2898 max. ĐH Bách Khoa TP.HCM 1. Phổ của trái đất (288 o K) Phổ điện từ của ánh sáng. Định luật Wien. Dãy phổ phát ra từ mặt trời

Transcription

1 ĐH BÁCH KHOA TP.HCM Bài giảng: QUẢN LÝ VÀ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG Chương 5: Quản lý và sử dụng hiệu quả năng lượng hệ thống chiếu sáng Chương 5: Quản lý và sử dụng hiệu quả năng lượng hệ thống chiếu sáng 1. Các đại lượng chiếu sáng năng lượng cho hệ thống chiếu sáng Giảng viên: 4/ Quản lý và Sử dụng Năng lượng 1 Phổ điện từ của ánh sáng Phổ của trái đất (288 o K) Ánh sáng thấy được có bước sóng từ 0,4 đến 0,7 μm. Tia tử ngoại có bước sóng ngắn hơn, và tia hồng ngoại có bước sóng dài hơn. Xem trái đất như một lỗ đen Diện tích bên dưới đường cong biểu diễn tổng công suất phát xạ. Quản lý và Sử dụng Năng lượng 2 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 3 Định luật Wien Dãy phổ phát ra từ mặt trời Bước sóng lớn nhất mà một vật thể phát xạ là: 2898 max T T = nhiệt độ tuyệt đối ( o K) λ = bước sóng (μm) λ max =0.5 μm với mặt trời, T = 5800 o K λ max = 10.1 μm với trái đất, T = 288 o K Quản lý và Sử dụng Năng lượng 4 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 5 ĐH Bách Khoa TP.HCM 1

2 1. Các đại lượng chiếu sáng 1. Các đại lượng chiếu sáng 1. Quang thông: [lm lumen] 1W =0,555µm = 683lm 2. Hiệu suất phát sáng: H = [lm/w] P 3. Cường độ ánh sáng: I = d d cd candela với là góc khối tạo bởi bề mặt nón. 4. Độ rọi: E = d [lx lux] ds Trưa: lx, trăng: 0,25lx, đèn đường: 10-30lx Quản lý và Sử dụng Năng lượng 6 5. Huy độ (độ chói): L = di da [cd/m 2 ] 6. Độ trưng: M = d [lm/m 2 ] da 7. Màu sắc: đỏ (0,78-0,62µm), cam (0,62-0,59), vàng (0,59-0,57), lục (0,57-,0495), lam (0,495-0,45), chàm (0,45-0,42), tím (0,42-0,38). 8. Nhiệt độ màu T m : thể hiện màu sắc của nguồn ánh sáng trắng (2500 o K-8000 o K). 9. Chỉ số màu R a : (0-100), phản ánh độ trung thực màu sắc của vật thể được chiếu sáng. Quản lý và Sử dụng Năng lượng 7 1. Các đại lượng chiếu sáng Để độ rọi càng lớn thì cần nhiệt độ màu càng cao (màu lạnh). 1. Các đại lượng chiếu sáng Chỉ số màu của nguồn sáng càng cao (R a ~100) thì màu sắc vật chiếu sáng càng trung thực. Nhưng các đèn loại này thường có hiệu suất không cao. Chỉ số màu của nguồn sáng thấp làm cho màu sắc cảm nhận từ vật được chiếu sáng bị biến đổi. Nhưng đèn phát ra nguồn sáng này lại có hiệu suất khá cao (đèn LPS). Biểu đồ Kruithof Quản lý và Sử dụng Năng lượng 8 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 9 1. Đèn nung sáng (Incandescent Lamp): 2. Đèn tungsten halogen 3. Đèn huỳnh quang (HQ - Fluorescent Lamp) 4. Đèn huỳnh quang compact (CFL Compact Fluorescent Lamp) 5. Đèn thủy ngân cao áp (TNCA-High Pressure Mercury Lamp) 6. Đèn halogen kim loại (Metal Halida Lamp) 7. Đèn Natri áp suất thấp (LPS Low Pressure Sodium Lamp) 8. Đèn Natri áp suất cao (HPS High Pressure Sodium Lamp) 9. Đèn LED (Light Emitting Diode) 10.Đèn cảm ứng từ (Magnetic Induction Lamp) Quản lý và Sử dụng Năng lượng 10 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 11 ĐH Bách Khoa TP.HCM 2

