晉中市某綜合廠房建筑電氣節(jié)能分析

席 靜 峰

(晉城市建園施工圖審查有限公司，山西 晉城 048000)

1 概述

建筑電氣節(jié)能是建筑節(jié)能中的一個(gè)大問題，英美日等發(fā)達(dá)國(guó)家均在此問題上投入大量資源進(jìn)行節(jié)能研究，建立能源立法，成立節(jié)能研究、認(rèn)證機(jī)構(gòu)，投入人力、物力、財(cái)力并將研究成果轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)的建筑電氣節(jié)能雖然起步較晚，但也逐步建立綠色建筑評(píng)定系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保兩項(xiàng)任務(wù)。建立相關(guān)立法和建筑節(jié)能條例及管理辦法、技術(shù)細(xì)則等來加強(qiáng)節(jié)能、環(huán)保工作的推進(jìn)。根據(jù)各地地域條件，制定不同的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

本次廠房為綜合智能溫室大棚及配套生產(chǎn)車間工程，總建筑面積約為13 000 m2。地上2層，分為四個(gè)區(qū)域，室外溫室大棚為一區(qū)不計(jì)入建筑面積，二區(qū)為生產(chǎn)配送車間，層高為5.6 m，室內(nèi)外高差1.2 m；三區(qū)為肥料及灌溉設(shè)備房，地面至主鋼架起坡點(diǎn)為6 m，室內(nèi)外高差為0.5 m。室外地面至女兒墻最高點(diǎn)為12.7 m；四區(qū)為配套辦公區(qū)，分為2層。建筑結(jié)構(gòu)形式為門式鋼架結(jié)構(gòu)，使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為8度，耐火等級(jí)為二級(jí)。

本文針對(duì)本次廠房設(shè)計(jì)過程中電氣節(jié)能問題的研究進(jìn)行了歸納總結(jié)，對(duì)建筑電氣各項(xiàng)節(jié)能措施進(jìn)行詳盡的理論分析和軟件驗(yàn)證。

2 電氣節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的分析

2.1 10/0.4 kV室內(nèi)變壓器節(jié)能設(shè)計(jì)分析

本次廠房設(shè)計(jì)在廠房?jī)?nèi)變電室安裝兩臺(tái)干式變壓器，每臺(tái)負(fù)荷1 000 kVA，采用二級(jí)負(fù)荷配電。變壓器的選型需考慮諸多因素，本廠房?jī)?nèi)耗電主要分為以下幾個(gè)部分：一區(qū)室外智能大棚的夜間補(bǔ)光用電，棚頂通風(fēng)控制用電；二區(qū)生產(chǎn)配送車間主要為照明負(fù)荷、生產(chǎn)設(shè)備用電、冷庫用電；三區(qū)肥料及灌溉設(shè)備主要為負(fù)荷用電，照明用電；四區(qū)配套辦公區(qū)主要為照明、插座及空調(diào)用電。

由于陰天及夜間補(bǔ)光的需求，本廠房室外用電量較大，但高峰用電時(shí)間不確定，兼之二級(jí)負(fù)荷用電的要求，本廠房?jī)?nèi)投入兩臺(tái)變壓器，一用一備，備用負(fù)荷變壓器負(fù)責(zé)室外大棚用電負(fù)荷。

基于使用要求，對(duì)廠房?jī)?nèi)變壓器做出選型，選型首先滿足負(fù)荷要求，其次考慮損耗低節(jié)能等要求，最后對(duì)噪聲、安全、溫升等因素進(jìn)行考慮。

本次選型按照變壓器最高效率負(fù)荷率進(jìn)行選型：

(1)

(2)

根據(jù)變壓器損耗表，當(dāng)變壓器運(yùn)行在負(fù)載50%～70%之間時(shí)，變壓器銅損及鐵損比值較低運(yùn)行效率較高，但考慮到節(jié)能與環(huán)保的要求，在引入功率補(bǔ)償后，負(fù)載效率80%，運(yùn)行較為經(jīng)濟(jì)節(jié)能，見圖1。

2.2 照明節(jié)能設(shè)計(jì)分析

在建筑中，照明用電負(fù)荷占到建筑總負(fù)荷的15%～25%，本設(shè)計(jì)為廠房建筑，照明負(fù)荷比例較低。根據(jù)綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，照明節(jié)能是節(jié)能評(píng)價(jià)中的一個(gè)重要部分，節(jié)能效果顯著，目前，照明節(jié)能相關(guān)產(chǎn)品也較為成熟、低價(jià)，施工、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)方便，成本也比較低廉。

