浅析建筑电气设计的节能措施

1、前言

随着我国经济和社会的不断发展,对于能源的消耗急剧增加,能源问题成为了实现经济又好又快发展目标必须要突破的瓶颈。要解决能源问题,除了开发利用新的能源外,最基本的解决途径还是节约能源。

2、建筑电气设计节能的原则

2.1 满足建筑物的功能

这些功能包括:照明的照度、色温、显色指数;满足舒适性空调的温度及新风量;输送通道畅通无阻;特殊的工艺要求等。

2.2 考虑实际经济效益

节能应考虑实际经济效益,不能一味地追求节能而消耗过高的投资,应使增加的部分投资能在较短的时间内通过节能降低的运行费用进行回收。

2.3 节省无谓消耗的能量

节能的着眼点应是节省无谓消耗的能量。首先应找出与发挥建筑物功能无关的能量消耗,再考虑采取措施节能。如变压器的功率损耗、传输电能线路上的有功损耗等,都是无用的能量损耗。

3、建筑电气节能的方法

3.1 减少变压器的能量损耗

(1)选用节能型变压器,如S9、SL9及SC8等型油浸变压器或干式变压器,它们都是采用优质冷轧取向矽钢片,由于“取向”处理,使矽钢片的磁畴方向接近一致,以减少铁芯的涡流损耗;45°全斜接缝结构,使接缝密合性好,以减少漏磁损耗。选用铜芯变压器,尽量降低变压器电阻的绕组的电阻,增大通过电流。

(2)合理确定负载率,目前一般以75％～85％为宜。20世纪80年代,我们通常将变压器负载率确定为50%,但事实上50％负载率仅减少了变压器的线损,并没有减少变压器的铁损,因此也不是最节能的措施。计及初装费、变压器、低压柜、土建的投资及各项运行费用,又要使变压器在使用期内预留适当的容量,变压器的负载率应在75％～85％为宜。这样可以做到物尽其用,因为变压器绝缘的使用年限满负荷计为20年,20年后可能有更好的变压器问世,这样就可以有机会更换新的设备,才能使该建筑总趋技术领先地位。

(3)为减小变压器损耗,当容量大而需要选用多台变压器时,在合理分配负荷的情况下,尽可能减少变压器的台数,选用大容量的变压器。例如需要装机容量为2000kVA,可选2台1000kVA,不选4台500kVA。

3.2 减少线路上的能量损耗

建筑配电网是经10/0.4 kV变压器降压后,以三相四线制向用户供电,是三相负载与单相负载混合用电的网络。结合商住建筑的用电特点,我们可从下面两方面考虑减少线路电能损耗:

(1)合理选择导线,降低线路损耗。在三相四线制的供电网络中,电流通过线路导线时,因存在阻抗,必然产生电能损耗,其损耗与通过电流的平方成正比。其公式如下:

△P=3I2R×10- 3(kW)

式中:I——相电流(A)

R——线路电阻(Ω)

线路电阻R=ρ×L/s,即线路电阻与电阻率ρ成正比,与线路截面S成反比,与线路长度L成正比,因此减少线路的损耗可从以下几方面入手,首先应选用电阻率较小的材质做导线,即选用铜芯导,但同时也要贯彻节约用铜的原则;其次要尽量减小导线长度, 线路尽可能走直线,少走弯路,不走回头线,以减少来回线路上的电能损失,变配电所布置应尽量接近负荷中心,以减少供电距离;第三要适当增大导线截面,对于比较长的线路,减少线路电阻,达到降损节电的目的。

(2)减少因三相负荷不平衡而引起线损升高。在建筑配电网运行中,由于用电户私自增容用电设备,或大功率单相负载的投入,或单相负载设备的用电不同时性等,如果不能很好的及时调整负载,均可造成三相负载不平衡。当三相负载不平衡运行时,中性线即有电流通过。这样,不但相线有损耗,而且中性线也产生损耗,从而增加了电网线路损耗,不利于配电网的节能运行,应及时调整负荷。调整三相负载使之平衡,这是不要增加投资的降损措施。把单相用户均衡地接在A、B、C三相上,减少中性线电流,降低损耗的目的便可达到。

3.3 提高系统的功率因数,减少无功在线路上传输,以达到节能的目的

系统中的用电设备,如电动机、变压器、线路、气体放电灯中的整流器都具有电感,会产生滞后的无功,需要从系统中引入超前的无功相抵消,这样超前的无功功率就从系统经高、低压线路传输到用电设备,在线路上就产生了有功损耗,我们可以如下措施:

(1)注意提高设备自然功率因数。可采用功率因数较高的同步电动机,荧光灯可采用高次谐波系数低于15％的电子镇流器,采用电感镇流器的气体放电灯,单灯安装电容器等,都可使自然功率因数提高到0.85～0.95,这就可减少系统高、低压线路传输的超前无功功率。

(2)采用电容器就地补偿方式,消除感抗引起无功需求。在日本,东京电力公司的法规规定容量达0.75kW的电动机端,都要安装30μF的静电电容器,以减少由于线路上传输无功而引起的有功损耗。在我国即将颁布的《工业与民用供电设计规范》中规定容量较大,负荷平稳又长期使用的用电设备的无功负荷宜单独就地补偿。

3.4 绿色照明节能

所谓绿色照明是指以提高照明效率、节约电力、保护环境为导向,通过科学的照明设计、设备选型及控制方法,采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品,改善提高人们工作、学习、生活的条件和质量,从而创造一个高效、舒适、安全的环境并充分体现现代文明的照明。对于建筑量大而面广的照明容量而言,实施绿色照明工程对电气节能意义十分重大。

照明节能的原则是在保证足够的照明亮度和质量的前提下节约能源。根据照明场所对光度、色度、安全、维修以及其它特殊要求,进行合理的照明设计。照明节能的潜力很大,应从下列几个方面着手:

(1)采用高效节能、发光率高、光色好、显色性能优异的新光源。常用的电光源一般分为白炽灯（普通照明白炽灯和卤钨灯）和气体放电灯（如荧光灯、高强度气体放电灯、高压钠灯和金属卤化灯等）。各种光源的性能参数各不相同。在绝大多数情况下,电光源是体现高效节能照明的核心和主体,因此,正确合理地选用电光源,是实现绿色照明的关键。

(2)采用高效节能照明灯具、灯用电器的附件:1)采用改进部件性能,提高光学系统的灯具,例如:使用块板面反射器,OLC 格栅,提高反射器的效率,可提高效率达8％～15％。2)采用新工艺、新材料,提高效率或延缓光衰退的灯具。例如:使用高反射比的铝板或EPTTE（膨化聚四氟乙稀）漫反射材料,或微棱镜塑料薄膜制成的灯具。3)选用配光合理、反射效率高、耐久性好的反射式灯具。4)用节能电感镇流器和电子镇流器取代传统的高能耗电感镇流器。

(3)采用各种照明节能的控制设备或器件。

通过各种调光设备或控制器件来对照明环境的照度或灯的熄灭或启动加以调整和控制。常用的方法有:光传感器、热辐射传感器、超声传感器、时间程序控制、直接或遥控调光等。

4、结语

建筑电气的节能设计潜力很大,电气设计人员应精心考虑、反复比较设计方案,在满足功能需求的前提下,拟定各项技术指标,采取行之有效的节能措施,真正达到节能的目的。

参考文献

[1]钱济强.高层建筑电气设计的主要内容及节能原则[J].科技创新导报.

[2]罗建华.建筑电气设计中的节能措施.建筑与设计[J],2007.