Система энергосбережения NRG Systems – Золотой сертификат LEED в области строительства производственных помещений.
Джой Налл (Joy Null), директор по связям с общественностью компании Watt Stopper/Legrand
Июнь 2007 года, Санта-Клара (США, штат Калифорния). Компания NRG Systems, штаб-квартира которой располагалась в штате Вермонт, построила свою новую штаб-квартиру с учетом экологических требований, а также требований, выдвинутых местными профсоюзами и работниками. На площади 4 325 кв.м. расположились помещения, включающие в себя: офисы, цеха и склады. Здесь разместилась компания, производящая метеорологическое оборудование. При строительстве здания главными критериями было: решение вопроса уменьшения пагубного экологического воздействия на окружающую среду и улучшение энергосберегающих показателей здания.
Как уже говорилось, одна из целей проекта состояла в том, чтобы свести к минимуму потребности в энергии во всех областях эксплуатации зданий, включая отопление, кондиционирование воздуха и освещение. Вторая цель проекта – обеспечивать энергетические нужды (максимально насколько это возможно), за счет возобновляемых источников энергии. Владельцы строительных компаний уверены, что сделанные инвестиции могут гарантировать существенные долгосрочные сбережения.
Наоми Миллер (компания Naomi Miller Lighting Design) и Энди Шапиро (компания Energy Balance) представили концепцию освещения здания дневным светом. В сотрудничестве с компанией Watt Stopper/Legrand разработчики выбрали такую систему энергосбережения, которая соответствовала бы заявленным амбициозным критериям проекта.
Системы дневного освещения и контроль освещенности
Тщательное ориентирование здания относительно сторон света и особенности архитектурного проекта обеспечивают естественным освещением не только офисные, но и складские помещения. Стратегически правильное размещение окон (в том числе и на крыше) позволяет дневному свету проникать в дальние помещения здания, создавая при этом мягкое рассеянное освещение.
К естественному дневному свету добавлена электрическая система освещения, состоящая, прежде всего, из высокоэффективных флуоресцентных ламп T8 с балластной регулировкой яркости производства компании Watt Stopper/Legrand, являющейся ведущим производителем систем контроля освещения с функцией энергосбережения для коммерческого и муниципального строительства.
Установленные фотодатчики непрерывно контролируют уровень наружного естественного освещения, и флуоресцентное освещение автоматически регулируется, чтобы обеспечивать оптимальный уровень освещенности. В офисах реализована мультизональная стратегия контроля освещенности, обеспечивающая раздельный контроль освещенности для каждого рабочего места (Рис. 1).
Оптимальная схема дневного освещения и регулируемое флуоресцентное освещение обеспечивают необходимый уровень освещения рабочего места всякий раз, когда оно занято.
Датчики присутствия на рабочем месте
Дополнительное энергосбережение достигается с помощью датчиков присутствия на рабочем месте. Их установка гарантирует, что лампы дневного света выключаются, когда на рабочем месте никого нет, тем самым, предотвращая любую ненужную трату энергии. Для достижения максимального эффекта энергосбережения большая часть рабочих мест дополнительно снабжена ручными выключателями.
В соответствии с размерами и функциональным назначением каждое рабочее место оборудуется пассивными инфракрасными датчиками, ультразвуковыми датчиками и двунаправленными сенсорами. ”Двойная” технология используется комплексно в нескольких офисах или большом зале.
Использование совмещенных технологий гарантирует наилучшую чувствительность и максимальный охват со сведением к нулю количества ”ложных срабатываний”. Если используются в комбинации любые две различные технологии, то они, соответственно, должны по отдельности зарегистрировать, что рабочее место занято, прежде чем будет дана команда на включение освещения. Если же рабочее место оставляют, то свет будет гореть, пока оба типа датчика не зарегистрируют отсутствие хозяина.
Для наружной установки предусмотрены специальные датчики, защищенные от непогоды.
Они способны работать в диапазоне температур от –5°C до +55°C.
Жители прилежащих районов также извлекают выгоду от использования датчиков, поскольку их работа снижает, так называемое, ”световое загрязнение” идущее от окон домов, после наступления темноты.
Балластное управление системой освещения
Система освещения NRG Systems построена, в основном, на использовании высокоэффективных ламп T8, подключенных через балластную схему с программным электронным управлением, обеспечивающим лампам максимальный световой выход и долгую жизнь. Для различных частей здания может использоваться низкое, нормальное и высокое балластное сопротивление. Это позволит хозяину рабочего места устанавливать желаемую освещенность и экономить электроэнергию.
Хотя сама идея звучит просто, ее воплощение усложняет работу на этапах проектирования и строительства. Для каждого типа кабельной разводки требуется свой выход, что ставит в тупик поставщиков, не понимающих различий между балластными сопротивлениями. Это существенно усложнит монтажные схемы. Также подрядчику следует позаботиться о цветовой дифференциации разводки различного типа в каждом помещении.
