建筑電氣系統(tǒng)中的節(jié)能設計研究

饒　頂/仲大慶/孫歡歡

(1.中國電子系統(tǒng)工程第二建設有限公司，江蘇 無錫 214000; 2.揚州大學水利與能源動力工程學院，江蘇 揚州 225127)

?

建筑電氣系統(tǒng)中的節(jié)能設計研究

饒頂1/仲大慶1/孫歡歡2

(1.中國電子系統(tǒng)工程第二建設有限公司，江蘇 無錫 214000; 2.揚州大學水利與能源動力工程學院，江蘇 揚州 225127)

0　引言

建筑節(jié)能涉及的內容較為廣泛，其中建筑電氣節(jié)能是最為關鍵的一部分[1]。日益增大的電能需求量和有限的可利用電能資源，使得建筑電氣節(jié)能技術的研究尤為重要[2-3]。建筑電氣的節(jié)能設計是指在保證用電安全并滿足建筑物功能要求的基礎上,對變壓器、電動機、空調、電梯、照明等能耗系統(tǒng)進行實時的監(jiān)視與管理，以提高設備的利用情況與管理水平，并且對其進行有效、科學的控制管理來實現電能利用率的提高，降低項目的投資運行成本，最終達到緩解資源緊張和減少環(huán)境污染的目的[4]。文中分析了建筑電氣系統(tǒng)中幾個主要的能耗環(huán)節(jié)，提出了一套基本設備的選擇和運行的節(jié)能設計方案。

1　電力變壓器的節(jié)能設計

1.1節(jié)能型變壓器的選擇

GB 20052-2013《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》中詳細地劃分了一定容量范圍內的油浸式變壓器和干式變壓器的能效等級。其中，1級產品自身功率損失最低，節(jié)能效果最優(yōu)，能夠達到目前我國對變壓器節(jié)能的最高要求。在實際選擇中，油浸式和干式變壓器設備都應達到限定標準中的最低要求，即3級標準。若要保證變壓器設備的節(jié)能要求，那么這兩類變壓器的相關功率損耗指標均應不高于限定標準中的2級[5-6]。

變壓器普遍采用的軟磁金屬材料為硅鋼片，非晶合金是現在最有可能代替硅鋼片的金屬材料[8]，相比于硅鋼片，非晶合金的性能指標更好，其優(yōu)勢主要表現在強度、導磁、磨損、抗腐蝕、電流通過率等方面。若將熱軋硅鋼片的單位損耗視為100%，經冷軋工藝處理后，其單位損耗為32%，而非晶合金只有7%。因此，將非晶材料用于變壓器設備中是目前國際公認的發(fā)展方向[9]。

1.2并列變壓器的經濟運行方式

表1　負荷經濟運行區(qū)間表

此外，為使整個電力系統(tǒng)有功損耗達到最小，可根據系統(tǒng)的供電情況與用戶的用電規(guī)律合理安排用戶使用時間，鼓勵用戶低峰用電。這樣可大大降低變壓器能耗，達到節(jié)能目的[10]。

1.3變壓器的節(jié)能改造

可將變壓器的節(jié)能改造分為三種形式，即降容、保容與增容。當前主要采用的是變壓器降容節(jié)能改造，其改造原理是通過增加線圈的匝數來減少鐵芯的磁通密度，以此來降低變壓器單位損耗。變壓器保容節(jié)能改造可通過四種方式完成，即同時改造線圈和鐵心法、更換鐵心改造法、用鋁線替換銅線法、換心體改制法[7]。

2　照明系統(tǒng)的節(jié)能設計

2.1照明系統(tǒng)的光源選擇

以“照明領域新革命的開始”著稱的LED具有耐用、環(huán)保、高顯色性和高效節(jié)能的特點，是照明系統(tǒng)中優(yōu)先選擇的光源[11]。

2.2照明燈具的布置

燈具的布置步驟為：(1)確定房間的開間、進深、裝修后燈具與地面的距離、作業(yè)面與燈具的距離。(2)選擇主要光源類型，根據生產商提供的燈具、指標來完成其他設定值的選取。(3)通過照明計算軟件求出房間平均照度，將數據與GB 50034-2013《建筑照明設計標準》中對應的參數進行對比，確保偏差在±10%以內；用軟件計算功率密度值，并將該數據與GB 50034-2013《建筑照明設計標準》中對應的節(jié)能參數相比，確保滿足平均照度的房間達到節(jié)能指標[12]。

2.3智能照明控制系統(tǒng)的設計

智能照明利用了聲、電、光等感應技術來自動控制系統(tǒng)的開與閉，具有一定的節(jié)能效果。將此設計方案與手動、自動控制進行融合，使用習慣不變且增加了許多服務功能[13-14]。使之能在提供舒適照度前提下，最大限度地降低系統(tǒng)的耗電量，對辦公、酒店等高耗能建筑起到明顯的節(jié)能效果。

智能照明控制系統(tǒng)的設計步驟：(1)明確技術要求；(2)選擇合適控制策略；(3)選取對應控制產品；(4)規(guī)范布局、記錄；(5)安裝與調試。

3　中央空調控制系統(tǒng)的節(jié)能設計

3.1冷卻水系統(tǒng)變頻調速設計

冷卻水系統(tǒng)是通過采集與分析空調主機的進/出水的溫差數據和入水的溫度數據，來實現對水泵的自動調節(jié)。進水溫度與環(huán)境溫度、風機性能有關，并非恒定值，若只采用溫差方式調節(jié)，則不能確保系統(tǒng)調節(jié)的準確度，若將溫度差設定為定值，則水泵的轉速一定，與進水溫度無關。增加入水溫度調節(jié)后，若入水溫度高，溫差值則能及時做出下降調整，確保中央空調制冷效果；若入水溫度低，則溫差值能夠相應調高，保證了能源節(jié)約的效果。如圖1所示，通過自動控制的方式，輸入對應的技術參數，可達到系統(tǒng)節(jié)能控制的目的[15-16]。

