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电气节能设计 (2)

2009-04-15 17:09:05  作者:吴晓海  来源:中国建筑电气网  浏览次数:2029  文字大小:【】【】【
简介:1 建筑能源监测与控制 (1)甲类公共建筑智能化系统设计,应包括建筑能源监测与控制系统的设计。 甲类公共建筑是指单幢建筑面积大于20000m2、且全面设置空气调节系统的建筑。本条规定将建筑能源监测与控制系统作为甲类公共建 ...
关键字:电气节能设计

E—照度标准值(lm/m2);
LPD—照明功率密度值(W/m2)
对于36W灯管当采用相当于欧标A2、A3、B1、B2能效等级的镇流器时,根据《照明设计手册》中记录的功率值,可以计算出对应的电转换效率η电的取值下限见表1所示。

  照度标准值是《建筑照明设计标准》GB50034-2004中所规定的各档上的照度值。根据该标准第4.1.3条和4.1.4条的规定,实际设计中执行的照度值可能提高或降低一级。但是除了根据上述两条的规定可以提高或降低一级以外,不能随意更改到其它级或非标准规定的某一数值。

  在实际照明设计时,选择了相关设计参数后通过计算得到的设计照度值,通常不会恰好是照度标准值。在一般情况下,设计照度值与照度标准值相比较,可有-10%~+10%的偏差;照明场所安装的灯具小于10个时,在满足照度均匀度要求的前提条件下,允许设计照度值适当超过此偏差。

  由于竣工验收现场能实测的不是设计执行的照度值,而是初始照度值,为便于竣工验收时直接对比,应在节能判定表中提供典型房间和场所的设计初始照度值。这样有利于照明验收实际操作,可以将设计初始照度值的0.9倍作为现场实测照度值的达标下限,实际的光源、镇流器、灯具和环境结合后的结果应高于它。

  根据《建筑照明设计标准》第6章强制性条文第6.1.2~6.1.7条规定,当房间或场所的照度值高于或低于规定的照度值时,其照明功率密度值应按比例提高或折减。
对于规范条文规定的房间或场所,在选定的相关参数条件下,须达到规定的E值并确保LPD值不超标。该比值的量纲是lm/W,表示投入的光通量相对于输入功率的比值,可以作为照明设计参考的能效指标。规范条文规定的照度标准值与对应的照明功率密度值之比作为能效指标下限。

  如在《建筑照明设计标准》第6章强制性条文对应的表6.1.2~6.1.6中,对于现行值而言,E/LPD的最大比值是500/18。即使当E值向上或向下浮动一档时,对应的LPD值也按比例提高或折减,因此二者的比值是恒定的。本文需要的公式推导如下:

照明设计应满足下式要求

  采用该比值作为能效指标下限,物理概念简单,数值的指标特性明显,易于在照明节能设计中使用。当η光、η电、U、K四项之积大于该比值时,就符合《建筑照明设计标准》第6章强制性条文的要求。

照明节能设计一般可以按以下三步进行:

第一步,应根据房间或场所的基本条件初步判断可用光源的光效范围。

例如:对于高档办公室,E=500lx,LPD=18W/m2,K=0.8,节能设计至少要选择T8直管荧光灯和优于B1级的镇流器,电转换效率η电能够达到0.878以上。可利用上述公式代入基本参数简化:

  关于U的取法如下:
①照明设计时如果已经可以确定房间的顶棚、墙壁、地面的反射比,就应明确标出,并根据室形指数RI查灯具利用系数表,得到房间的利用系数U。

②照明设计时如果还不能确定房间的顶棚、墙壁、地面的反射比,应明确表示出照明设计参考的各项反射比,既作为照度计算的依据,也作为后续室内设计、施工的指标要求。
可见,对于照明设计而言,一个不够理想的办公室,如果实际利用系数U的值只能取到0.5左右或更低的话,即使采用了比较节能的镇流器,光源的光效η光仍然要选择80lm/W以上的高效率才能达标,所以,只能选择T8或T5型的三基色荧光灯,而使用其它中低光效的光源就不能达标了。

