建筑電氣節能設計

建筑電氣節能設計李錚力重慶大恒建筑設計有限公摘要:建筑電氣節能設計,對建筑發(fā)展具有重大意義,不僅有效地緩和電力供需矛盾,保證國民經(jīng)濟持續、高速、健康的發(fā)展,而且經(jīng)濟效益顯著(zhù),是一種經(jīng)濟的電力開(kāi)發(fā)形式。本文就建筑電氣多方面內容進(jìn)行了詳細論述,以供同行參考。關(guān)健詞:電氣設計;照明系統;節能設計;供電系統電氣照明系統的節能設計天然光源是取之不盡、用之不竭的能源。在照明節能的實(shí)施工程中,應當充分加以利用,制定建筑物的采光標準,確定采光方式,將采光和照明有機地結合起來(lái)。白天盡可能地利用天然光源,使建筑物內獲得穩定的光照條件。同時(shí),室內引入陽(yáng)光,既能大大節約照明能耗,亦有助于提高室內溫度,對于降低建筑能耗也具有重要的現實(shí)意義。1.1照明設計時(shí)的照明方式選擇(1)當照明場(chǎng)所要求高照度時(shí),應選混合照明的方式(2)當工作位置密集時(shí),可采用單獨的一般照明方式。但照度不宜太高,一般最高不宜大于500lx。(3)當工作位置的密集程度不同或者為某一區域時(shí),可采用分區一般照明的方式,要求高的工作區可采用較高的照度,非工作區可采用較低的照度,但兩者的照度比不宜大于3。1.2確定合理的照明指標(1)照明的節能應能提高整個(gè)照明系統的效率,而不應在損失主要照明質(zhì)量的情況下片面地強調節能(2)照明設計時(shí),應從照度標準、照明均勻度、統一眩光值、光色、照明功率密度(LPD)值能效指標等來(lái)客觀(guān)、綜合地評價(jià)。(3)在民用建筑中實(shí)施的照度標準值,可以根據照明要求的檔次高低來(lái)選擇。檔次要求高的允許提高一級,檔次要求低的允許降低一級,以有利于照明的節能。(4)建筑照度標準值應從節能角度考慮,按實(shí)際需求來(lái)選擇照度標準值的髙低,不宜追求或攀比高照度水平。1.3照明光源設計(1)照明光源的選用原則進(jìn)行照明設計時(shí),照明光源的選擇應符合國家現行相關(guān)標準的規定。照明光源應根據不同的使用場(chǎng)合來(lái)選擇,以使其具有盡可能高的光效,達到照明節能的效果。高效光源是照明節能的首要因素,必須重視推廣應用高效光源。電光源的選用,根據應用場(chǎng)所不同,至少有兩類(lèi)高效光源應予推廣使用。A.熒光燈具有光效高、壽命長(cháng)、顯色性好等優(yōu)點(diǎn)。直管熒光燈適用于高度較低的房間,如辦公室、教室、會(huì )議室及儀表、電子等生產(chǎn)場(chǎng)所。緊湊型熒光燈(包括“H”型、“U”型、“D”型、環(huán)形等)適用于家庭住宅、旅館、餐廳、門(mén)廳、走廊等場(chǎng)所。90年代后期,在國際上出現一種創(chuàng )新科技光源,現已在歐美發(fā)達國家廣泛使用,這就是T5熒光燈管。它與傳為l6m,減小了40%,既節省了材料,又節省了倉儲和運輸成中國煤化工較,直徑過(guò)去在使用熒光燈的場(chǎng)所,普遍都是采用40W的燈管,光通具CNMH現在選用只有28w的T5熒光燈,光通量卻達到26001m。從40W減少為28W,約節約30%的電能,光通量卻提高20%。根據平均照度公式:E。、N×d×UK÷A式中:E平均照度k(設計選定)N—燈具數量Φ——光源光通量Ira(可查)U——利用系數,按經(jīng)驗選取0.4,CIE推薦0.3K——維護系數,一般選用0.7;A——被照面積m2?？梢酝ㄟ^(guò)此公式來(lái)計算燈具數量。假如有一個(gè)10m°的普通辦公場(chǎng)所(規范要求照度達到3001x),采用傳統的直管熒光燈,大概需要的熒光燈數量是N=300×100÷2200÷0.4÷0.7≈49(支)年耗電(每天8h):P=40×49×8×365÷1000≈5724(kW/h)如采用T5熒光燈,在同等條件下,所需要的燈管數量為:N=300×100÷2600÷0.4÷0.742(支)年耗電(每天8h):P=28×42×8×365÷1000≈3434(kW/h)年節約電能:△P=5724-3434=2290kW/h),節電約40%緊湊型節能熒光燈的光效為白熾燈5~7倍,壽命是的白熾燈5倍,是21世紀熒光燈的發(fā)展方向。