建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)李錚力重慶大恒建筑設(shè)計(jì)有限公摘要:建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì),對建筑發(fā)展具有重大意義,不僅有效地緩和電力供需矛盾,保證國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、高速、健康的發(fā)展,而且經(jīng)濟(jì)效益顯著,是一種經(jīng)濟(jì)的電力開發(fā)形式。本文就建筑電氣多方面內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)論述,以供同行參考。關(guān)健詞:電氣設(shè)計(jì);照明系統(tǒng);節(jié)能設(shè)計(jì);供電系統(tǒng)電氣照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)天然光源是取之不盡、用之不竭的能源。在照明節(jié)能的實(shí)施工程中,應(yīng)當(dāng)充分加以利用,制定建筑物的采光標(biāo)準(zhǔn),確定采光方式,將采光和照明有機(jī)地結(jié)合起來。白天盡可能地利用天然光源,使建筑物內(nèi)獲得穩(wěn)定的光照條件。同時(shí),室內(nèi)引入陽光,既能大大節(jié)約照明能耗,亦有助于提高室內(nèi)溫度,對于降低建筑能耗也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.1照明設(shè)計(jì)時(shí)的照明方式選擇(1)當(dāng)照明場所要求高照度時(shí),應(yīng)選混合照明的方式(2)當(dāng)工作位置密集時(shí),可采用單獨(dú)的一般照明方式。但照度不宜太高,一般最高不宜大于500lx。(3)當(dāng)工作位置的密集程度不同或者為某一區(qū)域時(shí),可采用分區(qū)一般照明的方式,要求高的工作區(qū)可采用較高的照度,非工作區(qū)可采用較低的照度,但兩者的照度比不宜大于3。1.2確定合理的照明指標(biāo)(1)照明的節(jié)能應(yīng)能提高整個(gè)照明系統(tǒng)的效率,而不應(yīng)在損失主要照明質(zhì)量的情況下片面地強(qiáng)調(diào)節(jié)能(2)照明設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)從照度標(biāo)準(zhǔn)、照明均勻度、統(tǒng)一眩光值、光色、照明功率密度(LPD)值能效指標(biāo)等來客觀、綜合地評價(jià)。(3)在民用建筑中實(shí)施的照度標(biāo)準(zhǔn)值,可以根據(jù)照明要求的檔次高低來選擇。檔次要求高的允許提高一級,檔次要求低的允許降低一級,以有利于照明的節(jié)能。(4)建筑照度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)從節(jié)能角度考慮,按實(shí)際需求來選擇照度標(biāo)準(zhǔn)值的髙低,不宜追求或攀比高照度水平。1.3照明光源設(shè)計(jì)(1)照明光源的選用原則進(jìn)行照明設(shè)計(jì)時(shí),照明光源的選擇應(yīng)符合國家現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。照明光源應(yīng)根據(jù)不同的使用場合來選擇,以使其具有盡可能高的光效,達(dá)到照明節(jié)能的效果。高效光源是照明節(jié)能的首要因素,必須重視推廣應(yīng)用高效光源。電光源的選用,根據(jù)應(yīng)用場所不同,至少有兩類高效光源應(yīng)予推廣使用。A.熒光燈具有光效高、壽命長、顯色性好等優(yōu)點(diǎn)。直管熒光燈適用于高度較低的房間,如辦公室、教室、會議室及儀表、電子等生產(chǎn)場所。緊湊型熒光燈(包括“H”型、“U”型、“D”型、環(huán)形等)適用于家庭住宅、旅館、餐廳、門廳、走廊等場所。90年代后期,在國際上出現(xiàn)一種創(chuàng)新科技光源,現(xiàn)已在歐美發(fā)達(dá)國家廣泛使用,這就是T5熒光燈管。它與傳為l6m,減小了40%,既節(jié)省了材料,又節(jié)省了倉儲和運(yùn)輸成中國煤化工較,直徑過去在使用熒光燈的場所,普遍都是采用40W的燈管,光通具CNMH現(xiàn)在選用只有28w的T5熒光燈,光通量卻達(dá)到26001m。從40W減少為28W,約節(jié)約30%的電能,光通量卻提高20%。根據(jù)平均照度公式:E。、N×d×UK÷A式中:E平均照度k(設(shè)計(jì)選定)N—燈具數(shù)量Φ——光源光通量Ira(可查)U——利用系數(shù),按經(jīng)驗(yàn)選取0.4,CIE推薦0.3K——維護(hù)系數(shù),一般選用0.7;A——被照面積m2。可以通過此公式來計(jì)算燈具數(shù)量。