3 1. Đèn nung sáng (Incandescent Lamp): Nhiều loại công suất, nhiều cấp điện áp, bật sáng ngay, màu sắc ấm, chỉ số màu R a cao, quang thông ít suy giảm, hoạt động ở mọi nhiệt độ. Quang hiệu thấp (<20lm/W), tuổi thọ thấp (<2000g), phổ màu vàng đỏ, phát nhiệt cao, độ sáng thay đổi theo điện áp. 2. Đèn tungsten halogen: Nhiều loại công suất, nhiều cấp điện áp, bật sáng ngay, chỉ số màu R a cao, màu sắc đẹp. Quang hiệu thấp (<25lm/W), tuổi thọ g. Quản lý và Sử dụng Năng lượng 12 Quản lý và Sử dụng Năng lượng Đèn huỳnh quang (HQ - Fluorescent Lamp): Quang hiệu cao (60-100lm/W), tuổi thọ cao ( g), nhiều màu sắc (T m = K), độ chói thấp ( cd/m 2 ). Quang thông suy giảm, ballast rời, starter, không thể khởi động khi điện áp thấp, nhiệt độ thấp. 4. Đèn huỳnh quang compact (CFL Compact Fluorescent Lamp): Quang hiệu cao (20-80lm/W), tuổi thọ cao ( g), độ chói thấp. Kiểu dáng gọn, đẹp, thay thế cho đèn sợi đốt. Có nhiều mức công suất, dễ thay thế với ballast tích hợp. Quản lý và Sử dụng Năng lượng 14 Quản lý và Sử dụng Năng lượng Đèn thủy ngân cao áp (TNCA-High Pressure Mercury Lamp): Quang hiệu thấp (30-65lm/W), T m =3400K, chỉ số màu thấp (R a =42-60), thời gian khởi động lâu. Tuổi thọ cao (>10000g), ít ảnh hưởng nhiệt độ môi trường, quang thông suy giảm nhiều (còn 70%) 6. Đèn halogen kim loại (Metal Halida Lamp): Quang hiệu cao (68-105lm/W), ánh sáng trắng (T m = K), chỉ số màu cao (R a =65-90), công suất lớn. Tuổi thọ không cao ( g), nhiệt độ màu suy giảm, thời gian khởi động lâu, giá thành cao. Quản lý và Sử dụng Năng lượng 16 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 17 ĐH Bách Khoa TP.HCM 3

4 7. Đèn Natri áp suất thấp (LPS Low Pressure Sodium Lamp): Quang hiệu cao ( lm/W), tuổi thọ cao ( g), độ chói thấp, nhìn rõ trong sương mù. Chỉ số màu rất thấp (R a =0), màu vàng. 8. Đèn Natri áp suất cao (HPS High Pressure Sodium Lamp): Quang hiệu cao (80-140lm/W), chỉ số màu rất thấp (R a =20-25), tuổi thọ cao (25000g), nhiệt độ màu thấp (2000K). Quang thông suy giảm theo thời gian, thời gian khởi động lâu. Có các loại HPS dùng trong nhà, và HPS trắng có R a cao hơn. Quản lý và Sử dụng Năng lượng 18 Quản lý và Sử dụng Năng lượng Đèn Natri áp suất cao (HPS): 9. Đèn LED (Light Emitting Diode): Nhiều cấp công suất, điện áp, bật sáng ngay, quang hiệu cao, tuổi thọ rất cao g, ánh sáng tập trung, nhiều màu. Giá thành cao, phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ môi trường, suy giảm quang thông, dùng driver điện tử. Quản lý và Sử dụng Năng lượng 20 Quản lý và Sử dụng Năng lượng Đèn cảm ứng từ (Magnetic Induction Lamp): Quang hiệu cao (62-87lm/W), chỉ số màu cao (R a >80), tuổi thọ cao (>70000g), nhiều màu sắc ( K), bật sáng ngay, dùng ballast. Quản lý và Sử dụng Năng lượng 22 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 23 ĐH Bách Khoa TP.HCM 4