緊湊型熒光燈由于節電率高,安裝、使用方便而成為直接替代白熾燈的首選產(chǎn)品。緊湊型節能熒光燈與白熾燈的比較見(jiàn)表1。表1緊湊型節能熒光燈與白熾燈技術(shù)參數比較節能燈的功率(W)121620光通量(1m)22540065081011001330壽命(h600060006000600060006000等效的白熾燈功率(W)6075120如表1所示,假設某個(gè)場(chǎng)所需要1000只100W的白熾燈,對應上表,我們可以采用1000只20w的緊湊型節能熒光燈來(lái)代替,假設這些燈泡每天工作8h,那么一年就可以節電△Px=(100-20)×1000×103×8×365=233600(kW/h)由此可見(jiàn),采用節能熒光燈代替白熾燈的節能效果是顯著(zhù)的。此外,尤其是在熒光燈內采用稀土三基色熒光粉,其顯色指數可達85,使得被照物體顏色更鮮艷、清晰,目前在國際上被認為是較理想的室內新光源以鈉燈、金屬鹵化物燈為代表的高強度氣體放電燈(HID)具有發(fā)光效率高、耗電少、壽命長(cháng)、透霧能力強和不銹蝕等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應用于道路、高速公路、機場(chǎng)、碼頭、船塢、車(chē)站、廣場(chǎng)、街道交匯處、工礦企業(yè)、公園、庭院照明及植物栽培。高顯色鈉燈主要應用于體育館、展覽廳、娛樂(lè )場(chǎng)、百貨商店和賓館等場(chǎng)所照明鈉燈是近年來(lái)發(fā)展的高效節能新光源,分高壓鈉燈和低壓鈉燈兩種,光效為白熾燈的8~10倍,為高壓汞燈的2~2.5倍。它的壽命可達1萬(wàn)~2萬(wàn)h,電能至光能的轉換率可達30%(2)鎮流器的選用原則中國煤化工(1)自鎮流熒光燈應配用電子鎮流器(2)直管形熒光燈應配用電子鎮流器或節能型電感鎮流器。CNMHG(3)高壓鈉燈、金屬鹵化物燈應配用節能型電感鎮流器;在電壓偏差較大的場(chǎng)所,宜配用恒功率鎮流器;功率較小者可配用電子鎮流器(4)熒光燈和高強氣體放電燈的鎮流器分為電感鎮流器和電子鎮流器,選用時(shí)宜采用能效因數(BEF)高的鎮流器。能效因數的計算公式為BEF100P式中BEF鎮流器能效因數鎮流器流明系數值P—線(xiàn)路功率其中,μ是指基準燈和被測鎮流器配套工作時(shí)的光通量與基準燈和基準鎮流器配套工作時(shí)的光通量之比1.4高效的照明控制系統設計照明控制主要體現在以下兩個(gè)方面(1)能營(yíng)造良好的光環(huán)境。通過(guò)控制光環(huán)境來(lái)劃分空間,同一空間中可創(chuàng )造出不同的環(huán)境氛圍,體現了照明環(huán)境的舒適性。(2)可節能。使用者需要時(shí)才開(kāi)啟照明,盡可能減少不必要的開(kāi)燈時(shí)間、數量和過(guò)高的照度,以有利于照明的節能。工程設計人員應當充分認識到它的重要性供電系統的節能設計2.1功率因數補償設計要點(diǎn)(1)注重提高供配電系統及用電設備的自然功率因數,選型時(shí)應優(yōu)先選用功率因數指標較好的設備。(2)無(wú)功補償設備應適當靠近無(wú)功源,低壓用電設備產(chǎn)生的無(wú)功功率宜由低壓側的電容器來(lái)補償,高壓用電設備產(chǎn)生的無(wú)功功率則應由高壓側的電容器來(lái)補償。(3)諧波環(huán)境中的功率因數補償應作修正計算。當諧波存在時(shí),諧波功率因數P小于基波功率因數COSq,即 PF COS COPEPP S=PFa=·PFax(1)式中P—有功功率S——視在功率S—基波視在功率位移功率因數畸變功率因數也可以利用基波因數來(lái)計算諧波環(huán)境中的功率因數PFCOSP,UIPF=COS PP=v COS ,(2)式中,基波因數,其值為基波電流有效值與總電流有效值之比,即v=I1/I式(2)表明實(shí)際功率因數是由基波電流位移和電流波形畸變2個(gè)因素決定的。