建筑电气的节能设计综述
摘要:下文着重从建筑供配电系统、动力设备控制系统和电气照明系统等几方面,对建筑电气节能设计进行探讨。
关键词:建筑;节能设计;电气照明
0前言
节约能源,保护环境,是我国长期的重大方针。当前,党中央提出了建设“资源节约型”社会的目标,大力推广“节能省地”型建筑,在“十一五”规划纲要中,首次将建筑节能工程列入国家十大节能工程。建筑电气能耗在建筑能耗中占有相当大的比例,因此,建筑电气的节能设计就显得尤为重要。节能措施应该贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。
1建筑供配电系统节能
建筑供配电系统节能包含尽可能地减少在输送、转换、运行过程中的损耗及系统使用中的节能,就建筑供配电系统节能而言,主要包括建筑供配电系统节能设计、变压器节能和系统运行管理节能。
1.1建筑供配电系统节能设计
根据用电负荷容量及其分布、用电设备特点及负荷等级,合理设计供配电系统,使系统在最佳状态下运行,实现供配电系统的经济节能运行。设计应从下面几个方面考虑。
(1)供配电系统应尽量简单可靠,同一电压等级供电系统变配电级数不宜多于2级,尽量减少变电级数过多产生的电能损耗。
(2)合理选择供电电压。同等情况下,电压越高,损耗越小。民用建筑用电设备电压等级大部分为220/380V,但一些大型或特大型的民用建筑的空调主机为了达到节能目的,经方案比较,可以选择10(6)kV的制冷设备。
(3)变电所应靠近负荷中心,低压配电间应靠近电气竖井,合理分布供电网络,使低压供电半径控制在200m以内,供电线路的电压损失已满足规范的允许值,减少线路电压损失,提高供电网络的供电质量及网络运行的经济效益。
(4)在选择变压器容量和台数时,应根据负荷情况,综合考虑投资和年运行费用,对负荷合理分配,选取容量与电力负荷相适应的变压器,使其工作在高效低耗区内。
(5)合理选择电缆、导线截面。在满足允许载流量、运行电压损失等各种技术指标前提下,应按经济电流密度合理选择导线截面,并应从降低电能损耗、减少投资和节约有色金属等方面综合衡量。此外,对于环形供电方式,为降低线路的电阻值,将开式网运行改为闭式网运行,同样可明显降低线路损耗。
1.2变压器节能
变压器节能的实质就是降低其损耗、提高其运行效率。变压器运行中的铁损、杂散损耗是固有的,而铜损是随负载率的平方而变化。为降低能耗,除了从自身材质、结构等方面着手外,还应重视变压器运行中的降损,综合初装费,变压器、高低压柜、土建投资及运行费用,又要使变压器在使用期内预留适当的余量,故变压器节能措施主要为:
(1)合理选择变压器容量和台数,选择容量与电力负荷相适应的变压器,对负荷进行合理分配,使其工作在高效低耗区内。
(2)选用节能型变压器,节能变压器具有损耗低、重量轻、噪音低、效率高、抗冲击、节能显著等优点,设计时应首选高效低损的节能变压器。如油浸式变压器已出现了比S9系列更节能的S10,S11系列,S11型变压器与S9型变压器相比,空载损耗平均降低30%,空载电流平均下降70%。新型干式变压器SC9系列以及非晶合金变压器等产品,也都显示了低损耗的节能潜力。
(3)加强运行管理,实行变压器经济运行。电力用户内部变电所之间宜设置联络控制,在负荷变化情况下,及时投入或切除部分变压器,防止变压器轻载和空载运行,从而减少损耗。
1.3系统运行管理的节能措施
(1)用电峰谷调节实现节能,合理用电是节约能源的重要内涵之一,电是不可储存的,充分发挥电力资源的综合效益,利用电力系统的低谷电能,实行避峰用电,也是一种间接的节能降耗办法。
2建筑动力系统节能
由于建筑动力用电设备通常容量较大,故其消耗的电能亦较大。据统计,约占整个建筑耗电的40%～60%,如此大容量的动力用电设备,无疑使我们在节电方面大有所为。动力系统节电应在满足工艺要求的前提下,尽可能减少电动机电能损耗,提高电能的有效利用率。其节电技术如下。
2.1采用高效率节能型电动机
采取各种切实可行的措施,减少电动机的各部分损耗(主要为负载损耗及空载损耗)、提高电动机的效率和功率因数。采用高效率电机(Y,Y2系列)减少的耗电量与普通标准电动机相比,其总损耗减少20%～30%,效率可提高3%～6%。
2.2根据负荷特性合理地选择电动机
首先,要了解负荷的特性,然后,根据电机的工作环境及负载特点,选用合适的电动机,提高电动机及其拖动负载的运行效率,减小损耗。
2.3选择正确的起动方式
对于需频繁起动的电动机设备,正确选择起动方式,将直接影响节电效果。如直接起动方式,建议除特别小容量(<0.75kW)的电动机外,应尽量不予采用;减压起动则有利于节电,故适用于容量较大的电动机。近年来,在民用建筑中采用变频器起动的越来越多,因其原理是根据负载变化自行调节电动机转速使两者相适应,从而提高电动机运行效率来达到节电目的。
