Обоснование применения системы автоматически регулируемого освещения на базе светодиодов при производстве землеройно-транспортных работ

В данной работе приводится обоснование применения автоматически регулируемой системы освещения дорожной трассы при производстве землеройно-транспортных работ в условиях отсутствия естественного освещения. Для обоснования эффективности применения систем автоматически управляемого светодиодного освещения систем общего наружного и локального освещения в ночную смену была разработана имитационная модель технологического процесса землеройно-транспортных работ. Рассмотрим модель процесса. Данная модель представляет собой описание процесса разработки грунта, с последующей его выемкой, погрузкой в автосамосвалы и транспортировкой за пределы системы. В зоне разработки грунта находится определенное и неизменное количество единиц землеройной техники, в известный усредненный промежуток времени из внешних границ системы в зону производства работ приходят автосамосвалы. Автосамосвалы встают в очередь под погрузку и по завершении данного процесса по многополосной трассе отправляются за границы рассматриваемой системы. Многополосная трасса разделена на три участка, первый участок имеет три полосы движения, последующие участки — две полосы. Трехполосный участок дороги оснащается установками автоматического светодиодного освещения в два ряда, по каждой стороне проезжей части. Участки с двухполосным движением оснащается установками автоматического светодиодного освещения в один ряд, по одной из сторон проезжей части или в 2 ряда в шахматном порядке при условии сохранения количества светильников идентичного установке в один ряд. Участки подъезда и выезда с трассы не оснащаются автоматическими установками освещения и в данной модели не рассматриваются. Схема прохождения процесса и параметры исследуемых участков представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Схема прохождения процесса

Критерием для оптимизации примем время работы оборудования освещения трассы в течение одной ночной смены. Коэффициент использования осветительного оборудования непосредственно связан с загруженностью участков трассы.

Рассчитаем технико-экономические показатели процесса при условии обеспечения работы во включенном режиме в течении всего времени смены. В соответствии с СП 52.13330 [1] минимальная освещенность дорожного полотна в данном случае составит 2 лк. Исходя из этого условное осветительное оборудование, состоящее из группы светодиодных светильников с интенсивностью излучения 17000 лм, расположенных на опоре высотой 9 метров, обеспечивает нормативную освещенность. Для случая с двухполосной дорогой предполагается установка 2 светодиодных светильников, на мачту освещения, мачты освещения устанавливаются в два ряда чередуюсь в шахматном порядке. В случае с тремя полосами для движения транспорта, предполагается размещение осветительных опор в два сплошных ряда. Энергопотребление одной осветительной конструкции составит 400 Ватт. Количество количество осветительных установок на каждом участке трассы рассчитывается по формуле 1. Сводные результаты расчетов будут представлены в таблице 2

                                                                                                      (1)

Где: n_св- количество светильников на участке (шт.); L_уч — дина участка (м); L_мо — расстояние между опорами освещения (м); r — количество рядов светильников;

Общее потребление каждого участка трассы рассчитывается по формуле 2

                                                                                                            (2)

Где: n_св- количество светильников на участке (шт.); P_св — Мощность потребляемая одной установкой (Вт); N_wi — Суммарная мощность потребляемая осветительными приборами i участка (Вт);

Примем время одной ночной смены равное 8 часам, тогда расход электроэнергии за смену рассчитывается по формуле 3.

                                                                                                                 (3)

Где: Q_w — тогда расход электроэнергии за смену кВт*час; t — продолжительность смены в часах

На основании тарифов МОЭСК от 01.2012 г. [3] для потребителей низкого напряжения в московской области стоимость 1 кВт*час составляет 1.93 руб.

Для нахождения оптимальных режимов работы осветительного оборудования построим имитационную модели указанного процесса, с помощью GPSS-World. Рассмотрим условия функционирования имитационной модели. В данной модели в соответствии со схемой прохождения процесса по производству землеройных работ, и транспортировке грунта, указанной на рисунке 2 создается имитация технологического процесса в течении восьми часовой рабочей смены. В разомкнутой системе функционирования многоканального комплекта машин, число рабочего оборудования известно изначально и остается неизменным на протяжении всего процесса. Число транспортных средств в системе изначально не известно, однако известно среднее время прибытия автосамосвала в систему. Предположим, что для обеспечения безопасности движения транспорта, необходимо принять ограничение на количество машин одновременно присутствующих на трассе, равное одному автосамосвалу на одной полосе соответствующего участка трасы. Временные характеристики данного технологического процесса указаны в минутах и отражаются с помощью блоков модели — ADVANCE, GENERATE 480, TERMINATE 1, START 1. Для наглядности восприятия модели рассмотрим рисунок 4.

Рис. 2. Процесс функционирования многоканального разомкнутого комплекта машин.