В потолочных, настенных и декоративных напольных светильниках предполагается использовать, прежде всего, компактные флуоресцентные лампы на 32 ватта.
Проектные ограничения на тип применяемых ламп существенно упрощают дальнейшее обслуживание, и позволяют владельцу в целом экономить на замене вышедших из строя ламп.
Настройка системы
На вопрос, функционирует ли в настоящее время система контроля освещения оптимальным образом, проектировщики обычно отвечают отрицательно. Существует несколько проблем совместимости, решение которых пока неудовлетворительно, поскольку при этом требуется свести вместе производителей различных типов оборудования: осветительной разводки, балластной электроники, собственно светильников и электронной системы управления. Это условие требует от владельца здания быть специалистом в электронике.
После ряда измерений, проведенных на местности, наблюдений за поведением системы и анализа лабораторных результатов тестирования Шапиро и Миллер обнаружили, что некоторые линии разводки, которые предусматривают применение единого балластного сопротивления на три лампы, на самом деле разведены на одну лампу и пару ламп. В итоге дополнительный ток, текущий через два балластных сопротивления, перегружает систему.
Помимо этого установленные лампы не были совместимы с балластной нагрузкой, поэтому разводка требовала повторной балансировки.
Проектировщики также обнаружили ошибку в функционировании контроллера ламп дневного света, в задачу которого входит выключать свет в яркий солнечный день. Как только об этом узнали инженеры Watt Stopper/Legrand, они смогли дать рекомендации по перекоммуникации контроллера для исправления ошибки.
Также у электриков возникали трудности с тем, чтобы реализовать систему, где светильники могли контролироваться внешним сигналом (как сенсорами дневного света, так и сенсорами наличия человека на рабочем месте). Эти трудности были связаны со сложностью совместной коммуникации ”сенсор – реле – балластное сопротивление – выключатель”. Исследователи отмечали, что ввод датчиков в эксплуатацию требует существенного времени, особенно с учетом желания владельцев здания минимизировать потребление электроэнергии. Это требует повторной наладки таких параметров, как чувствительность, которая, кстати, определяет ”живое” время работы сенсоров. Однако расширенный период ввода в эксплуатацию себя окупает. Теперь системы работают именно так, как задумывалось на этапе проектирования.
Успехи проектировщиков
Рис. 2. Примерные ежегодные расходы на электроэнергию зданий компании NRG Systems в сравнении с типовыми зданиями
Итогом внимательного отношения к деталям проекта стало создание системы отношений, которая использует на одну треть меньше энергии по сравнению с типовым новым зданием. Осветительная нагрузка для нового проекта составит всего лишь 0,77 Вт/кв., что на 46% ниже норм стандарта ASHRAE/IESNA 90.1-2001. Выигрыш в экономии при данной стратегии контроля доказал непрерывный мониторинг энергопотребления. В дневное время энергопотребление снизилось более чем на 40% даже в зимние месяцы.
Фактическое потребление электроэнергии на освещение здания оказалось довольно близким к ожиданиям: 40 тыс. кВт/час с марта 2005 по февраль 2006 года. Этот проект здания стал одним из немногих, заслуживших Золотой сертификат LEED.
Компания NRG Systems также добилась определенного успеха в использовании дешевой энергии – 72% энергии дают возобновляемые источники энергии такие как: солнце, ветер и топливные элементы.
Основатели компании Дэвид и Ян Блиттердорфы (Blittersdorf) учредили и выплатили премию в 8,21% от стоимости проекта (7833000 млн. долл. США) за специализированный сторонний проект, причем существенных инвестиций потребовала именно фотогальваническая система. По словам Дэвида: ”Мы уже провели большую часть предоплаты наших расходов по энергии в надежде на использование возобновляемых источников энергии, так что можем больше не волноваться о постоянно возрастающих тарифах на электроэнергию”. По его оценкам на этапе проектирования уже сэкономлено от 4 до 8 млн. долл. США в расчете на 30–40 лет эксплуатации здания. В расчете на год это соответствует примерно 643 тыс. долл. премиальных за строительство здания, 460тыс. долл. за использование возобновимых источников электрической энергии. Премиальная сумма за сертификат LEED составила 183 тыс.долл.
Конструктор Энди Шапиро заключает:
”Премиальная сумма за проект дневного освещения вместе с тщательно подобранными энергоэкономичными источниками света и высокоэффективной системой контроля сравнительно быстро возместят невысокие коммунальные счета”.
Реализовав предложенный проект, компания NRG Systems снизила все аспекты энергопотребления, связанные с эксплуатацией зданий. Так, расход электричества на освещение помещений составляет треть типового расхода для нового здания, построенного на заказ (Рис. 2).