建筑電氣設計階段環(huán)保節(jié)能措施淺談

倪海峰

建筑電氣設計階段環(huán)保節(jié)能措施淺談

倪海峰

結合天津中新生態(tài)城的實際情況,從電氣供配電系統(tǒng)、電氣照明、節(jié)電產(chǎn)品的應用及太陽能合理應用等方面講述了民用建筑電氣設計階段需要采取的節(jié)能環(huán)保措施,并作了簡要分析,以實現(xiàn)電氣系統(tǒng)的節(jié)能目標。

建筑電氣設計,節(jié)能,生態(tài)環(huán)保

隨著社會的發(fā)展,對能源的需求大幅增長,而能源卻越來越短缺,怎樣節(jié)約能源便成為擺在人們面前的嚴峻問題,筆者就民用建筑電氣設計階段如何節(jié)能提出自己的一些看法和見解。

中新天津生態(tài)城規(guī)劃區(qū)域內現(xiàn)狀 1/3是廢棄鹽田,1/3是鹽堿荒地,1/3是有污染的水面,土地鹽漬化嚴重。在這樣一個資源約束條件下建設生態(tài)城,符合中新兩國政府確定的不占耕地、在水資源短缺地區(qū)選址的原則。通過一系列措施,生態(tài)城規(guī)劃區(qū)域將逐步成為“人與人和諧共存、人與環(huán)境和諧共存、人與經(jīng)濟活動和諧共存”的“美麗城”。因此,生態(tài)城將致力于建設成為綜合性的生態(tài)環(huán)保、節(jié)能減排、綠色建筑、循環(huán)經(jīng)濟等技術創(chuàng)新和應用推廣的平臺,國家級生態(tài)環(huán)保培訓推廣中心,現(xiàn)代高科技生態(tài)型產(chǎn)業(yè)基地,“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”宜居示范新城,參與國際生態(tài)環(huán)境建設的交流展示窗口。結合目前建設開發(fā)的生態(tài)城南部片區(qū)第一細胞商業(yè)街項目、動漫產(chǎn)業(yè)園項目以及濱海家園住宅項目等,提出如下電氣工程節(jié)能措施。

1 電氣配電系統(tǒng)方面的節(jié)能

1.1 供配電系統(tǒng)及電器產(chǎn)品的節(jié)能措施

1.1.1 合理設計供配電系統(tǒng)

1)根據(jù)負荷容量、供配電距離及分布、用電設備特點等因素,合理設計供配電系統(tǒng)和選擇供配電電壓,供配電系統(tǒng)應盡量簡單可靠,同一電壓供電系統(tǒng)變配電級數(shù)不宜多于兩級。2)變電所應盡量靠近負荷中心,以縮短配電半徑,減少線路損失。根據(jù)負荷情況,可切除部分變壓器,從而降低損耗。3)根據(jù)負荷情況合理選擇變壓器容量、臺數(shù),其接線應能適應負荷變化時,按經(jīng)濟運行原則靈活投切變壓器。4)按經(jīng)濟運行電流密度合理選擇導線截面,一般按年綜合運行費用最小原則確定經(jīng)濟電流密度。

1.1.2 提高功率因數(shù),減少電能損失

1)提高功率因數(shù)的意義：a.可減少線路損失;b.可減少變壓器的銅損;c.可減少線路及變壓器的電壓損失;d.可以增加發(fā)配電設備的供電能力。2)提供功率因數(shù)的措施：a.減少供用電設備的無功消耗,提高自然功率因數(shù)。b.用靜電電容器進行無功補償。

1.1.3 無功功率補償

對配電變壓器進行無功補償可提高功率因數(shù),有利于節(jié)能降耗,補償后功率因數(shù)均大于 0.95。

1.1.4 電力電纜的選擇

1)電力電纜材質的選擇：電纜線路的有功電能損耗為三相電路中有功功率損耗與最大負荷年損耗小時數(shù)的乘積。而有功功率損耗的大小主要取決于線路的電阻和感抗,即導體材質、截面積及絕緣形式。相對于鋁導體,銅導體的導電率高且能耗低,因此,銅芯電力電纜在工程設計中被廣泛使用。

