建筑工程中电气节能设计质量控制

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  【摘 要】建筑电气节能设计当今显得十分重要,本文从电气节能的一般原则,线路的节能措施,变压器的节能及供配电系统的节能措施,照明系统的优化节能设计进行探讨。
  【关键词】建筑电气节能;线路节能;变压器及供配电系统;优化设计
  Electrical energy-saving design quality control for construction projects
  Zhang Xin
  (Xinjiang Petroleum Survey and Design Institute General Contracting Division Xinjiang 834000) 
  【Abstract】design of building electrical energy is very important today, this article from the general principles of electrical energy, the line of energy-saving measures, energy-efficient transformers and distribution systems for energy-saving measures, lighting system, the optimization of energy-saving design. 
  【Key words】Building electrical energy; Line energy; Transformers and power supply system; Optimum design
  
  国家加大力度建设节约型社会,相关部门也出台了关门节省能源的要求,需要各行各业尤其是建筑设计人员,注重运用经济分析和评价方法,做好建筑电气节能设计必须从源头抓起,优化节能技术措施和策略,提高建筑工程的经济性和实用性,在今天显得极其重要。
  1. 建筑工程电气节能的一般原则
   1.1 建筑工程电气节能的原则是必须满足房屋的使用功能。这些功能主要包括满足照明的亮度,色温,显色指数; 满足舒适性空调的温度及进风量; 满足办公场所的现代化电气设施的正常运行,满足使用范围内通道的畅通无阻; 同时还要满足特殊工艺要求,如娱乐场所的游乐设备设施用电,展厅的艺术照明及动力安全用电等。
   1.2 还要考虑其经济效益的合理性。节能要考虑当地经济条件,不能因为节能而过多的在资金上进行投入,而是要让该部分增加的投入尽可能在短时间内用节能减少的费用回收。
  1.3 节省无谓消耗的能量,节能的重点应是节省无谓消耗的能量上。先找出那些地方的能量消耗是与建筑物使用功能无关,再考虑采取相应的技术措施。例如变压器的功率损耗,传输电能线路的功率损耗也属于无用的能量消耗; 量大面广的各种照明,采用先进技术成果使得能耗降低。节能的技术措施应该是经济,实用及技术先进的原则。
  2. 电气线路的节能措施
  建筑电气节能在供配电系统中的电动机,变压器,灯具及镇流器,还有家用电器都具有电感性,会产生滞后的无功电能,并从系统中经过高低压线路,再传输到用电设备末端,在无形中又增加了线路的功率损耗。这些正常使用过程中的损耗,可采取措施降低这部分损耗,例在设计时尽量采取功率因数较高的用电设备,如同步电动机等。电感性用电设备可以选择有补偿电容器的用电设备,如配备电容补偿器的荧光灯; 用静电电容器进行无功补偿。电容器产生的超前无功电流,可以抵消用电设备的滞后无功电流,从而达到提高功率因数,同时又减少整体无功电流的作用。
  对于供输电线路来说,应考虑减少线路损耗的方面是: 尽可能选择用电阻力较小的导线; 线路走向尽量直线不拐弯,在低压配电中尽量不走回头路,变电所要靠近负荷中心,达到减小供电半径; 增大导线截面面积,当线路过长时在满足载流量,热稳定和保护配合电压降要求前提下,在选择电线截面积时应加大1级,虽然增加了线路费用,但因节省能耗而减少了运行费用; 在输送功率不变的情况下,因电能损耗与电流强度的平方成正比,而与运行电压的平方成反比,因此在额定电压允许的波动幅度内,适当提高运行电压,这样可有效降低线路的电能损耗。
  3. 变压器的节能措施
