшифровывается как Maximum Power Point Tracking). Слежение за точкой максимальной мощности (ТММ) солнечного модуля может дать прирост в выработке энергии примерно 15-30% по сравнению с контроллером без слежения за ТММ [29]. Солнечная батарея имеет характерную вольтамперную характеристику (рисунок 6.7)

Рисунок 6.7 — Внешняя характеристика солнечной батареи при различных уровнях облученности

Крайними точками на ней являются точка напряжения холостого хода (I=0), отражающая ЭДС батареи, и точка тока короткого замыкания. При подключении к батарее нагрузки, часть энергии будет выделяться на ней.

При уменьшении сопротивления нагрузки, напряжение будет падать, сначала слабо, а ток возрастать. Соответственно, будет возрастать и отдаваемая нагрузке мощность.

В некоторой точке мощность, выделяемая на нагрузке, достигает своего максимума, после чего, при дальнейшем уменьшении сопротивления, напряжение на нагрузке начинает резко падать, а вместе с ним и выделяемая мощность.

Значение напряжения и силы тока в точке максимальной мощности зависят от нескольких параметров. Это паспортная мощность батареи, яркость источника света, угол падения лучей, температура батареи. Все перечисленные параметры, кроме первого, постоянно изменяются во времени, что приводит к соответствующему изменению графика и положения данной точки на нем. Соответственно, чтобы вырабатываемая энергия в процессе эксплуатации батареи максимально отдавалась нагрузке, необходимо, чтобы сопротивление нагрузки определенным образом изменялось, подстраиваясь под текущие параметры солнечной батареи.

Устанавливаемый между солнечной батареей и аккумулятором контроллер MPPT трансформирует параметры поступаемого с нее тока таким образом, чтобы напряжение на солнечной батарее всегда соответствовало напряжению максимальной мощности. При таком режиме появляется возможность немного заряжать аккумуляторы при низкой освещенности (например, в пасмурную погоду).

Для преобразования постоянного тока аккумуляторной батареи в переменный синусоидальной формы, нужен инвертор. Это устройство для преобразования постоянного тока в переменный ток с изменением величины напряжения или без. Обычно представляет собой генератор периодического напряжения, по форме приближённого к синусоиде (рисунок 6.8).

Существуют три режима работы инвертора:

— режим длительной работы. Данный режим соответствует номинальной мощности инвертора;

— режим перегрузки. В данном режиме большинство моделей инверторов в течение нескольких десятков минут (до 30) могут отдавать мощность в 1,2-1,5 раза больше номинальной;

— режим пусковой. В данном режиме инвертор способен отдавать повышенную мощность в течение нескольких миллисекунд, для обеспечения запуска электродвигателей.

Рисунок 6.8 — Синусоидальная и квазисинусоидальная формы напряжения

Синусоидальная форма напряжения получается благодаря использованию принципа широтно-импульсной модуляции, который широко применяется системах телекоммуникации и высокоточном электронном оборудовании.

Таким образом, система автономного электроснабжения с использованием солнечной энергии состоит из четырёх основных элементов: СБ, АБ, контроллер и инвертор.

6.4 Разработка алгоритма переключения потребителей дома усадебного типа от альтернативного источника к сети

Блок-схема [27] представлена на чертеже ЭИА0.ЭАП2.00.000 Э0. Схема разработана по принципу структурно-логического принятия решений, поэтому при её разработки использовался метод “вопроса-ответа”. В основу схемы положен алгоритм выбора режима питания потребителей (технологических процессов), в зависимости от приоритета, который может быть запрограммирован. Потребители получают электроэнергию из источника, являющегося наиболее «выгодным». Например, при наличии солнечной радиации и нормальной работе солнечных модулей (СМ) потребитель питается от системы «СМ + аккумуляторные батареи», при отсутствии солнечной радиации — от сети или иных источников питания (ВЭУ и т.д.).

6.5 Расчет фотоэлектрической установки

Для того, чтобы выбрать количество и мощность солнечных модулей, необходимо определить, какие потребители дома необходимо подключить, сколько электроэнергии потребуется для их питания. В рассматриваемом доме предполагается, что от солнечных батарей будут получать электрическую энергию газовый котел и осветительные установки.

Рассчитаем суточное количество электроэнергии, потребляемое газовым котлом в каждом месяце по формуле 6.1

W = t_сут* Р_n_,Вт*ч, (6.1)

где t_сут — суточное время работы потребителя, ч;

Р_n — мощность потребителя, Вт;

Мощность котла Р_n = 139.

Результаты расчетов, выполненных в программе Exсel, занесены в таблицу 6.1.

Таблица 6.1 — Суточное время работы и количество потребляемой котлом электроэнергии

месяц	Время работы котла за сутки, час	Суточное количество потребляемой электроэнергии, Втч	Суточное количество потребляемой электроэнергии, кВтч
Январь	12	1668	1,668
Февраль	12	1668	1,668
Март	12	1668	1,668
Апрель	6	834	0,834
Май	6	834	0,834
Июнь	4	556	0,556
Июль	4	556	0,556
Август	5	695	0,695
Сентябрь	6	834	0,834
Октябрь	8	1112	1,112
Ноябрь	10	1390	1,39
Декабрь	12	1668	1,668

Рассчитаем суточное количество электроэнергии, потребляемой осветительной установкой в каждом месяце.

По известным значениям суточного времени работы (таблица 6.2) и мощности светильников в помещениях (таблица 6.3) по формуле 6.1 найдём суточное количество электроэнергии, потребляемое светильниками в каждом помещении

W_{сут потр}=t_{сут. р*}P_СВ, Вт-ч, (6.2)

где W_{сут потр} — суточное количество электроэнергии, потребляемое светильниками в каждом помещении, Вт;

t_{сут. р} — суточное время работы светильников, ч;

P_СВ— мощность светильников, Вт.

Таблица 6.2 — Суточное время работы светильников в помещениях в каждом месяце в часах

Месяц	Гостиная	Спальня 1	Спальня 2	Столовая	Холл	Прихожая	Кухня	Санузел
Январь	8	8	4	8	4	4	8	2
Февраль	8	8	3	8	3	3	8	2
Март	7	7	3	7	3	3	7	2
Апрель	6	6	2	6	2	2	6	1
май	4	4	1	4	1	1	4	1
Июнь	2	2	0	2	0	0	2	1
Июль	1	1	0	1	0	0	1	1
Август	2	2	0	2	0	0	2	1
Сентябрь	4	4	1	4	1	1	4	1
Октябрь	6	6	2	6	2	2	6	1
Ноябрь	7	7	4	7	4	4	7	2
Декабрь	8	8	4	8	4	4	8	2

Таблица 6.3 — результаты расчёта осветительной нагрузки в помещениях в Вт

Наименование помещения	Мощность
Гостиная	66
Спальня 1	40
Спальня 2	30
Столовая	25
Холл	20
Прихожая	20
Кухня	30
Санузел	20
Всего	250

Мощность светильников в помещениях (таблица 6.3) была рассчитана в разделе 3. Результаты расчетов сведены в таблице 6.4.