假如有一個(gè)10m°的普通辦公場所(規(guī)范要求照度達(dá)到3001x),采用傳統(tǒng)的直管熒光燈,大概需要的熒光燈數(shù)量是N=300×100÷2200÷0.4÷0.7≈49(支)年耗電(每天8h):P=40×49×8×365÷1000≈5724(kW/h)如采用T5熒光燈,在同等條件下,所需要的燈管數(shù)量為:N=300×100÷2600÷0.4÷0.742(支)年耗電(每天8h):P=28×42×8×365÷1000≈3434(kW/h)年節(jié)約電能:△P=5724-3434=2290kW/h),節(jié)電約40%緊湊型節(jié)能熒光燈的光效為白熾燈5~7倍,壽命是的白熾燈5倍,是21世紀(jì)熒光燈的發(fā)展方向。緊湊型熒光燈由于節(jié)電率高,安裝、使用方便而成為直接替代白熾燈的首選產(chǎn)品。緊湊型節(jié)能熒光燈與白熾燈的比較見表1。表1緊湊型節(jié)能熒光燈與白熾燈技術(shù)參數(shù)比較節(jié)能燈的功率(W)121620光通量(1m)22540065081011001330壽命(h600060006000600060006000等效的白熾燈功率(W)6075120如表1所示,假設(shè)某個(gè)場所需要1000只100W的白熾燈,對應(yīng)上表,我們可以采用1000只20w的緊湊型節(jié)能熒光燈來代替,假設(shè)這些燈泡每天工作8h,那么一年就可以節(jié)電△Px=(100-20)×1000×103×8×365=233600(kW/h)由此可見,采用節(jié)能熒光燈代替白熾燈的節(jié)能效果是顯著的。此外,尤其是在熒光燈內(nèi)采用稀土三基色熒光粉,其顯色指數(shù)可達(dá)85,使得被照物體顏色更鮮艷、清晰,目前在國際上被認(rèn)為是較理想的室內(nèi)新光源以鈉燈、金屬鹵化物燈為代表的高強(qiáng)度氣體放電燈(HID)具有發(fā)光效率高、耗電少、壽命長、透霧能力強(qiáng)和不銹蝕等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于道路、高速公路、機(jī)場、碼頭、船塢、車站、廣場、街道交匯處、工礦企業(yè)、公園、庭院照明及植物栽培。高顯色鈉燈主要應(yīng)用于體育館、展覽廳、娛樂場、百貨商店和賓館等場所照明鈉燈是近年來發(fā)展的高效節(jié)能新光源,分高壓鈉燈和低壓鈉燈兩種,光效為白熾燈的8~10倍,為高壓汞燈的2~2.5倍。它的壽命可達(dá)1萬~2萬h,電能至光能的轉(zhuǎn)換率可達(dá)30%(2)鎮(zhèn)流器的選用原則中國煤化工(1)自鎮(zhèn)流熒光燈應(yīng)配用電子鎮(zhèn)流器(2)直管形熒光燈應(yīng)配用電子鎮(zhèn)流器或節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器。CNMHG(3)高壓鈉燈、金屬鹵化物燈應(yīng)配用節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器;在電壓偏差較大的場所,宜配用恒功率鎮(zhèn)流器;功率較小者可配用電子鎮(zhèn)流器(4)熒光燈和高強(qiáng)氣體放電燈的鎮(zhèn)流器分為電感鎮(zhèn)流器和電子鎮(zhèn)流器,選用時(shí)宜采用能效因數(shù)(BEF)高的鎮(zhèn)流器。能效因數(shù)的計(jì)算公式為BEF100P式中BEF鎮(zhèn)流器能效因數(shù)鎮(zhèn)流器流明系數(shù)值P—線路功率其中,μ是指基準(zhǔn)燈和被測鎮(zhèn)流器配套工作時(shí)的光通量與基準(zhǔn)燈和基準(zhǔn)鎮(zhèn)流器配套工作時(shí)的光通量之比1.4高效的照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)照明控制主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面(1)能營造良好的光環(huán)境。通過控制光環(huán)境來劃分空間,同一空間中可創(chuàng)造出不同的環(huán)境氛圍,體現(xiàn)了照明環(huán)境的舒適性。(2)可節(jié)能。使用者需要時(shí)才開啟照明,盡可能減少不必要的開燈時(shí)間、數(shù)量和過高的照度,以有利于照明的節(jié)能。工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)充分認(rèn)識到它的重要性供電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)2.1功率因數(shù)補(bǔ)償設(shè)計(jì)要點(diǎn)(1)注重提高供配電系統(tǒng)及用電設(shè)備的自然功率因數(shù),選型時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用功率因數(shù)指標(biāo)較好的設(shè)備。(2)無功補(bǔ)償設(shè)備應(yīng)適當(dāng)靠近無功源,低壓用電設(shè)備產(chǎn)生的無功功率宜由低壓側(cè)的電容器來補(bǔ)償,高壓用電設(shè)備產(chǎn)生的無功功率則應(yīng)由高壓側(cè)的電容器來補(bǔ)償。(3)諧波環(huán)境中的功率因數(shù)補(bǔ)償應(yīng)作修正計(jì)算。