建筑电气节能设计

建筑电气节能设计李铮力重庆大恒建筑设计有限公摘要:建筑电气节能设计,对建筑发展具有重大意义,不仅有效地缓和电力供需矛盾,保证国民经济持续、高速、健康的发展,而且经济效益显著,是一种经济的电力开发形式。本文就建筑电气多方面内容进行了详细论述,以供同行参考。关健词:电气设计;照明系统;节能设计;供电系统电气照明系统的节能设计天然光源是取之不尽、用之不竭的能源。在照明节能的实施工程中,应当充分加以利用,制定建筑物的采光标准,确定采光方式,将采光和照明有机地结合起来。白天尽可能地利用天然光源,使建筑物内获得稳定的光照条件。同时,室内引入阳光,既能大大节约照明能耗,亦有助于提高室内温度,对于降低建筑能耗也具有重要的现实意义。1.1照明设计时的照明方式选择(1)当照明场所要求高照度时,应选混合照明的方式(2)当工作位置密集时,可采用单独的一般照明方式。但照度不宜太高,一般最高不宜大于500lx。(3)当工作位置的密集程度不同或者为某一区域时,可采用分区一般照明的方式,要求高的工作区可采用较高的照度,非工作区可采用较低的照度,但两者的照度比不宜大于3。1.2确定合理的照明指标(1)照明的节能应能提高整个照明系统的效率,而不应在损失主要照明质量的情况下片面地强调节能(2)照明设计时,应从照度标准、照明均匀度、统一眩光值、光色、照明功率密度(LPD)值能效指标等来客观、综合地评价。(3)在民用建筑中实施的照度标准值,可以根据照明要求的档次高低来选择。档次要求高的允许提高一级,档次要求低的允许降低一级,以有利于照明的节能。(4)建筑照度标准值应从节能角度考虑,按实际需求来选择照度标准值的髙低,不宜追求或攀比高照度水平。1.3照明光源设计(1)照明光源的选用原则进行照明设计时,照明光源的选择应符合国家现行相关标准的规定。照明光源应根据不同的使用场合来选择,以使其具有尽可能高的光效,达到照明节能的效果。高效光源是照明节能的首要因素,必须重视推广应用高效光源。电光源的选用,根据应用场所不同,至少有两类高效光源应予推广使用。A.荧光灯具有光效高、寿命长、显色性好等优点。直管荧光灯适用于高度较低的房间,如办公室、教室、会议室及仪表、电子等生产场所。紧凑型荧光灯(包括“H”型、“U”型、“D”型、环形等)适用于家庭住宅、旅馆、餐厅、门厅、走廊等场所。90年代后期,在国际上出现一种创新科技光源,现已在欧美发达国家广泛使用,这就是T5荧光灯管。它与传为l6m,减小了40%,既节省了材料,又节省了仓储和运输成中国煤化工较,直径过去在使用荧光灯的场所,普遍都是采用40W的灯管,光通具CNMH现在选用只有28w的T5荧光灯,光通量却达到26001m。从40W减少为28W,约节约30%的电能,光通量却提高20%。根据平均照度公式:E。、N×d×UK÷A式中:E平均照度k(设计选定)N—灯具数量Φ——光源光通量Ira(可查)U——利用系数,按经验选取0.4,CIE推荐0.3K——维护系数,一般选用0.7;A——被照面积m2。可以通过此公式来计算灯具数量。假如有一个10m°的普通办公场所(规范要求照度达到3001x),采用传统的直管荧光灯,大概需要的荧光灯数量是N=300×100÷2200÷0.4÷0.7≈49(支)年耗电(每天8h):P=40×49×8×365÷1000≈5724(kW/h)如采用T5荧光灯,在同等条件下,所需要的灯管数量为:N=300×100÷2600÷0.4÷0.742(支)年耗电(每天8h):P=28×42×8×365÷1000≈3434(kW/h)年节约电能:△P=5724-3434=2290kW/h),节电约40%紧凑型节能荧光灯的光效为白炽灯5~7倍,寿命是的白炽灯5倍,是21世纪荧光灯的发展方向。紧凑型荧光灯由于节电率高,安装、使用方便而成为直接替代白炽灯的首选产品。紧凑型节能荧光灯与白炽灯的比较见表1。表1紧凑型节能荧光灯与白炽灯技术参数比较节能灯的功率(W)121620光通量(1m)22540065081011001330寿命(h600060006000600060006000等效的白炽灯功率(W)6075120如表1所示,假设某个场所需要1000只100W的白炽灯,对应上表,我们可以采用1000只20w的紧凑型节能荧光灯来代替,假设这些灯泡每天工作8h,那么一年就可以节电△Px=(100-20)×1000×103×8×365=233600(kW/h)由此可见,采用节能荧光灯代替白炽灯的节能效果是显著的。此外,尤其是在荧光灯内采用稀土三基色荧光粉,其显色指数可达85,使得被照物体颜色更鲜艳、清晰,目前在国际上被认为是较理想的室内新光源以钠灯、金属卤化物灯为代表的高强度气体放电灯(HID)具有发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不锈蚀等优点。广泛应用于道路、高速公路、机场、码头、船坞、车站、广场、街道交汇处、工矿企业、公园、庭院照明及植物栽培。高显色钠灯主要应用于体育馆、展览厅、娱乐场、百货商店和宾馆等场所照明钠灯是近年来发展的高效节能新光源,分高压钠灯和低压钠灯两种,光效为白炽灯的8~10倍,为高压汞灯的2~2.5倍。