Таблица 6.4 — Суточное количество потребляемой электроэнергии светильниками в каждом месяце в кВтч

Месяц	Гостинная	Спальня 1	Спальня 2	Столовая	Холл	Прихожая	Кухня	Санузел	Сумма
Январь	0,53	0,32	0,12	0,2	0,08	0,08	0,24	0,04	1,8
Февраль	0,53	0,32	0,09	0,2	0,06	0,06	0,24	0,04	1,73
Март	0,46	0,28	0,09	0,175	0,06	0,06	0,21	0,04	1,545
Апрель	0,40	0,24	0,06	0,15	0,04	0,04	0,18	0,02	1,27
Май	0,26	0,16	0,03	0,1	0,02	0,02	0,12	0,02	0,83
Июнь	0,13	0,08	0	0,05	0	0	0,06	0,02	0,39
Июль	0,07	0,04	0	0,025	0	0	0,03	0,02	0,205
Август	0,13	0,08	0	0,05	0	0	0,06	0,02	0,39
Сентябрь	0,26	0,16	0,03	0,1	0,02	0,02	0,12	0,02	0,83
Октябрь	0,40	0,24	0,06	0,15	0,04	0,04	0,18	0,02	1,27
Ноябрь	0,46	0,28	0,12	0,175	0,08	0,08	0,21	0,04	1,615
Декабрь	0,53	0,32	0,12	0,2	0,08	0,08	0,24	0,04	1,8

Суммарное количество электроэнергии, потребляемое газовым котлом и светильниками в течение суток, необходимое для расчёта ФЭУ, приведено в таблице 6.5. Графические результаты расчета представлены на рисунке 6.9.

Таблица 6.5 — Суточное количество электроэнергии, потребляемое котлом и светильниками в кВтч

Месяц	Суточное количество электроэнергии, потребляемое котлом	Суточное количество электроэнергии, потребляемое светильниками	Всего
1	2	3
Январь	1,668	1,8	3,468
Февраль	1,668	1,73	3,398
Март	1,668	1,545	3,213
Апрель	0,834	1,27	2,104
Май	0,834	0,83	1,664
Июнь	0,556	0,39	0,946
Июль	0,556	0,205	0,761
Август	0,695	0,39	1,085
Сентябрь	0,834	0,83	1,664
Октябрь	1,112	1,27	2,382
Ноябрь	1,39	1,615	3,005
Декабрь	1,668	1,8	3,468

Рисунок 6.9 — Суточное количество электроэнергии, потребляемое котлом и светильниками

Для определения необходимого количества электроэнергии, вырабатываемого солнечной батареей, воспользуемся данными из монографии Шерьязова С.К. (таблица 6.6) [28].

Удельное суточное количество электроэнергии, вырабатываемое солнечной батареей в разные месяцы различно. Кроме того, оно зависит от угла наклона СБ. Удельное суточное количество электроэнергии, вырабатываемое солнечной батареей в разные месяцы для разных углов наклона СБ рассмотрено в приложении. Эти зависимости обобщены и представлены в таблице 6.7.

Таблица 6.6 — Удельная мощность потока солнечного излучения в отдельные часовые интервалы [28] кВт/м2

Интервал времени, ч	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
4-5 ч					0,40	0,45	0,40
5-6 ч				0,40	0,45	0,50	0,45	0,40
6-7 ч			0,40	0,45	0,50	0,55	0,50	0,45	0,30
7-8 ч		0,30	0,45	0,50	0,55	0,60	0,55	0,50	0,40	0,30
8-9 ч	0,20	0,33	0,50	0,55	0,60	0,65	0,60	0,55	0,45	0,33	0,30	0,15
9-10 ч	0,25	0,40	0,55	0,60	0,65	0,67	0,62	0,58	0,50	0,40	0,33	0,20
10-11 ч	0,30	0,42	0,60	0,62	0,66	0,70	0,65	0,61	0,52	0,45	0,35	0,22
11-12 ч	0,35	0,45	0,62	0,65	0,70	0,75	0,70	0,65	0,55	0,50	0,40	0,25
12-13ч	0,35	0,45	0,62	0,65	0,70	0,75	0,70	0,65	0,55	0,50	0,40	0,25
13-14 ч	0,30	0,42	0,60	0,62	0,66	0,70	0,65	0,61	0,52	0,45	0,35	0,22
14-15 ч	0,25	0,40	0,55	0,60	0,65	0,67	0,62	0,58	0,50	0,40	0,33	0,20
15-16 ч	0,20	0,33	0,50	0,55	0,60	0,65	0,60	0,55	0,45	0,33	0,30	0,15
16-17 ч		0,30	0,45	0,50	0,55	0,60	0,55	0,50	0,40	0,30
17-18 ч			0,40	0,45	0,50	0,55	0,50	0,45	0,30
18-19 ч				0,40	0,45	0,50	0,45	0,40
19-20 ч					0,40	0,45	0,40

Таблица 6.7 — Удельное суточное количество электроэнергии, вырабатываемое солнечной батареей в разные месяцы в кВт

месяцы	угол наклона
	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50
Январь	0,27	0,32	0,36	0,41	0,45	0,49	0,53	0,56	0,59	0,62
Февраль	0,44	0,50	0,55	0,60	0,65	0,70	0,74	0,78	0,81	0,84
Март	0,68	0,73	0,78	0,82	0,86	0,90	0,93	0,95	0,97	0,99
Апрель	0,78	0,81	0,83	0,85	0,87	0,87	0,88	0,89	0,89	0,88
Май	0,91	0,92	0,93	0,93	0,92	0,91	0,90	0,88	0,87	0,84
Июнь	0,97	0,97	0,97	0,97	0,95	0,94	0,93	0,90	0,88	0,84
Июль	0,90	0,90	0,90	0,90	0,89	0,89	0,87	0,85	0,82	0,80
Август	0,77	0,79	0,80	0,81	0,81	0,82	0,81	0,80	0,79	0,77
Сентябрь	0,58	0,60	0,63	0,65	0,67	0,69	0,70	0,70	0,72	0,70
Октябрь	0,44	0,48	0,52	0,55	0,59	0,62	0,65	0,67	0,69	0,71
Ноябрь	0,33	0,38	0,43	0,48	0,53	0,57	0,61	0,65	0,69	0,71
Декабрь	0,20	0,24	0,28	0,32	0,35	0,38	0,41	0,44	0,47	0,49