在實(shí)際工程設計中,諧波所致的無(wú)功功率很難估算,故上述算法實(shí)際上不可行。由于電網(wǎng)規模巨大,通?？梢哉J為電力系統的內阻為零(視作無(wú)限大系統),因而僅考慮諧波電流而忽略諧波電壓的影響,即Um=0。此時(shí),功率因數P與諧波電流畸變率THD之間的關(guān)系如圖中國煤化際功率因數:COSq為理想正弦波的功率因數,即基波功率因數,由傳統估算得到CNMHG0.4150THDi/%圖1由圖1可見(jiàn),在諧波電流的影響下,由于諧波產(chǎn)生額外的無(wú)功功率,實(shí)際功率因數將按圖所示曲線(xiàn)下降。因此,在工程設計中,要按圖1所示曲線(xiàn)對功率因數進(jìn)行粗略的修正2.2諧波預防與治理技術(shù)電力系統中的無(wú)功功率主要由相位角和高次諧波造成。諧波預防與治理的要點(diǎn)在于以下幾方面(1)減少或抑制諧波源。(2)普通民用建筑配電變壓器繞組應采用Dynl1型聯(lián)結,對于5次諧波特別嚴重的場(chǎng)所可采用繞組為Dz5型聯(lián)結的專(zhuān)用變壓器,對于5次和7次諧波都很?chē)乐氐膱?chǎng)所可采用繞組為Dyd型聯(lián)結的專(zhuān)用變壓器(3)諧波干擾等級為1~3級的建筑物供配電系統中,涉及主要非線(xiàn)性負載的配電變壓器的負載率應按式(3)降容:降容系數D,1.15(3)1+0.15K∑h(1)∑(M2)2∑(Mn11)2∑(h/1)2其中K=(ln)2121)21+TDH2K值應根據治理后的諧波水平確定。圖2為諧波源負荷占變壓器負荷比例圖。降容系數可根據諧波源負荷占變壓器的負荷比例計算,也可按圖2來(lái)粗略估計。當不作計算時(shí),普通配電變壓器的負載率不宜大于75%8出諧波源設備占有率/%圖2諧波源負荷占變壓器負荷比例圖(4)諧波干擾等級為4級的建筑物供配電系統中,涉及主要非線(xiàn)性負載的配電變壓器的負載率(計算值)應按降容系數D確定,當不作計算時(shí),不宜大于70%。有條件時(shí),可選用按照系數制造的專(zhuān)用配電變壓器。應根據治理后的諧波水平確定值。(5)諧波干擾等級為4級的建筑物中,功率因數補償電容器應并應注意避免發(fā)生電網(wǎng)局部諧振。中國煤化工三.電氣設備的節能CNMHG(1)空調系統。其主要內容包括:①冷凍水與冷卻水系統的優(yōu)化控制;②冰蓄冷系統的優(yōu)化控制,現行的冰蓄冷控制技術(shù)還很不成熟,冰蓄冷控制策略仍需作深入硏究,尤其是在蓄冰裝置優(yōu)先方式下的融冰策略的研究,對于提高冰蓄冷系統的能源利用效率,促進(jìn)冰蓄冷技術(shù)的商業(yè)化應用具有決定性的意義;③熱交換系統溫差與流量的優(yōu)化控制;④變風(fēng)量系統等控制技術(shù)(2)給排水系統的優(yōu)化控制。(3)電動(dòng)機。包括電動(dòng)機的正確選型、調速方法、基于負載檢測的臺數控制(4)電梯。包括電梯的合理選型(如速度、載重量、調速方式等)、停層計劃及群控策略。(5)電動(dòng)門(mén)窗。包括門(mén)窗的節能控制、遮陽(yáng)系統的自動(dòng)控制等。四.結束語(yǔ)綜上所述,對于建筑電氣設計者來(lái)說(shuō),應充分考慮節能設計,應用先進(jìn)技術(shù),選用高效設備,不但節約能源,促進(jìn)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步,而且保護了環(huán)境參考文獻:[1]建筑照明設計標準.GB50034——2004[2]公共建筑節能節能設計標準.GB50189—2005.[3]王志祥.工業(yè)與民用建筑電氣設計節能辦法,應用能源技術(shù).2006.中國煤化工CNMHG