2.4轻载电动机采取降压运行
对经常处于轻负荷运行的电动机,应采用三角一星切换装置,以达到“轻载降压运行节电”的目的。
2.5根据负载情况对电动机采取就地补偿
对距供电点较远的大、中容量连续运行工作制的电动机,应采取电动机的无功功率就地补偿装置。
2.6选择合理的控制系统,提高运转效率
对于纳入建筑设备监控系统管理的动力设备,可根据系统设计需要,由程序控制其起动和运行,同时,还可通过控制系统的负载来达到节能目的。
3电气照明节能
据估计,我国照明用电量约占总发电量的10%左右,而建筑照明用电,占建筑耗电的20%～30%,且现有照明装置以低效照明为主,节电潜力巨大。照明节能设计主要可从以下几个方面着手。
3.1选择合理的照度标准和照明方式
作为照明节能的一个重要环节,照明设计应根据工作面的分布情况选取合理的照度标准值,正确考虑照度标准的高、中、低3档的照度值;根据视觉作业特点,选择合适的照明式,尽量少用一般照明,可考虑非均匀照明、混光照明以及其他灵活的照明系统,如设置照度梯度,使灯光物尽其用,达到节能的目的。
3.2照明的艺术效果与节能相结合
目前,有些照明设计一唯偏向于艺术效果,追求场面宏大,在灯具的选用和布局上不太注重用电和节约电能问题。所以,必须摒弃一些奢华的设计思路,在灯具的艺术造型和布局型式选择上能充分考虑节能的因素,以客观实际需求为前提,最大限度地考虑节能的前提下精心设计达到一定的艺术效果。
3.3进行精确的照度计算
建筑电气照明设计中,往往对照度计算过于粗略,凭经验估算,仅凭经验估算是不可能把照度值控制在照明标准规定的误差范围内,会造成实际效果与要求不符,或浪费能源,所以,要获得精确的照度,必须通过较为精确的计算。
3.4选择高效光源
光源的效率与电力消耗最为密切,常用各类光源中高压钠灯的光效为最高,而荧光灯和金属卤化物灯次之,高压汞灯不高,而白炽灯为最低。按不同的工作场所,选择相适应的高效光源,可以降低电能消耗,节约能源。故在设计中,应严格控制使用白炽灯(除了特别需要场所),尽量减少高压汞灯的使用量;推广使用细管径荧光灯和紧凑型荧光灯;大力推广高效、寿命长的高压钠灯和金属卤化物灯。
3.5合理选用灯具
灯具节能应主要体现在高效率上,若效率过低,则很难用其他方法补救其节能效果。在GB50034-2004《建筑照明设计标准》中已明确规定,室内外灯具效率分别高于50%和70%,在所有灯具中,直接型灯具效率最高;带格栅式和带保护罩的灯具效率最低。故在满足眩光限制和其他特殊要求下,应选择前者。同时,根据使用现场不同,采用控光合理、光通量维持率高、光利用系数高、照明与空调一体化的灯具等,以达到节能目的。
3.6优选启动设备
照明节能不应忽视启动设备的耗电问题,节能光源只有配有节能型启动设备才能使照明节能。节能型启动设备自身的能耗低、功率因素高、谐波分量低。
3.7充分利用天然光源
在工程设计中,电气设计人员应与建筑专业配合,从建筑结构方面充分获取天然光,如开大面积的顶部天窗,利用天井空间与利用屋顶采光,有条件的,可采用光导纤维、棱镜组反射及导光管等新技术进行采光,提高对自然光的利用。
3.8充分利用间接光源
采用提高室内反射面的反射光量来提高照度,在一些场所,可以利用墙面、顶棚、地面的反射来增加照度,如设置全反射的镜面,采用反射系数高的墙面装饰材料,使用这些反射面成为间接光源,提高电能的利用率。
3.9采用合理的控制方式
灯具的控制方式可分为手动控制与自动控制两种:对于手动控制,一是可适当增加照明开关点,以达到分区控制灯光的目的;二是可采用各种类型的节电开关,如调光开关、定时开关、节电控制器等,都有显著的节能效果。而自动控制,则包括红外遥控开关、光电照明控制、中央控制系统及智能照明控制系统等方式,可结合具体的工程实际,选用以节约用电。
4结语
建筑电气领域节约用电蕴含着巨大的潜力,同时,节能具有重大意义,它不仅能有效地缓和电力供需矛盾,保证国民经济持续、高速、健康的发展,而且经济效益显著,是一种经济的电力开发形式。建筑电气节能过程,贯穿于项目的决策、设计、施工、投产、使用等整个周期。作为专业电气设计人员,应该在整个设计过程中精心考虑,严谨地进行方案比较,从安全性、可靠性、经济性及节能性等方面进行综合考虑,选择合理的供配电方案,采用先进技术,选用高效设备,实施电网的经济运行技术,在节约能源、促进科学技术进步的同时,又保护了环境,取得社会效益及经济效益的双赢,保证我们高速的经济发展势头,实行社会的可持续发展。