Продолжение таблицы 6.7

месяцы	угол наклона
	55	60	65	70	75	80	85	90
Январь	0,64	0,62	0,68	0,69	0,70	0,70	0,70	0,69
Февраль	0,82	0,88	0,89	0,90	0,90	0,89	0,89	0,88
Март	0,99	1,00	0,99	0,99	0,97	0,93	0,93	0,90
Апрель	0,87	0,86	0,84	0,82	0,79	0,76	0,73	0,70
Май	0,81	0,78	0,74	0,69	0,66	0,61	0,56	0,51
Июнь	0,81	0,77	0,73	0,68	0,63	0,58	0,54	0,49
Июль	0,77	0,73	0,70	0,65	0,61	0,56	0,52	0,47
Август	0,75	0,72	0,70	9,67	0,63	0,59	0,55	0,51
Сентябрь	0,70	0,69	0,67	0,65	0,63	0,60	0,58	0,54
Октябрь	0,69	0,73	0,73	0,73	0,72	0,72	0,70	0,69
Ноябрь	0,72	0,76	0,77	0,78	0,79	0,79	0,79	0,78
Декабрь	0,51	0,53	0,54	0,55	0,56	0,56	0,56	0,55

При выборе угла наклона СБ учитываются различные условия. Одним из важных условий выбора угла наклона является отсутствие снега на поверхности СБ в зимнее время. Исходя из этого условия угол наклона СБ должен быть не менее 75 град.

Для выбора оптимального угла наклона необходимо определить какую площадь должна занимать СБ для различных значений угла наклона, чтобы при этом она могла бы вырабатывать электроэнергию, достаточную для потребителей. Площадь СБ для каждого значения угла определим по формуле (6.3).

F_СБ=W_{уд сут потр} /W_{уд сут выраб} , (6.3)

где F_сб — площадь солнечной батареи, м²;

W_{уд сут потр} — удельное суточное потребление электроэнергии, кВтч;

W_{уд сут выраб}— удельная суточная электроэнергия, вырабатываемая СБ, кВтч.

Удельное суточное потребление электроэнергии приведено в таблице 6.5, а удельное суточное количество электроэнергии, вырабатываемое солнечной батареей в разные месяцы приведено в таблице 6.7.

Результаты расчета сведём в таблицу 6.8 и представим на рисунке 6.10.

Таблица 6.8 — Необходимая площадь СБ в зависимости от угла наклона

в м²

Месяцы	Угол наклона
	75	80	85	90
Январь	4,97	4,96	4,97	5,02
Февраль	3,76	3,81	3,81	3,85
Март	3,30	3,46	3,46	3,58
Апрель	2,66	2,76	2,88	3,00
Май	2,53	2,71	2,98	3,24
Июнь	1,49	1,62	1,77	1,94
Июль	1,25	1,35	1,47	1,61
Август	1,73	1,84	1,99	2,13
Сентябрь	2,64	2,76	2,89	3,06
Октябрь	3,29	3,32	3,38	3,46
Ноябрь	3,81	3,81	3,82	3,86
Декабрь	6,24	6,20	6,18	6,26

Рисунок 6.10 — Необходимая площадь СБ

Анализ графика показывает, что наименьшая площадь СБ будет при угле наклона 75 град.

7. Выбор оборудования фотоэлектрической установки

7.1 Выбор количества и мощности солнечных модулей

Солнечная батарея — важнейший элемент солнечной электростанции, от того как правильно она выбрана, будет зависеть период окупаемости солнечной системы. Определим мощность СБ для дома усадебного типа в с. Долгодеревенское. Для этого необходимо знать количество и мощность солнечных модулей, из которых будет состоять СБ.

Для выбора количества и мощности СМ была определена необходимая площадь при известном угле наклона из условия возможности полного обеспечения потребителей электроэнергией (таблица 6.8). Оптимальному условию отвечает площадь СБ, рассчитанная для декабря месяца (максимальная величина). Её значение равно 6,24 м2.

Количество солнечных модулей для декабря месяца определим по формуле

n_см = F_сб/ F_см,, (7.1)

где n_см— количество солнечных модулей, шт;

F_сб— площадь солнечной батареи, м²;

F_см— площадь солнечного модуля, м².

n_см = 6,24/ 0,99 = 6,29.

Примем количество солнечных модулей для декабря месяца равным 7, округлив полученный результат в большую сторону.

На имеющейся площади можно разместить 7 СМ China Land CHN145-36P, 145 Вт, площадью 0.99 м². Стоимость одного СМ 7600 руб. Площадь, которую будет занимать СБ, равна 6,93 м2 [29].

7.2 Выбор инвертора

Определим мощность нагрузки

(7.2)

где Р_осв— электрическая мощность котла, Вт (Раздел № 5);

— коэффициент спроса.

Учитывая основные параметры, такие как, входное напряжение, КПД, форма выходного сигнала, номинальную мощность и цену, выбираем один инвертор СК-ИС -300, 300 Вт, 3200 руб [29].

7.3 Выбор аккумуляторов

Аккумуляторы выбираются по величине количества запасаемой энергии.

Для определения ёмкости аккумуляторной батареи (АБ) необходимо разделить количество потребляемой электроэнергии для месяца с максимальным энергопотреблением, а это — декабрь (таблица 6.5), на номинальное напряжение АБ.

С_расч=W_{сут потр}./U_Н, (7.3)

где С_расч — расчетная ёмкость аккумуляторной батареи (АБ), А ч;

W_{сут потр} — суточное количество потребляемой электроэнергии для декабря месяца, т.е. для месяца с максимальным энергопотреблением, кВтч;

U_Н — номинальное напряжение АБ, В.

С_расч=3,468*1000/12=289 Ач.

Учитывая, что АБ не рекомендуется разряжать более, чем на 50 %, реальную ёмкость АБ необходимо выбирать в несколько раз больше расчётной. Выберем ёмкость АБ в два раза больше расчётной

Среал=289*2=578 Ач.

Выберем аккумуляторы: 12В Prosolar RRA-200D, 200 А·ч, 17000 руб. 3 штуки [29].

7.4 Выбор контроллера зарядки

Контроллер зарядки выбирается по току нагрузки и току зарядки. Максимальный ток нагрузки равен 20,83 А

Ток зарядки определяется как произведение тока короткого замыкания СМ на количество СМ.