  如果建筑专业和室内装修的设计师能够将有利于照明节能的高反射系数材质运用到照明环境中,照明设计能够得到更高的利用系数U的值,仍然要采用高效的光源和灯具,才能把实际的功率密度LPD值进一步降下来,做到更加节能。

第二步,综合多种因素进行照明设计,通过照度计算确定灯具选型。

第三步,进行照明功率密度实际值的验算,严格遵守《建筑照明设计标准》GB50034-2004第6章强制性条文规定的照明功率密度值的要求。

(2)甲类公共建筑中的大型厅室的照明控制,宜采用智能化的总线控制技术。

  相关规范条文对于照明控制方式的规定已包含很多内容,应遵照执行。对于大型厅室的照明控制,采用先进的智能化总线系统能在满足使用功能要求的前提下通过技术手段尽可能降低照明和空调的能耗,并延长光源寿命。

(3)照明节能设计应选用高效节能照明产品并符合以下要求:

①对于高强度气体放电灯,开敞式灯具效率≥75%,格栅或透光罩灯具效率≥60%。

②对于荧光灯,开敞式灯具效率≥75%,透明罩灯具效率≥65%,格栅灯具效率≥60%。

③镇流器应满足的指标如表2所示。

(4)对于高谐波含量的H级镇流器不宜大量使用

  对于灯具效率的规定可参考《建筑照明设计标准》3.3.2条。气体放电灯功率因数的规定参考《建筑照明设计标准》7.2.10条。
照明设备的谐波与节能直接相关。如果大量使用高谐波的照明设备,将导致无功电流增大,增加损耗,影响电源质量。

  电子式镇流器线路电流为非正弦量,功率因数用PF或λ表示而不用cosφ。对电子镇流器来说,功率因数与谐波含量相关,谐波越低,功率因数越高,线路电流越小,线路损耗也就越小,更加节能。目前,国内25W以下的电子式镇流器功率因数普遍较低,一般在0.5~0.6左右,即使刚好达到0.6的产品也不应在工程中大量使用。而对于28W的T5管或36W的T8管所采用的电子式镇流器,由于生产标准较高,功率因数达到0.95是很普遍的,甚至较好的产品能接近0.99,这些高功率因数的荧光灯产品适合在工程中大量使用。

  灯电流波峰系数——灯电流的峰值与均方根值之比,用CF表示。波峰系数越小,流过灯管的电流越稳定,灯管寿命越长。本标准要求CF应不超过1.7。
  
在电子镇流器供给灯管必要的功率以保证达到规定亮度的条件下,电子镇流器的线路功率越小,能效越高。由于BEF值是利用流明系数μ值和线路功率P值计算,且形成的指标相对分散,本标准未将其作为建筑电气节能设计的控制性指标加入判定表中。

(5)照明节能设计应采用恰当的控制方式,对各种室内场所照明、室外功能性照明和景观性照明进行合理的控制,降低照明能耗。

  本条规定要求电气照明节能设计应遵循功能优先于形式的原则,要避免为了片面地追求形式而浪费有限的资源,应尽量降低照明能耗。

3 变配电系统节能

(1)应针对电气系统构成做全方位的节能分析,在安全、可靠的前提下,变配电系统设计应将节能作为主要技术经济指标进行多方案比较,优化设计方案,改进机电设备经济运行方式,提高变配电系统节能运行的实效性。

  在现行的相关规范中已对变压器配置、变电所位置、合理选择导线、电缆、谐波抑制、电气设备节能等方面做出规定,应遵照执行。人们通常容易追求狭义上的节能,而能源是各种资源中的一种,如果从广义上追求节能,应该与节约自然资源、社会资源、节约投资相统一。除了应该从系统使用周期内分析如何选择电气产品以外,还应该从使用期前和使用期后不同角度进行更加全面的分析。如选择的变压器绝缘材料在生产和回收时是否更加节能环保,选择的电缆、电线或母线在导体材质、结构、载流量、利用程度等方面是否合理,选用的变频器运行后能在多大程度上实现节能。