它的寿命可达1万~2万h,电能至光能的转换率可达30%(2)镇流器的选用原则中国煤化工(1)自镇流荧光灯应配用电子镇流器(2)直管形荧光灯应配用电子镇流器或节能型电感镇流器。CNMHG(3)高压钠灯、金属卤化物灯应配用节能型电感镇流器;在电压偏差较大的场所,宜配用恒功率镇流器;功率较小者可配用电子镇流器(4)荧光灯和高强气体放电灯的镇流器分为电感镇流器和电子镇流器,选用时宜采用能效因数(BEF)高的镇流器。能效因数的计算公式为BEF100P式中BEF镇流器能效因数镇流器流明系数值P—线路功率其中,μ是指基准灯和被测镇流器配套工作时的光通量与基准灯和基准镇流器配套工作时的光通量之比1.4高效的照明控制系统设计照明控制主要体现在以下两个方面(1)能营造良好的光环境。通过控制光环境来划分空间,同一空间中可创造出不同的环境氛围,体现了照明环境的舒适性。(2)可节能。使用者需要时才开启照明,尽可能减少不必要的开灯时间、数量和过高的照度,以有利于照明的节能。工程设计人员应当充分认识到它的重要性供电系统的节能设计2.1功率因数补偿设计要点(1)注重提高供配电系统及用电设备的自然功率因数,选型时应优先选用功率因数指标较好的设备。(2)无功补偿设备应适当靠近无功源,低压用电设备产生的无功功率宜由低压侧的电容器来补偿,高压用电设备产生的无功功率则应由高压侧的电容器来补偿。(3)谐波环境中的功率因数补偿应作修正计算。当谐波存在时,谐波功率因数P小于基波功率因数COSq,即 PF COS COPEPP S=PFa=·PFax(1)式中P—有功功率S——视在功率S—基波视在功率位移功率因数畸变功率因数也可以利用基波因数来计算谐波环境中的功率因数PFCOSP,UIPF=COS PP=v COS ,(2)式中,基波因数,其值为基波电流有效值与总电流有效值之比,即v=I1/I式(2)表明实际功率因数是由基波电流位移和电流波形畸变2个因素决定的。在实际工程设计中,谐波所致的无功功率很难估算,故上述算法实际上不可行。由于电网规模巨大,通常可以认为电力系统的内阻为零(视作无限大系统),因而仅考虑谐波电流而忽略谐波电压的影响,即Um=0。此时,功率因数P与谐波电流畸变率THD之间的关系如图中国煤化际功率因数:COSq为理想正弦波的功率因数,即基波功率因数,由传统估算得到CNMHG0.4150THDi/%图1由图1可见,在谐波电流的影响下,由于谐波产生额外的无功功率,实际功率因数将按图所示曲线下降。因此,在工程设计中,要按图1所示曲线对功率因数进行粗略的修正2.2谐波预防与治理技术电力系统中的无功功率主要由相位角和高次谐波造成。谐波预防与治理的要点在于以下几方面(1)减少或抑制谐波源。(2)普通民用建筑配电变压器绕组应采用Dynl1型联结,对于5次谐波特别严重的场所可采用绕组为Dz5型联结的专用变压器,对于5次和7次谐波都很严重的场所可采用绕组为Dyd型联结的专用变压器(3)谐波干扰等级为1~3级的建筑物供配电系统中,涉及主要非线性负载的配电变压器的负载率应按式(3)降容:降容系数D,1.15(3)1+0.15K∑h(1)∑(M2)2∑(Mn11)2∑(h/1)2其中K=(ln)2121)21+TDH2K值应根据治理后的谐波水平确定。图2为谐波源负荷占变压器负荷比例图。降容系数可根据谐波源负荷占变压器的负荷比例计算,也可按图2来粗略估计。当不作计算时,普通配电变压器的负载率不宜大于75%8出谐波源设备占有率/%图2谐波源负荷占变压器负荷比例图(4)谐波干扰等级为4级的建筑物供配电系统中,涉及主要非线性负载的配电变压器的负载率(计算值)应按降容系数D确定,当不作计算时,不宜大于70%。有条件时,可选用按照系数制造的专用配电变压器。应根据治理后的谐波水平确定值。(5)谐波干扰等级为4级的建筑物中,功率因数补偿电容器应并应注意避免发生电网局部谐振。中国煤化工三.电气设备的节能CNMHG(1)空调系统。其主要内容包括:①冷冻水与冷却水系统的优化控制;②冰蓄冷系统的优化控制,现行的冰蓄冷控制技术还很不成熟,冰蓄冷控制策略仍需作深入硏究,尤其是在蓄冰装置优先方式下的融冰策略的研究,对于提高冰蓄冷系统的能源利用效率,促进冰蓄冷技术的商业化应用具有决定性的意义;③热交换系统温差与流量的优化控制;④变风量系统等控制技术(2)给排水系统的优化控制。(3)电动机。包括电动机的正确选型、调速方法、基于负载检测的台数控制(4)电梯。包括电梯的合理选型(如速度、载重量、调速方式等)、停层计划及群控策略。(5)电动门窗。包括门窗的节能控制、遮阳系统的自动控制等。四.结束语综上所述,对于建筑电气设计者来说,应充分考虑节能设计,应用先进技术,选用高效设备,不但节约能源,促进科学技术进步,而且保护了环境参考文献:[1]建筑照明设计标准.GB50034——2004[2]公共建筑节能节能设计标准.GB50189—2005.[3]王志祥.工业与民用建筑电气设计节能办法,应用能源技术.2006.中国煤化工CNMHG