當(dāng)諧波存在時(shí),諧波功率因數(shù)P小于基波功率因數(shù)COSq,即 PF COS COPEPP S=PFa=·PFax(1)式中P—有功功率S——視在功率S—基波視在功率位移功率因數(shù)畸變功率因數(shù)也可以利用基波因數(shù)來計(jì)算諧波環(huán)境中的功率因數(shù)PFCOSP,UIPF=COS PP=v COS ,(2)式中,基波因數(shù),其值為基波電流有效值與總電流有效值之比,即v=I1/I式(2)表明實(shí)際功率因數(shù)是由基波電流位移和電流波形畸變2個(gè)因素決定的。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中,諧波所致的無功功率很難估算,故上述算法實(shí)際上不可行。由于電網(wǎng)規(guī)模巨大,通常可以認(rèn)為電力系統(tǒng)的內(nèi)阻為零(視作無限大系統(tǒng)),因而僅考慮諧波電流而忽略諧波電壓的影響,即Um=0。此時(shí),功率因數(shù)P與諧波電流畸變率THD之間的關(guān)系如圖中國煤化際功率因數(shù):COSq為理想正弦波的功率因數(shù),即基波功率因數(shù),由傳統(tǒng)估算得到CNMHG0.4150THDi/%圖1由圖1可見,在諧波電流的影響下,由于諧波產(chǎn)生額外的無功功率,實(shí)際功率因數(shù)將按圖所示曲線下降。因此,在工程設(shè)計(jì)中,要按圖1所示曲線對功率因數(shù)進(jìn)行粗略的修正2.2諧波預(yù)防與治理技術(shù)電力系統(tǒng)中的無功功率主要由相位角和高次諧波造成。諧波預(yù)防與治理的要點(diǎn)在于以下幾方面(1)減少或抑制諧波源。(2)普通民用建筑配電變壓器繞組應(yīng)采用Dynl1型聯(lián)結(jié),對于5次諧波特別嚴(yán)重的場所可采用繞組為Dz5型聯(lián)結(jié)的專用變壓器,對于5次和7次諧波都很嚴(yán)重的場所可采用繞組為Dyd型聯(lián)結(jié)的專用變壓器(3)諧波干擾等級為1~3級的建筑物供配電系統(tǒng)中,涉及主要非線性負(fù)載的配電變壓器的負(fù)載率應(yīng)按式(3)降容:降容系數(shù)D,1.15(3)1+0.15K∑h(1)∑(M2)2∑(Mn11)2∑(h/1)2其中K=(ln)2121)21+TDH2K值應(yīng)根據(jù)治理后的諧波水平確定。圖2為諧波源負(fù)荷占變壓器負(fù)荷比例圖。降容系數(shù)可根據(jù)諧波源負(fù)荷占變壓器的負(fù)荷比例計(jì)算,也可按圖2來粗略估計(jì)。當(dāng)不作計(jì)算時(shí),普通配電變壓器的負(fù)載率不宜大于75%8出諧波源設(shè)備占有率/%圖2諧波源負(fù)荷占變壓器負(fù)荷比例圖(4)諧波干擾等級為4級的建筑物供配電系統(tǒng)中,涉及主要非線性負(fù)載的配電變壓器的負(fù)載率(計(jì)算值)應(yīng)按降容系數(shù)D確定,當(dāng)不作計(jì)算時(shí),不宜大于70%。有條件時(shí),可選用按照系數(shù)制造的專用配電變壓器。應(yīng)根據(jù)治理后的諧波水平確定值。(5)諧波干擾等級為4級的建筑物中,功率因數(shù)補(bǔ)償電容器應(yīng)并應(yīng)注意避免發(fā)生電網(wǎng)局部諧振。中國煤化工三.電氣設(shè)備的節(jié)能CNMHG(1)空調(diào)系統(tǒng)。其主要內(nèi)容包括:①冷凍水與冷卻水系統(tǒng)的優(yōu)化控制;②冰蓄冷系統(tǒng)的優(yōu)化控制,現(xiàn)行的冰蓄冷控制技術(shù)還很不成熟,冰蓄冷控制策略仍需作深入硏究,尤其是在蓄冰裝置優(yōu)先方式下的融冰策略的研究,對于提高冰蓄冷系統(tǒng)的能源利用效率,促進(jìn)冰蓄冷技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用具有決定性的意義;③熱交換系統(tǒng)溫差與流量的優(yōu)化控制;④變風(fēng)量系統(tǒng)等控制技術(shù)(2)給排水系統(tǒng)的優(yōu)化控制。(3)電動(dòng)機(jī)。包括電動(dòng)機(jī)的正確選型、調(diào)速方法、基于負(fù)載檢測的臺數(shù)控制(4)電梯。包括電梯的合理選型(如速度、載重量、調(diào)速方式等)、停層計(jì)劃及群控策略。(5)電動(dòng)門窗。包括門窗的節(jié)能控制、遮陽系統(tǒng)的自動(dòng)控制等。四.結(jié)束語綜上所述,對于建筑電氣設(shè)計(jì)者來說,應(yīng)充分考慮節(jié)能設(shè)計(jì),應(yīng)用先進(jìn)技術(shù),選用高效設(shè)備,不但節(jié)約能源,促進(jìn)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步,而且保護(hù)了環(huán)境參考文獻(xiàn):[1]建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).GB50034——2004[2]公共建筑節(jié)能節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).GB50189—2005.[3]王志祥.工業(yè)與民用建筑電氣設(shè)計(jì)節(jié)能辦法,應(yīng)用能源技術(shù).2006.中國煤化工CNMHG