I_З =8,3*7=58,1А.

Поэтому выберем контроллер EPVS 6024/6048, 60A, 11300 руб.

7.5 Выбор дополнительного оборудования

Комплект для монтажа солнечного модуля на наклонной крыше, 800 руб., 7 штук.

Кабель солнечный FR-Cable, 6 мм², 110 руб. за метр, 20 метров.

MC-4-Y-коннекторы — 6 пар, 500 руб/пара. 3000 руб.

Автоматический переключатель источника энергии, номинальный ток 40 А, макс. Ток 80 А. 12500 руб [29].

Общие затраты на приобретение ФЭС приведены в разделе 10 (таблица 10.2).

8. Безопасность труда

Безопасность труда — это система мероприятий, обеспечивающая наилучшие условия безопасности для жизни и здоровья, трудящихся для выполнения различных работ. Она включает в себя законодательные, социально-экономические, технические, санитарно-гигиенические и организационные мероприятия, то есть составные части охраны труда, техники безопасности и производственной санитарии.

8.1 Общая характеристика объекта и состояние безопасности труда на объекте

Жилой дом запитывается трёхфазным напряжением 380 В, а известно, что электрическое напряжение выше 50 В опасно для человека. Задача раздела «Безопасность труда» — разработка организационных и технических решений, которые создадут безопасные условия труда и жизни.

Район размещения жилого дома — Челябинская область: климатический (сезонный) коэффициент — 1,64, преобладающий тип грунта — песчаный. Установленная мощность силового трансформатора — 100 кВА. Дом получает питание от воздушной линии с сечением провода 35 мм². Режим работы нейтрали — глухозаземленный. Категория надежности электроснабжения дома — ЙЙЙ.

Случаи травматизма на объекте отсутствуют [31].

8.2 Мероприятия по производственной санитарии

Озеленение участка

Участок земли вокруг дома ежегодно обрабатывается: высаживаются культурные растения, обрабатываются деревья и прочие зеленые насаждения, очищаются почвы от сорняков и вредных насекомых, удобряются почвы. «Зелеными» участки обеспечивают гармоничное существование живых организмов различных видов (микроорганизмы, насекомые, мелкие млекопитающие, птицы) и способствуют биологической регенерации прилегающих земельных площадей.

Мероприятия по личной гигиене

В доме предусмотрено горячее водоснабжение и душ. Забор воды на хозяйственные нужды осуществляется из скважины. В доме также предусмотрена местная система канализации, которая отводит стоки воды в специально вкопанную в землю емкость с песчаным дном, через которое уходит влага, и герметичным люком сверху. С периодичностью 0,5 года яму очищают с помощью специальной машины.

8.3 Характеристика микроклимата дома

Температура воздуха в доме поддерживается от 14єС до 20єС в зависимости от выбранного температурного режима. В отношении опасности поражения людей электрическим током помещения относятся к помещениям без повышенной опасности. Вентиляция предусмотрена естественная (через форточки и воздухоотвод в туалете).

Отопление в доме водяное. Нагрев теплоносителя производится за счёт газового котла. Предполагается создать дополнительный источник обогрева за счёт плёночных электронагревателей (ПЛЭН) (ЭИА0. ЭАП1.00.000 ПЗ).

8.4 Защитные меры в электроустановках

Таблица 8.1 — Характеристика основных помещений по степени опасности поражения электрическим током людей [32,33]

Наименование помещения	Параметры, определяющие опасность поражения
	t воздуха, єС	Относительная влажность, %	Состояние стен, полов	Возможность одновременного прикосновения	Агрессивность среды	Категория помещения
Кухня	+22	50	Сухие	—	—	Без повыш. опасности

Кроме того, дом должен быть оснащен комплектом основных и дополнительных электрозащитных средств для ремонта электрооборудования (таблица 8.2).

Таблица 8.2 — Основные и дополнительные электрозащитные средства

Наименование	Ед. измерения	Количество
Диэлектрические перчатки	пар	2
Диэлектрический коврик	шт.	1
Набор слесарных инструментов с диэлектрическими рукоятками	комплект	1

В четырехпроводных сетях с глухозаземленной нейтралью зануление металлических не токоведущих частей защищают только от одного вида повреждений — «металлического». Ток короткого замыкания в три раза больше, чем ток плавкой вставки близлежащего предохранителя, или в 1,4 раза превышает уставку электромагнитных расцепителей автоматических выключателей до 100 А. От смертельных поражений при случайном касании токоведущих частей и корпуса зануление не только не спасает, но еще больше увеличивает опасность. Поэтому наиболее эффективной мерой защиты людей в аварийных режимах и ситуациях являются устройства защитного отключения, которые находят все более широкое применение как у нас в стране, так и за рубежом. Эти устройства позволяют за время менее 0,4 сек. отключить поврежденный участок линии при появлении тока утечки. Поэтому в настоящей дипломной работе используется устройство защитного отключения А-84.

Устройство защиты бытовое А-84 предназначено для защиты электроустановок, электрооборудования и электрических сетей трехфазного (однофазного) тока напряжением 380/220 В.

8.5 Мероприятия по молниезащите

Молниезащитой называется комплекс защитных устройств, предназначенных для безопасности людей, сохранения зданий и сооружений, оборудования и материалов от возможных взрывов, возгораний и разрушений, возникающих при воздействии молнии.

Атмосферное электричество проявляется в виде линейных и шаровых молний, электрической и электромагнитной индукции от грозового разряда. Ток линейной молнии может превышать 200 кА. «Взрыв» шаровой молнии эквивалентен взрыву 1 кг тринитротолуола. Помимо прямого попадания опасны вторичные проявления грозового разряда. По проводам внутрь здания проникают наводки, образующиеся при ударе молнии в воздушные линии или во время грозового разряда около воздушной линии. Приближение во время грозы к выключателям, розеткам, телевизорам на несколько сантиметров (например: включить освещение, отключить электроутюг, переключить телевизор) опасно для жизни. Известны случаи смертельного поражения людей на расстоянии 2м и более от проводки. При прямом ударе молнии в комплектную трансформаторную подстанцию (ТП) возникает не только пожар, но и возрастает опасность взрыва, что может привести к непоправимым последствиям.

Проектируемый объект попадает в зону со среднегодовой продолжительностью гроз от 30 до 60 часов [32].

