摘要:作者从事建筑电气设计多年,对电气的节能颇有研究。文章就如何减少电器的用电损耗和提高电器的使用效率做了一定分析,并作为建筑电气设计的要点,对于建设节约性社会意义重大。
关键词:建筑电气;节能设计;损耗分析
随着工业化和城镇化加速发展,建筑业也迅速兴起,导致建筑能耗迅猛递增,建筑节能势在必行。而二次能源电能在整个建筑能耗当中占有比例非常高,由此建筑电气节能设计尤为重要。建筑电气节能设计应当至少要满足以下两个条件才有意义:建筑物功能的满足和节省不必要的电源消耗。要达到这个目标,可以采取如下措施:
1、减少供配电系统的损耗
1.1 合理选择并使用变压器
变压器的有功损耗按计算公式为,ΔP=Po+β2PK,ΔP为变压器的有功损耗(kW),Po为变压器的空载损耗(kW)由铁芯涡流损耗及漏磁损耗组成,其值与铁芯材料及制造工艺有关,与负荷大小无关,PK为变压器的短路损耗(kW)是变压器额定负载传输的损耗又称变压器线损,多称为铜损,它与流过绕组电流的平方成正比,β为变压器的负载率即变压器实际功率与额定功率的比值。选择节能型变压器主要依据以下指标:(1)空载损耗低的变压器,可采用S9,SL9,SC8型的;(2)绕组阻值小,可以采用铜芯变压器;(3)负载率设定合理,从理论上来说,β=50%时,变压器的能耗最小,由于Po值是固定的,因此此时减少的是PK值,实践证明,80%的负载率最经济节能。另外,单相负荷应作相位选择,使三相尽量平衡。变电所低压侧设置集中无功补偿装置,使10KV侧功率因数在0.92以上。无功补偿电容串接滤波电抗器。并根据实际运行情况,当谐波量超出规范要求时,在谐波源处设置相当的有源滤波器。
1.2 减少线路的功能损耗
当电网输送电能时,在电网中就产生有功损耗,单一线路有功损耗计算公式为,△P=I*I*R,式中△P为损失功率,I为负荷电流,R为导线电阻。线路上电流是不能改变的,因此要想减少线路的功能损耗,只有想办法减少导线电阻,电阻计算公式为,R=ρ×L/S,式中ρ为电导率,L为导线长度,S为导线截面积。我们不难得出,要在建筑电气设计中减少线路功能损耗有如下措施:
首先,选择电导率小的导线,铜线是比较好的选择。
其次,在设计中尽量减少导线的长度,尽可能使用直线,尽量少用或者不用回头线,要尽可能把配电箱放置负荷中心。
第三,增大导线截面。可按照正常需求的截面,加大一级导线截面,既能减少功能损耗,又能延长使用寿命,并且还能提高用电的安全性。
2、用电系统的节能
2.1 照明系统的节能
照明系统的节能设计一方面照度、色温、显色指数要达标,另一方面又要达到节能的目的。由于电气照明设备耗电量与照明设备用电时间、照明设备损耗、房间面积、照明器数量等因素成正比关系,与照明电气的发光效率成反比关系。
2.1.1 减少设备使用时间
因此设计的时候,楼梯间、走廊这样的公共场所可采用自动控制的方式,做到人来灯亮,人走灯灭。考虑到线路损耗,对于面积小的房间可采用一灯一控或二灯一控,面积较大的房间采用多灯一控的方式。楼梯间、走道等处采用节能自熄开关。室外道路、景观照明采用光控、时控方式。同时设计时应充分利用天然光。
2.1.2 提高光源的利用效率
首先要改善环境的反射条件,即建筑物内的墙壁、天顶、地面以及家具表面尽量光滑、色彩尽量选用浅色。当然考虑到健康因素屋顶和墙面的光反射系数宜在55%～60%之间,地面宜为15%～35%。其次用节能型光源,以T5型直管荧光灯和紧凑型荧光灯等高效光源为主,这些光源节能效果及光效都非常显著,因此能够在照明系统设计环节达到节能的目的。荧光灯均采用高效优质电子整流器;金卤灯采用节能型电感整流器,并带功率因数补偿装置。两者功率因数都在0.9以上,所有整流器符合产品能效标准,各灯具总谐波电流含量不得大于10%。