5 Quản lý và Sử dụng Năng lượng Cần quang thông 3000lm. Giá điện 2000đ/kWh. MAAR=10% giờ/năm. Chọn loại đèn: Đèn sợi đốt: 10 lm/w, đ/bóng 100W, tuổi thọ 2000 giờ. Đèn huỳnh quang: 90lm/W, đ/bóng 36W, tuổi thọ 6000 giờ; đ/máng ballast, tổn hao 8W, tuổi thọ giờ. Đèn compact CFL: 50lm/W, đ/bóng 12W, tuổi thọ 6000 giờ. Đèn LED: 90lm/W, đ/W, tuổi thọ 25000g. Quản lý và Sử dụng Năng lượng 25 Bảng tính với lãi suất i=10% Quản lý và Sử dụng Năng lượng 26 Quản lý và Sử dụng Năng lượng Cần quang thông 15000lm. Giá điện 2000đ/kWh. MAAR=10% giờ/năm. Chọn loại đèn: Đèn sợi đốt: 10 lm/w, đ/bóng 100W, tuổi thọ 2000 giờ. Đèn huỳnh quang T5: 85lm/W, 14W, tổn hao ballast 2W, tuổi thọ giờ, đ/bộ. Đèn compact CFL: 50lm/W, đ/bóng 12W, tuổi thọ 6000 giờ. Đèn LED: 90lm/W, đ/W, tuổi thọ 25000g. 3. Chiếu sáng đèn đường 14000lm. Giá điện 1500đ/kWh. MAAR=10% giờ/năm. Chọn loại đèn: Đèn Metal Halida: 14000lm, 150W, tuổi thọ giờ, đ/bóng. Tổn hao ballast 20W, đ/ballast, starter đ, tụ bù đ, tuổi thọ giờ. Máng chóa đèn 2 triệu đồng, tuổi thọ giờ. Đèn HPS: 15000lm, 150W, tuổi thọ giờ, đ/bóng. Tổn hao ballast 20W, đ/ballast, starter đ, tụ bù đ, tuổi thọ giờ. Máng chóa đèn 2 triệu đồng, tuổi thọ giờ. Đèn LED: 120 lm/w, đ/W, tuổi thọ giờ. Quản lý và Sử dụng Năng lượng 28 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 29 ĐH Bách Khoa TP.HCM 5

6 4. Chiếu sáng xưởng lm. Giá điện 2000đ/kWh. MAAR=10% g/năm. Chọn loại đèn: Đèn huỳnh quang T5: 85lm/W, 28W, tổn hao ballast 2W, đ/bộ (đèn T5 28W, ballast điện tử và máng đèn), tuổi thọ giờ. Đèn HPS: 15000lm, 150W, tuổi thọ giờ, đ/bóng. Tổn hao ballast 20W, đ/ballast, starter đ, tụ bù đ, tuổi thọ giờ. Máng chóa đèn 2 triệu đồng, tuổi thọ giờ. (Chưa xét cách bố trí, độ cao, chỉ số màu, đặc thù công việc, suy giảm độ sáng, mức độ hư hỏng của từng loại đèn) Quản lý và Sử dụng Năng lượng Các yếu tố liên quan đến tiết giảm năng lượng chiếu sáng: Kích thước phòng, cửa, tận dụng ánh sáng tự nhiện, phản xạ từ màu sơn trần, tường, sàn. Quản lý và Sử dụng Năng lượng Các yếu tố liên quan đến tiết giảm năng lượng chiếu sáng: Kích thước phòng, cửa, tận dụng ánh sáng tự nhiện, phản xạ từ màu sơn trần, tường, sàn. Tính chất công việc, độ rọi, độ chói yêu cầu. Loại bóng đèn, cách bố trí đèn, chóa đèn, độ cao lắp đèn, bố trị vị trí làm việc, công tắc đèn tập trung hay phân tán, mức tiêu thụ điện. Suy giảm độ sáng, tỷ lệ hư hỏng, làm vệ sinh. Hệ thống điều khiển chiếu sáng nhiều cấp. Quản lý và Sử dụng Năng lượng Điều khiển tiết giảm năng lượng chiếu sáng: Gia đình, văn phòng, nhà máy: Đóng tắt đèn/cụm đèn hợp lý với sinh hoạt/công việc. Dùng thiết bị cảm ứng bật /tắt tự động. Đối với hệ thống chiếu sáng công cộng: Dùng hệ thống đèn chẳn lẻ. Dùng đèn 2 cấp độ sáng. Dùng hệ thống tiết giảm độ sáng tự động. Quản lý và Sử dụng Năng lượng Điều khiển tiết giảm năng lượng cho hệ thống chiếu sáng công cộng: Biểu giá điện chiếu sáng: 1516đ/kWh. Tính chi phí tiền điện phải trả mỗi năm. Quản lý và Sử dụng Năng lượng Điều khiển tiết giảm năng lượng cho hệ thống chiếu sáng công cộng: Để tiết kiệm năng lượng, gắn thiết bị tiết giảm độ sáng còn 50% công suất từ 22:30 đến 4:30. Cho biết chi phí dùng balast 2 cấp độ sáng có chi phí gia tăng là: 300 ngàn đồng/ballast và chi phí lắp dây & điều khiển 500 ngàn đồng/đèn. Giá điện chiếu sáng là 1516đ/kWh. Tính SPP và BCR với MAAR=10%? Quản lý và Sử dụng Năng lượng 35 ĐH Bách Khoa TP.HCM 6

