Obecnie producenci są naciskani, by wytwarzali wyroby „przyjazne środowisku” i zaspokajające społeczne cele tzw. zrównoważonego rozwoju.
Cele te są często ustalane przez zarządy spółek w taki sposób, aby konsumenci postrzegali produkty przedsiębiorstwa jako przyjazne dla środowiska. Wiele przedsiębiorstw odkryło korzyści z myślenia nie tylko o produkcie i jego opakowaniu, poszukując poprawy efektywności energetycznej wytwarzania produktów.
W związku ze współczesnymi technologiami oświetlenia, odzysku ciepła, HVAC (ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja), sprężonego powietrza i poprawy przegród konstrukcyjnych budynku, wydaje się, że działania, które oszczędzają najwięcej energii i dostarczają najwyższego finansowego zwrotu inwestycji, są związane z budynkiem produkcyjnym i jego infrastrukturą. Opisany projekt pokazuje znaczenie podanych udogodnień w czasie podejmowania decyzji związanych z postępem i zrównoważonym rozwojem przedsiębiorstwa.
Przegląd budynków i zakładów przemysłowych
W ostatnim roku pewne światowe przedsiębiorstwo spożywcze zaczęło realizować nowe cele związane ze zrównoważonym rozwojem i świadomością dotyczącą wizji energetycznej instalacji i urządzeń w zakładach produkcyjnych. Zadanie to przekazano grupie inżynierów i profesjonalistów produkcji, zrzeszonych w organizacji wprowadzającej w życie elementy efektywności energetycznej wspierającej programy zrównoważonego rozwoju. W wybranych ośmiu zakładach przemysłowych dokonano modernizacji oświetlenia poprzez odpowiednie czynności projektowe i instalacyjne.
Przez lata główne korporacje Stanów Zjednoczonych rozszerzały ofertę przez nabywanie i ekspansję tradycyjnych marek. Wzrost ten wymusił powstanie określonych typów instalacji i wyposażenia reprezentujących kolejne etapy techniczne rozwiązań elektroenergetycznych. Równocześnie odbiorcy zaczęli interesować się poziomem zużycia energii, ponieważ wzrost kosztów wytwarzania wyprzedza tempo inflacji.
Analizując wszystkie opcje projektów energetycznych, wspomniane przedsiębiorstwo branży spożywczej wybrało dość prosty do przeprowadzenia program modernizacji oświetlenia w kilku zakładach. Program ten miał na celu zmniejszenie zużycia energii, umożliwiając jednocześnie uzyskanie najwyższej finansowej stopy zwrotu z inwestycji. Nowe projekty oświetlenia w pierwszej wytypowanej grupie ośmiu zakładów zakładały oszczędność prawie 4 mln kWh rocznie, co zmniejsza emisję dwutlenku węgla (CO2) więcej niż 2,4 tys. ton w roku (podana emisja CO2 odpowiada eliminacji skutków procesu spalania w 611 samochodach).
Kontrola, projektowanie, instalacja
Rozpoczynając projekt w tej skali, na początku przeprowadzono szczegółową analizę oświetlenia każdego budynku w celu zestawienia odpowiednich danych koniecznych do uwzględnienia w dalszym etapie projektowania. Dane kontroli zawierają zestawienie rodzajów osprzętu, opraw oświetleniowych, lamp i stateczników w poszczególnych pomieszczeniach każdego budynku. Kontrola wskazuje także możliwości wyłączenia niepotrzebnego oświetlenia, np. w czasie braku używania określonych pomieszczeń. Średni roczny czas pracy oświetlenia w zakładach produkcyjnych jest znacznie dłuższy w porównaniu do zastosowań biurowych albo w handlu detalicznym. W związku z powyższym, decydując się na oszczędność energii, należy szczególnie w zakładach produkcyjnych stosować urządzenia oświetleniowe o najwyższej sprawności.
Wnioski pokontrolne są rodzajem formalnej propozycji wskazującej na możliwość zastosowania alternatywnych rozwiązań osprzętu elektrycznego przy określonych kosztach instalacji. Propozycja zawiera także szczegółowe wyliczenia oszczędności energii wynikające z: zastosowania nowych elementów instalacji zmniejszających jej zużycie, mniejszej liczby godzin eksploatacji odbiorników oświetleniowych lub obu powyższych czynników. Mimo że istniejące oświetlenie zaprojektowano i zainstalowano na wiele lat, wnioski pokontrolne wskazują kilka typowych przykładów wymiany istniejących elementów osprzętu oświetleniowego przyczyniających się do znacznej oszczędności energii i emisji dwutlenku węgla CO2, ze średnią 50-proc. stopą zwrotu z inwestycji po pierwszym roku eksploatacji (rys. 1).
Rys. 1. W wielu przypadkach koszty oświetlenia mogą być zmniejszone o około 50% przy tym samym lub nawet lepszym wykorzystaniu źródeł światła
Obecnie w obiektach najczęściej wymienia się metalohalogenkowe źródła światła, szeroko stosowane w produkcji i obiektach magazynowych. Nowe lampy z żarnikami z halogenków metalu mają większą skuteczność świetlną przy bardzo dużej sprawności. Natomiast oszacowania producentów dla stosowanych rodzajów osprzętu oświetleniowego wykazują już po 60% średniego czasu używania przeszło 40-procentowe zmniejszenie strumienia światła w czasie w stosunku do strumienia początkowego – mimo że zużycie energii pozostaje wciąż to samo jak w przypadku nowej lampy (rys. 2).
