建筑電氣設(shè)計階段環(huán)保節(jié)能措施淺談

倪海峰

建筑電氣設(shè)計階段環(huán)保節(jié)能措施淺談

倪海峰

結(jié)合天津中新生態(tài)城的實際情況,從電氣供配電系統(tǒng)、電氣照明、節(jié)電產(chǎn)品的應(yīng)用及太陽能合理應(yīng)用等方面講述了民用建筑電氣設(shè)計階段需要采取的節(jié)能環(huán)保措施,并作了簡要分析,以實現(xiàn)電氣系統(tǒng)的節(jié)能目標(biāo)。

建筑電氣設(shè)計,節(jié)能,生態(tài)環(huán)保

隨著社會的發(fā)展,對能源的需求大幅增長,而能源卻越來越短缺,怎樣節(jié)約能源便成為擺在人們面前的嚴(yán)峻問題,筆者就民用建筑電氣設(shè)計階段如何節(jié)能提出自己的一些看法和見解。

中新天津生態(tài)城規(guī)劃區(qū)域內(nèi)現(xiàn)狀 1/3是廢棄鹽田,1/3是鹽堿荒地,1/3是有污染的水面,土地鹽漬化嚴(yán)重。在這樣一個資源約束條件下建設(shè)生態(tài)城,符合中新兩國政府確定的不占耕地、在水資源短缺地區(qū)選址的原則。通過一系列措施,生態(tài)城規(guī)劃區(qū)域?qū)⒅鸩匠蔀椤叭伺c人和諧共存、人與環(huán)境和諧共存、人與經(jīng)濟活動和諧共存”的“美麗城”。因此,生態(tài)城將致力于建設(shè)成為綜合性的生態(tài)環(huán)保、節(jié)能減排、綠色建筑、循環(huán)經(jīng)濟等技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用推廣的平臺,國家級生態(tài)環(huán)保培訓(xùn)推廣中心,現(xiàn)代高科技生態(tài)型產(chǎn)業(yè)基地,“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”宜居示范新城,參與國際生態(tài)環(huán)境建設(shè)的交流展示窗口。結(jié)合目前建設(shè)開發(fā)的生態(tài)城南部片區(qū)第一細(xì)胞商業(yè)街項目、動漫產(chǎn)業(yè)園項目以及濱海家園住宅項目等,提出如下電氣工程節(jié)能措施。

1 電氣配電系統(tǒng)方面的節(jié)能

1.1 供配電系統(tǒng)及電器產(chǎn)品的節(jié)能措施

1.1.1 合理設(shè)計供配電系統(tǒng)

1)根據(jù)負(fù)荷容量、供配電距離及分布、用電設(shè)備特點等因素,合理設(shè)計供配電系統(tǒng)和選擇供配電電壓,供配電系統(tǒng)應(yīng)盡量簡單可靠,同一電壓供電系統(tǒng)變配電級數(shù)不宜多于兩級。2)變電所應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心,以縮短配電半徑,減少線路損失。根據(jù)負(fù)荷情況,可切除部分變壓器,從而降低損耗。3)根據(jù)負(fù)荷情況合理選擇變壓器容量、臺數(shù),其接線應(yīng)能適應(yīng)負(fù)荷變化時,按經(jīng)濟運行原則靈活投切變壓器。4)按經(jīng)濟運行電流密度合理選擇導(dǎo)線截面,一般按年綜合運行費用最小原則確定經(jīng)濟電流密度。

1.1.2 提高功率因數(shù),減少電能損失

1)提高功率因數(shù)的意義：a.可減少線路損失;b.可減少變壓器的銅損;c.可減少線路及變壓器的電壓損失;d.可以增加發(fā)配電設(shè)備的供電能力。2)提供功率因數(shù)的措施：a.減少供用電設(shè)備的無功消耗,提高自然功率因數(shù)。b.用靜電電容器進行無功補償。

1.1.3 無功功率補償

對配電變壓器進行無功補償可提高功率因數(shù),有利于節(jié)能降耗,補償后功率因數(shù)均大于 0.95。

1.1.4 電力電纜的選擇

1)電力電纜材質(zhì)的選擇：電纜線路的有功電能損耗為三相電路中有功功率損耗與最大負(fù)荷年損耗小時數(shù)的乘積。而有功功率損耗的大小主要取決于線路的電阻和感抗,即導(dǎo)體材質(zhì)、截面積及絕緣形式。相對于鋁導(dǎo)體,銅導(dǎo)體的導(dǎo)電率高且能耗低,因此,銅芯電力電纜在工程設(shè)計中被廣泛使用。

