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建筑电气节能途径的分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-11-05  来源:《电气&智能建筑》  作者:王越
1 前言
 
电能是一种应用广泛的二次能源,在国家经济中占有比较大的比重。随着近年来社会的不断发展,对于能源的需求越来越大,能源短缺问题也越来越重,严重影响了我国经济的可持续发展。在这里面建筑能耗是我国能源总消耗中的重要部分,并且近年来一直在持续攀升,建筑节能已经逐渐成为了时代的需要。本文着重从以下五方面来对建筑电气节能途径进行探讨。
 
2 变压器的节能
 
变压器是电压变换设备,广泛应用于电力系统,与此同时变压器本身所消耗的电能也是十分巨大的。.据有关资料统计,变压器自身所消耗电能大于全国总发电量的5%,因此降低变压器的能耗对节约能源具有重要意义。变压器的节能措施一方面是在进行变压器容量和台数选择时,必须根据负荷的情况,通过建筑的投资和年运行费用来综合进行考虑,对于负荷的合理分配问题,应该用容量与电力负荷相适应的变压器,这样能够更好地在高效低耗区内工作运行。另一方面是降低有功功率损耗,提高其运行效率。变压器的有功功率损耗为:
 
ΔP=P0+Pkβ2
式中:IP-变压器有功损耗,KW;P0-变压器的空载损耗(铁损);PK-变压器的负载损耗(铜损);β-变压器的负载率。由此公式可以看出,降低变压器的有功损耗可以有以下三种措施。
 
2.1 降低空载损耗(铁损)
 
P0是由铁芯的涡流损耗及漏磁损耗组成,由硅钢片的性能及铁芯制造工艺而定,因此需要选择合适的导磁材料及铁芯结构:对于能够快速冷却的高硅量硅钢片,快速固化的非晶合金等都是未来比较理想的导磁材料。与此同时,选择合适的铁芯结构,关注于接缝形式和夹紧结构,充分发挥其导磁的固有特性。
 
2.2 降低负载损耗(铜损)
 
铜损Pk主要由两部分组成,即负载电流流过的导线的时候产生的电阻损耗和负载电流产生的漏磁引起的损耗。因此,要达到降低负载损耗的节能效果就需要做好两个方面的工作。
 
①采用铜芯变压器,选用阻值较小的绕组;②在确定好的线圈上下部邮箱壁上加装磁屏蔽装置,实现附加损耗的降低。
 
2.3 选择适宜的负载率
β=S/SN
SN—变压器的额定容量,S—变压器实际运行的容量.
 
理论上β=50%时,变压器的损耗能量值最小。但在实际工程中,还需考虑变压器的初装费、土建的投资及各项运行费用,根据实际工程经验表明,变压器的负载率在75%~85%时的综合经济效益较佳。
 
目前,我国推荐使用节能型变压器型号为S11系列(油浸式变压器)SC10系列(干式变压器)以及SH11系列(非晶合金变压器)。通过以上分析,选用新型的低能耗变压器和合理选择变压器的负载率对于节能减排意义十分重大。
 
3 降低线路的损耗
 
根据负荷容量及分布、供电距离和用电设备特点等因素,合理设计供配电系统和选择供电电压,可以达到节能的目的。具体途径如下:
 
(1)供配电系统应尽量简单可靠,同一电压供电系统变配电级数不宜多于两级。
 
(2)合理选择线路路径,线路尽可能走直线,少走弯路,以减少导线长度。其次,低压线路应不走或少走回头线,以减少来回线路上的电能损失。
 
(3)合理确定电气功能用房的位置:变压器尽量接近负荷中心,以减少供电半径;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。
 
(4)低压配电室应靠近竖井,且低压配电室与竖井位置的布局上应使线路都分向前送,尽可能减少回头输送电能的支线。
 
(5)增大导线截面,同时利用季节性负荷线路:按满足载流量热稳定保护的配合及电压损失所选定的截面,再加大一级导线截面。一般来说,当线缆截面积小于70mm2,线路长度超过100m时,增加一级线缆截面积可达到经济合理的。同时将某些季节性负荷的线路,用作常年使用的供电线路,以减少线路和电阻。例如将空调风机风机盘管与照明电开水器等计费相同的负荷,集中在一起,采用同一干线供电,这样可在春秋两季空调不用时,使同样大的干线截面传输较小的电流,从而减小了线路损耗。
 
4 提高功率因数值及谐波的抑制
 
提高系统的功率因数,减少无功损耗以达到节能的目的,其措施有两种。
 
4.1 提高设备的自然功率因数
 
通过提高自然因数来减少对超前无功的需求:例如经过经济技术论证,条件允许的情况下可采用功率因数较高的等容量同步电动机代替,这样可使自然功率因数提高,从而也减小了无功的需求量。
 
4.2 安装无功补偿装置
 
当配电系统中自然功率因数达不到电网规定要求时,必须采用电力电容器进行补偿。在民用建筑中,容量大且负荷平稳的负荷实行就地补偿,这样才能使线路上的无功传输减少,达到节能的目的。而容量较小或断续负载宜采用变压器低压侧集中补偿。当无功补偿容量达到完全补偿时,此时功率因数值为1,节电效果最大,但此时宜发生过补偿,反而会使节电效果降低。根据计算,适宜的功率因数值为0.9~0.95之间。
 
4.3 谐波的抑制
 
电力系统中的无功功率主要由相位角和高次谐波造成。而谐波是由整流器、UPS电源、EPS电源、大型调光装置、变频器、软启动器、医疗检查设备等非线性负载产生。现代建筑尤其是智能建筑中存在着大量的3次谐波污染,这不仅会严重影响电能质量,还将增加功率损耗,造成电能的浪费,抑制谐波的措施有以下几种。
 