Rys. 2. Według danych technicznych producenta lampy metalohalogenkowe – o dużej wydajności i wysokim początkowym strumieniu świetlnym – zazwyczaj tracą więcej niż 40% początkowego strumienia po 60% średniego czasu ich życia przy takim samym zużyciu energii elektrycznej
Z powodu zjawiska zmniejszania strumienia świetlnego w czasie, układy oświetlenia wykorzystujące metalohalogenkowe źródła światła są projektowane tak, aby dostarczały większej ilości światła niż wymagana przepisami, kiedy źródła światła są nowe. Dzięki takiemu założeniu wciąż można liczyć na uzyskanie wymaganego poziomu natężenia oświetlenia po zmniejszeniu strumienia świetlnego w czasie eksploatacji. Z powodu wysokich temperatur wytwarzanych przez metalohalogenkowe źródła światła lampy te – dzięki odpowiednim czujnikom – nie mogą być wyłączane i natychmiast załączane zgodnie z przyzwyczajeniami użytkowników budynków.
Żarówki metalohalogenkowe zazwyczaj wymieniane są na lampy fluorescencyjne, które są źródłami światła o dużym strumieniu wyposażonymi często w stateczniki znacznej mocy. Lampy te tracą nie więcej niż 10% początkowego strumienia świetlnego przez ich cały okres użytkowania, więc umożliwiają oświetlenie wymaganym strumieniem przy małej energii pobieranej z sieci. Lampy fluorescencyjne zużywają około połowy energii metalohalogenkowego źródła światła i w zależności od ceny energii i liczby godzin świecenia w roku wprowadzenie oprawy fluorescencyjnej zwraca się w okresie od jednego roku do czterech lat.
Następnym etapem modernizacji osprzętu jest wymiana starszych wykonań lamp fluorescencyjnych T-12 oraz stateczników indukcyjnych na nowej generacji lampy T-8 wyposażone w skuteczniejsze stateczniki elektroniczne. W omawianym projekcie modernizacji przedsiębiorstwa branży spożywczej, wiek i lokalizacja różnych budynków wskazywały, gdzie lampy T12 mogą być potencjalnie nadal w użyciu. Zgodnie z oczekiwaniem, poprzedniej generacji lampy T12 znajdowano najczęściej w starszych budynkach w miastach o niższym zużyciu energii.
Projektowanie oświetlenia
Kontrola oświetlenia z lampy fluorescencyjnej może zostać dokonana za pomocą czujników ruchu i fotokomórek. Odpowiedni algorytm sterowania zapewnia wyłączenie oświetlenia, kiedy nie jest ono potrzebne. Użycie czujników może znacząco poprawić oszczędność energii i w konsekwencji ograniczyć emisję CO2. Kiedy czujniki są sprzężone ze statecznikiem źródła światła, mogą zostać wielokrotnie w ciągu dnia załączane i wyłączane bez pogorszenia czasu życia lampy. Użycie czujników ruchu w domach towarowych jest szczególnie wskazane dla pomieszczeń rzadziej odwiedzanych.
W nowych projektach oświetlenia bierze się pod uwagę szereg innych czynników pozwalających na uzyskanie współdziałania z cyklami technologicznymi w przemyśle spożywczym. Po pierwsze w obszarach produkcji wymaga się w razie uszkodzenia mechanicznego lampy, zabezpieczenia przed odpadnięciem szkła od elementu instalacji. W związku z tym w strefie produkcji wytypowane lampy mają powłokę, utrzymującą rozbite wewnątrz oprawy kawałki szkła. Po drugie projektanci muszą być świadomi temperatur otoczenia i dbać o zastosowanie odpowiednich źródeł światła, które będą poprawnie pracować w krytycznych wysokich i niskich temperaturach typowych dla zakładu produkcyjnego.
Po trzecie wysokość zainstalowania źródeł światła musi uwzględniać optymalne zużycie energii. Natężenie oświetlenia zmniejsza się z kwadratem odległości od źródła światła, stąd źródła światła powinny być tak rozmieszczone, aby były praktycznie jak najbliżej powierzchni zadania, by dostarczały najefektywniejsze oświetlenie przy najmniejszym zużyciu energii (rys. 3).
Rys. 3. Efektywne energetycznie bezpośrednie oświetlenie powierzchni pracy przy selekcjonowaniu produkcji w urządzeniu przemysłowym
I na koniec – temperatura barwowa źródeł światła jest ważna dla poszczególnych rodzajów czynności produkcyjnych lub przemysłowych. Wynika to z faktu, że człowiek widzi lepiej w świetle zbliżonym do koloru niebieskiego, a gorzej w zazwyczaj używanym świetle żółtym.
Wnioski
Proces od kontroli do instalacji dla ośmiu zakładów przemysłowych trwał około roku przy łącznych poniesionych kosztach prawie 900 tys. USD. Czas wdrożenia mógłby być krótszy, ale projekty realizowano według głównego planu budżetu rozwiniętego przez uczestników. Po kontroli we wnioskach oceniono potencjalną skalę oszczędności na prawie 400 tys. w roku – ta korzyść jest pewna i może wzrastać wraz z podnoszeniem kosztów jednostkowych energii elektrycznej.
David R. Laybourn jest dyrektorem marketingu i sprzedaży w LIME Energy w Glendora w USA. Ma ponad 25 lat doświadczeń w nowych technologiach konserwacji zasobów.
Artykuł pod redakcją Marka Olesza
Autor: David R. Laybourn
