建筑电气的设计与节能

建筑电气的设计与节能卢小军武汉市政工程设计研究院有限责任公司,湖北武汉市430023摘要:目前全世界都存在能源短缺,而我国又是一个能源消耗大国,每年要从国外进口大量的石油和天然气等。我国人均资源和能源相对贫乏,不到世界人均水平的一半,而我国能源利用率又低,大约为百分之三十。我国单位建筑面积能耗相当于发达国家的二到三倍,同时我国正处于城镇化建设的快速发展时期,每年以十几亿平方米的速度递增。目前,我国建筑能耗约占全社会总能耗的27%左右(根据建设部和国家建材局的统计)。到2020年,全国将新增建筑面积约200亿平方米,建筑能耗占全社会总能耗的比例将更高。本文就建筑电气设计及应用情况进行了研究,以此保障国家经济安全、改善环境、増强企业竞争力。关键词:建筑电气设计节能中图分类号:TE08文献标识码:A1、建筑电气节能的设计焦点分析(1)电动机节能设计。降低电动机电能损耗的主要途径,是提高电动机的工作效率和功率因数。在工程设计中,应根据负荷特性考虑选择更为省电的电动机,其关键在于明确负荷是断续还是连续。断续负荷时,即在额定负荷下运行时采用常用电源,使电动机在额定转速下运行。如果轻负荷时不能停止电动机的工作,则应考虑釆用调速装置。当需要低速运行时考虑采用逆变器变频装置或其他方式调速。若为连续负荷,要了解电动机的输出功率是否与各种负荷相匹配,如果是风机和泵等平方递减负荷特性,在轻载时打开风门和阀门,采用调速电动机在低速运行可以节约电能(②)照明节能设计。一是改善照明器的控制方式。民用建筑应采用各种节能型开关或装置,同一场所需求不同的区域可以采取分区安装亮度不同的灯具。二是采用智能照明控制系统。通过系统控制不同工作场合的照明工作模式,在可以保证必要照明的同时,有效地减少灯具的工作时间,延长灯具的寿命,节省不必要的能源开支,这也是照明控制系统节能的最大优势。三是充分利用自然光。自然光是绿色能源,目前利用自然光的方式主要有导光管法棱镜多次反射法、光电效应法。民用建筑设计时靠近室外部分的建筑面积,门窗尺寸应尽量增加,玻璃门窗透光率也应较好,让更多的自然光照射到房间里。四是合理选用光源、灯具及附件。在选择光源时参照《建筑照明设计标准》(GB50034-2004)的规定,并结合居住建筑设计的特点,不应采用白炽灯,使用提供高效光源、照明器反射面的反射比较高的灯具。灯具中国煤化工的选择应根据悬挂高度而定,一般在悬挂较高的场所,选用高压CNMHG较低的场所照明采用荧光灯。同时荧光灯、金属卤化物灯应配用电子镇流器或节能型电感镇流器,使用电感镇流器的气体放电灯应在灯具内设置电容补偿,荧光灯功率因数不低于0.9,金属卤化物灯功率因数不应低于0.85(3)配电系统的节能设计。设计时,合理分配用电负荷、合理选择变压器容量和台数,使其工作在高效区内,可有效减小变压器总损耗。另外,变配电所应尽量靠近负荷中心位置,可以降低电能损耗,提高电压质量,节省线材。当负荷率低于30%时,应按实际负荷换小容量变压器;当负荷率超过80%并通过计算不利于经济运行时,可放大一级容量选择变压器。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。例如需要装机容量为2000KVA,可选2台1000KVA,不选4台500KVA。因为前者总损耗比后者小,且综合经济效益优于后者。对分期实施的项目,宜采用多台变压器方案,避免轻载运行而增大损耗;内部多个变电所之间宜敷设联络线,根据负荷情况,可切除部分变压器,从而减少损耗;对可靠性要求高、不能受影响的负荷,宜设置专用变压器。(4)合理计算用电负荷。由于一般工程的干线、支线等线路总长度动辙数万米,线路上的总有功损耗相当可观,所以,减少线路上的损耗必须引起设计足够重视。同时随着经济发展,人们的生活水平提高,用电负荷不断增加,特别是大功率家用电器的使用,提出了如何计算用电负荷问题。用电负荷计算方法宜按照以下原则选取。一是对于住宅建设,在设计的各个阶段均可采用单位指标法和单位面积法。二是在方案设计阶段可以采用单位指标法。三是在初步设计阶段与施工图设计阶段,宜采用需要系数法。用电负荷计算方法选择得当,会达到节约成本、节材、节能的目的。相反,如果选择不当,会带来不必要的投资与能源浪费。2、建筑电气节能应用策略(1)高效光源、高效灯具和节能控制措施。首先,对于住宅公共部分节能控制措施即是指采用节能自熄开关。由于住宅公共部分是无人值守的,所以灯具在人来时点亮,人去时熄灭是很重要的。其次,照明节能工程中的一个较为主要的内容是如何充分利用天然光源。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。第三,高效光源顾名思义具有高光效,显色好等优点。试验证明,白炽灯百分之九十的电能转变为热辐射,只有百分之十的电能转变为可见光,而这种热辐射性又往往带来火灾隐患。LED、LⅦ等节能灯均为高效光源,应积中国煤化工(2)供配电系统的节能措施。这主要提在运输、转换等YHaCNMHG法主要有以下途径。第一,慎重选用供电电压。在相同的供电情况下,电压越高,电能的损失越少。第二,变压器型号及容量选择合理,变压器使用数量据实际建筑物所需采购,不可浪费,变压器应尽量选用SCB10、SCB11等节能型变压器。