(2)主要变配电设备必须通过电力负荷、电能损耗、无功功率补偿计算确定。合理选择变压器容量和台数,变压器负荷率不应低于30%,宜在70%~80%的范围,并保持三相负荷平衡分配。

  变配电、发电系统主要设备的匹配应注意符合实际需要,满足节能运行要求,避免出现“大马拉小车”等浪费现象,并且要在追求节能的同时充分利用有限的投资更加切合实际地提高系统的可靠性。

(3)优先选用符合国家规定的能效比标准和谐波电流发射限值的技术先进的节能环保型电气产品。

  建筑中很多电气设备或装置并非由电气设计人员直接选型,为了使建筑物能够达到良好的自身节能效果并对相关产业产生积极的影响,对于其它专业选型的电气设备或装置,在电气节能设计文件中应包括提醒和引导的内容,注明应选择技术先进的节能环保型电气产品,列出重要设备的电机能效指标要求。

(4)消防、人防、防爆和持续高温场所的重要用电负荷配电线路应选用铜导体;一般场所的普通用电负荷配电线路,尤其是固定安装的较大规格配电母线或电缆,满足电压损失、机械强度以及动、热稳定条件时,应根据导体载流量、经济电流密度的要求,优先选用铝导体,并处理好铜、铝连接。

  我国铜矿资源较少,而铝矿是我国的自然富源。国内配电导体所采用的铜主要依靠进口,在国际铜价持续高涨的形势下,如果设计人员只用铜导体而不用铝导体,全国将在导体材料上有更大的耗费,也必然多耗费能源,不利于我国的资源开发利用。节能设计不是为了追求单一化的节能目标,而是必须要考虑能源与资源之间的关系,提高全国大范围的社会系统效率。

  铝是一种良好的导电材料,而且价格便宜。铝的比重为2.7g/cm3,铜的比重为8.96g/cm3。通过引用国家标准GB/T3956-1997中表6.3.2“单芯和多芯电缆用第2种绞合导体”中的20℃时最大电阻数据,可进一步整理出如表3所示的数据。

  通过表3比较可见,相对于采用某个标称截面的铜导体,如果换成规格大二级的铝导体,此时可以得出的结论是铜、铝导体对应的直流电阻值相当,且采用铝导体的重量小于铜导体很多。

  表4可知,相对于采用16mm2以上标称截面的铜导体,如果换成规格大三级的铝导体,此时可以得出的结论是:铝导体的直流电阻值小于铜导体很多,而采用铝导体的重量仍然小于铜导体,尤其是对于较大的截面,铝导体重量轻的优势较大。

  建筑配电要合理采用铝导体,应从设计开始。因此,明确提出具体条文进行规定就十分必要。本标准中规定:消防、人防、防爆和持续高温场所的重要用电负荷配电线路应选用铜导体;一般场所的普通用电负荷配电线路,尤其是固定安装的较大规格配电母线或电缆,满足电压损失、机械强度以及动、热稳定条件时,应根据导体载流量、经济电流密度的要求,优先选用铝导体,并处理好铜、铝连接。

  例:配电竖井中的普通电力干线,与其选标称截面超过70mm2以上的较大规格铜导体,不如适当地采用规格大两级或三级的铝导体并使用标准的连接端子和拧紧力矩,能更好地满足用电需求,且更易于施工安装,降低工程造价。

  现在不是简单地重提“以铝代铜”的政策,而是要强调在设计中科学地使用导体材料,该用铜时就用铜、该用铝时就用铝,倡导“以铝节铜”。这样的应用方式符合我国具体的国情,符合建设节约型社会的发展方向,对全国范围相关联的产业结构健康持续发展和长期节能有很大好处。

[1] [2]

责任编辑:gyh


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