(1)选用Dyn11接线组别的三相配电变压器,选择中性线及相同截面的相线;对产生谐波电流的负荷设置专用供电回路。
 
(2)在谐波源设备选型上,选择谐波指标符合要求的电力、电子设备,例如选择电子镇流器一定要有3C认证,在谐波源处安装滤波器吸收谐波电流。滤波器与谐波源越近滤波效果越好,这是减小滤波电流和滤波电压畸变的好方法。
 
(3)防止并联电容器组对谐波的放大。当并联电容器组附近谐波电流超过规定值时,应在回路中设置串联电抗器
 
(4)根据实际情况,合理选择滤波设备:谐波污染严重的情况下选用有源滤波,并将其设置在恰当的部位(主干线或干扰源处)。
 
5 照明的节能设计
 
照明节能设计就是在保证不降低作业面视觉要求不降低照明质量的前提下,力求减少照明系统中光能的损失,从而最大限度地利用光能。照明节能措施通常有以下几种。
 
(1)充分利用自然光,白天尽量以自然光为主,当自然光不足时应加以人工照明。根据自然光的照度变化,分组分片控制灯具。增加照明开关数量,使每个开关所控灯具不宜太多,所控灯列与平行(即利用自然光),做到充分合理地利用自然光使之与室内人工照明有机结合,从而大大节约了人工照明电能。
 
(2)选择合理的照度。要根据不同的建筑物以及不同部位的功能确定合理的照度值。照度太高会造成浪费,不符合节能要求;照度太低会影响场所的正常使用。在满足照明质量的前提下,一般房间(场所)应优先采用高效发光的细管荧光灯(如T5T8管)及紧凑型荧光灯,选用细管荧光灯,较标准荧光灯节能10%,使用寿命长2~3倍;选用紧凑型荧光灯,28W紧凑型荧光灯的能耗等同于150W的白炽灯,节能18%;室外照明等一般照明宜采用属卤化物灯比高压汞灯省电约60%~70%.
 
(3)推广使用低能耗性能优的光源用电附件,如电子镇流器节能型电感镇流器电子触发器以及电子变压器等,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;选用优质启动设备,以电子镇流器取代电感镇流器,可年节能20%,且电子镇流器体积小、噪声低和无频闪效应,节能效果显著,在进行灯具镇流器选择上,要选用节能型的镇流器,降低照明系统的电流消耗。
 
(4)改进灯具控制方式。采取分区控制灯或采用各种节能型开关装置也是一种行之有效的节电方法。比如大型商场应采用一般照明和局部重点照明;地下车库宜采用车行道和车位分区分控照明;公共场所及室外照明可采用程序控制或光电声控开关;楼梯走道采用节能延时开关,以利管理和节能。
 
6 动力设备系统的节能
 
现代的建筑动力用电设备一般容量都比较大,因此消耗的电能也较大。动力系统的节能应该在满足各种要求的前提下,尽量减少电动机的电能损耗,从而增加电能的利用率。
 
(1)根据负荷特性合理地选择电动机。一般情况下要先了解负荷的特性,然后根据电机的工作情况和负载特点,选择合适的电动机,要保证电动机与实际需求进行匹配,避免出现“大马拉小车”的情况。
 
(2)选择正确的起动方式。对于直接起动方式,建议除特别小容量(<0.75kW)的电动机外,应该尽量不采用;轻载电动机采取降压运行。对于那些经常处于轻负荷运行的电动机,应采用三角一星切换装置,以达到“轻载降压运行节电”的目的。
 
(3)对于大的容量电动机可采用软启动和变频启动
 
软启动器设备是按启动时间或根据反馈信息(测速、电压、电流反馈)控制可控硅导通角,控制电压的变化,以达到速度随负载的变化而变化,可用在电动机大容量频繁启动的设备,但由于其采用可控硅调压,容易产生畸变谐波,因此需要配合上文提到的滤波设备。
 
采用变频调速器,负载下降时,采用变频的方式,自动调节转速,使其与负载相匹配,在轻载的情况下可以很好的提高电动机效率,从而达到节能的效果。但是这种产品价格相对较贵,应用上有一定的局限。
 
(4)选择合理的控制系统提高运行效率。根据系统设计的需要,使用程序控制动力设备的起动、运行和停止从而达到节省能耗的目的。
 
7 结束语
 
在我国,电气节能方面的研究近年来才起步,和发达国家相比还有很大的差距,但是同时也有很大的发展潜力,建筑节能过程贯穿于项目的决策设计、施工、使用整个周期。电气设计工作者要深入的对于建筑电气节能设计进行研究,有效的提高整体设计的安全性、经济性、可靠性与节能性,选择合理的设计方案,可有效地减小电能损耗,提高建筑系统运行的经济性,为我国社会的可持续发展提供有力的保障。
 
参考文献
1 许志荣.梁泽勇.陈德智.浅谈配电变压器节能降耗技术措施[J].机电信息.2011(21)
2 刘涛.董传京.翟翠娥.张常玉.变压器的节能技术研析[J].《电源技术应用》,2014(02)
3 孙凯.建筑电气节能设计[J].建筑节能.2009(02)
4 许琳.建筑电气节能途径的探讨[J].中国勘察设计.2007(04)
5 魏立明.陈渐春.靖辉.建筑电气节能问题分析与应用研究[J].《建筑电气》,2014(02)
6 黄敏明.黄沙.民用建筑电气节能设计探讨[J].《低压电器》,2009(02)
7 《民用建筑电气设计规范[S]》(JGJ 16-2008)
 
 
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