建筑节能,从总体上说,是通过政策引导,以节能技术和产品为基础,实现建筑产品的生产过程、建筑的施工过程和建筑使用等三个方面的节能目标。在这些过程中,普遍推广和应用节能技术是实现这个目标的一个关键环节。而标准规范是科学技术和实践经验的综合反映、是工程技术人员进行规划、设计、施工和验收等工程实践的准则和依据。随着人民生活水平的提高,建筑能耗必然较快增长,各类能源供不应求,能源的浪费却较为普遍。近年来,国家及相关部门已经深切意识到节能问题的重要性和紧迫性,人们环保意识的加强,如何有效的减少能源消耗,提高能源利用率,越来越成为我们关注的问题,电力系统作为全国八大节能降耗的重点行业,日益重视电能的节约与合理使用。
1电气节能原则电气节能是建筑节能的重要组成部分,节能措施也应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。(1)满足建筑物的功能:即基于满足在建筑物内创造良好人工环境提供必要的能源,为建筑设备运行提供必需的动力,按照用电设备对于负荷容量、电能质量与供电可靠性等方面的要求,来优化供配电设计,促进电能合理利用。(2)考虑实际效益:节能应按国情考虑实际经济效益。通过比较分析,合理选用节能设备及材料,使增加的节能方面的投资,能在几年或较短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。(3)节省无谓消耗的能量:考虑采取措施减少或消除与发挥建筑物功能无关的消耗如变压器的功率损耗,传输电能线路上的有功损耗等等,宜采用先进的调光技术、控制技术使其能耗降低。
1建筑电气节能技术措施
1.1变压器的节能措施即减少变压器的有功损耗。变压器的有功损耗按下式计算:ΔΡ=Ρo+β2Pκ式中ΔΡ为变压器的有功损耗(KW);Ρo为变压器的空载损耗(KW);Ρκ为变压器的短路损耗(KW);β为变压器的负载率。(1)Po作为变压器的空载损耗又称铁损,它是由铁芯涡流损耗及漏磁损耗组成,其值与铁芯材料及制造工艺有关,与负荷大小无关,所以在选用变压器时最好选择节能型变压器如S9,SL9,SC8等。它们采用优质冷轧取向矽钢片,由于“取向”处理,使矽钢片的磁畴方向接近一致,减少铁芯涡流好,减少了漏磁损耗。(2)Pκ是变压器额定负载传输的损耗又称变压器线损,它取决于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小,并与负荷率平方成正比。因此在选择变压器时应选用阻值较小的绕组,如铜芯变压器。βPκ用微分求它极值时,是在β=50%时每千瓦的负荷,此时变压器的能耗最小,但在β=50%负载率时仅减少变压器的线损,并未减少变压器的铁损,因此也不是最节能的。综合初装费,变压器、高低压柜、土建投资及运行费用,又要使变压器在使用期内预留适当的余量,变压器最经济节能运行的负载率一般在75%～85%之间。(3)在选择变压器容量和台数时,应根据负荷情况,综合考虑投资和年运行费用,对负荷合理分配,选取容量与电力负荷相适应的变压器,使其工作在高效低耗区内。
2.2减少供配电线路损耗线损是供配电线路经济运行的重要指标,由于配电线路有电阻,有电流通过时就会产生功率损耗,其公式为:ΔΡ=3I2R•10-3式中:ΔΡ为三相输电线路的功率损耗(KW);I为线电流(A);R为线路相电阻(Ω)。其中“R”线路电阻在通过电流不变时,线路长度越长则电阻值越大。在具体工程中,线路上电流一般是不变的,那么要减少线损,只能尽量减少线路电阻。而线路的电阻R=ρL/S,即与导线电阻率ρ、导线长度L成正比,与导线截面S成反比。要减少电阻值应从以下几个方面考虑:(1)尽量选用电阻率ρ较小的导线,如铜芯导线较佳,铝线次之。(2)尽可能减少导线长度,在设计中线路应尽量走直线少走弯路,另外在低压配电中尽可能不走或少走回头路。变电所应尽可能地靠近负荷中心,以减少供电半径。(3)增大导线截面积,对于较长的线路,在满足载流量,热稳定,保护配合及电压降要求的前提下,在选定线截面时加大一级线截面。这样增加的线路费用,由于节约能耗而减少了年运行费用,综合考虑节能经济时还是合算的。