圖1　冷卻水系統(tǒng)的自動變頻調節(jié)圖

3.2冷凍水系統(tǒng)變頻調速設計

冷凍水系統(tǒng)通過采集和分析冷凍泵和冷凍主機的進/出水兩端溫差和壓差來實現水泵自動調節(jié)[17]。如圖2所示，其中壓差信號反映了冷凍泵回出水間的壓差，溫差信號則反映了冷凍主機回出水的溫差。若室內溫度有變化，溫度差信號將產生相應的變化，則冷凍泵將在變頻器的控制下進行對應的轉速調節(jié)[18-19]；而當建筑內部溫度較低時，會出現溫度差信號值小于標準水平的現象，那么冷凍泵會自動減小輸出的功率以達到節(jié)能的效果；若壓力差信號發(fā)生變化，表示水泵輸出功率不足，需要提高水泵輸出功率來確保建筑室內空氣的調節(jié)效果[20]。

圖2　冷凍水系統(tǒng)的自動變頻調節(jié)圖

4　結束語

本文研究了建筑電氣的三個環(huán)節(jié)并提出了節(jié)能設計方案。方案中選擇采用非晶合金的變壓器，并聯(lián)運行方式，利用變壓器的合理組合實現最佳節(jié)能效果。在照明系統(tǒng)節(jié)能設計中有效使用LED光源，用不同的燈具布置方案裝飾不同的功能房間，采用智能照明控制方式。在節(jié)能控制設計中央空調系統(tǒng)時，對冷凍泵、冷卻泵分別進行變頻改造以達到自控目的。

[1]崔衛(wèi)波.淺談建筑節(jié)能設計和節(jié)能改造要點[J].科技信息.2011,25:723-793.

[2]張健.建筑節(jié)能的技術措施及其效果[J].中華民居(下旬刊).2013,02: 119-120.

[3]劉軍．建筑電氣節(jié)能措施及應用分析[J]．中國科技縱橫,2014(06):17.

[4]辜海濤.電氣設計中節(jié)能技術措施.建材與裝飾.2008,(5):368-370.

[5]周先哲.變壓器損耗計算方法的研究[J].電力需求側管理.2013,06:11-14.

[6]黃小平.變壓器經濟運行的基本分析方法及應用[J].電氣技術.2007,S1:45-48.

[7]陳玉成.從更新變壓器看節(jié)電潛力和社會綜合效益[J].廣播電視信息.2010,08:87-90.

[8]徐丹.配電變壓器的經濟運行方式研究[D].華北電力大學,2013.

[9]劉照林.不等容量變壓器并列運行條件與經濟運行方式的確定方法[J].山西電力.2013,04: 40-43.

[10]楚清河,馬建華,聶貞.不同容量雙繞組變壓器并列經濟運行方式的探究[J].變壓器.2011,07:66-69.

[11]建筑照明設計標準培訓講座.《建筑照明設計標準》編寫組.北京：中國建筑工業(yè)出社.2004,12.

[12]吳玉琦,劉暢,李諾等．OLED 照明的發(fā)展現狀及技術研究[J]．中國照明電器，2009( 11): 5-9．

[13]CJJ45-2006 城市道路照明設計標準[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2007.

[14]趙睿.i-bus KNX智能建筑控制系統(tǒng)在HVAC控制中的應用[J].中國儀器儀表.2008,06:39-41.

[15]陳曉勇.變頻技術在中央空調水循環(huán)系統(tǒng)改造中的應用[J].山西建筑.2008,32:169-170.

[16]吳俊峰,張秀平,張朝暉等.中央空調系統(tǒng)節(jié)能改造方案的節(jié)能量測量及驗證方法初探[J].制冷與空調.2013,09:78-83.

[17]劉磅等.中央空調系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能整體解決方案[J].機電工程技術.2012,41(2):53-58.

[18]P.Rafajdus,P.Braciník,V.Hrabovcová.The Current Transformer Parameters Investigation and Simulations[J].Electronics and Electrical Engineering.2010,100(4): 29-32.

[17]Islam,Asif,Khan,Shahidul Islam,Hoque,Aminul.Detection of Mechanical Deformation in Old Aged Power Transformer Using Cross Correlation Co-Efficient Analysis Method[J].Energy and Power Engineering,2011,34.

[19]肖麗萍等.中央空調變頻調速節(jié)能控制的幾個問題[J].貴州科學.2012,30(2):72-75.

[20]劉大公.試論中央空調系統(tǒng)中節(jié)能的幾個途徑[J].山西建筑,2012,38(6):136-137.

Energy-saving Design and Research in Building Electrical Systerm

Rao Ding/Zhong Daqing/Sun Huanhuan

通過歸納總結建筑電氣的節(jié)能問題，重點分析了建筑電氣系統(tǒng)中的三個主要耗能環(huán)節(jié)，即電力變壓器、照明系統(tǒng)、中央空調系統(tǒng)；對設備的選擇與運行，提出了完善的電氣系統(tǒng)節(jié)能設計方案。

電氣節(jié)能設計變壓器照明系統(tǒng)中央空調系統(tǒng)

Through summarizing the problems of building electrical energy saving,three major energy consuming sectors in building electrical system are analyzed,including power transformer,lighting system and central air conditioning system.And for the selection and operation of the equipments,an energy-saving design plan for electrical system is proposed.

electrical energy-saving design，transformer，lighting system，central air conditioning system