Жилые одноквартирные дома в сельской местности относятся к III категории с упрощением защиты. Учитывая насыщенность коттеджа дорогой электронной техникой (цветные телевизоры, холодильники, счетчики, компьютер и др.) и дорогими электробытовыми приборами становиться экономически выгодно делать надежную защиту от атмосферного электричества. Затраты на молниезащиту оказываются меньше, чем на ремонт бытовой техники пострадавшей от грозы.

Прямоугольное здание дома усадебного типа с размерами 11,0Ч9,5 метров предполагается защитить стержневым молниеотводом, расположенном на коньке крыши. Высота конька крыши над землей (Нх) равна 5,2 м. Предположительно возьмем длину молниеотвода 10 метров. Высота конечной точки молниеотвода над землей:

Н = (r_x+1,63•h_x)/1,5, м, (9.1)

где r_x — радиус защиты молниеотвода на уровне высоты объекта.

По теореме Пифагора

= 7,26 м.

Н = (7,26+1,63•5,2)/1,5 = 10,49 м.

Длина молниеотвода

Н_м=10,49-5,2=5,29 м.

Радиус защиты молниеотвода на уровне земли

r_o=1,5•H, м. (9.2)

r_o=1,5•10,49=15,73 м.

4,75

Необходимо защитить все здание, что и будет являться оптимальной защитой для данного дома. Молниеотвод соединен с токоотводом из стальной оцинкованной катанки. Далее он соединен с искусственным заземлителем, который состоит из пяти вертикальных электродов диаметром 30 мм и длиной 1,2 м, отступающих на 1 м друг от друга, объединенных под землей на глубине 0,7 м горизонтальным электродом.

Анализируя полученные данные, выясняем, что стержневой молниеотвод длиной 5,29 метров может полностью обеспечить защиту дома от попадания молнии.

Рисунок 8.1 — Молниезащита дома усадебного типа в с.Долгодеревенское

8.6 Повторное заземление нулевого провода

Роль повторного заземления нулевого провода сводится к снижению напряжения на корпусе в момент короткого замыкания, то есть к уменьшению тока, проходящего через человека. Идея повторного заземления заключается в том, что в случае обрыва нулевого провода повторное заземление снижает напряжение прикосновения, но не до безопасной величины. Повторное заземление одновременно служит защитой от грозы.

Исходные данные для расчета заземляющего устройства на вводе в здание, выполненного по авторской программе [34]:

— удельное сопротивление верхнего слоя грунта: с₁ = 190 (Ом·м);

— удельное сопротивление нижнего слоя грунта: с₂ = 130 (Ом·м);

— толщина верхнего слоя грунта: H = 2,1 м;

— заглубление соединительной полосы: t = 0.70 м;

— расстояние между электродами: P = 1 м;

— наружный диаметр вертикального заземлителя: d = 0,03 м.

Расчет заземляющего устройства приведен в приложении.

8.7 Мероприятия по пожарной безопасности

Пожарная безопасность в жилых домах обеспечивается системой организационных мероприятий и технических средств, обеспечивающих невозможность возникновения пожара.

В доме предусмотрено два входа, что облегчит эвакуацию людей во время пожара. По своему исполнению дом относится к пожароопасным помещениям Д-II. Для тушения пожаров и возгораний дом снабжается огнетушителями ОХП-10, которые располагаются в легкодоступном месте. Кроме того используются доступные средства — вода и песок [36; 37].

Таблице 8.2 — Средства обеспечения пожарной безопасности

Наименование помещения и объекта

Площадь, м²

Огнетушители, шт

Бочки с водой, шт

Ящик с песком, шт

Лопаты, шт

Жилой дом

84,06

—

9. Технико-экономический расчет

В доме усадебного типа села Долгодеревенское Челябинской области используются различные потребители электроэнергии. Это подсистемы отопления и горячего водоснабжения, освещения, различные бытовые приборы.

Во второй части комплексной дипломной работы рассматривалась электрификация и автоматизация технологических процессов в доме усадебного типа с разработкой осветительной установки. Для электроснабжения части потребителей дома (освещения и электропитания газового котла) будут использоваться возобновляемые источники электроэнергии, а именно — солнечные батареи.

Кроме того, в дипломной работе были рассмотрены различные источники сета: люминесцентные лампы (ЛЛ), лампы накаливания (ЛН) и светодиодные лампы (СДЛ).

9.1 Исходные данные для расчета фотоэлектростанции (ФЭС)

Исходные данные для расчета ФЭС приведены в таблице 9.1

Таблица 9.1 — Исходные данные для расчета ФЭС

Элементы	Количество, шт.	Срок службы, лет	Стоимостьза единицу руб
Солнечные модули China Land CHN145-36P, 145 Вт, площадью 0.99 м²	7	20	7600
Инвертор СК-ИС -300, 300 Вт	1	20	3200
Контроллер заряда EPVS 6024/6048, 60A	1	20	11300
Аккумуляторная батарея 12В Prosolar RRA-200D, 200 А·ч	3	10	17000
Солнечный кабель FR-Cable, 6 мм²	20 м	20	110
Коннектор MC-4-Y	6 пар	20	500
Автоматический переключатель номинальный ток 40 А, макс. ток 80 А	1	20	12500

9.2 Себестоимость проектируемой ФЭС

Себестоимость проектируемой фотоэлектростанции (ФЭС) можно определить по формуле (9.1)

, руб/кВт ч, (9.1)

где И_сум-сумарные издержки ФЭС, руб.;

— удельная энергия вырабатываемая СМ, кВт•ч.

Капиталовложения ФЭС

Капитальные вложения рассчитываются для всех элементов фотоэлектростанции:

,руб, (9.3)

где К — капитальные вложения, руб.;

К_СБ — капитальные затраты на солнечные батареи, руб.;

К_инв — капитальные затраты на инвертор, руб.;

К_кз — капитальные затраты на контроллеры зарядов, руб.;

К_АБ— капитальные затраты на аккумуляторные батареи, руб.;

К_с,каб — капитальные затраты на солнечный кабель, руб.;

К_кон — капитальные затраты на коннектор, руб.;

К_{авт.пер.} — капитальные затраты на автоматический переключатель, руб.

Используя данные из таблицы 9.1 определим капитальные затраты для каждого элемента ФЭС по формуле (9.4)

, (9.4)

где n — количество i — х элементов, шт.;

С_i стоимость одного i — го элемента, руб.

Результаты расчета капитальных вложений на оборудование ФЭС сведены в таблице 9.2.

