Инженерная методика проектирования систем электроснабжения автономных энергоэффективных зданий на основе возобновляемых источников энергии

Abstract

Актуальность. В настоящее время строительный сектор является одним из крупнейших потребителей сырьевых ресурсов и основным источником загрязнения окружающей среды - на его долю приходится около 40 % потребляемой энергии и примерно 30 % выбросов парниковых газов. В результате выбросов в атмосферу продуктов сгорания угля, нефти и газа нан осится непоправимый урон окружающей среде. Одним из перспективных способов решения данной проблемы является внедрение технологии «энергоэффективное здание». Ключевой задачей проектирования энергоэффективных зданий является разработка системы электроснабжения, которая во многом определяет уровень комфорта и технико-экономические показатели всего объекта. Сложность данной задачи обусловлена тем, что в качестве источников электропитания часто применяются установки на основе возобновляемых источников энергии, характеризуемые стохастической генерацией, а сами энергоэффективные здания могут существенно отличаться друг от друга по целому ряду параметров: назначению, архитектуре, размеру и этажности, составу потребителей и т. д. В статье предложена инженерная методика проектирования подобных объектов и результаты ее апробации. Цель: разработка инженерной методики проектирования систем электроснабжения автономных энергоэффективных зданий на основе возобновляемых источников энергии. Методы: методы статистической обработки временных рядов данных, математическое и компьютерное моделирование с использованием программной среды MatLab/Simulink. Результаты. Предложена инженерная методика проектирования систем электроснабжения автономных объектов, ориентированная на проектирование «активных» зданий с максимально возможным использованием возобновляемых источников энергии. Описаны основные этапы проектирования, которые включают расчет и анализ энергетического баланса, выбор основного электрооборудования и разработку структурной схемы электроэнергетической системы, оптимизацию состава и типоразмеров основного электрооборудования, выбор коммутационных и защитных аппаратов, проводниковой продукции, разработку принципиальных электрических схем. Рассмотрен практический пример применения предложенной методики для проектирования системы электроснабжения автономного энергоэффективного здания в Курской области.

Relevance. The construction sector is currently one of the largest consumers of raw materials and a major source of environmental poll ution, accounting for about 40 % of energy consumption and about 30 % of greenhouse gas emissions. As a result of emissions into the atmosphere of combustion products of coal, oil and gas, irreparable damage is caused to the environment. One of the promising ways to solve this problem is the introduction of «energy efficient building» technology. The key task of designing energy-efficient buildings is the development of a power supply system, which largely determines the level of comfort and technical and economic indicators of the entire facility. The complexity of this task is caused by the fact that installations based on renewable energy sources, characterized by stochastic generation, are mainly used as power sources, and energy -efficient buildings themselves can differ significantly from each other in a number of parameters: purpose, architecture, size and number of storeys, composition of consumers etc. The article proposes an engineering technique for designing such objects and the results of its testing. The aim of study is to develop an engineering methodology for designing power supply systems for autonomous energy-efficient buildings based on renewable energy sources. Methods: methods of statistical processing of time series of data, mathematical and computer modeling using the MatLab/Simulink software environment. Results. The authors have proposed an engineering methodology for designing power supply systems for autonomous objects, focused on the design of «active» buildings with the maximum possible use of renewable energy sources. The paper describes the main design stages, which include calculation and analysis of the energy balance, choice of the main electrical equipment and development of a structural diagram of the electric power system, optimization of the composition and sizes of the main electrical equipment, selection of switching and protective devices, conductor products, development of circuit diagrams. The paper considers the practical example of application of the proposed methodology for designing the power supply system of an autonomous energy-efficient building in the Kursk region.