2.1.3 控制照明器的数量
在设计时要考虑建筑类型及功能的实际需要,按照我国照度标准确定最合适的照度,并且要结合房间面积确定照明器数量及布置。在这方面我们可以利用先进的照明设计软件,如Dialux,Lumen Designer,AGI32等做出精确计算,以确定灯具最为合理的布置,在满足舒适的前提下,最大限度减少灯具数量。
2.2 空调系统的节能设计
空调系统的能耗节能主要考虑如下几方面因素:空调的制冷负荷、空调水系统和风系统的能耗。因此减少空调能耗主要可以通过以下方式来实现:
2.2.1 减少空调的冷热负荷
空调的冷热负荷主要与建筑物的围护结构,即墙体、窗户以及门扇有关。围护结构隔热性能不佳,则冬季会有大量的热量通过它而流失,增加房屋供暖负担,夏季室外的热量不断通过围护结构传入室内,增加房屋制冷负担。因此,设计时应当控制墙体的传热系数,采用合适的结构和材料降低墙体的传热性能。与此同时,人体感觉舒适的室内温度13℃～23℃,空气相对湿度20%～80%,在满足人体舒适的前提下合理确定室内设计参数,以减少空调的冷热负荷。
2.2.2 合理选用空调的制冷机组
在空调机组中,制冷制热机组是主要的能耗设备,其能耗占整个空调系统的55%～65%,因此选择合适的制冷制热机组对空调系统节能来说就尤为重要。就目前的技术来说,可选择如螺杆式、离心式冷水机组,这类机组的能效比较高,最高可达到6.0。
2.2.3 降低水系统的电能损耗
空调的冷冻水泵、冷却水泵耗电量可占到空调总能耗的15%～20%。因此,也必须重视空调水系统的节能。在实际的运行中,空调制冷和制热机组主要处于部分负荷下运行,因此,水系统节能的关键便是随着负荷的变化而改变流量,根据实际经验,宜采用变频调速变流量方法以减少水泵的运行能耗,最大限度节约电能损耗。
2.2.4 降低风系统的电能损耗
空调风系统的合理设计,也可以节约空调用电量。这首先需要从建筑设计的总体来考虑,即建筑物的布局及室内设计要尽量通风。设计的时候要充分考虑门窗、进风口以及建筑平面在新风引进中的作用并加以充分利用,以尽量减少空调新风系统的使用。
3、计量及运行管理的节能
3.1 建议变电所低压配电出线回路均设电能相关参数的显示装置,对所有干线的主要出线回路包括冷热源、生活水泵等均设置计量装置。各楼层建议按物管要求或按楼层、按系统设置计量装置,方便内部考核计费或管理。
3.2 建议变电所采用智能化电能管理系统,对全部的电力运行情况进行全方位、全过程的实时电能质量的监视、分析、达到节能管理目的。
3.3 建议选择合适的建筑设备监控管理系统,对建筑设备、电气照明及其他用电设备进行自动控制、实时检测,以实现最优化运行,达到集中管理、程序控制和节约能源的目的。
4、结语
电气节能是一个系统工程,建筑电气节能设计充分考虑如何在满足建筑物功能的前提下尽量减少设备使用时间以及提高设备使用效率。这个问题是节能设计的出发点,从这个出发点我们才能够因地制宜地设计合适的节能方案。建筑电气节能设计方法有很多,不啻文中所列如提高电网功率,采用节能机电产品,智能化控制等,但万变不离其宗,总的原则仍然是既节约能源又满足建筑物功能的需要。
参考文献:
[1]GB50189-2005,公共建筑节能设计标准[S].北京:中国建筑工业出版社,2005.
[2]李宏毅,金磊.建筑工程电气节能[M].北京:中国电力出版社,2004.
[3]石兆玉.供热系统运行调节与控制[M].北京:清华大学出版社,1994.
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