2)按經(jīng)濟電流選擇：電纜截面的選擇除技術條件外,另一個方面是經(jīng)濟條件,即按經(jīng)濟電流選擇。電氣設計領域逐步同國際接軌,陸續(xù)等同或等效采用國際電工標準,推廣應用IEC-287-3-2/ 1995《電力電纜截面的經(jīng)濟最佳化》標準。

1.1.5 配電變壓器的節(jié)能措施

變壓器節(jié)能的實質就是降低損耗,提高運行效率,具體有以下幾項措施：1)合理選擇變壓器的容量和臺數(shù)。選擇變壓器的容量和臺數(shù)時,應根據(jù)負荷情況,綜合考慮投資和年運行費用,對負荷進行合理分配,選取容量與電力負荷相適應的變壓器,使其工作在高效區(qū)內。一般情況下負荷率在 0.3～0.75時,是經(jīng)濟運行區(qū);負荷率在 0.5～0.6時,變壓器效率最高。負荷一定時,功率因數(shù)越高變壓器效率亦越高。2)選用節(jié)能型變壓器后,更換或改造高耗能的變壓器。新建或改建工程應選用SL7,S9,SC(B)9等節(jié)能型變壓器。3)加強運行管理,實現(xiàn)變壓器的經(jīng)濟運行。

1.1.6 采取抑制諧波的技術措施

隨著電氣技術的飛速發(fā)展,大量照明用的氣體放電燈及電子鎮(zhèn)流器、生活日用電氣中變頻空調器、計算機等非線性設備以及變頻水泵、變頻風機等設備的廣泛應用,均向電網(wǎng)輸送了大量的高次諧波。諧波的產(chǎn)生會導致風機或水泵的電動機效率降低、發(fā)熱增加,從而縮短其使用壽命;使變壓器產(chǎn)生附加損耗,從而引起過熱,使絕緣介質老化加速,導致絕緣損壞;諧波電流會引起電氣設備及配電線路過載導致短路,甚至引發(fā)電氣火災。

諧波的抑制方法很多,常用的方法有增加換流裝置的脈動數(shù)、加裝交流濾波裝置、改善三相不平衡度、在用戶進線處加裝串聯(lián)電抗器、采用有源濾波器/無源濾波器等新型濾波措施。諧波抑制措施的選擇要根據(jù)濾波達標的水平、效果、經(jīng)濟性和技術成熟度等綜合比較后確定,從而抑制高次諧波造成的系統(tǒng)發(fā)熱和損耗,實現(xiàn)電氣系統(tǒng)的節(jié)能。

1.1.7 節(jié)電裝置的應用

自動穩(wěn)壓型交流電源集中控制節(jié)電裝置,采用“電磁平衡原理”節(jié)電技術,通過裝在內部的LC無源濾波器抑制高次諧波造成的系統(tǒng)發(fā)熱和損耗,吸收系統(tǒng)內部的失真電能并轉化成為有用電能,通過裝置本身的感抗和負荷系統(tǒng)的感抗形成互感,可提高負荷系統(tǒng)電能的利用率,即提高功率因數(shù)。節(jié)電裝置串聯(lián)接入電力系統(tǒng)中,對系統(tǒng)輸入電能進行集中控制與多方位管理,改善電能質量,將供電參數(shù)調整到負荷設備最適合的工作狀態(tài)。

1.1.8 太陽能光伏發(fā)電

太陽能是一種取之不盡、用之不竭的清潔能源,太陽每秒鐘釋放出來的能量,相當于目前全世界一年內能源總消耗量的 3.5萬倍。然而太陽能必須被高效地收集并轉化為熱能、電能等常規(guī)能源,才能被充分利用。國家《電力法》規(guī)定,鼓勵各企業(yè)使用清潔能源及可再生能源,如風能、水能、太陽能等。太陽能是容易直接獲取的清潔能源之一,太陽光伏發(fā)電就是利用光伏效應把太陽光能直接轉化成電能的供電模式。隨著太陽能光伏發(fā)電技術的不斷發(fā)展完善和日趨成熟,該系統(tǒng)將會廣泛應用于各個領域。目前中新生態(tài)城幾乎所有的公共建筑均不同程度的使用了太陽能光伏發(fā)電裝置及太陽能熱水。