2.3照明节能措施(1)充分利用自然光,根据自然光的照度变化,分组分片控制灯具开停。设计时适当增加照明开关点,即每个开关控制灯的数量不要过多,以便管理和有利节能。室外照明系统,最好采用光电控制器代替照明开关,以利节电。在插座面板上设置翘板开关控制,当用电设备不使用时,可方便切断插座电源,消除设备空载损耗,达到节电的目的。(2)有效控制单位面积灯具安装功率。按照照明设计规范的视觉要求、照度标准、照明功率密度等,在满足照明质量的前提下,一般房间及公共场所应优先采用紧凑型荧光灯及高效发光的荧光灯,体育馆场及厂房的室外照明等一般照明宜采用金属卤化物灯、高压钠灯等高效气体放电光源。(3)使用低能耗性能优的光源用电附件,如节能型电感镇流器、电子镇流器、电子变压器以及电子触发器等,公共建筑场所内的荧光灯宜选用带有无功补偿的灯具,紧凑型荧光灯优先选用电子镇流器,气体放电灯宜采用电子触发器。
2.4电动机节能措施在建筑电气中的电动机都是与暖通、水道、建筑等工种的设备配套的,由设备制造厂商统一供应的。因此,其节能措施只能贯彻在运行过程中,除了用就地补偿电容器以减少线路由于输送超前无功而引起的有功损耗外,还应减少电机轻载和空载运行。采用这种方式,可提高电机在轻载时的效率,达到节能的目的。另外,其它节电途径还有按经济运行选择合适的电机容量,减少轻载和空载运行时间,保证电机的电源电压基本正常等措施。
3建筑电气新技术的应用为解决传统节能技术能源浪费大的问题,新一代建筑电气技术正在试图采用各种先进的控制方式对传统建筑电气设备进行有效的控制。另外,通过中控电脑则可监视和控制整个建筑的灯光、遮阳及空调设备,同时可以看到各区域、各房间的实际温度,并可设定各房间可调节温度的上下限;通过定时则可对定时上下班场所的灯光、空调、窗帘等进行定时控制。所有这些措施都可以达到节能的目的,有效地降低建筑电气的能耗。民用建筑的节能潜力很大,建筑电气设计应充分考虑选择高效率的节能设备,应用先进的设计技术,按照节能标准进行设计,为人们提供健康、舒适、安全的居住、工作和活动空间。
4结语
电气节能是建筑节能中不可忽略的重要组成部分,为了实现我国可持续发展战略,建筑节能势在必行。我国应结合实际情况,综合利用各种节能技术措施,选择经济合理的节能方案,充分研究相关政策的制定和配套,形成新的机制和运作模式,制定出可操作性强、便于实施和审核检查的一整套科学体系,使之更好地指导和规范建筑节能,推动建筑节能的健康发展。
1电气节能原则电气节能是建筑节能的重要组成部分,节能措施也应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。(1)满足建筑物的功能:即基于满足在建筑物内创造良好人工环境提供必要的能源,为建筑设备运行提供必需的动力,按照用电设备对于负荷容量、电能质量与供电可靠性等方面的要求,来优化供配电设计,促进电能合理利用。(2)考虑实际效益:节能应按国情考虑实际经济效益。通过比较分析,合理选用节能设备及材料,使增加的节能方面的投资,能在几年或较短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。(3)节省无谓消耗的能量:考虑采取措施减少或消除与发挥建筑物功能无关的消耗如变压器的功率损耗,传输电能线路上的有功损耗等等,宜采用先进的调光技术、控制技术使其能耗降低。
1建筑电气节能技术措施
1.1变压器的节能措施即减少变压器的有功损耗。变压器的有功损耗按下式计算:ΔΡ=Ρo+β2Pκ式中ΔΡ为变压器的有功损耗(KW);Ρo为变压器的空载损耗(KW);Ρκ为变压器的短路损耗(KW);β为变压器的负载率。(1)Po作为变压器的空载损耗又称铁损,它是由铁芯涡流损耗及漏磁损耗组成,其值与铁芯材料及制造工艺有关,与负荷大小无关,所以在选用变压器时最好选择节能型变压器如S9,SL9,SC8等。它们采用优质冷轧取向矽钢片,由于“取向”处理,使矽钢片的磁畴方向接近一致,减少铁芯涡流好,减少了漏磁损耗。(2)Pκ是变压器额定负载传输的损耗又称变压器线损,它取决于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小,并与负荷率平方成正比。