Рассмотрим все события, происходящие в многоканальном комплекте машин:

1.                 Прибытие автосамосвала из внешних границ системы

2.                 Поступление автосамосвала в систему

3.                 Вход автосамосвала в зону землеройных работ

4.                 Передача автосамосвала одному из свободных экскаваторов

5.                 Определение свободного экскаватора

6.                 Выход из зоны землеройных работ непосредственно под погрузку

7.                 Моделирование времени погрузки автосамосвала экскаватором

8.                 Освобождение экскаватора и выход из зоны землеройных работ

9.                 Выезд автосамосвала на первый участок трассы

10.             Поиск автосамосвалом свободной полосы

11.             Определение свободной полосы

12.             Выезд на участок трассы по выбранной полосе

13.             Моделирование времени движения по участку трассы

14.             Выход из первого участка трассы

15.             Поступление автосамосвала на второй участок трассы

16.             Поиск и определение автосамосвалом свободной полосы

17.             Выезд на участок трассы по выбранной полосе

18.             Моделирование времени движения по участку трассы

19.             Выход из второго участка трассы

20.             Поступление автосамосвала на третий участок трассы

21.             Поиск и определение автосамосвалом свободной полосы

22.             Выезд на участок трассы по выбранной полосе

23.             Моделирование времени движения по участку трассы

24.             Выход из третьего участка трассы

25.             Автосамосвал покидает границы системы.

Исходный код модели представлен ниже:

Основные результаты моделирования сведены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты процесса моделирования.

FACILITY	ENTRIES	UTIL	AVE. TIME	AVAIL.	OWNER	INTER	RETRY	DELAY
EKS1	56	0.954	8.175	1	97	0	2	0
EKS2	40	0.942	11.306	1	96	0	2	0
WAY1_1	34	0.738	10.414	1	94	0	0	0
WAY1_2	33	0.766	11.142	1	0	0	0	0
WAY1_3	49	0.661	6.476	1	95	0	0	0
WAY2_1	51	0.607	5.711	1	0	0	0	0
WAY2_2	43	0.645	7.202	1	92	0	0	0
WAY3_1	27	0.722	12.844	1	93	0	0	0
WAY3_2	39	0.450	5.533	1	0	0	0	0
STORAGE	CAP.	REM	MIN	MAX	ENTRIES	AVL.	AVE.C	DELAY
POGR_1	2	0	0	2	98	1.560	0.780	17
ROAD1	3	3	0	3	94	0.906	0.302	0
ROAD2	2	2	0	2	92	0.525	0.262	0
ROAD3	2	2	0	2	90	0.135	0.067	0

Как видно из показателя коэффициента использования (UTIL), оборудование в системе загружено менее чем на 100 %. Ввиду практически 100 % загрузки экскаваторов в системе, оснащение автоматической системой освещения предусматривается только для участков дороги. Для каждого участка дороги коэффициент простоя примем, как среднеарифметическое от суммы коэффициентов для каждой полосы дорожного полотна соответствующего участка. Коэффициент простоя имеет следующие значения:

-        Начальный участок трасы (участок 1) — 0.278

-        Средний участок трасы (участок 2) — 0.374

-        Конечный участок трасы (участок 3) — 0.414

По результатам моделирования можно сделать вывод о том, что технологическое оборудование простаивает и будет целесообразно принять решение об отключении основных источников освещения во время простоя технологического оборудования.

Рассчитаем экономическую выгоду в случае отключения освещения на время простоя оборудования. Расчет проведем согласно формуле 4.

                                                                                           (4)

Где: Q_we — энергоэффективный расход электроэнергии. кВт*час; K_p — коэффициент простоя оборудования.

Таблица 2

Количество светильников на участке

№ участка	1	2	3
Обычный режим
Количество светильников (шт.)	600	150	150
Общее потребление (Вт)	240000	60000	60000
Расход электроэнергии (кВт*час)	1920	480	480
Стоимость электроэнергии (руб.)	3705,6	926,4	926,4
Энергоэффективный режим
Расход электроэнергии (кВт*час)	1386,2	300,5	281,3
Стоимость электроэнергии (руб.)	2675,4	579.7	542,9

Просуммируем затраты ресурсов за одну смену на каждом участке для модели в обоих режимах потребления. Для удобства анализа сведем показатели таблицу 3.

Таблица 3

Сводные показатели затрат

№ п.п.	Наименование параметра	Обычный режим работы	Энергоэффективный режим работы
1	Расход электроэнергии (кВт)	2880	1968
2	Стоимость потребляемой электроэнергии (кВт)	5558,4	3218,3
Итоговая экономия электроэнергии в кВт (в %)			912 (31,67 %)
Итоговая экономия денежных средств в руб (в %)			2340,1 (42,10 %)

По результатам проведенных исследований, итоговая экономия денежных средств при применении энергоэффективного режима управления светодиодным освещением составила более 40 %. Исходя из вышесказанного можно сделать вывод, об обоснованности применения систем автоматического регулирования освещения при производстве землеройно-транспортных работ.

Литература:

1.                  СП 52.13330.2011 «Свод правил. Естественное и искусственное освещение. Актуализированная редакция СНиП 23–05–95*» (утв. Приказом Минрегион РФ от 27.12.201 № 783);

2.                  Московская объединенная сетевая компания: Тарифы на электроэнергию в Московской области 2012 г. http://old.moesk.ru/Kliyentam/Peredacha %20elektroenergii/ Tarify/01_2012_obl/ (дата обращения: 26.08.2013).

3.                  Кудрявцев Е. М., Комплексная механизация строительства: Учебник (издание третье, переработанное и дополненное) — АСВ 2010 г. — 464 с.