目前新型的节能变压器:非晶合金变压器应运而生,它采用非晶合金带材制作铁芯,替代传统硅钢片铁芯,其能耗比普通硅铁变压器降低60—80%,具有很好的节能效果,但是其前期投资相对普通硅铁变压器高,不过节省的电费5年可以将初次投资增加的成本回收,经济性非常显著。第三,电缆电线的选择也直接影响着节能情况,由于线路损耗△P∝R,而R=p.L/S,则线路损耗△P与其电导率p、长度L成正比,与其截面S成反比。选用电导率p较小的材质做导线。铜芯最佳,但又要贯彻节约用铜的原则。因此,在负荷较大的一类、二类建筑中采用铜导线,在三类或负荷量较小的建筑中可采用铝芯导线。同时减小导线长度L,变配电所应尽量靠近负荷中心,以缩短线路供电距离,减少线路损失。低压线路的供电半径一般不超过200m,当建筑物每层面积不少于10000m2时,至少要设两个变配电所,以减少干线的长度。还可以适当增大线缆截面S,对于比较长的线路,在满足载流量、动热稳定、保护配合、电压损失等条件下,可根据情况再加大一级线缆截面。假定加大线缆截面所增加的费用为M,由于节约能耗而减少的年运行费用为m,则M/m为回收年限,若回收年限为几个月或一、二年,则应加大一级导线截面。一般来说,当线缆截面小于70mm2,线路长度超过100m时,增加一级线缆截面可达到经济合理的节能效果。合理调剂季节性负荷、充分利用供电线路。如将空调风机风机盘管与一般照明、电开水等计费相同的负荷,集中在一起,采用同一干线供电,既可便于用一个火警命令切除非消防用电,又可在春、秋两季空调不用时,以同样大的干线截面传输较小的负荷电流,从而减小了线路损耗。第四,整体功率因素的把握,适当情况下可提高功率因素。M=3810°g0。由上式可以看出,在系统有功功率P一定的情况下,cosφ越高(即减少系统无功功率Q),功率损耗ΔP将越小,所以,提髙系统功率因素、减少无功功率在线路上传输,可减少线路损耗,达到节能的目的。(3)科学合理地利用太阳能照明技术与产品。随着经济的发展,社会的进步,人们对能源提出了越来越高的要求,寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。由于太阳能发电具有火电、水电、核电所无法比拟的清洁性、安全性、资源的广泛性和充足性等优点,太阳能被认为是二十一世纪最重要的能源。首先,太阳能是无处不有、取之不尽、用之不竭的清洁能源。太阳能照明技术的开发利用,减少废气排放,可节省资源,减少对地球资源的使用和破坏,保护地球环境。科学合理地利用太阳能照明在节能、环保方面具中国煤化工阳能技术是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的技术,太阳能CNMHG光伏发电系统,将入射的太阳辐射能直接转换为电能,提供给照明负荷。我国加入WTO后,我国在建筑电气节能设计领域中面临着新的挑战,因为国外的设计公司在设计过程中十分重视环保和节能,如果我们在设计过程中不重视节能,就有可能被淘汰出局。对于设计者而言,就是要合理的选用设备(变压器,电动机,电缆,照明光源等),合理确定供电电压等级以及采用新材料,新技术等。目前已成功地把太阳能组件和建筑构件加以整合,如太阳能屋面(顶)、墙壁及门窗等,实现了“光伏一建筑照明一体化(BIPV)”。(4)照明系统的节能。(a)减少设备使用时间。在设计的时候,楼梯间,走廊这样的公共场所可采用自动控制的方式,做到人来灯亮,人走灯灭,考虑到线路损耗。对于面积小的房间可采用一灯一控或二灯一控,面积较大的房间采用多灯一控的方式,同时,设计时应充分利用天然光,建筑物靠近室外的部分,在建筑物结构允许的情况下,门窗尽可能开的大些,门窗的玻璃采用选用透光率高的,以充分利用自然光的,靠近室外的部分,可用导光管,反射高窗或棱镜窗将光线引入需要阳光的地方,以最大限度地减少照明设备的使用时间。(b)提高光源的利用效率。首先要改善环境的反射条件,即建筑物内的墙壁,天顶,地面以及家具的表面尽量光滑,色彩尽量选用浅色,当然考虑到健康因素,屋顶和墙面的光反射系数宜在55%-60%之间,地面宜为15-35%。其次用高效光源,首选发光率高的光源,这些光源节能效果及光效都非常显著,因此能够在照明系统的设计环节达到节能的目的。(c)控制照明器的数量。在设计时要考虑建筑类型及功能的实际需要,按照我国照度标准确定最合适的照明,并且要结合房间面积确定照明器薮量及布置,在这方面,我们可以利用先进的照明设计软件做岀精确的计算,以确定灯具的最为合理的布置,在满足舒适的前提下,最大限度减少照明器的使用。3、结语总之,建筑电气节能设计直接关系到整个建筑物的施工与项目运行,同时贯穿于整个决策、设计、施工和运营。因此,只有采取合理的设计方案,应用合理的节能器具以及优化节能措施,才能实现建筑电气节能的可持续发展参考文献:[门]中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册第三版[M].北京:中国电力出版社,2005[2]李蔚.建筑电气设计常见及疑难问题解析第一版[M.北京:中国建筑工业岀版社中国煤化工CNMHG[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ16-2008民用建筑电气设计规范[s].北京:中国建筑工业出版社,2008中国煤化工CNMHG