民用建筑电气节能设计探讨

丁 式 横

(温州设计集团有限公司, 浙江 温州 325000)

民用建筑电气节能设计探讨

丁 式 横

(温州设计集团有限公司, 浙江 温州 325000)

从供配电系统、电气照明、可再生能源方面介绍了民用建筑的电气节能设计。建议变电站应设置在负荷的中心;当变压器负载率超过70%时，应调整变压器的数量或增大变压器的容量;除有特殊要求的场所外，应选用高效照明光源、高效灯具及节能附件。

民用建筑; 电气节能; 供配电系统; 照明

0 引 言

目前,建筑电气在能耗方面占有的比例很大,且各种节能类型的规范也越来越多(各省市出现了节能评估),因此电气节能设计显得尤为重要。本文从供配电系统、电气照明及可再生能源三个方面探讨了民用建筑的电气节能设计。

1 供配电系统

1.1 供配电系统中心的位置

从节能的角度考虑,只有供配电系统中心设置在负荷的中心,才能有效地减少线路的损耗,节约能源,降低造价,主要从两个方面考虑:

(1) 变电站应设置在负荷的中心,一般干线供电半径不超过250 m,最好能控制在150 m以内。

(2) 配电竖井或配电小间应设置在配电区间负荷的中心,一般能使其动力箱、配电箱的分支线供电半径控制在30～50 m。

1.2 变压器

1.2.1 选择节能型的变压器

节能型变压器是空载、负载损耗相对小的变压器。根据行业标准的要求,某型号或系列的变压器,新型号的自身功耗应比前一个型号低10%。GB 20052—2013《三相配电变压器能效限定值及能效等级》对变压器的能效等级及能效限定值做了规定。干式变压器能效等级技术参数如表1所示。

能效限定值选择时,干式配电变压器的空载损耗标准值和负载损耗标准值均应不高于表1中的3级规定;在节能评价时,干式配电变压器的空载损耗标准值和负载损耗标准值均应不高于表1中的2级规定。

1.2.2 变压器容量的选择

选择变压器容量首先要确定变压器的负载率。JGJ 16—2008《民用建筑电气设计规范》规定,变压器长期工作负载率不宜大于85%。所以,当负载率低于85%时应结合变压器的效率及经济性进行选择。

变压器的效率是指变压器输出的有功功率P2与输入的有功功率P1之比,用百分比表示。

一般变压器效率都较高,大多在95%以上,而大型变压器效率可达99%以上。变压器效率一般不宜采用直接测量P2、P1的方法,有以下几方面原因:

表1 干式配电变压器能效等级

(1)P2与P1相差很小,测量仪器本身的误差就可能超出该范围。

(2) 容量大的变压器很难在制造厂或实验室找到一个合适的大容量负载来做效率试验。

(3) 大容量变压器直接做效率试验,其耗用P2太多,不经济。

所以,常用间接法测定变压器的效率,即测出各种损耗以计算效率。

变压器的效率为

(1)

∑P=PFe+PCu

式中: P2——输出有功功率;

P1——输入的有功功率;

PFe——铁损耗;

PCu——铜损耗。

在式(1)计算效率时,采用了以下假定:

(1) 以额定电压下的空载损耗Po作为铁损耗PFe,并认为铁损耗不随负载而变。

(2) 以额定电流时的短路损耗PKe作为额定电流时铜损耗PCu,并认为铜损耗与负载系数β的平方成正比,故有PCu=β2PKe。

(3) 计算P2时,忽略了负载运行时的二次侧电压变化,即

P2=βSecosφ2

(2)

式中: Se——变压器的额定容量。

应用以上为假定后,式(1)变为

(3)

效率随负载电流而变化的规律,叫做变压器效率特性。

由于电力变压器整年接在线路上,总有铁损耗,而铜损耗却随负载(随季节、时间)而变化,不是一直在满载下运行。因此,铁损耗小些,对全年的效率比较有利,一般Po/PKe取1/4～1/3,故最大效率大致产生在(0.5～0.6)Ie情况下。

当负载率一定时,功率因数越高,变压器的效率也越高。

结合变压器的效率及使用中的经济性,建议当变压器负载率超过70%时,应调整变压器的数量或增大变压器的容量,以利于更加节能的运行。

1.2.3 变压器数量的选择

变压器台数应根据负荷特点和经济运行进行选择,当符合下列条件之一时,宜装设两台及以上变压器:

