民用建筑設計中電氣節(jié)能研究

鄭　巍

(廣東廣機國際招標股份有限公司,廣東 廣州 510080)

摘要:從民用建筑的“節(jié)電”著手,從合理計算用電負荷、變壓器的經(jīng)濟運行、減少線路的電能損耗、提高系統(tǒng)的功率因數(shù)以及照明用電的節(jié)能設計等方面介紹了民用建筑電氣節(jié)能的主要措施。

關(guān)鍵詞:民用建筑;設計;電氣;節(jié)能

中圖分類號:TV111.19+4文獻標識碼:A文章編號:16723198(2009)15030202

隨著人口的增加、工業(yè)的發(fā)展,能源的消耗量也在急劇增加,能源危機迫在眉睫。中國的能源問題尤為突出:能源總量不足、能源利用率極低、節(jié)能技術(shù)落后而且措施不充分落實。我國建筑業(yè)的飛速發(fā)展,是能源需求增長的主要原因。節(jié)約二次能源——電能,也就成為建筑電氣設計的焦點。民用建筑電氣設計的節(jié)能潛力很大,在工程設計中應精心考慮,采用各種措施節(jié)約電能,同時應滿足科學性、經(jīng)濟性的要求。

1合理計算用電負荷

用電負荷計算方法選擇得當,會達到節(jié)材、節(jié)能的目的,若選擇不當,會帶來不必要的投資和能源浪費。用電負荷計算方法宜按下列原則選取:在方案設計階段可采用單位指標法,在初步設計階段及施工圖設計階段,宜采用需要系數(shù)法,對于住宅建設,在設計的各個階段均可采用單位指標法和單位面積法。

2變壓器的經(jīng)濟運行

變壓器的損耗包括空載損耗和負載損耗,即:Pb= Po+β2×Pk,

式中Pb———變壓器的有功損耗;

Po———變壓器的空載損耗;

Pk———變壓器的有載損耗;

β———變壓器的負載率。

(1)Po為空載損耗又稱鐵損,它是由鐵芯的渦流損耗及漏磁損耗組成,是固定不變的部分,它的大小取決于硅鋼片的性能及鐵芯的制造工藝。所以在建筑電氣設計中,應優(yōu)先選擇節(jié)能型的變壓器,如S11-R、SL11-R及SGB11-R等油浸式變壓器及干式變壓器,它們都是采用優(yōu)質(zhì)冷軋取向硅鋼片,由于“取向”處理,使硅鋼片的磁疇方向接近一致,以減少鐵芯的渦流損耗。

(2)Pk是功率傳輸?shù)膿p耗,即變壓器的銅損,取決于變壓器繞組的電阻及流過繞組的電流的大小,它與負載率β的平方成正比。應選用阻值較小的繞組,采用銅芯變壓器。考慮到初裝費、變壓器、低壓柜、土建的投資及各項運行費用,又要使變壓器在運行期間預留適當?shù)娜萘?在確定變壓器容量時,變壓器的負載率應在75%-85%之間比較合適(建議β=0.8)。

(3)應根據(jù)負荷情況合理選擇變壓器容量、臺數(shù)。民用建筑應按經(jīng)濟運行原則靈活選用變壓器數(shù)量及投切方式,對于負荷系數(shù)長期偏低的變壓器,應該考慮換用較小容量的變壓器,若變壓器選擇容量過大,長期低于經(jīng)濟運行的負荷率,會造成有功損耗的上升,因為其鐵損并沒有減少,當容量大而需要選用多臺變壓器時,在合理分配負荷的情況下,盡可能減少變壓器的臺數(shù),選用大容量的變壓器。如果運行條件許可,兩臺(或兩臺以上)并列運行的變壓器,可考慮在負荷低時切除一臺,或者采用在負荷變化自動調(diào)整運行臺數(shù)的裝置。

(4)同等情況下,電壓越高,損耗越小。民用建筑用電設備電壓等級大部分為220/380V,但一些大型或特大型的民用建筑的空調(diào)主機為了節(jié)能目的,可以選擇10(6)KV的設備。

3減少線路的電能損耗

在一個工程中,線路較長且復雜交錯,線路上的總有功損耗是相當可觀的,減少線路的能耗須引起設計者足夠的重視。線路的電流是不能改變的,要減少線路損耗,只有減少線路電阻。線路電阻R=ρ×L/S(式中:ρ為電導率;L為導線長度;S為導線截面積)。因此,減少線路的損耗應從以下幾方面入手:

(1)選用電導率ρ較小的材質(zhì)作導線,銅芯最佳。

(2)減少導線長度L。首先線路盡可能走直線,少走彎路,以減少導線長度;其次配電室或配電箱應位于負荷中心,減少配電導線長度L,以減少線路上的電能損失。民用建筑的主要用電為空調(diào)用電,其次為照明用電,還有所占份額不大的電梯、水泵、風機等動力用電。一般有空調(diào)的民用建筑,負荷中心往往是在空調(diào)主機附近。

(3)適當增大導線截面S,對于比較長的線路,除滿足載流量、熱穩(wěn)定、保護的配合及電壓損失所選定的截面,應再加一級導線截面,這樣可以延長導線的使用壽命,減少線路的損耗,減少火災危險。

4提高系統(tǒng)的功率因數(shù)

提高功率因數(shù)可以減少線路及變壓器損耗。線路上傳輸?shù)墓β史譃橛泄β屎蜔o功功率。有功功率是滿足建筑物功能所必須的,是不可變的。電氣系統(tǒng)的用電設備,如電動機、變壓器、線路、氣體放電燈中的整流器都具有電感,會產(chǎn)生滯后的無功功率,這就需要從系統(tǒng)中引入超前的無功功率相抵消,超前的無功功率就從系統(tǒng)經(jīng)高低壓線路傳輸?shù)接秒娫O備,在線路上就產(chǎn)生了功率損耗。這部分損耗是可以通過以下幾種措施來降低的。

(1)提高設備的自然功率因數(shù),以減少對超前的無功功率的需求,優(yōu)先考慮采用功率因數(shù)較高的的同步電動機,熒光燈可采用高次諧波系數(shù)低于15%的電子鎮(zhèn)流器。

(2)由于感抗產(chǎn)生的是滯后的無功功率,可采用電容器補償,因為電容器產(chǎn)生的是超前的無功功率,兩者可以相互抵消。采用電感鎮(zhèn)流器的氣體放電燈,安裝電容器,可以提高功率因數(shù),同時也提高了電源的輸送能力。

(3)在用電設備選型及調(diào)速控制方案一定的情況下,若自然功率因素達不到要求,應進行無功功率的補償。對供電點較遠且無功功率較大的設備采用就地補償,減少線路上的無功傳輸損耗,達到節(jié)能的目的;在用電設備集中的地方采用成組補償;民用建筑內(nèi)其他的無功功率則主要在變電所內(nèi)集中補償,并多采用自動無功功率補償加固定補償方式。

5照明用電的節(jié)能設計

照明用電量大且面積廣,照明的節(jié)能潛力很大。照明節(jié)能設計中,除了滿足照度、光色、顯色指數(shù)外,不能單靠減少燈具數(shù)量或降低功率,要充分利用自然采光,改善環(huán)境的反射條件,推廣應用新光源和改進照明燈具的控制方式,從而達到節(jié)能的目的。

(1)采用高效節(jié)能光源。在燈具懸掛較高的場所的一般照明,宜采用高壓鈉燈、金屬鹵化物燈,除特殊情況外,不應采用管形鹵鎢燈及大功率普通白熾燈。在燈具懸掛較低的場所的一般照明,宜采用熒光燈, 除特殊功能建筑物(如博展館、影劇院、高級飯店等場所)外,不應采用普通白熾燈。

(2)改善照明器的控制方式。照明器的控制,應根據(jù)各房間使用的不同特點和要求區(qū)別對待。面積較小的房間宜采用一燈一控或二燈一控的方式;面積較大的房間采用多燈一控的方式,但每個開關(guān)控制的燈數(shù)不宜太多,也應考慮適當數(shù)量的單控燈。建筑內(nèi)的樓梯間、走廊等公共通道,照明器宜采用定時開關(guān)控制。在遠離側(cè)窗的天然采光不足的區(qū)域內(nèi)的電氣照明,宜采用光電控制的自動調(diào)光裝置以隨天然光的變化而自動地調(diào)節(jié)電器照明的強弱,保證室內(nèi)照明的穩(wěn)定。室外照明宜采用光電自動開關(guān)或光電定時開關(guān)控制。

參考文獻

[1]朱林根.民用建筑變配電設計[M].北京:建筑工業(yè)出版社,2002.

[2]李宏毅.建筑電氣設計及應用[M].北京:科學出版社,2001.