建筑电气设计阶段环保节能措施浅谈

倪海峰

建筑电气设计阶段环保节能措施浅谈

倪海峰

结合天津中新生态城的实际情况,从电气供配电系统、电气照明、节电产品的应用及太阳能合理应用等方面讲述了民用建筑电气设计阶段需要采取的节能环保措施,并作了简要分析,以实现电气系统的节能目标。

建筑电气设计,节能,生态环保

随着社会的发展,对能源的需求大幅增长,而能源却越来越短缺,怎样节约能源便成为摆在人们面前的严峻问题,笔者就民用建筑电气设计阶段如何节能提出自己的一些看法和见解。

中新天津生态城规划区域内现状 1/3是废弃盐田,1/3是盐碱荒地,1/3是有污染的水面,土地盐渍化严重。在这样一个资源约束条件下建设生态城,符合中新两国政府确定的不占耕地、在水资源短缺地区选址的原则。通过一系列措施,生态城规划区域将逐步成为“人与人和谐共存、人与环境和谐共存、人与经济活动和谐共存”的“美丽城”。因此,生态城将致力于建设成为综合性的生态环保、节能减排、绿色建筑、循环经济等技术创新和应用推广的平台,国家级生态环保培训推广中心,现代高科技生态型产业基地,“资源节约型、环境友好型”宜居示范新城,参与国际生态环境建设的交流展示窗口。结合目前建设开发的生态城南部片区第一细胞商业街项目、动漫产业园项目以及滨海家园住宅项目等,提出如下电气工程节能措施。

1 电气配电系统方面的节能

1.1 供配电系统及电器产品的节能措施

1.1.1 合理设计供配电系统

1)根据负荷容量、供配电距离及分布、用电设备特点等因素,合理设计供配电系统和选择供配电电压,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)变电所应尽量靠近负荷中心,以缩短配电半径,减少线路损失。根据负荷情况,可切除部分变压器,从而降低损耗。3)根据负荷情况合理选择变压器容量、台数,其接线应能适应负荷变化时,按经济运行原则灵活投切变压器。4)按经济运行电流密度合理选择导线截面,一般按年综合运行费用最小原则确定经济电流密度。

1.1.2 提高功率因数,减少电能损失

1)提高功率因数的意义：a.可减少线路损失;b.可减少变压器的铜损;c.可减少线路及变压器的电压损失;d.可以增加发配电设备的供电能力。2)提供功率因数的措施：a.减少供用电设备的无功消耗,提高自然功率因数。b.用静电电容器进行无功补偿。

1.1.3 无功功率补偿

对配电变压器进行无功补偿可提高功率因数,有利于节能降耗,补偿后功率因数均大于 0.95。

1.1.4 电力电缆的选择

1)电力电缆材质的选择：电缆线路的有功电能损耗为三相电路中有功功率损耗与最大负荷年损耗小时数的乘积。而有功功率损耗的大小主要取决于线路的电阻和感抗,即导体材质、截面积及绝缘形式。相对于铝导体,铜导体的导电率高且能耗低,因此,铜芯电力电缆在工程设计中被广泛使用。

2)按经济电流选择：电缆截面的选择除技术条件外,另一个方面是经济条件,即按经济电流选择。电气设计领域逐步同国际接轨,陆续等同或等效采用国际电工标准,推广应用IEC-287-3-2/ 1995《电力电缆截面的经济最佳化》标准。

1.1.5 配电变压器的节能措施

变压器节能的实质就是降低损耗,提高运行效率,具体有以下几项措施：1)合理选择变压器的容量和台数。选择变压器的容量和台数时,应根据负荷情况,综合考虑投资和年运行费用,对负荷进行合理分配,选取容量与电力负荷相适应的变压器,使其工作在高效区内。一般情况下负荷率在 0.3～0.75时,是经济运行区;负荷率在 0.5～0.6时,变压器效率最高。负荷一定时,功率因数越高变压器效率亦越高。2)选用节能型变压器后,更换或改造高耗能的变压器。新建或改建工程应选用SL7,S9,SC(B)9等节能型变压器。3)加强运行管理,实现变压器的经济运行。

1.1.6 采取抑制谐波的技术措施

随着电气技术的飞速发展,大量照明用的气体放电灯及电子镇流器、生活日用电气中变频空调器、计算机等非线性设备以及变频水泵、变频风机等设备的广泛应用,均向电网输送了大量的高次谐波。谐波的产生会导致风机或水泵的电动机效率降低、发热增加,从而缩短其使用寿命;使变压器产生附加损耗,从而引起过热,使绝缘介质老化加速,导致绝缘损坏;谐波电流会引起电气设备及配电线路过载导致短路,甚至引发电气火灾。

谐波的抑制方法很多,常用的方法有增加换流装置的脉动数、加装交流滤波装置、改善三相不平衡度、在用户进线处加装串联电抗器、采用有源滤波器/无源滤波器等新型滤波措施。谐波抑制措施的选择要根据滤波达标的水平、效果、经济性和技术成熟度等综合比较后确定,从而抑制高次谐波造成的系统发热和损耗,实现电气系统的节能。