(1) 有大量重要及以上级别的负荷。

(2) 季节性负荷变化较大。

(3) 集中负荷大。

除以上条件外,需结合负载率选择变压器的数量,一般单台变压器的容量不超过1 250 kVA。

1.3 功率因数补偿

当采用提高自然功率因数措施后,仍达不到电网合理运行要求时,应采用并联电力电容器作为无功补偿装置。

(1) 当采用高、低压自动补偿装置效果相同时,宜采用低压自动补偿装置。

(2) 补偿基本无功功率的高压或低压电容器组,宜在配变电所内集中补偿。

(3) 容量较大、负载稳定且长期运行的用电设备,其无功功率宜单独就地补偿。

(4) 当补偿电容器线路谐波较严重时,高压电容器应串联适当参数的电抗器,低压电容器宜串联适当参数的电抗器。

(5) 对于三相不平衡的供配电系统,应采用分相无功补偿装置,分补容量宜控制在总量的30%以内。

(6) 高压用户的功率因数应满足供电协议的规定。

2 电气照明

2.1 光源的选择

除有特殊要求的场所外,应选用高效照明光源、灯具及其节能附件。

目前,工程中经常采用的高效照明光源有荧光灯、金属卤化物灯、高压钠灯、高频无极灯、LED灯等。随着光源技术的发展,LED灯用于室内技术已较为成熟,具有光效高、寿命长、光衰小等优点。LED常用技术参数如表2所示。

表2 LED常用技术参数

另外,GB 50034—2013《建筑照明设计标准》规定,在以下场所宜选用感应式自动控制LED。

(1) 旅馆、居住建筑及其他公共建筑的走廊、楼梯间、卫生间等场所。

(2) 地下车库的行车道、停车位。

(3) 无人长时间逗留,只进行检查、巡视和短时操作等的工作的场所。

2.2 照明控制

根据建筑的照明要求,应合理利用自然光,采取节能高效、便于管理的照明控制措施。

(1) 在具有自然采光或自然采光设施的区域,应采取合理的人工照明布置及控制措施。

(2) 公共场所的照明应采用集中控制或自动控制方式。

(3) 医院、旅馆等公共建筑的门厅、电梯大堂、客房层走廊等场所,宜采取夜间定时降低照度的措施;每间房宜设置节能控制器,对房内空调、照明、插座、电动窗帘等设备进行统一管理。

(4) 宜设置智能照明控制系统,并具有随室外自然光的变化自动控制或调解人工照明照度的功能。

3 可再生能源利用

3.1 太阳能光伏系统

光伏发电的关键元件是太阳能电池,经过串联后进行封装保护,可形成大面积的太阳电池组件,再配上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。

3.2 空腔光导管采光系统

空腔光导管采光系统通过室外的采光装置收集自然光,并将其导入系统内部,然后经过导光装置强化并高效传输后,由漫反射将自然光均匀发散到室内任何需要光的地方。

空腔光导管采光系统一般为铝制结构,质量较轻。光导管可以按形状分为直光导管和弯管两种。弯管可以有不同的弯曲角度,弯曲角度变化范围为0～90°;光导管内壁五层特殊膜,确保了光线的高效传输性和稳定性,材料全反射率达98%以上。另外,与空腔光导管配套的还有采光装置及漫射装置。

目前,空腔光导管采光系统适合应用在一些外部有条件安装采光装置、内部需要在白天进行照明的场所,但造价较高,投资回收周期长。

4 结 语

本文针对民用建筑电气设计过程中的几个环节进行了论述。实际上建筑节能还应根据建筑物的要求及给排水、暖通专业对设备的控制要求等综合制定一个节能的方案,原则上应在初期的设计阶段进行考虑。

[1] 顾绳谷.电机及拖动基础[M].北京:机械工业出版社,1990.

[2] DB 33/1092—2013 民用建筑绿色设计标准[S].

[3] 中国标准建筑设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施——电气节能[M].北京:中国计划出版社,2007.

Electrical Energy-saving Design of Civil Building

DINGShiheng

(Wenzhou Design Group Co., Ltd., Wenzhou 325000, China)

This paper analyzed the electrical energy-saving design of civil building in aspects of power supply and distribution system, electrical illumination,and renewable energy source. It is suggested that the transformer substation should be installed at the center of load. The quantity of transformer is adjusted and the capacity of transformer increases when the load rate of transformer is greater than 70%. The efficient lighting sources, efficient lamps, and energy-saving attachments should be selected except some special places.

civil building; electrical saving energy; power supply and distribution system; illumination

丁式横(1973—),男,高级工程师,从事建筑电气设计。

TU 201.5

B

1674-8417(2015)07-0058-04

2015-03-28