2)按經(jīng)濟電流選擇：電纜截面的選擇除技術(shù)條件外,另一個方面是經(jīng)濟條件,即按經(jīng)濟電流選擇。電氣設(shè)計領(lǐng)域逐步同國際接軌,陸續(xù)等同或等效采用國際電工標(biāo)準(zhǔn),推廣應(yīng)用IEC-287-3-2/ 1995《電力電纜截面的經(jīng)濟最佳化》標(biāo)準(zhǔn)。

1.1.5 配電變壓器的節(jié)能措施

變壓器節(jié)能的實質(zhì)就是降低損耗,提高運行效率,具體有以下幾項措施：1)合理選擇變壓器的容量和臺數(shù)。選擇變壓器的容量和臺數(shù)時,應(yīng)根據(jù)負(fù)荷情況,綜合考慮投資和年運行費用,對負(fù)荷進行合理分配,選取容量與電力負(fù)荷相適應(yīng)的變壓器,使其工作在高效區(qū)內(nèi)。一般情況下負(fù)荷率在 0.3～0.75時,是經(jīng)濟運行區(qū);負(fù)荷率在 0.5～0.6時,變壓器效率最高。負(fù)荷一定時,功率因數(shù)越高變壓器效率亦越高。2)選用節(jié)能型變壓器后,更換或改造高耗能的變壓器。新建或改建工程應(yīng)選用SL7,S9,SC(B)9等節(jié)能型變壓器。3)加強運行管理,實現(xiàn)變壓器的經(jīng)濟運行。

1.1.6 采取抑制諧波的技術(shù)措施

隨著電氣技術(shù)的飛速發(fā)展,大量照明用的氣體放電燈及電子鎮(zhèn)流器、生活日用電氣中變頻空調(diào)器、計算機等非線性設(shè)備以及變頻水泵、變頻風(fēng)機等設(shè)備的廣泛應(yīng)用,均向電網(wǎng)輸送了大量的高次諧波。諧波的產(chǎn)生會導(dǎo)致風(fēng)機或水泵的電動機效率降低、發(fā)熱增加,從而縮短其使用壽命;使變壓器產(chǎn)生附加損耗,從而引起過熱,使絕緣介質(zhì)老化加速,導(dǎo)致絕緣損壞;諧波電流會引起電氣設(shè)備及配電線路過載導(dǎo)致短路,甚至引發(fā)電氣火災(zāi)。

諧波的抑制方法很多,常用的方法有增加換流裝置的脈動數(shù)、加裝交流濾波裝置、改善三相不平衡度、在用戶進線處加裝串聯(lián)電抗器、采用有源濾波器/無源濾波器等新型濾波措施。諧波抑制措施的選擇要根據(jù)濾波達(dá)標(biāo)的水平、效果、經(jīng)濟性和技術(shù)成熟度等綜合比較后確定,從而抑制高次諧波造成的系統(tǒng)發(fā)熱和損耗,實現(xiàn)電氣系統(tǒng)的節(jié)能。

1.1.7 節(jié)電裝置的應(yīng)用

自動穩(wěn)壓型交流電源集中控制節(jié)電裝置,采用“電磁平衡原理”節(jié)電技術(shù),通過裝在內(nèi)部的LC無源濾波器抑制高次諧波造成的系統(tǒng)發(fā)熱和損耗,吸收系統(tǒng)內(nèi)部的失真電能并轉(zhuǎn)化成為有用電能,通過裝置本身的感抗和負(fù)荷系統(tǒng)的感抗形成互感,可提高負(fù)荷系統(tǒng)電能的利用率,即提高功率因數(shù)。節(jié)電裝置串聯(lián)接入電力系統(tǒng)中,對系統(tǒng)輸入電能進行集中控制與多方位管理,改善電能質(zhì)量,將供電參數(shù)調(diào)整到負(fù)荷設(shè)備最適合的工作狀態(tài)。

1.1.8 太陽能光伏發(fā)電

太陽能是一種取之不盡、用之不竭的清潔能源,太陽每秒鐘釋放出來的能量,相當(dāng)于目前全世界一年內(nèi)能源總消耗量的 3.5萬倍。然而太陽能必須被高效地收集并轉(zhuǎn)化為熱能、電能等常規(guī)能源,才能被充分利用。國家《電力法》規(guī)定,鼓勵各企業(yè)使用清潔能源及可再生能源,如風(fēng)能、水能、太陽能等。太陽能是容易直接獲取的清潔能源之一,太陽光伏發(fā)電就是利用光伏效應(yīng)把太陽光能直接轉(zhuǎn)化成電能的供電模式。隨著太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展完善和日趨成熟,該系統(tǒng)將會廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。目前中新生態(tài)城幾乎所有的公共建筑均不同程度的使用了太陽能光伏發(fā)電裝置及太陽能熱水。

