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基于台达产品在建筑节能上的研究与应用

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:余腾桃 刘志军
1 前言
 
当前,人类近面临日益严重的环境问题与气候变迁及暖化所带来的全球性危机。另一方面大部分亚洲国家位于亚热带气候区,由于高温、高湿在室内居住空间所衍生的物理性、化学性及生物性等室内环境质量不良的问题十分严重。为了降低都市化的耗能与环保的双重冲击,更为了让我们的生活能够永续保有美好的生态环境,占消耗环境资源大宗的建筑,首先要改变。因此,台湾的建筑环保专家们发展出评估“生态、节能、减废、健康”的建筑标准。
统计数据表明,中国建筑能耗的总量逐年上升,在能源消费总量中所占的比例已从20世纪70年代末的10%,上升到近年的27.8%.而建筑电能消耗主要是指空调系统、照明系统、动力系统、办公系统等方面的能耗。
 
2 HVAC系统节能分析与设计
 
中央空调系统分为水系统、风系统和冷媒系统。简单来说,中央空调是利用水作为热传导介质,不断地从新风入口或空调区域转移热量,再将热量由冷凝器(冷却塔)散发到外气中。主要包含对温度、湿度、空气清净度以及空气循环的控制系统。目前,在国内大部分建筑物的中央空调设计中,大多是按天气最热,供热最大面积,负荷最大时设计,并且预留10%~20%的余量;但是在实际应用中,大部分时间空调是不会满负荷运行的,并且存在非常大的富余;而且中央空调可以根据负荷的变化而调节其自身的功耗(电流),但冷冻水泵和冷却水泵却不能随着负载的变化而作出相应的调整,所以存在很大的能源浪费,其节能潜力较大,为中央空调节能改造创造了机会。
 
针对中央空调系统,台达DPD系列变频器和PLC系统已在HVAC系统节能应用上取得了显著成效,系统架构如下图所示。
 
台达DPD系列变频器目前已在HVAC系统节能市场建立广泛的品牌知名度。
 
(1)DPD系列变频器
 
采用DPD系列变频器,随负载变动而降低马达的转速,既可降低电能损耗,又能延长机器设备的使用寿命。因水泵并不是一直满负荷运转,通过安装变频器可实现巨大的能源节约。能耗与转速成三次方比例关系,因此当转速下降至50%,则能耗降为原来的1/8.采用变频器代替节流阀可以节省高达60%能耗,因此,变频器可以减少二氧化碳的排放。变频器还可以实现软启动功能。
 
(2)节能原理
 
假设:按照每年工作270天,变频器60%时间工作于50Hz,40%时间工作于40Hz,电费0.875元/度计算。
运行时间:每年运行时间为24×270=6480(h)。
安装变频器前:
全年的电力损耗:P×6480
安装变频器后:
变频器电力损耗:P×6480×5%
变频器50Hz下的电力损耗:P×6480×60%
变频器40Hz下的电力损耗:P×6480×40%×(40Hz/50Hz)^3
每台变频器全年电力节约:P×6480-P×6480×60%-P×6480×40%×(40Hz/50Hz)^3-P×6480×5%
每台变频器全年电费节约:[P×6480-P×6480×60%-P×6480×40%×(40Hz/50Hz)^3-P×6480x5%]×0.875
 
3 照明系统节能分析与设计
 
据估计,我国年照明用电量占总发电量的约12%,目前在市场和商务楼宇中的电耗分布情况,照明用电约占20%~40%,而且随着社会的发展,这一比例还会扩大,如此能耗给企业或单位带来巨大的电费。目前照明光源仍然以低效照明为主,节能潜力很大。
 
近年来,世界上一些经济发达国家围绕LED的研制展开了激烈的技术竞赛。美国从2000年起投资5亿美元实施“国家半导体照明计划”,欧盟也在2000年7月宣布启动类似的“彩虹计划”。我国科技部在“863”计划的支持下,2003年6月首次提出发展半导体照明计划。在照明领域,LED发光产品的应用正吸引着世人的目光,LED作为一种新型的绿色光源产品,必然是未来发展的趋势,二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。
 
利用台达PLC和LED节能技术,可定制化程序与场景时控等,大大降低人力的消耗,灯控系统的智能化操作,能实现以下照明系统功能。
 
(1)照明回路的启停控制
(2)照明回路的开关状态监测
(3)室内/外照度监测
(4)主辅照明的开关控制
(5)调光控制
(6)场景模式设置和控制
(7)定时,光照度,声音控制
(8)帘与光照度联动控制
(9)远程/就地与手动/自动的切换。
与传统的灯控相比,其拥有较低的总成本投入、维护方便、功能丰富、优异的可扩展性能和集成性能等优点。
 
4 电梯系统节能分析与设计
 
最近20年,世界电梯行业发生了很大变化,最早出现的是交流双速电梯。到了20世纪90年代末期,已经逐渐转向变频技术。此后,变频电梯经历了较长时间的稳定期之后,电梯技术又有一次较大的突破,就是永磁同步无齿轮技术在中低速电梯中的使用。
 
