民用建筑设计中电气节能研究

摘要:从民用建筑的"节电"着手,从合理计算用电负荷、变压器的经济运行、减少线路的电能损耗、提高系统的功率因数以及照明用电的节能设计等方面介绍了民用建筑电气节能的主要措施。

关键词:民用建筑;设计;电气;节能

中图分类号：TU855 文献标识码:A

随着人口的增加、工业的发展,能源的消耗量也在急剧增加,能源危机迫在眉睫。中国的能源问题尤为突出:能源总量不足、能源利用率极低、节能技术落后而且措施不充分落实。我国建筑业的飞速发展,是能源需求增长的主要原因。节约二次能源--电能,也就成为建筑电气设计的焦点。民用建筑电气设计的节能潜力很大,在工程设计中应精心考虑,采用各种措施节约电能,同时应满足科学性、经济性的要求。

1 合理计算用电负荷

用电负荷计算方法选择得当,会达到节材、节能的目的,若选择不当,会带来不必要的投资和能源浪费。用电负荷计算方法宜按下列原则选取:在方案设计阶段可采用单位指标法,在初步设计阶段及施工图设计阶段,宜采用需要系数法,对于住宅建设,在设计的各个阶段均可采用单位指标法和单位面积法。

2 变压器的经济运行

变压器的损耗包括空载损耗和负载损耗,即:Pb= Po+β2×Pk,

式中Pb---变压器的有功损耗;

Po---变压器的空载损耗;

Pk---变压器的有载损耗;

β---变压器的负载率。

2.1 Po为空载损耗又称铁损,它是由铁芯的涡流损耗及漏磁损耗组成,是固定不变的部分,它的大小取决于硅钢片的性能及铁芯的制造工艺。所以在建筑电气设计中,应优先选择节能型的变压器,如S11-R、SL11-R及SGB11-R等油浸式变压器及干式变压器,它们都是采用优质冷轧取向硅钢片,由于"取向"处理,使硅钢片的磁畴方向接近一致,以减少铁芯的涡流损耗。

2.2 Pk是功率传输的损耗,即变压器的铜损,取决于变压器绕组的电阻及流过绕组的电流的大小,它与负载率β的平方成正比。应选用阻值较小的绕组,采用铜芯变压器。考虑到初装费、变压器、低压柜、土建的投资及各项运行费用,又要使变压器在运行期间预留适当的容量,在确定变压器容量时,变压器的负载率应在75%-85%之间比较合适(建议β=0.8)。

2.3 应根据负荷情况合理选择变压器容量、台数。民用建筑应按经济运行原则灵活选用变压器数量及投切方式,对于负荷系数长期偏低的变压器,应该考虑换用较小容量的变压器,若变压器选择容量过大,长期低于经济运行的负荷率,会造成有功损耗的上升,因为其铁损并没有减少,当容量大而需要选用多台变压器时,在合理分配负荷的情况下,尽可能减少变压器的台数,选用大容量的变压器。如果运行条件许可,两台(或两台以上)并列运行的变压器,可考虑在负荷低时切除一台,或者采用在负荷变化自动调整运行台数的装置。

2.4 同等情况下,电压越高,损耗越小。民用建筑用电设备电压等级大部分为220/380V,但一些大型或特大型的民用建筑的空调主机为了节能目的,可以选择10(6)KV的设备。

3 减少线路的电能损耗

在一个工程中,线路较长且复杂交错,线路上的总有功损耗是相当可观的,减少线路的能耗须引起设计者足够的重视。线路的电流是不能改变的,要减少线路损耗,只有减少线路电阻。线路电阻R=ρ×L/S(式中:ρ为电导率;L为导线长度;S为导线截面积)。因此,减少线路的损耗应从以下几方面入手:

3.1 选用电导率ρ较小的材质作导线,铜芯最佳。

3.2 减少导线长度L。首先线路尽可能走直线,少走弯路,以减少导线长度;其次配电室或配电箱应位于负荷中心,减少配电导线长度L,以减少线路上的电能损失。民用建筑的主要用电为空调用电,其次为照明用电,还有所占份额不大的电梯、水泵、风机等动力用电。一般有空调的民用建筑,负荷中心往往是在空调主机附近。

3.3 适当增大导线截面S,对于比较长的线路,除满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面,应再加一级导线截面,这样可以延长导线的使用寿命,减少线路的损耗,减少火灾危险。

4 提高系统的功率因数

提高功率因数可以减少线路及变压器损耗。线路上传输的功率分为有功功率和无功功率。有功功率是满足建筑物功能所必须的,是不可变的。电气系统的用电设备,如电动机、变压器、线路、气体放电灯中的整流器都具有电感,会产生滞后的无功功率,这就需要从系统中引入超前的无功功率相抵消,超前的无功功率就从系统经高低压线路传输到用电设备,在线路上就产生了功率损耗。这部分损耗是可以通过以下几种措施来降低的。

4.1 提高设备的自然功率因数,以减少对超前的无功功率的需求,优先考虑采用功率因数较高的的同步电动机,荧光灯可采用高次谐波系数低于15%的电子镇流器。

4.2 由于感抗产生的是滞后的无功功率,可采用电容器补偿,因为电容器产生的是超前的无功功率,两者可以相互抵消。采用电感镇流器的气体放电灯,安装电容器,可以提高功率因数,同时也提高了电源的输送能力。

4.3 在用电设备选型及调速控制方案一定的情况下,若自然功率因素达不到要求,应进行无功功率的补偿。对供电点较远且无功功率较大的设备采用就地补偿,减少线路上的无功传输损耗,达到节能的目的;在用电设备集中的地方采用成组补偿;民用建筑内其他的无功功率则主要在变电所内集中补偿,并多采用自动无功功率补偿加固定补偿方式。

5 照明用电的节能设计

照明用电量大且面积广,照明的节能潜力很大。照明节能设计中,除了满足照度、光色、显色指数外,不能单靠减少灯具数量或降低功率,要充分利用自然采光,改善环境的反射条件,推广应用新光源和改进照明灯具的控制方式,从而达到节能的目的。

5.1 采用高效节能光源。在灯具悬挂较高的场所的一般照明,宜采用高压钠灯、金属卤化物灯,除特殊情况外,不应采用管形卤钨灯及大功率普通白炽灯。在灯具悬挂较低的场所的一般照明,宜采用荧光灯, 除特殊功能建筑物(如博展馆、影剧院、高级饭店等场所)外,不应采用普通白炽灯。

5.2 改善照明器的控制方式。照明器的控制,应根据各房间使用的不同特点和要求区别对待。面积较小的房间宜采用一灯一控或二灯一控的方式;面积较大的房间采用多灯一控的方式,但每个开关控制的灯数不宜太多,也应考虑适当数量的单控灯。建筑内的楼梯间、走廊等公共通道,照明器宜采用定时开关控制。在远离侧窗的天然采光不足的区域内的电气照明,宜采用光电控制的自动调光装置以随天然光的变化而自动地调节电器照明的强弱,保证室内照明的稳定。室外照明宜采用光电自动开关或光电定时开关控制。

参考文献

[1]朱林根.民用建筑变配电设计[M].北京:建筑工业出版社,2002.

[2]李宏毅.建筑电气设计及应用[M].北京:科学出版社,2001.

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