1.2 照明系統(tǒng)方面的節(jié)能

1)選用合適的照明方式。在同一照明區(qū)間內(nèi),優(yōu)先選用分區(qū)一般照明,根據(jù)視覺作業(yè)的要求,按需分設(shè)照度標(biāo)準(zhǔn)值,改變照度標(biāo)準(zhǔn)值單一的情況,切合實際,避免浪費,有效節(jié)能。一般照明可按需增設(shè)局部照明,高照度區(qū)采用混合照明。2)照明系統(tǒng)的設(shè)計。照明供電盡可能采用三相四線制。系統(tǒng)設(shè)計時,將照明負(fù)荷均勻地分配到三相電路中,采用三相四線制線路供電比單相二線供電可減少線路損失 85%。3)選用高光效長壽命節(jié)能型光源。高光效光源主要指氣體放電燈。一般室內(nèi)的照明優(yōu)先選用熒光燈。發(fā)光二極管(LED)以其長壽命(可達(dá)100 000 h),良好的顯色性,無頻閃,響應(yīng)時間短,耐振動,耐氣候,使用安全等諸多優(yōu)點得到廣泛應(yīng)用。本設(shè)計要求開啟型熒光燈具效率不小于 75%,格柵型燈具效率不小于 60%,氣體放電燈的整體功率因數(shù)不得低于 0.9,鎮(zhèn)流器自身功耗不大于光源標(biāo)稱功率的 15%。4)照明系統(tǒng)能耗很大,采用 I-BUS智能控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對各大空間如停車庫、多功能廳、游泳池、會議室、餐廳等燈具實行定時開閉或調(diào)光;會議室或多功能廳的用電設(shè)備統(tǒng)一控制,以節(jié)約電能。5)合理設(shè)計各場所照度,使照明功率密度不大于《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》表 6.1.2規(guī)定：變配電室：現(xiàn)行值 8 W/m2,目標(biāo)值 7 W/m2;照度標(biāo)準(zhǔn)值：100 Lx。6)太陽能燈的利用。太陽能照明是將太陽能輻射轉(zhuǎn)化成電能,再將它應(yīng)用到照明系統(tǒng)。太陽能光伏技術(shù)的應(yīng)用不會產(chǎn)生二次污染,并且照明的工作電壓只有 12 V～24 V,對人體沒有任何的危害性。太陽能照明系統(tǒng)采用微電腦智能化控制,全部自動化,無需人員看管,常用光感系統(tǒng),做到天黑亮燈,天亮熄燈。并且太陽能照明工程后期工作運行費用低,供電系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。太陽能燈具使用壽命長,光源為冷光源,不會產(chǎn)生溫室效應(yīng),對植物沒有任何影響。采用太陽能發(fā)電技術(shù),供建筑物的外檐泛光照明、戶外路燈照明及戶外廣告照明等用電,既節(jié)約了電能,又節(jié)約了敷設(shè)電纜等帶來的人力、財力。

2 電氣專業(yè)其他方面的節(jié)能措施

1)保持三相平衡,使最大不平衡相負(fù)荷不超過三相平均負(fù)荷的 15%;最小相負(fù)荷不小于三相負(fù)荷平均值的 85%。另外,大樓投入使用時盡量保持三相平衡。

表1 燈具的效率及鎮(zhèn)流器諧波含量 %

2)限制諧波,如變頻設(shè)備、照明燈具電感鎮(zhèn)流器等,訂貨時盡量選用低諧波設(shè)備,要求燈具鎮(zhèn)流器諧波含量不大于 20%(見表1)。

[1] 黃家室.建筑小區(qū)應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電供配電方式探討[J].建筑電氣,2009,28(2)：22-25.

[2] 陳一才.智能建筑電氣手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,1999：839.

[3] 張紹剛.照明設(shè)計手冊[M].第 2版.北京：中國電力出版社(照明節(jié)能部分),2006：527-533.

Shallow discussion on energy-saving and environmental protection measures at building electrical design phase

NIHai-feng

Combining with the actual condition of Sino-Singapore Tianjin eco-city,it expounds the energy-saving and environmental p rotection measures needed adopting at civil building electrical design phase from aspects of electric power supp ly and distribution system,electric lighting, application of energy-saving products,and rationalapplication of solar,etc.,and makes briefanalysis,with a view to achieve the energy-saving target of electrical system.

building electrical design,energy-saving,eco-environmental protection

TU855

A

1009-6825(2011)09-0200-03

2010-12-06

倪海峰(1973-),男,工程師,天津生態(tài)城建設(shè)投資有限公司,天津 300480