作为推动环保节能爱地球的典范,台达新推出AFE2000在电梯节能领域所做出的成绩尤其具有借鉴意义。在使用AFE2000以后的电梯,节能效率远远领先于出传统电梯,最大节能率超过50%,之所以有如此高的节能率,是因为,AFE2000突破了传统传统环保产品的“节”能特点,向“造”能方向进行了转变。
 
电梯在满载下行或者空载上行时,曳引机处于被牵引状态,此时电机是发电状态,因此电梯在出厂时,都配置了制动电阻,目的就是将这部分回生的电能消耗在电阻上面,同时产生大量热量,既不环保同时又加重了一些设备的散热负担,有了AFE2000后就可以将这部分再生能源利用起来并返还到电网,被其它负载或者同一网络中相连的其他用户所用,在同等时间内,电梯运行次数越多,所“造”的电能也就越多,基于这一特点,在商务酒店、高档写字楼、中高档住宅这样的高档建筑场所尤其受益匪浅。
 
5 电能质量治理节能分析与设计
 
在现代建筑的供电电网系统中,伴随着电力电子技术的不断提升,用电备的不断改进,以变频器、整流器、UPS等为代表的非线性负载的应用越来越广泛。这些设备在改善生产工艺流程、提升生产效率、节省用电机保障用电持续性的同时,由于设备自身的非线性,在其所在的电网中产生大量的谐波,造成了谐波污染。这些谐波电压、电流的存在除了影响电网自身的安全性之外,还可能导致电网中的电容器、变压器、输配电线路、各类控制设备、开关设备的各种故障的发生。
 
因此,越来越多的工厂企业开始关注并重视电网中的谐波问题,并希望通过各种方法途径了解其电网系统中的谐波状况,并进行针对性的治理。电网系统的电能质量问题已经引起工厂企业的普遍关注。
 
通过使用台达有源滤波器APF2000对供电系统中的谐波进行治理,极大地降低了系统中存在的谐波电流电压,使其达到国标允许值范围,从而大大降低供电系统的故障率,给安全生产带来保证;并且台达APF2000在保证滤除所要求的谐波的同时,且能给变压器提供足够的无功功率,完成可以省掉电容无功补偿器。
 
6 建筑节能收益与投资回报情况
 
建筑节能的投资回报是一个长远的概念。目前,投资回报应该如何计算还没有一个明确的公式,而回报周期取决于建筑工况和采取的节能技术。一般来说,采用建筑节能技术可以节约能源50%,大约三年可以收回成本。
 
公共建筑节能整体解决方案的主要技术途径包括:空调通风系统、智能照明系统、能源监控系统、围护结构系统和可再生能源利用技术。空调通风系统主要是对冷、热源系统、水泵循环系统、利用自然冷源、风机盘管系统、冷却塔系统、新风系统等进行优化,通常可以从提高输配系统能效以及优化末端系统气流组织分布上入手。
 
对于不同的节能技术可以达到的效果通常如下:
 
(1)通过变频调速原理改变电机转速达到节能目的,根据不同的运行工况,节能率可达15%~50%;
 
(2)对于智能照明系统,具有节电与智能化控制双重功能,节能率可达20%~40%;
 
(3)为满足直接生产要求的空调温度,在制冷时,应尽量控制在生产所规定温度的上限,要随季节变更调整设定温、湿度,办公区域空调温度应控制在26℃,对一般中央空调系统来说,温度调高1℃,可节能约6%;
 
(4)通过电梯专用AFE2000变频调速与自动起停控制、流量统计达到节能效果,节能率可达约20%~40%;
 
(5)通过台达APF2000电能质量产品治理后,有效保证系统中各敏感用电设备的可靠安全运行。
 
7 总结与展望
 
在迈向更高度文明与社会大都会蓬勃发展的大环境及人口居住型态的改变,如何兼顾发展和节能环保是刻不容缓的议题与趋势。台达工业自动化事业部在过去十多年致力生产优越的工业控制产品如高可靠性的可程控器、高精度变频器、可通过e-remote及e-server功能提供远程管理功能的人机接口(HMI)在全球的工控产品扮演了重要的角色也为客户带来可靠与高性价比的产品优势。
 
现今更运用技术强项积极投入节能产品如电力回单元(AFE)与针对建筑节能提出各种系统整合方案、台达工业自动化系列产品在加入建筑节能应用KNOW-HOW的系统整合架构下,已为建筑提供一套兼具节能与智能的管理系统,并对地球环保尽一份企业社会责任也期许在未来对产业与环境的节能解决方案贡献更多的心力。
 
参考文献
1 刘春原编.工程地质学-北京:中国建材工业出版社,2000
2 高明远.岳秀萍编.建筑给水排水工程学-北京,中国建筑工业出版社,2002 
3 郑连庆.张原.叶作楷编著.建筑工程经济与管理-广州,华南理工出版社,2003
4 《上海建筑科技》-上海,2005.1.~2008.4.
5 杨锐.王兆编.民用建筑节能技术应用探讨[J]-徐州建筑职业技术学院学报,2010

 
 
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