Таблица 9.2 — Смета капитальных вложений на оборудование ФЭС

Перечень материалов и комплектующих	Количество, шт.	Цена за единицу, руб	Общая стоимость, руб
Солнечные модули	7	7600	53200
Инвертор	1	3200	3200
Контроллер заряда	1	11300	11300
Аккумуляторная батарея	3	17000	51000
Солнечный кабель, м	20	110	2200
Коннектор, пар	6	500	3000
Автоматический переключатель	1	12500	12500
Итого	136400

Срок службы оборудования примем равным сроку службы АБ

Т_АБ = 10 лет.

Поскольку стоимость оборудования и запчастей менее 40 т.р.\ед., то амортизация на них не начисляется, а расходы списываются на зап.части единовременно.

Суммарные издержки

И = 136400 руб.

Себестоимость киловатт-часа производимой электроэнергии

, руб/кВт ч, (9.5)

где И_сум -сумарные издержки ФЭС, руб/год;

W_Г-электроэнергия, производимая ФЭС за год, W_г = 823,9 кВт·ч.
За 10 лет 8239 кВт·ч

, руб/кВт ч. (9.6)

9.3 Сопоставление затрат на покупку и на потребляемую электроэнергию для ламп ЛЛ, ЛН и СДЛ

Исходные данные для расчета затрат на покупку и на потребляемую электроэнергию для ламп ЛЛ, ЛН и СДЛ

Таблица 9.3 — Исходные данные для расчета затрат на покупку и на потребляемую электроэнергию для ламп ЛЛ, ЛН и СДЛ

лампы	тип	цена	количество	сумма
Светодиодные лампы	SvetaLED 11Вт SvetaLED 15Вт SvetaLED 20Вт SvetaLED 25Вт	480 540 580 620	6 4 5 1	2880 2160 2900 620
Люминесцентные лампы	КЛС25/ТБЦ ЛБ13	200 170	15 1	3000 170
Лампы накаливания	БК215-225-75 БК245-225-95 Б235-245-40 Б220-230-40 Б220-230-25	20 20 15 15 12	3 2 1 1 1	60 40 15 15 12

Сравним затраты на покупку и на электроэнергию люминесцентных ламп (ЛЛ), ламп накаливания (ЛН) и светодиодных ламп (СД).

Светодиодные лампы ( СДЛ)

На основании исходных данных (таблица 9.3) подсчитаем капитальные затраты на СДЛ

К_{з СДЛ}=2880+2160+2900+620 = 8560 руб.

По формуле (9.10) определим срок службы СДЛ

Т_{сл СДЛ}=N_СДЛ / Т_год , лет, (9.10)

где N_СДЛ -наработка на отказ, N_СДЛ= 50000 ч;

Т_год -время работы ламп в году, ч/год (Приложение, таблица 2).

Т_{сл СДЛ}=50000/ 1910 = 26 лет.

Годовые затраты на электроэнергию при потреблении СДЛ рассчитаем по формуле

З_Г= W_г * С_{с эл.э} , руб, (9.11)

где W_г — количество потребляемой электроэнергии за год, W_{г СДЛ} = 414,63 кВт ч (Приложение, таблица 2);

С_{с эл.э} — себестоимость электроэнергии за 1кВтч, С_{с э.э} = 1,69 руб / кВтч.

Годовые затраты на электроэнергию при потреблении СДЛ составят

З_Г= 414,63 * 1,69 = 700,72 руб/год.

Подсчитаем затраты электроэнергии на весь срок службы

З_С,С= Т_год * З_Г , руб, (9.12)

где Т_год — время работы ламп в году, ч/год ;

З_Г — годовые затраты на электроэнергию, руб/год.

З_С,С= 26 * 700,72 = 18218,84 руб. (9.12)

Затраты на светодиодные лампы представлены на рисунке 9.1.

Рисунок 9.1 — Затраты на светодиодные лампы

По аналогии рассчитаем затраты на электроэнергию для ЛН и ЛЛ.

Люминесцентные лампы (ЛЛ)

На основании исходных данных (таблица 9.3) подсчитаем капитальные затраты на ЛЛ

К_{з ЛЛ}= 3000 + 170 = 3170 руб.

По формуле (9.10) определим срок службы ЛЛ

Т_{сл ЛЛ}=N_ЛЛ / Т_год , лет,

где N_ЛЛ -наработка на отказ, N_ЛЛ= 10000 ч;

Т_год -время работы ламп в году, ч/год (Приложение, таблица 2).

Т_{сл ЛЛ}=10000/ 1910 = 5 лет.

Годовые затраты на электроэнергию при потреблении ЛЛ рассчитаем по формуле (9.11)

З_Г= W_г * С_{с эл.э} , руб,

где W_г — количество потребляемой электроэнергии за год, W_{г ЛЛ} = 651,42 кВт ч (Приложение, таблица 2);

С_{с эл.э} — себестоимость электроэнергии за 1кВтч, С_{с э.э} = 1,69 руб / кВтч.

Годовые затраты на электроэнергию при потреблении ЛЛ составят

З_Г= 651,42 * 1,69 = 1100,9 руб /год.

Подсчитаем затраты электроэнергии на весь срок службы.

Подсчитаем затраты электроэнергии на весь срок службы ЛЛ по формуле (9.12), причем, для сравнения затрат электроэнергии, примем срок службы для ЛЛ такой же, как и у СДЛ

З_С,С= 26 * 1100,9 = 28623,39 руб.

Затраты на люминесцентные лампы представлены на рисунке 9.2.

Рисунок 9.2 — Затраты на люминесцентные лампы

Лампы накаливания (ЛН)

На основании исходных данных (таблица 9.3) подсчитаем капитальные затраты на ЛН

К_{з ЛН}= 60+40+15+15+12 = 142 руб.

По формуле (9.10) определим срок службы ЛН

Т_{сл ЛН}=N_ЛЛ / Т_год , лет,

где N_ЛН -наработка на отказ, N_ЛН= 1000 ч;

Т_год -время работы ламп в году, ч/год (Приложение, таблица 2).

Т_{сл ЛН}=1000/ 1910 =0,5 лет.

Годовые затраты на электроэнергию при потреблении ЛН рассчитаем по формуле (9.11)

З_Г= W_г * С_{с эл.э} , руб,

где W_г -количество потребляемой электроэнергии за год, W_{г ЛН} = 1943,91 кВт ч (Приложение, таблица 2) ;

С_{с эл.э} — себестоимость электроэнергии за 1кВтч, С_{с э.э} = 1,69 руб / кВтч.

Годовые затраты на электроэнергию при потреблении ЛН составят

З_Г= 1943,91 * 1,69 = 3285,21руб /год.