1.2 照明系統(tǒng)方面的節(jié)能

1)選用合適的照明方式。在同一照明區(qū)間內,優(yōu)先選用分區(qū)一般照明,根據(jù)視覺作業(yè)的要求,按需分設照度標準值,改變照度標準值單一的情況,切合實際,避免浪費,有效節(jié)能。一般照明可按需增設局部照明,高照度區(qū)采用混合照明。2)照明系統(tǒng)的設計。照明供電盡可能采用三相四線制。系統(tǒng)設計時,將照明負荷均勻地分配到三相電路中,采用三相四線制線路供電比單相二線供電可減少線路損失 85%。3)選用高光效長壽命節(jié)能型光源。高光效光源主要指氣體放電燈。一般室內的照明優(yōu)先選用熒光燈。發(fā)光二極管(LED)以其長壽命(可達100 000 h),良好的顯色性,無頻閃,響應時間短,耐振動,耐氣候,使用安全等諸多優(yōu)點得到廣泛應用。本設計要求開啟型熒光燈具效率不小于 75%,格柵型燈具效率不小于 60%,氣體放電燈的整體功率因數(shù)不得低于 0.9,鎮(zhèn)流器自身功耗不大于光源標稱功率的 15%。4)照明系統(tǒng)能耗很大,采用 I-BUS智能控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)對各大空間如停車庫、多功能廳、游泳池、會議室、餐廳等燈具實行定時開閉或調光;會議室或多功能廳的用電設備統(tǒng)一控制,以節(jié)約電能。5)合理設計各場所照度,使照明功率密度不大于《建筑照明設計標準》表 6.1.2規(guī)定：變配電室：現(xiàn)行值 8 W/m2,目標值 7 W/m2;照度標準值：100 Lx。6)太陽能燈的利用。太陽能照明是將太陽能輻射轉化成電能,再將它應用到照明系統(tǒng)。太陽能光伏技術的應用不會產(chǎn)生二次污染,并且照明的工作電壓只有 12 V～24 V,對人體沒有任何的危害性。太陽能照明系統(tǒng)采用微電腦智能化控制,全部自動化,無需人員看管,常用光感系統(tǒng),做到天黑亮燈,天亮熄燈。并且太陽能照明工程后期工作運行費用低,供電系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。太陽能燈具使用壽命長,光源為冷光源,不會產(chǎn)生溫室效應,對植物沒有任何影響。采用太陽能發(fā)電技術,供建筑物的外檐泛光照明、戶外路燈照明及戶外廣告照明等用電,既節(jié)約了電能,又節(jié)約了敷設電纜等帶來的人力、財力。

2 電氣專業(yè)其他方面的節(jié)能措施

1)保持三相平衡,使最大不平衡相負荷不超過三相平均負荷的 15%;最小相負荷不小于三相負荷平均值的 85%。另外,大樓投入使用時盡量保持三相平衡。

表1 燈具的效率及鎮(zhèn)流器諧波含量 %

2)限制諧波,如變頻設備、照明燈具電感鎮(zhèn)流器等,訂貨時盡量選用低諧波設備,要求燈具鎮(zhèn)流器諧波含量不大于 20%(見表1)。

[1] 黃家室.建筑小區(qū)應用太陽能光伏發(fā)電供配電方式探討[J].建筑電氣,2009,28(2)：22-25.

[2] 陳一才.智能建筑電氣手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,1999：839.

[3] 張紹剛.照明設計手冊[M].第 2版.北京：中國電力出版社(照明節(jié)能部分),2006：527-533.

Shallow discussion on energy-saving and environmental protection measures at building electrical design phase

NIHai-feng

Combining with the actual condition of Sino-Singapore Tianjin eco-city,it expounds the energy-saving and environmental p rotection measures needed adopting at civil building electrical design phase from aspects of electric power supp ly and distribution system,electric lighting, application of energy-saving products,and rationalapplication of solar,etc.,and makes briefanalysis,with a view to achieve the energy-saving target of electrical system.

building electrical design,energy-saving,eco-environmental protection

TU855

A

1009-6825(2011)09-0200-03

2010-12-06

倪海峰(1973-),男,工程師,天津生態(tài)城建設投資有限公司,天津 300480