因此在选择变压器时应选用阻值较小的绕组,如铜芯变压器。βPκ用微分求它极值时,是在β=50%时每千瓦的负荷,此时变压器的能耗最小,但在β=50%负载率时仅减少变压器的线损,并未减少变压器的铁损,因此也不是最节能的。综合初装费,变压器、高低压柜、土建投资及运行费用,又要使变压器在使用期内预留适当的余量,变压器最经济节能运行的负载率一般在75%～85%之间。(3)在选择变压器容量和台数时,应根据负荷情况,综合考虑投资和年运行费用,对负荷合理分配,选取容量与电力负荷相适应的变压器,使其工作在高效低耗区内。
2.2减少供配电线路损耗线损是供配电线路经济运行的重要指标,由于配电线路有电阻,有电流通过时就会产生功率损耗,其公式为:ΔΡ=3I2R•10-3式中:ΔΡ为三相输电线路的功率损耗(KW);I为线电流(A);R为线路相电阻(Ω)。其中“R”线路电阻在通过电流不变时,线路长度越长则电阻值越大。在具体工程中,线路上电流一般是不变的,那么要减少线损,只能尽量减少线路电阻。而线路的电阻R=ρL/S,即与导线电阻率ρ、导线长度L成正比,与导线截面S成反比。要减少电阻值应从以下几个方面考虑:(1)尽量选用电阻率ρ较小的导线,如铜芯导线较佳,铝线次之。(2)尽可能减少导线长度,在设计中线路应尽量走直线少走弯路,另外在低压配电中尽可能不走或少走回头路。变电所应尽可能地靠近负荷中心,以减少供电半径。(3)增大导线截面积,对于较长的线路,在满足载流量,热稳定,保护配合及电压降要求的前提下,在选定线截面时加大一级线截面。这样增加的线路费用,由于节约能耗而减少了年运行费用,综合考虑节能经济时还是合算的。
2.3照明节能措施(1)充分利用自然光,根据自然光的照度变化,分组分片控制灯具开停。设计时适当增加照明开关点,即每个开关控制灯的数量不要过多,以便管理和有利节能。室外照明系统,最好采用光电控制器代替照明开关,以利节电。在插座面板上设置翘板开关控制,当用电设备不使用时,可方便切断插座电源,消除设备空载损耗,达到节电的目的。(2)有效控制单位面积灯具安装功率。按照照明设计规范的视觉要求、照度标准、照明功率密度等,在满足照明质量的前提下,一般房间及公共场所应优先采用紧凑型荧光灯及高效发光的荧光灯,体育馆场及厂房的室外照明等一般照明宜采用金属卤化物灯、高压钠灯等高效气体放电光源。(3)使用低能耗性能优的光源用电附件,如节能型电感镇流器、电子镇流器、电子变压器以及电子触发器等,公共建筑场所内的荧光灯宜选用带有无功补偿的灯具,紧凑型荧光灯优先选用电子镇流器,气体放电灯宜采用电子触发器。
2.4电动机节能措施在建筑电气中的电动机都是与暖通、水道、建筑等工种的设备配套的,由设备制造厂商统一供应的。因此,其节能措施只能贯彻在运行过程中,除了用就地补偿电容器以减少线路由于输送超前无功而引起的有功损耗外,还应减少电机轻载和空载运行。采用这种方式,可提高电机在轻载时的效率,达到节能的目的。另外,其它节电途径还有按经济运行选择合适的电机容量,减少轻载和空载运行时间,保证电机的电源电压基本正常等措施。
3建筑电气新技术的应用为解决传统节能技术能源浪费大的问题,新一代建筑电气技术正在试图采用各种先进的控制方式对传统建筑电气设备进行有效的控制。另外,通过中控电脑则可监视和控制整个建筑的灯光、遮阳及空调设备,同时可以看到各区域、各房间的实际温度,并可设定各房间可调节温度的上下限;通过定时则可对定时上下班场所的灯光、空调、窗帘等进行定时控制。所有这些措施都可以达到节能的目的,有效地降低建筑电气的能耗。民用建筑的节能潜力很大,建筑电气设计应充分考虑选择高效率的节能设备,应用先进的设计技术,按照节能标准进行设计,为人们提供健康、舒适、安全的居住、工作和活动空间。
4结语
电气节能是建筑节能中不可忽略的重要组成部分,为了实现我国可持续发展战略,建筑节能势在必行。我国应结合实际情况,综合利用各种节能技术措施,选择经济合理的节能方案,充分研究相关政策的制定和配套,形成新的机制和运作模式,制定出可操作性强、便于实施和审核检查的一整套科学体系,使之更好地指导和规范建筑节能,推动建筑节能的健康发展。
