Исследование эффективности использования энергоресурсов в учреждениях высшего образования

УДК 321.04.18

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ В УЧРЕЖДЕНИЯХ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

Г.Я. Вагин, Л.В. Дудникова

В статье приведены результаты исследования энергопотребления большой группы вузов. Разработаны мероприятия по энергосбережению

Ключевые слова: учреждения образования, эффективность, использование энергоресурсов

Учреждения образования в России являются самыми крупными потребителями энергоресурсов среди организаций бюджетной сферы. Они потребляют до 70% тепловой и до 45% электрической энергии от суммарного потребления бюджетными организациями. Расходы на энергоснабжение объектов бюджетной сферы России в 2009 г. составили около 240 млрд. рублей.

Основными энергоресурсами, или энергоносителями, которые потребляют ВУЗы, являются: электрическая и тепловая энергии и органическое топливо.

Доля затрат на энергоносители ежегодно увеличивается на 15-20%.

Для примера в табл.1 приведена динамика удельных затрат на энергоносители ВУЗов Приволжского федерального округа (ПФО) [1].

Нет четких рекомендаций за счет каких мероприятий можно получить такой объем экономии.

Не разработаны: методика энергоаудита, система сбора данных о потреблении энергоносителей и их стоимости, система электронного документооборота для нормирования расходов энергоносителей и их мониторинга.

Поэтому, как выполнять закон, пока никто не знает. При таких обстоятельствах, тема данного исследования тем более является актуальной и имеет большое практическое значение.

Для исследования эффективности использования энергоносителей в ГОУ по контракту с Роснау-ки под руководством авторов статьи разработана «Методика проведения энергетических обследований (энергоаудита) образовательных учрежде-ний»[2].

Вагин Геннадий Яковлевич - НГТУ, д-р техн. наук, профессор, тел. (831) 419-82-07

Дудникова Людмила Владимировна - НИЦЭ, технический директор, тел. (831) 436-23-30

Как видно из табл. 1, за 8 лет затраты возросли в 2,5-3 раза.

Согласно федеральному закону об энергосбережении (2009г.) бюджетные учреждения обязаны обеспечить снижение потребления энергоресурсов против 2009 года на 15% к 2015 году.

Закон принят, но в 2010 году не представляется возможным сэкономить энергоресурсы в размере не менее 3% в год, установленные законом, т.к. нет полноценного комплекта взаимоувязанных подзаконных актов, не разработаны методики, нет увязанных правовыми документами нормативных показателей по удельным расходам энергоносителей.

Нормы удельного расхода холодной и горячей воды были разработаны в 80-х годах и явно устарели для созданных в ХХ1-м веке зданий и инфраструктуры.

В основу методов нормирования расходов энергоносителей для бюджетных учреждений во всех ведущих странах берут удельные расходы на 1 м2 площади или на 1 человека. Для ВУЗов в России таких показателей нет. Поэтому были проведены исследования более 500 ВУЗов в различных регионах России, в том числе 63-х ВУЗов ПФО.

Проведенное исследование показывает, что удельный расход энергоносителей даже для аналогичных ВУЗов различен в 5 и более раз и что удельные расходы энергии всех ВУЗов имеют случайный характер. Поэтому для их применения при нормировании расходов энергии необходимо исследование закономерностей их случайных изменений.

Все обследованные ВУЗы представляют собой статистические совокупности, в которых отдельные ВУЗы объединены по какому-либо одному или нескольким варьирующим признакам, делятся на генеральные или выборочные.

Генеральная совокупность - это совокупность всех ВУЗов, относительно которых мы намерены

Таблица 1

Средние удельные затраты на коммунальные услуги по ВУЗам ПФО 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Из расчета на 1м2, руб/м2 96 122 151 168 181 202 257 335

Из расчета на одного учащегося, руб/чел 756 935 1124 1417 1608 1816 1863 2377

сделать выводы при исследовании электропотребления.

Совокупность ВУЗов отобранных из данной генеральной совокупности, называется выборочной совокупностью (выборкой).

Определить объём выборочной совокупности можно с помощью таблицы достаточно больших чисел, монограммы достаточно больших чисел или с с помощью аналитического выражения [3]:

(

п =

і -а,

\2

V тдоп У

где п - объём выборочной совокупности; тдоп- допустимая (предельная) ошибка выборки (допустимая абсолютная величина отклонения выборочной средней от генеральной средней).

По аналогии с нормированием потребления электроэнергии для коммунальных потребителей рекомендуется принимать предельную ошибку выборки равной 10% выборочной средней.

Это связано с тем, что точность задания выборочных значений электропотребления отдельных ВУЗов в среднем составляет ±10%; t - коэффициент достоверности, - это заданная вероятность (р) того, что отклонение выборочной средней не превзойдет

по абсолютной величине предельной ошибки выборки тдоп; ах - среднее квадратичное отклонение выборочной совокупности.

В том случае, когда исследование проводится впервые и ничего неизвестно о среднем квадратичном отклонении, формулой (1) воспользоваться нельзя.

В этом случае объём выборки определятся по таблице достаточно больших чисел в зависимости от заданной вероятности р и допустимой ошибки

тдоп-

В системах электроснабжения вероятность расчетных значений электрических нагрузок принимают равной 95%.

Задаваясь данной вероятностью и тдоп = 0,1 по таблицам достаточно больших чисел [3], определяем, что объем выборки в ВУЗах должен быть не менее 96.