7 5. Điều khiển tiết giảm năng lượng cho hệ thống chiếu sáng công cộng: Để tiết giảm độ rọi về khuya, gắn thiết bị tiết giảm công suất còn 55% từ 22:30 đến 4:30 cho đèn HPS 400W, chiếu sáng từ 18:30 đến 5:30. Cho biết chi phí gắn thiết bị là 5 triệu đồng. Chi phí vận hành 50 ngàn đồng/năm. Tổn hao thiết bị là 2% khi bật đèn. Tuổi thọ thiết bị là 10 năm. Giá điện chiếu sáng trung bình là 2500đ/kWh. Tính SPP và BCR với MAAR=10%? Quản lý và Sử dụng Năng lượng 36 Điều khiển tiết giảm năng lượng chiếu sáng: Gia đình, văn phòng, nhà máy: Đóng tắt đèn/cụm đèn hợp lý với sinh hoạt/công việc. Dùng thiết bị cảm ứng bật /tắt tự động. Đối với hệ thống chiếu sáng công cộng: Dùng hệ thống đèn chẳn lẻ. Dùng đèn 2 cấp độ sáng. Dùng hệ thống tiết giảm độ sáng tự động. Quản lý và Sử dụng Năng lượng Đóng tắt đèn/cụm đèn hợp lý với nhu cầu: 1. Đóng tắt đèn/cụm đèn hợp lý với nhu cầu: Giảm bớt độ sáng lúc nghỉ ca Quản lý và Sử dụng Năng lượng 38 Quản lý và Sử dụng Năng lượng Dùng thiết bị cảm ứng bật /tắt tự động: 3. Dùng hệ thống đèn chẳn lẻ: Tiết giảm 50% vào một số thời điểm Quản lý và Sử dụng Năng lượng 40 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 41 ĐH Bách Khoa TP.HCM 7

8 3. Dùng hệ thống đèn chẳn lẻ: Tiết giảm 50% vào một số thời điểm 3. Dùng hệ thống đèn chẳn lẻ: Để tiết kiệm, dùng hệ thống đèn chẳn lẻ giảm 50% công suất từ 22:30 đến 4:30. Cho biết chi phí gia tăng để đi 2 đường dây là 700 ngàn đồng/đèn. Giá điện chiếu sáng là 1516đ/kWh. Tính SPP và BCR với MAAR=10%? Quản lý và Sử dụng Năng lượng 42 Quản lý và Sử dụng Năng lượng Dùng đèn 2 cấp độ sáng: Có thể tiết giảm bớt các bóng so le để giảm thiểu điểm mù Quản lý và Sử dụng Năng lượng 44 Quản lý và Sử dụng Năng lượng Dùng đèn 2 cấp độ sáng: Để tiết kiệm, dùng hệ thống đèn 2 cấp độ sáng, giảm 50% công suất từ 22:30 đến 4:30. Cho biết dùng balast 2 cấp độ sáng có chi phí gia tăng là: 300 ngàn đồng/ballast và chi phí lắp dây & điều khiển 500 ngàn đồng/đèn Giá điện chiếu sáng là 1516đ/kWh. Tính SPP và BCR với MAAR=10%? 5. Dùng hệ thống tiết giảm độ sáng tự động : Điều khiển thay đổi biên độ điện áp Quản lý và Sử dụng Năng lượng 46 Quản lý và Sử dụng Năng lượng 47 ĐH Bách Khoa TP.HCM 8