1.1.7 节电装置的应用

自动稳压型交流电源集中控制节电装置,采用“电磁平衡原理”节电技术,通过装在内部的LC无源滤波器抑制高次谐波造成的系统发热和损耗,吸收系统内部的失真电能并转化成为有用电能,通过装置本身的感抗和负荷系统的感抗形成互感,可提高负荷系统电能的利用率,即提高功率因数。节电装置串联接入电力系统中,对系统输入电能进行集中控制与多方位管理,改善电能质量,将供电参数调整到负荷设备最适合的工作状态。

1.1.8 太阳能光伏发电

太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源,太阳每秒钟释放出来的能量,相当于目前全世界一年内能源总消耗量的 3.5万倍。然而太阳能必须被高效地收集并转化为热能、电能等常规能源,才能被充分利用。国家《电力法》规定,鼓励各企业使用清洁能源及可再生能源,如风能、水能、太阳能等。太阳能是容易直接获取的清洁能源之一,太阳光伏发电就是利用光伏效应把太阳光能直接转化成电能的供电模式。随着太阳能光伏发电技术的不断发展完善和日趋成熟,该系统将会广泛应用于各个领域。目前中新生态城几乎所有的公共建筑均不同程度的使用了太阳能光伏发电装置及太阳能热水。

1.2 照明系统方面的节能

1)选用合适的照明方式。在同一照明区间内,优先选用分区一般照明,根据视觉作业的要求,按需分设照度标准值,改变照度标准值单一的情况,切合实际,避免浪费,有效节能。一般照明可按需增设局部照明,高照度区采用混合照明。2)照明系统的设计。照明供电尽可能采用三相四线制。系统设计时,将照明负荷均匀地分配到三相电路中,采用三相四线制线路供电比单相二线供电可减少线路损失 85%。3)选用高光效长寿命节能型光源。高光效光源主要指气体放电灯。一般室内的照明优先选用荧光灯。发光二极管(LED)以其长寿命(可达100 000 h),良好的显色性,无频闪,响应时间短,耐振动,耐气候,使用安全等诸多优点得到广泛应用。本设计要求开启型荧光灯具效率不小于 75%,格栅型灯具效率不小于 60%,气体放电灯的整体功率因数不得低于 0.9,镇流器自身功耗不大于光源标称功率的 15%。4)照明系统能耗很大,采用 I-BUS智能控制系统可以实现对各大空间如停车库、多功能厅、游泳池、会议室、餐厅等灯具实行定时开闭或调光;会议室或多功能厅的用电设备统一控制,以节约电能。5)合理设计各场所照度,使照明功率密度不大于《建筑照明设计标准》表 6.1.2规定：变配电室：现行值 8 W/m2,目标值 7 W/m2;照度标准值：100 Lx。6)太阳能灯的利用。太阳能照明是将太阳能辐射转化成电能,再将它应用到照明系统。太阳能光伏技术的应用不会产生二次污染,并且照明的工作电压只有 12 V～24 V,对人体没有任何的危害性。太阳能照明系统采用微电脑智能化控制,全部自动化,无需人员看管,常用光感系统,做到天黑亮灯,天亮熄灯。并且太阳能照明工程后期工作运行费用低,供电系统稳定可靠。太阳能灯具使用寿命长,光源为冷光源,不会产生温室效应,对植物没有任何影响。采用太阳能发电技术,供建筑物的外檐泛光照明、户外路灯照明及户外广告照明等用电,既节约了电能,又节约了敷设电缆等带来的人力、财力。

2 电气专业其他方面的节能措施

1)保持三相平衡,使最大不平衡相负荷不超过三相平均负荷的 15%;最小相负荷不小于三相负荷平均值的 85%。另外,大楼投入使用时尽量保持三相平衡。

表1 灯具的效率及镇流器谐波含量 %

2)限制谐波,如变频设备、照明灯具电感镇流器等,订货时尽量选用低谐波设备,要求灯具镇流器谐波含量不大于 20%(见表1)。

[1] 黄家室.建筑小区应用太阳能光伏发电供配电方式探讨[J].建筑电气,2009,28(2)：22-25.

[2] 陈一才.智能建筑电气手册[M].北京：中国建筑工业出版社,1999：839.

[3] 张绍刚.照明设计手册[M].第 2版.北京：中国电力出版社(照明节能部分),2006：527-533.

Shallow discussion on energy-saving and environmental protection measures at building electrical design phase

NIHai-feng

Combining with the actual condition of Sino-Singapore Tianjin eco-city,it expounds the energy-saving and environmental p rotection measures needed adopting at civil building electrical design phase from aspects of electric power supp ly and distribution system,electric lighting, application of energy-saving products,and rationalapplication of solar,etc.,and makes briefanalysis,with a view to achieve the energy-saving target of electrical system.

building electrical design,energy-saving,eco-environmental protection

TU855

A

1009-6825(2011)09-0200-03

2010-12-06

倪海峰(1973-),男,工程师,天津生态城建设投资有限公司,天津 300480