Этот объём является предварительным, после определения закона распределения величин случайных выборок производиться уточнение объёма выборки с использованием выражения (1).

Результаты статистической обработки выборочных значений удельных расходов электрической и тепловой энергии в ВУЗах приведены в табл.2.

Таблица 2

ВУЗы Количество исходных данных, ед Математическое ожидание в кВт.ч (Гкал) Среднее квад-рати-ческое отклонение в кВт.ч (Гкал) Вид теоретического закона распределения Проверка по х2

Р доп? о.е. Р, А факт? о.е.

Электрическая энергия

на 1 м2 105 42,05 9,11 нормальный нор- 0,1 0,59

на 1-го уч-ся 105 282,9 86,25 мальный 0,1 0,48

Тепловая энергия

на 1 м2 112 0,21 0,07 нормальный нор- 0,1 0,59

на 1 -го уч-ся 106 1,14 0,42 мальный 0,1 0,48

где, Р доп, о.е. и Р факт, о.е. - соответственно, допустимая и фактическая вероятность того, что распределение случайной величины подчиняется нормальному закону (в относительных единицах); х2-

Критерий Пирсона.

Для примера на рис. 1 (а и б) приведены гистограммы нормированного изменения удельных расходов электроэнергии для ВУЗов ПФО.

Данные табл. 2 показывают, что случайные изменения удельных расходов электрической и тепловой энергии ВУЗов подчиняются нормальному закону распределения.

Это позволяет для нормирования расходов на уровне районов, регионов и в целом министерства применять простые выражения.

Например, для электрической энергии:

г =

где Wг - годовой расход электроэнергии по району, региону, министерству, юудср - математическое ожидание удельного расхода, полученное по результатам энергообследования ГОУ; сх - среднее квадратичное отклонение удельного расхода ВУЗа;

N - число студентов (учащихся) в данном районе, регионе, в целом по стране; в - статистический ко эффициент, зависящий от допустимой вероятности превышения величины Wг определяемой по выражению (1).

В теории расчета расходов энергоносителей, эта вероятность принимается равной 10%.

По нормальному закону распределения для вероятности превышения 10% в=1,0.

На основании результатов энергоаудитов разработаны методы нормирования расходов энергоносителей для различных образовательных учреждений, они подробно изложены в работах [2,4].

Одним из важнейших направлений повышения эффективности использования энергоносителей в ВУЗах является внедрение электронной системы сбора и анализа ежегодного потребления энергоносителей. Данная система разработана в ООО «НИ-ЦЭ - НН» и внедрена в ПФО. Энергоаудит также позволил разработать типовые мероприятия по энергосбережению. В работах [2,4] имеется подробное описание всех этих мероприятий и их технико-экономическое обоснование. В табл.3 приведены мероприятия, наиболее характерные для ВУЗов.

Таблица 3

№ пп Наименование мероприятия Пределы годовой экономии, %

1 Сокращение области применения ламп накаливания и замена их люминесцентными до 55% от потребляемой ими электроэнергии

2 Улучшение тепловой изоляции стен, полов и чердаков 15-25 %

3 Перевод котельных на газовое топливо в 1,5-3 раза

4 Замена традиционного топлива котельных на альтернативное (древесное, торф, биогаз зеленой массы и свалочных отходов) В 2-2,5 раза

5 Замена централизованного теплоснабжения зданий удаленных от теплоисточников на 1 км и более, на индивидуальные и ВИЭ до 20 %

Рис.1. а. В кВт-ч/1 учащегося в год

ВЫВОД:

Проведено энергетическое исследование с обследованием большой группы ГОУ, позволившее разработать комплекс мер по снижению расхода энергоносителей и повышению эффективности использования энергии.

Разработаны методики проведения энергетических обследований ГОУ и нормирования расходов энергоносителей на всех уровнях планирования.

Впервые проведены исследования законов случайных изменений удельных расходов энергоносителей различных образовательных учреждений.

Разработаны типовые мероприятия по энергосбережению. Все результаты данных исследований переданы в Минобрнауки РФ для организации внедрения.

Рис.1. б. В кВт-ч/м2 в год

Литература

1.Дудникова Л.В. Статистическая и нормативная модели формирования лимитов на энергоресурсы для ВУЗов / Дудникова Л.В., Скуднова О.В., Дудникова Н.А. - Энергоэффективность, 2007, в.1-2.

2. Методика проведения энергетических обследований (энергоаудита) образовательных учреждений / Вагин Г.Я., Дудникова Л.В., Зенютич Е.А.и др. Н.Новгород, НГТУ, 2009- 188 с.

3.Хан Г. Статистические модели в инженерных задачах. Пер. с англ. / Хан Г., Шапиро С.. Изд-во «Мир». М.1969. 324 с.

4. Теория и практика энергосбережения в образовательных учреждениях. Справочно-методическое пособие / Вагин Г.Я., Дудникова Л.В., Зенютич Е.А. и др., НГТУ, НИЦЭ, 2006-188 с.

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева ОО О «Нижегородский инвестиционный центр энергоэффективности - НН»

ANALYSIS OF EFFICIENCY OF ENERGY CARRIERS USAGE IN EDUCATIONAL

INSTITUTIONS

G.Ya. Vagin, L.V. Dudnikova

The article contains the results of the analysis of energy consumption of a huge group of educational institutions. The measures and activities aimed at energy saving are developed

Key words: educational institutions, efficiency, energy carriers usage