建筑电气设计中的节能技术措施

摘要:能源的重要性日益显现,电气设计需要节能,文章从建筑电气设计节能的原则及建筑电气节能的设计,讨论了建筑电气设计中的节能技术措施。

关键词:建筑电气设计;节能技术;优化措施

人口、资源和环境是当前经济活动中全球共同关注的三大问题,各国都把节约能源、保护环境放在重要位置。随着人口的增加、工业的发展、生活水平的提高,能源的消耗量也急剧增加,能源危机迫在眉睫。因此,各行各业提出了节能的要求,节约二次能源——电能,也就成为民用建筑电气设计的焦点。

一、建筑电气设计节能的原则

建筑电气节能应坚持以下3个原则:

1.应满足建筑物的使用功能,即满足照明的照度、色温、显色指数;满足舒适卫生;满足上下左右的运输通道通畅无阻:满足特殊工艺要求,如游乐场所的一些游乐设施的设备用电,展厅的艺术照明及动力用电等。

2.节能应按国情考虑实际经济效益。不能因为节能而过高地消耗投资,增加运行费用。而是让该部分增加的投资,能在几年甚至更短的时间内用节能减少的运行费用进行回收。

3.节能的着眼点,应是节省无为损耗的能量。首先找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物的功能无关的,再考虑采取相应的措施节能。如变压器的功率损耗,传输电能线路的有功损耗都是无用的能量损耗;又如量大面广的照明容量,采用先进技术成果使其能耗降低。

因此,节能措施也应该贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。建筑节能涉及多专业技术及其融合,如建筑设计、建筑维护结构、暖通空调系统、热水和照明等多方面问题。电气设计是建筑节能内容之一,目前,有关建筑节能的标准,包括强制性条文规定已经相继公布,但仍没有引起专业人员的足够重视,节能设计的理念淡薄,有效措施掌握不够,如建筑设计的节能专篇中根本没有电气专业论述,设计中节能措施应用较少。本文正是以电气设计的视角,论述了节能设计的技术措施。

二、暖通空调系统的自动控制

公共建筑暖通空调系统的能耗至少占建筑总能耗的50%以上,系统节能潜力是巨大的,优化系统设计是节能的前提,系统的自动控制则是节能成败的关键。目前,暖通空调系统的自动控制基本上采用建筑设备自动化系统,简称BAS或BA系统。BA系统是智能建筑的特征之一,也是建筑节能的有效途径之一,节能效率达10%-30%。

1.系统接口设计。

BA系统工程师应与暖通空调系统、强电系统工程师密切配合,以优化系统的接口设计。主要包括:

(1)检测参数与传感器的选择;

(2)风、水、蒸汽阀门管径的计算;

(3)电动调节节阀的流量特性选择;

(4)电力与照明配电柜㈤的一次、二次接线原理图设计:

(5)与独立运行控制系统的通信接口设计。

2.节能控制优化设计措施。BA系统控制方案的优化应将节约能耗和提高控制水平放在首位,对系统的结构和参数进行最佳匹配,使整体效能最佳。例如,PID控制策略下的参数优化应考虑被控对象和环境条件等因素。从整体上讲,暖通空调系统的自动控制应考虑下列策略;(1)机电设备启停优化控制;(2)变风量、变流量系统最优控制;(3)冬夏季部分负荷时水泵分设控制;(4)与冰蓄冷相结合的低温送风系统控制;(5)参数设定节能控制,包括温度标准设定、焓值控制、利用室内C02浓度控制新风量等。

三、照明系统节能设计

公共建筑照明系统的能耗也非常大,约占建筑总能耗的15%～30%,系统节能不容忽视。

1.照明标准。现行国家标准为(GB50034—2004)《建筑照明设计标准》新标准提高了照度水平和照明质量,推动了照明领域的科技进步,如优质高效的稀土三基色荧光灯的应用。更重要的是新标准有利于提高照明能效,推进绿色照明的实施,标准将照明功率密度值的规定作为强制性条文,从而把节能放到了重要位置。

2.照光光源选择。

(1)用细管径直管形三基色T8和T5荧光灯代替T12荧光灯。节能率为25%—35%。

(2)高度大于4.5m的场所,用金属卤化物灯或高压钠灯代替荧光高压汞灯,节能率为37.5%。

(3)自镇流紧凑型荧光灯取代白炽灯(40—100W),节能率为30%—75%。

3.系统设计节能措施。

(1)采用先进的系统控制方式:一是采用独立运行的二线制控制系统,如ABBi—bus、奇胜C—Bus2、松下全2线式控制系统等;二是采用BA系统,将照明系统作为BA系统的一个子系统设计。比较而言,方式一的优点是系统独立运行,场景预设与亮度调节灵活,尤其适用于控制点多且功能要求较高场所,而方式二则适用于大空间场所的集中控制。

(2)荧光灯功率因数应补偿至0.9以上,根据应用场所特点选用节能型电感镇流器或电子镇流器,以便减少配电干线及分支线电流,从而降低能耗。

(3)照明负荷为单相负荷,要尽可能平衡分接相序,否则中性线电流加大,导致能耗加大。

(4)利用采光板的昼光照明设计。

(5)应用声光结合控制装置及宾馆客房用节电装置。

四、供配电系统节能设计

供配电系统的节能设计要考虑方案的合理性、系统设备和供电线路的能耗。

1.优化用电负荷计算与负荷分配,选择最佳变压器负载率,从而降低变压器容量,减少变压器损耗。

2.采用集中或分散方式进行无功补偿,提高低压侧功率因数,使其大于0.9,减少变压器损耗及配电线路损耗。

3.合理确定配电点位置,配电间或配电柜应靠近负荷中心,从而减少电压损失与电能损耗。

4.控制各类非线性用电设备所产生的高次谐波。降低高次谐波值,减少变压器、电动机、线路等的电能损耗。

5.采用峰谷调节能量控制。

五、太阳能光伏发电系统的应用

1.太阳能光伏发电系统。太阳能属于可再生能源,其优点是减少污染、保护生态环境。独立运行太阳能光伏发电系统由太阳能电池板、控制器、蓄电池和逆变器组成,若并网运行,则无需蓄电池组。

2.系统应用。我国年均太阳能辐射量为5000WJ,年均日照时间为2200h,资源相当丰富。每平方米太阳能电池板的发电量按100W/h计算,则年发电量为200kW以上。目前,太阳能光伏发电系统应用场所主要包括:

(1)建筑物部分用电设备;

(2)环境照明,如庭院灯、草坪灯等;

(3)道路照明、体育场照明等。

3.系统设计时应考虑的主要因素。

(1)用电负荷的性质、大小及每天工作的时间;

(2)系统输出的电压等级;

(3)阴雨于气时系统连续工作时间:

(4)建筑物所在区域的太阳能辐射量和日照时间;

(5)太阳能电池板的安装位置和抗风荷载的措施。

六、结语

建筑物的使用寿命为50—100年,在长期使用过程中,其能量消耗是巨大的,所以建筑节能一直是我们需要深入研究的课题。民用建筑电气设计的节能潜力很大,电气设计专业人员应高度重视节能设计理念,全面掌握并运用有效的节能措施,采用各种措施节约电能,同时应满足科学性、经济性的要求。在选用节能的新设备时,应全面地了解其原理、性能、效果。从技术上、经济上进行比较,再选定节能设备。以达到真正的节能目的。

参考文献

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[2]王可崇,乔世军,王晓丽,张建,建筑设备自动化系统[M]北京:人民交通出版社。2003,

[3]全国民用建筑工程技术措施一电气[M]北京:中国计划出版社,2003