  变压器的主要电损耗有两个部分,一个是与负荷无关的空载和另一个与负载成平方比的负荷损失。与负荷无关的空载损失,当变压器空载时,空载电流Io很小,在线的绕组过程中引起的铜损失Pcu可以不计,而空载损失Po可以看作与铁损Pfe相当。而铁损失由磁滞留损失与涡流损耗组成,这两项损失近似与一次线路电压U1的平方成正比,只要运行一次电压不变,则铁的损失不变; 而另一个与负载成平方比的负荷损失,即当变压器有载时除了固定铁损失外,还存在由于电流通过1次和2次线圈的电阻损耗,也就是铜耗Pcu在不同负载条件下,变压器的总损耗为Pcu与Pfe之和。在这里变压器的有功功率损耗用下式来表示:
  △P=Po+β2Pk
  式中:△P—为变压器的有功损耗;Po —为变压器的空载损耗;
  Pk —为变压器的短路损耗; β—为变压器的负载率。
  3.1 要降低变压器的空载损耗,Po作为变压器的空载损耗,又称作铁损,是由铁芯的涡流损耗及漏磁损耗而组成,其值与铁芯材料和铁芯加工制造工艺有关,而与负荷大小无关,所以变压器要选择节能型的油浸变压器,或者干式变压器较好,由于它们都是采用优质冷轧取向硅钢片,因“取向” 处理时硅钢片的磁畴方向接近一致,以减少铁芯的涡流损耗,5度全斜接缝结构使接缝密合从性好而减少漏磁的损耗。
   3.2 降低负荷损耗,Pk是变压器额定负载传输的损耗,也称为变压器线损,其值取决于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小,对此要认真选用阻值较小的绕组,最佳的是铜芯变压器等。
  3.3 优化选择最佳负荷率。根据公式β=S/SN,SN为变压器额定容量,S为变压器运行中的实际容量,β2Pk要用微分求其极值时,是在β=50%时每千瓦的负荷。此时变压器的能耗是最小。但是在β=50%负荷率时仅减少变压器的线损,并不能减少变压器的铁损耗,由此可见并不节能。综合多种因素考虑,还要考虑变压器在使用期内预留一些余量,变压器选择最经济节能运行的负荷率在80~90%之间较合适。
  3.4 优化变压器的运行方式,也就是对负荷进行合理配置,选择容量与电力负荷相匹配的变压器,使之工作在高效低耗区段,同一变电站的变压器尽量并联运行,根据负荷的变化调整并联运行的变压器台数。同时还要对控制各种非线性用电设备所产生的高次谐波,降低
  高次谐波值,减少变压器及电动机线路的损耗,还要降低变压器运行环境温度,3相负荷平均和合理选择变压器的连接方式等。
  4. 供配电系统的节能措施
  切实采取提高系统的运行电压和功率因数,减少无功功率及导线运行的电阻,降低供配电系统线路损耗极其重要。节能的技术措施从下述几个方面入手:
  4.1要按照负荷容量,供电分布及距离远近,用电设备等特点,优化设计供配电系统及合适的供电电压,供配电系统应当简单可靠,同一电压供电系统变配电级数不要多于两级。
  4.2 变电所位置应尽量安排在负荷中心,以缩短配电半径达到减少线路损耗; 电力用户内部的变电所之间,要敷设联络线,根据负荷情况可以切除部分变压器,也减少了线损耗量。
  4.3 要降低线路的电阻,线路的截面选择要适应国际通用标准,宜使用IEC287-3-2/1995电力电缆截面的经济最佳化,按经济电流密度法合理选用导线截面,达到减少线损。另外对于环形供电形式,为降低线路的电阻值,把开式网运行改为闭式网运行,同样可以降低线路损耗。
   4.4 在传输方式上可以采取提高电压等级的措施,通过计算可知当电压提高10%,线路损失可以降低17%左右,因此提高电压传输方法是降低线损的重要措施。
  4.5 还可以利用提高功率因数减少电能的损耗。线路上的损耗与用电方的功率因数二次方成反比,因而提高功率因数也是降低线路损耗的又一有效途径。提高了功率因数,可以合理选择用电设备容量,装设并联补偿电容器方面考虑。
  5.电动机动力系统的节能措施
  要降低电动机电能损耗的技术措施,主要是提高电动机的工作效率和功率因数。在多层及高层建筑中使用的电梯,水泵及消防系统电机,风机及电气设备运行所产生的用电量,会占公摊费的1/2左右。这些部分电动机的节能十分重要,设计要选择用高效节能型电动机,例YX系列高效电动机,要比Y系列电动机效率高约3%以上。
  优化设计就是根据实际负荷需要选择电动机。而电动机的功率指标是在额定负载运行下的数值,在非额定负载运行下其数值要比额定值时低。当电动机在负载率为75%~100%之间运行效率是最高的。一般情况下选用电动机额定功率要比负载实际功率大10%为宜。当电动机的平均负载达到70%以上时,电动机的效率与额定效率相当,可以认为容量适宜。而当电动机的平均负载达到45%~70%时,电动机的效率与额定效率略为低,要经过计算才能确定是否把容量减小些。当电动机的平均负载达到25%~40%时,要选择容量相当的电动机,或者将电动机绕组由△接法改为Y接法,负载率低不仅效率低而且会降低功率因数。解决的主要技术措施是:
  5.1 选用高效率的电动机,也就是要提高电动机的效率和功率,这是减少电能损耗的重要方法。与普通电动机比较,高效电动机的效率要高5%以上,平均功率因数高7%~9%,而总耗损少达到20%~30%,因而具有一定的节能效果。在优化设计或是技术改造项目中,要选择Y.YZ.YZR等系列高效率电动机,达到节省电力目的。同样由于新产品电机价格比普通电机要高出30%左右,因而在采用时考虑到资金回收时间,也就是在短期内靠节省电费收回多付出的设备费用。在符合以下条件时可选择用高效电机: 即负载率在0.6以上时; 每年连续运行时间在3000h以上时; 电机运行无频繁停启,如风机水泵等轻载运行; 单机容量大。
   5.2 选择交流变频调速装置。应当推广交流电机调速节电技术,是当前节省电能的主要措施。采用变频调速装置可达到电机在负载下降时; 自动调节转速,从而与负载的变化相适应,提高电机在轻载时的效率而节能。现在用普通晶闸管,GTR大功率晶体管.GTO门极可关断开关.IGBT绝缘门双极晶体管等,电力电子器件组成的静止变频器,对异步电动机进行调速已经广泛使用。变频调速是通过电子元件组成的变频器及相应的辅助装置,达到改变电动机输入电压和频率以实现电机的调速。同其它方法相比变频调速具有自身损耗少,效率高和调速精度高的优点,通过微机还可以进行闭环自动控制,是现在较好的调速方法,尤其适用于高层建筑中水泵,风机和电梯电动机的调速控制用。
  提高自控技术尽量减少交流电机的启动,制动次数也是降低损耗节省电能的方法之一。由于电动机在启动时会产生制动能耗,采取自控技术监视电气设施及消防水箱水位,合理科学地控制电机启动台数,相隔时间也是节省电能的有效措施。
  6.照明系统的节能措施
  6.1 对于照明系统的优化节能设计。
  优化节能设计是在确保不降低照度的前提下,力求减少照明系统中电能的损失,最大限度地利用光能。照明系统的节能措施是: (1)充分利用自然光,这是照明节能的最好方法,节省了电力照明的消耗。(2)选择用高效光源,现行的设计规范规定了各种场所的照度标准,视觉要求及照明功率密度。照明标准不允许任意更动,需要采取技术措施加以控制,而光源的效率与电力消耗相关,要在满足照明亮度的前提下,一般场所应优先采用高效发光的荧光灯及紧凑型荧光灯,如生产车间,厂房及体育场馆室外照明,宜采用高压钠灯,金属卤化物灯等高效气体放电光源。(3)选择低能耗性能优异的光源电附件,例电子镇流器. 节能型电感镇流器. 电子触发器及电子变压器等产品,公共建筑场所内用的荧光灯优先使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,气体放电灯宜使用电子触发器。(4)采取合理的控制方法,充分利用天然光的照度变化,决定电灯照明亮度范围,实现照明分区控制和增加照明开关部位,改变全开不良习惯,在需要的时间和部位提供所需照度,也是节能的一个方面。 (5)采用各种类型地节能开关,如旅馆客房设置节能控制总开关,对居住住宅楼梯间可天然采光及房间走廊,除必须应急照明外,安装节能自熄开关。公共场所的室外照明,可以集中遥控管理或装自动控光设施。
  6.2 提高供配电系统功率因数。
  提高系统的功率因数可以减少线路无功功率的损耗,达到节能的要求。具体方法有: 减少用电设备无功损耗,提高用电设备功率因数,用功率因数高的设备如同步电机,电感性用电设备如有补偿电容器荧光灯等; 用静电电容器无功补偿,电容器可产生超前无功电流抵消用电设备滞后无功电流达到提高功率因数,又减少整体无功电流。工程中采取分散就地补偿和高低压柜集中补偿的方式。
  综上浅述在供配电. 变压器及电动机,照明系统,都存在较大的节能潜力,为达到节能目标,电气设计和施工通过科学优化设计,采用先进技术和设备,可以达到节省电能损耗的。
  
  
  参考文献
  [1] 章国良 住宅建筑电气节能措施[J] 住宅科技2008(12)27-30.
  [2] 郭 霞建筑电气设计节能措施分析探讨 [J]四川建材2008(4)280-282
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