1)照明光源選擇。

光源選擇按照綜合能效選擇：光源綜合能效=光效×使用壽命=光通量×使用壽命/額定功率。

同時(shí)，光源應(yīng)選用高效節(jié)能光源，光源的高效節(jié)能性體現(xiàn)在光通量、顯色性、使用壽命等方面，這些指數(shù)在GB 50034—2014建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中做出了一定要求，市面上主流的高效光源為汞燈、鈉燈、金屬鹵化物燈等[1]。

經(jīng)過綜合比對(duì)，室內(nèi)二、三、四區(qū)選用LED光源做為主要照明光源，LED光源是一種半島體二極管光源，在同等使用環(huán)境下，對(duì)比其他光源發(fā)光效率更高，發(fā)熱效應(yīng)低，光源色譜廣泛，發(fā)光角度調(diào)節(jié)范圍廣，對(duì)環(huán)境的光污染較低，產(chǎn)品本身不含鉛、汞等有害物質(zhì)。室外一區(qū)補(bǔ)光照明按設(shè)備考慮，但光源采用金屬鹵化物燈和白熾燈。金屬鹵化物燈具普遍功率大、顯色性好，室外大棚棚高8 m，金屬鹵化物燈非常適合在這類鋼結(jié)構(gòu)大空間場(chǎng)所使用，白熾燈雖然光效低、發(fā)熱高，但應(yīng)用在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中用于模擬日光，為植物補(bǔ)光，本次設(shè)計(jì)此部分負(fù)荷作為設(shè)備負(fù)荷考慮。

2)照明燈具的選擇。建筑照明燈具應(yīng)選用高效節(jié)能燈具，由于受到應(yīng)用場(chǎng)所及裝飾裝修要求的限制，在不同場(chǎng)所需要采用不同的燈具，比如在二區(qū)和三區(qū)，選用的燈具應(yīng)為中距離應(yīng)用的工廠燈，同時(shí)能滿足一定的防塵防水要求，由于安裝高度較高，該燈具還應(yīng)具有較高的維護(hù)系數(shù)，這就導(dǎo)致了燈具光效的降低，因此，在此區(qū)的燈具要求至少達(dá)到0.7的利用效率。而在四區(qū)辦公區(qū)內(nèi)，燈具使用環(huán)境較為清潔，安裝高度低便于清潔，安裝美觀要求高，因此主要采用面板燈，對(duì)于該類燈具，要求利用率達(dá)到0.8以上。

2.3 電線電纜環(huán)保節(jié)能設(shè)計(jì)分析

本次工程全部選用銅芯導(dǎo)線、電纜，對(duì)比市面上已有的電線電纜材料，銅芯電線電纜比鋁、鋁合金作為導(dǎo)體載流量更高、電阻率更低，在相同載流量的情況下，電纜截面積只有鋁合金電纜的0.67倍。銅芯電線電纜具有良好的拉伸性能，拉伸強(qiáng)度，延展性都適合現(xiàn)場(chǎng)施工，由于線徑的縮小，在橋架中敷設(shè)時(shí)彎曲性能較好，能夠滿足電纜在橋架內(nèi)敷設(shè)最小半徑為外徑的15倍～20倍的要求[2]。銅導(dǎo)體惰性較強(qiáng)，活潑性低于氫元素，在接口等意外裸露部分抗腐蝕性能高。銅導(dǎo)體相對(duì)于鋁或鋁合金導(dǎo)體來說，抗蠕變性能更高，機(jī)械強(qiáng)度更好[3]。

普通負(fù)荷電線選用BYJ低煙無鹵導(dǎo)線，消防照明回路采用耐火型低煙無鹵導(dǎo)線。室內(nèi)電纜采用YJV型電力電纜，消防電纜由于在廠房?jī)?nèi)明敷，故采用NG-A礦物絕緣柔性電纜。

2.4 生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的節(jié)能設(shè)計(jì)分析

在本次廠房中有大量的傳送設(shè)備，風(fēng)機(jī)，水泵，壓縮機(jī)等設(shè)備用于日常的生產(chǎn)活動(dòng)。

工業(yè)設(shè)備在設(shè)計(jì)中預(yù)留了電源接口，但要求設(shè)備本身應(yīng)帶有變頻器和就地補(bǔ)償裝置，保證功率因數(shù)達(dá)到0.8，再由變壓器出線側(cè)進(jìn)行電容補(bǔ)償。變頻器的補(bǔ)償原理是采用交流—直流—交流的二次整流方式，改變電源輸入的工頻電壓，使得原來50 Hz的電源頻率變?yōu)樵O(shè)備需要的電源頻率。變頻器應(yīng)能夠配合設(shè)備在滿載、半載、空載狀態(tài)下運(yùn)行。大型用電設(shè)備在啟動(dòng)時(shí)采用變頻啟動(dòng)，能夠大幅度降低對(duì)電網(wǎng)的沖擊，降低啟動(dòng)電流，使得電纜、斷路器的選型變得更加經(jīng)濟(jì)節(jié)能。