9 VD 5.1. Điều khiển thay đổi điện áp tập trung Để khiển tiết giảm độ sáng còn 60% công suất từ 22:30 đến 4:30. Cho biết chi phí cho thiết bị điều khiển điện áp là 1,5 triệu đồng/đèn (tuổi thọ 20 năm). Tổn hao trên thiết bị là 2% khi bật đèn. Giá điện chiếu sáng là 1516đ/kWh. Tính tiền tiết kiệm năm đầu tiên? Tính SPP và BCR với MAAR=10%? Quản lý và Sử dụng Năng lượng Dùng hệ thống tiết giảm độ sáng tự động : Điều khiển công suất dùng driver/ballast điện tử Quản lý và Sử dụng Năng lượng 49 VD 5.2. Điều khiển thay đổi công suất phân tán Để khiển tiết giảm độ sáng còn 55% công suất từ 10:30 đến 4:30, sử dụng ballast điện tử. Chi phí ballast điện tử cao hơn ballast sắt từ 3 triệu đồng/đèn (không cần starter, tụ bù), tuổi thọ 5 năm. Trung tâm điều khiển là 2 triệu đồng/đèn. Chi phí vận hành 50 ngàn đồng/năm. Giá điện chiếu sáng là 1516đ/kWh. Tính chi phí lãi/lỗ năm đầu tiên? Quản lý và Sử dụng Năng lượng Dùng hệ thống tiết giảm độ sáng tự động : Điều khiển góc pha điện áp dùng TRIAC Quản lý và Sử dụng Năng lượng Dùng hệ thống tiết giảm độ sáng tự động: Điều khiển thay đổi độ sáng phân tán đến từng đèn. Quản lý và Sử dụng Năng lượng 52 VD 5.3. Điều khiển thay đổi công suất từ xa Để khiển tiết giảm độ sáng còn 55% công suất từ 22:30 đến 4:30 dùng trung tâm điều khiển. Cho biết chi phí cho thiết bị dimming từ xa là 5 triệu đồng/đèn. Chi phí vận hành 50 ngàn đồng/năm. Tổn hao trên thiết bị dimming là 2% khi bật đèn. Tuổi thọ thiết bị là 10 năm. Giá điện chiếu sáng 1516đ/kWh, tăng10%/năm. Tính SPP và BCR với MAAR=10%? Quản lý và Sử dụng Năng lượng 53 ĐH Bách Khoa TP.HCM 9

10 Mỗi trụ đèn có thể có nhiều bóng nhưng chỉ cần 1 bộ DIM Quản lý và Sử dụng Năng lượng 54 Tài liệu tham khảo Tài liệu tham khảo: [1] Barney L. Capehart,Wayne C. Turner, William J. Kennedy, Guide to Energy Management, The Fairmont Press, 2003 [2] Wayne C. Turner, Steve Doty, Energy Management Handbook, The Fairmont Press and Taylor & Francis Ltd., 2006 [3] Richard A. Panke, Energy Management Systems and Direct Digital Control, The Fairmont Press, Inc, Marcel Dekker, Inc, 2002 [4] Gilbert A. McCoy, Todd Litman, John G. Douglass, Energy-Efficient Electric Motor Selection Handbook, Washington State Energy Office Olympia, [5] Gilbert A. McCoy, John G. Douglass, Energy Management for Motor Driven Systems, Washington State University, [6] Energy Efficiency, Schneider Electric, [7] Dự án nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trong các doanh nghiệp nhỏ và vừa Việt Nam PECSME. Quản lý và Sử dụng Năng lượng 55 Trần Công Binh GV ĐH Bách Khoa TP.HCM Phone: tcbinh@hcmut.edu.vn binhtc@yahoo.com Website: www4.hcmut.edu.vn/~tcbinh T B ĐH Bách Khoa TP.HCM 10

11 60 61 ĐH Bách Khoa TP.HCM 11