Подсчитаем затраты электроэнергии на весь срок службы ЛН по формуле (9.12), причем, для сравнения затрат электроэнергии, примем срок службы для ЛЛ такой же, как и у СДЛ

З_С,С= 26 * 3285,21 = 85415,41руб.

Затраты на люминесцентные лампы представлены на рисунке 9.3.

Рисунок 9.3 — Затраты на лампы накаливания

Сравнение ламп ЛЛ, ЛН и СДЛ

Расчеты, выполненные для светодиодных ламп (СДЛ), люминесцентных ламп (ЛЛ) и ламп накаливания (ЛН), были сведены в таблицу 9.4.

Таблица 9.4 -Характеристики сравниваемых ламп

Характеристика ламп	ЛН	ЛЛ	СДЛ
Частота замены ламп, год	0,5	5	26
Затраты на покупку ламп, руб	142	3170	8560
Годовое количество потребляемой электроэнергии, кВтч	1943,91	651,4	414,63
Себестоимость электроэнергии, руб/кВтч	1,69	1,69	1,69
Годовые затраты на электроэнергию, руб	3285,21	1100	700,72
Затраты на электроэнергию на 26 лет, руб	85415	28623	18218,84

По результатам расчетов (таблица 9.4) представлены сравнительные диаграммы (рисунки 9.4 — 9.6), которые наглядно доказывают, что, хотя затраты на покупку светодиодных ламп больше, чем у ламп накаливания, затраты на электроэнергию и общие затраты при их применении значительно ниже, чем при использовании других ламп.

Рисунок 9.4 — Затраты на покупку

Рисунок 9.5 — Затраты на оплату электроэнергии

Рисунок 9.6 — Общие затраты

Заключение

В комплексной работе были рассмотрены вопросы электрификации и автоматизации технологических процессов в доме усадебного типа. Дом усадебного типа расположен в селе Долгодеревенское Челябинской области. Для него были рассмотрены процессы освещения и электроснабжения, в т.ч. и от альтернативного источника энергии — от солнечных батарей СБ.

На сегодняшний день использование СБ экономически невыгодно, так как себестоимость электроэнергии от традиционных источников ниже, чем от возобновляемых. Но себестоимость электроэнергии от традиционных источников электроэнергии повышается, кроме того, растут тарифы на электроэнергию, поэтому за возобновляемыми источниками электроэнергии — будущее.

Список литературы

1 Синельников В. С. Энциклопедия загородного строительства. — М.: Эксмо, 2008.

2 Как построить дом. / Сост. Новосад Н. Г. — Переиздание — Екатеринбург: У-Фактория, 2002.

3 Выпуск № 11: Проектирование электроустановок квартир с улучшенной планировкой и коттеджей (на базе электрооборудования компании Schneider Electric). — 2007.

4 http://akkumulyator-gel.ru

5 Видьманов В.М. Без села — Россию не возродить // Сельское строительство. — 1999. — №1, С. 2-4.

6 Об утверждении отраслевой программы «Основные направления и механизм энергоснабжения в жилищно-коммунальном хозяйстве «Российской Федерации» // экономика строительства. — 1998. — №14, с. 58-61.

7 С. Крапивин. Домики в деревне // «Челябинский рабочий» №243 (24131) от 27.12.2001.

8 Захаров А. А. Применение теплоты в сельском хозяйстве. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Агропромиздат,1986.

9 Благих В. Т., Хайруллин И. Ф. Проектирование молочных ферм семейного подряда с полной компьютеризацией // Автоматизация технологических процессов в животноводстве: Сб. науч. тр. ЧИМЭСХ. — Челябинск, 1988.

10 Петров В. И., Фомин А. Г. Энергосберегающие системы освещения зданий // Энергия: экономия техника экология. — 1999 — №5 — с. 18-21.

11 Шмаков Б. В. Техническое задание. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию. — Челябинск, ЧИМЭСХ, 1986.

12 Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю. Б. Айзенберга. 3-е изд. перераб. и .доп. — М.: Знак, 2006.

13 Справочная книга для проектирования электрического освещения / Под ред. Г. М. Кнорринга. — СПб.: Энергия, 1992.

14 Баранов Л. А., Захаров В. А. Светотехника и электротехнология. — М.: Колос, 2006.

15 Строительные нормы и правила Российской Федерации (СНиП).

2305-95. Естественное и искусственное освещение. — М.: Стройиздат, 1996.

16 Быков В. Г., Захаров В. А. Методические указания к курсовой работе по проектированию электрических осветительных установок. — Челябинск, ЧГАУ, 2003.

17 Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю. Б. Айзенберга. — М.: Энергоатомиздат, 1983.

18 Baxi Eco3 Compact 240Fi. Руководство по установке и эксплуатации. (Паспорт изделия).

19 СНиП 3.05.06-85 «Электротехнические устройства».

20 Каталог электротехнической продукции «EKF-electronica». — 2008.

21 СП 31-110-2003.

22 Википедия, статья Возобновляемые источники энергии.

23 Википедия, статья Гидроэнергетика.

24 Википедия, статья Ветроэнергетика .

25 Катамаран «Туранор», принадлежащий компании PlanetSolar, — крупнейшее из когда-либо построенных судов, приводимое в движение солнечными батареями. // Челябинский рабочий. — 2012 — 11 мая.

26 Компания Светоч (http://www.svetdv.ru/).

27 Емельянов А. И., Капник О. В. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие по содержанию и оформлению проектов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1983.

28 Шерьязов С.К. Возобновляемые источники в системе энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей: Монография. Челябинск, 2008.

29 Компания Ваш солнечный дом (http://www.solarhome.ru/ru/index.htm).

30 Гременок В.Ф., Тиванов М.С., Залесский В.Б. Солнечные элементы на основе полупроводниковых материалов «Издательский центр БГУ».- Минск;

2007.

31 Безопасность жизнедеятельности (безопасность труда в сельскохозяйственном производстве) Учебное пособие / Горшков Ю. Г., Лапин А. П. и др. — Челябинск: ЧГАУ, 2008.

32 Методические указания к выполнению раздела «Безопасность труда» в дипломных работах и проектах по специальности 110302 (электрификация и автоматизация сельского хозяйства) / Горшков Ю. Г., Зайнишев А. В., Николаев Н. Я. и др. — Челябинск: ЧГАУ, 2008.

33 Правила устройства электроустановок. — изд.7-е, перераб. и доп. — М.: Энергоиздат, 2003.

34 Свечников П. Г., Горшков Ю. Г., Зайнишев А. В., Пискунов М. В. Расчет устройства заземления / Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2002611662 от 27.09.02.