本次設(shè)計(jì)中還涉及了大量的通風(fēng)風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備，除過消防設(shè)備不考慮，普通風(fēng)機(jī)、水泵啟動(dòng)停止頻繁，不需長(zhǎng)期運(yùn)行。根據(jù)設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)，水泵、風(fēng)機(jī)類設(shè)備的功率與實(shí)際轉(zhuǎn)速的立方成正比關(guān)系[4]，因此本次設(shè)計(jì)的水泵、風(fēng)機(jī)采用功率調(diào)節(jié)的方式調(diào)節(jié)流量大小，在功率調(diào)節(jié)效果受限制時(shí)才進(jìn)行閥門開度調(diào)節(jié)，自動(dòng)控制系統(tǒng)由廠家完成設(shè)計(jì)，同樣的在設(shè)備側(cè)就地進(jìn)行功率因數(shù)調(diào)節(jié)補(bǔ)償。

2.5 光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用分析

近年來，光伏發(fā)電技術(shù)在建筑電氣節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用日趨成熟，太陽能作為一種清潔可再生能源[5]，是新能源開發(fā)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，國(guó)家在多數(shù)地方興建了光伏發(fā)電站工程。在經(jīng)濟(jì)條件，環(huán)境氣候適合的領(lǐng)域，許多地方政府給出了政策傾斜，本設(shè)計(jì)也引入了光伏發(fā)電技術(shù)，主要應(yīng)用于室外路燈。

光伏發(fā)電技術(shù)是建立在硅基半導(dǎo)體PN節(jié)的光伏效應(yīng)上的[6]。根據(jù)這一效應(yīng)，利用硅半導(dǎo)體制作出的就是單晶硅太陽能板，這種太陽能板對(duì)太陽能的利用率可以達(dá)到最高20%。但是單晶硅材料造價(jià)較高，限制了產(chǎn)品的發(fā)展，因此市面上主流的太陽能電池板采用的是多晶硅金屬，多晶硅引入了冶金用硅，因此價(jià)格較為低廉，其太陽能利用效率最高可達(dá)15%，使用壽命較長(zhǎng)，綜合性價(jià)比遠(yuǎn)優(yōu)于單晶硅太陽能電池板。

本次設(shè)計(jì)采用了晶絡(luò)納米硅，這是一種新型的固體材料太陽能電池板，制造工藝簡(jiǎn)單，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，成本低廉，太陽能利用效率最高可達(dá)22%，這種材料正在逐步取代多晶硅電池板的市場(chǎng)占有率。

本工程室外園區(qū)占地面積廣，需要進(jìn)行大量的園區(qū)內(nèi)快車道路亮化，這些道路遠(yuǎn)離生產(chǎn)生活區(qū)，只是進(jìn)入園區(qū)的通道，夜間使用概率低，僅為雙車道，周邊無其余用電設(shè)施，為了節(jié)省電纜敷設(shè)的費(fèi)用，本設(shè)計(jì)采用了光伏電池板加LED低桿燈、中桿燈結(jié)合的照明方案。在主要道路上采用低桿燈雙向?qū)ΨQ布置，在次級(jí)進(jìn)出道路上采用中桿燈單側(cè)布置。蓄電池能夠保證連續(xù)工作20個(gè)陰雨天。

3 結(jié)語

隨著時(shí)代的發(fā)展，建筑節(jié)能技術(shù)將會(huì)越來越被重視，電氣能耗作為建筑能耗中的主要部分，對(duì)節(jié)能的設(shè)計(jì)要求將會(huì)越發(fā)嚴(yán)格，本文通過工程實(shí)例，對(duì)建筑電氣技能所采用的變壓器、照明系統(tǒng)、電線電纜工程、生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備以及光伏發(fā)電技術(shù)進(jìn)行了分析。為類似相關(guān)工程在今后的設(shè)計(jì)建設(shè)提供了參考經(jīng)驗(yàn)。