35 Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений: РД 34.21, 122-87 / Минэнерго СССР. — М.: Энергоиздат, 1989.

36 ППБ 01-03 Правила пожаной безопасности в Российской Федерации. — М., 2003.

37 СНиП 21-01-97 Пожарная безопасность зданий и сооружений. — М.: Госстрой России, 1997.

38 Практикум по экономике сельского хозяйства / В. Т. Водянников и др.; под ред. В. Т. Водянникова. — М.: КолосС, 2008.

39 Звонарева Л. М., Олейник Н.И., Оленевич О. Ю. Стандарт предприятия. Проекты (работы) курсовые и выпускные (дипломные). Общие требования к оформлению. СТП ЧГАА 2-2011. — Челябинск, 2011.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Расчет фотоэлектрической установки и экономической части

Таблица 1 — Количество и мощность ламп в помещениях дома

В Вт

№ п/п	Помещение	ЛН	ЛЛ	СДЛ
		Кол-во	Мощность	Кол-во	мощность	Кол-во	мощность
11	Гостиная	6	450	4	100	6	66
22	Спальня 1	2	200	4	100	2	40
33	Спальня 2	2	150	1	40	2	30
44	Столовая	1	75	2	50	1	25
55	Холл	1	40	1	25	1	20
66	Прихожая	1	25	1	25	1	20
77	Кухня	2	200	2	50	2	30
88	Санузел	1	40	1	25	1	20
Всего	16	1180	16	415	16	250

Таблица 2 — Время работы и потребление электроэнергии светодиодными лампами в каждом помещении

Помещение	Гостиная	Спальня 1
Месяц	Время работы в сутки, час	Потребление электроэнергии в сутки кВтч	Потребление электроэнергии в месяц кВтч	Время работы в сутки, час	Потребление электроэнергии в сутки кВтч	Потребление электроэнергии в месяц кВтч
Январь	8	0,53	16,368	8	0,32	9,92
Февраль	8	0,53	14,784	8	0,32	8,96
Март	7	0,46	14,322	7	0,28	8,68
Апрель	6	0,40	11,88	6	0,24	7,2
Май	4	0,26	8,184	4	0,16	4,96
Июнь	2	0,13	3,96	2	0,08	2,4
Июль	1	0,07	2,046	1	0,04	1,24
Август	2	0,13	4,092	2	0,08	2,48
Сентябрь	4	0,26	7,92	4	0,16	4,8
Октябрь	6	0,40	12,276	6	0,24	7,44
Ноябрь	7	0,46	13,86	7	0,28	8,4
Декабрь	8	0,53	16,368	8	0,32	9,92
Всего	63	5,67	126,9	63	2,52	76,4

Продолжение таблицы 2

Помещение	Спальня 2	Столовая
Месяц	Время работы в сутки, час	Потребление электроэнергии в сутки кВтч	Потребление электроэнергии в месяц кВтч	Время работы в сутки, час	Потребление электроэнергии в сутки кВтч	Потребление электроэнергии в месяц кВтч
Январь	4	0,12	3,72	8	0,2	6,2
Февраль	3	0,09	2,52	8	0,2	5,6
Март	3	0,09	2,79	7	0,175	5,425
Апрель	2	0,06	1,8	6	0,15	4,5
Май	1	0,03	0,93	4	0,1	3,1
Июнь	0	0	0	2	0,05	1,5
Июль	0	0	0	1	0,025	0,775
Август	0	0	0	2	0,05	1,55
Сентябрь	1	0,03	0,9	4	0,1	3
Октябрь	2	0,06	1,86	6	0,15	4,65
Ноябрь	4	0,12	3,6	7	0,175	5,25
Декабрь	4	0,12	3,72	8	0,2	6,2
Всего	24	0,72	21,84	63	1,575	47,75

Продолжение таблицы 2

Помещение	Холл	Прихожая
Месяц	Время работы в сутки, час	Потребление электроэнергии в сутки кВтч	Потребление электроэнергии в месяц кВтч	Время работы в сутки, час	Потребление электроэнергии в сутки кВтч	Потребление электроэнергии в месяц кВтч
Январь	4	0,08	2,48	4	0,08	2,48
Февраль	3	0,06	1,68	3	0,06	1,68
Март	3	0,06	1,86	3	0,06	1,86
Апрель	2	0,04	1,2	2	0,04	1,2
Май	1	0,02	0,62	1	0,02	0,62
Июнь	0	0	0	0	0	0
Июль	0	0	0	0	0	0
Август	0	0	0	0	0	0
Сентябрь	1	0,02	0,6	1	0,02	0,6
Октябрь	2	0,04	1,24	2	0,04	1,24
Ноябрь	4	0,08	2,4	4	0,08	2,4
Декабрь	4	0,08	2,48	4	0,08	2,48
Всего	24	0,48	14,56	24	0,48	14,56

Продолжение таблицы 2

Помещение	Кухня	Санузел
Месяц	Время работы в сутки, час	Потребление электроэнергии в сутки кВтч	Потребление электроэнергии в месяц кВтч	Время работы в сутки, час	Потребление электроэнергии в сутки кВтч	Потребление электроэнергии в месяц кВтч
Январь	8	0,24	7,44	2	0,04	1,24
Февраль	8	0,24	6,72	2	0,04	1,12
Март	7	0,21	6,51	2	0,04	1,24
Апрель	6	0,18	5,4	1	0,02	0,6
Май	4	0,12	3,72	1	0,02	0,62
Июнь	2	0,06	1,8	1	0,02	0,6
Июль	1	0,03	0,93	1	0,02	0,62
Август	2	0,06	1,86	1	0,02	0,62
Сентябрь	4	0,12	3,6	1	0,02	0,6
Октябрь	6	0,18	5,58	1	0,02	0,62
Ноябрь	7	0,21	6,3	2	0,04	1,2
Декабрь	8	0,24	7,44	2	0,04	1,24
Всего	63	1,89	57,3	17	0,34	10,32

Все расчеты в таблицах были произведены с помощью программы Excel по следующим формулам.

Потребление электроэнергии в сутки

W_сут = Т_сут * Р_ламп, (Б.1)

где Т_сут — время работы светодиодных ламп в сутки в каждом помещении в соответствующем месяце, ч (таблица 2);

Р_ламп — мощность лампы, Вт (таблица 1).

Потребление электроэнергии в месяц

W_мес = W_сут * n, (Б.2)

где n — число дней в месяце.

Примечание: время работы у ЛН, ЛЛ и СДЛ одинаковое.

Расчеты для ламп накаливания и люминесцентных ламп аналогичны.

Размещено на