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建筑電氣節能技術

      建筑電氣節能設計首先應遵循的三個原則。

  (1)滿足建筑物的功能

  滿足照明的照度、色溫、顯色指數;滿足舒適性空調的溫度及新風量,也就是舒適衛生;滿足上下、左右的運輸通道暢通無阻;滿足特殊工藝要求,如娛樂場所一些電氣設施的用電、展廳的工藝照明及電力用電等。

  (2)考慮實際經濟效益

  節能應考慮國情及經濟效益,不能因為節能而過高地消耗投資,增加運行費用。而是應該讓增加的投資在幾年或較短的時間內用節能效益進行回收。

  (3)節省無謂消耗的能量

  節能的著眼點應是節省無謂的能量。首先找出哪些地方的能量消耗與發揮建筑物功能無關,再考慮采取什么措施節能。如變壓器的功率損耗、傳輸電能線路上的有功損耗都是無用的能量損耗;又如量大面廣的照明容量,要采用先進技術使其能耗降低。因此,節能措施也應貫徹實用、經濟合理、技術先進的原則。

  接下來從多個方面對建筑電氣節能技術進行剖析。

  一、負荷計算

  負荷計算是電氣設計的基礎工作,如果負荷計算不準確,不僅會造成設備選擇不合理,還會出現供配電系統運行存在安全隱患。實際工程中較多出現負荷計算過大的問題,直接造成一次投資過大,運行成本較高。

  規劃階段負荷計算一般選用符合密度法;方案設計階段負荷計算一般選用單位指標法;施工圖設計階段負荷計算一般選用需用系數法。

  規劃單位建設用地負荷指標如表1所示。

  表1     規劃單位建設用地負荷指標

建筑電氣節能技術.jpg


  規劃單位建筑面積負荷指標如表2所示。

  表2     規劃單位建筑面積負荷指標

表2 規劃單位建筑面積負荷指標.jpg

  各類建筑物的用電指標如表3所示。

  表3       各類建筑物的用電指標

表3 各類建筑物的用電指標.jpg

  用電設備的需用系數及功率因數如表4所示。


  表4      用電設備的需用系數及功率因數

 表4 用電設備的需用系數及功率因數.jpg

  二、提高系統的功率因數

  提高功率因數能給節能帶來可觀的效益,功率因數越小,變壓器實際的可輸出有功功率越小。

  變壓器實際輸出功率與功率因數呈線性遞減關系。功率因數為0.9時,變壓器實際出力減少10%;功率因數為0.8時,變壓器實際出力減少20%;當功率因數等于1時,變壓器輸出功率可達到額定容量。

  因此,應合理選擇變壓器容量、線纜及敷設方式等措施,減少線路感抗以提高用戶的自然功率因數。當采用提高自然功率因數措施后仍達不到要求時,應進行無功補償。10kV及以下無功補償宜在配電變壓器低壓側集中補償,且功率因數不宜低于0.9.高壓側的功率因數指標,應符合當地供電部門的規定。

  電容器的安裝容量可按下列計算:

  1)35kV變電所可按變壓器容量的10%~30%計。

  2)10kV、20kV變電所可按變壓器容量的20%~30%計。

  三、降低變壓器損耗

  非晶合金鐵芯變壓器,具有低噪音、低損耗等特點,其空載損耗僅為常規產品的五分之一,且全密封免維護,運行費用極低。選用節能型變壓器,更換或改造高能耗的變壓器。新建或改建工程應選用SL7、S9、SC(B)9、SGB10及SGB11-R等型號的節能型變壓器。與傳統產品相比,SL7無勵磁調壓變壓器,10kV系列的空載損失和短路損失分別降低41.5%和13.9%;S9系列變壓器與SL7系列變壓器相比,其空載損失和短路損失又分別降低5.9%和23.3%。SGB11-R系列卷鐵心干式變壓器比SC(B)9系列變壓器空載損耗降低40%,空載電流降低70%~85%;比SGB10系列變壓器空載損耗降低24%,負載損耗降低11.7%。S11系列是目前推廣應用的低損耗變壓器,空載損耗較S9系列低75%左右,其負載損耗與S9系列變壓器相等。

  變壓器的負荷率較低時,變壓器自身損耗所占的比例較大,變壓器效率較低;變壓器的負載率在40%~70%之間,其效率最高,自身損耗最小;負載率過高,損耗明顯增大。

  四、配電線路的節能設計

  減少供配電線路損耗線損是供配電線路經濟運行的重要指標,由于配電線路有電阻,有電流通過時就會產生功率損耗。在具體工程中,線路上電流一般是不變的,那么要減少線損,只能盡量減少線路電阻。

  1)盡量選用電阻率ρ較小的導線,如銅芯導線較佳,鋁線次之。

  2)盡可能減少導線長度,在設計中線路應盡量走直線少走彎路,另外在低壓配電中盡可能不走或少走回頭路。變電所應盡可能地靠近負荷中心,以減少供電半徑。

  3)增大導線截面積,對于較長的線路,在滿足載流量,熱穩定,保護配合及電壓降要求的前提下,在選定線截面時加大一級線截面。這樣增加的線路費用,由于節約能耗而減少了年運行費用,綜合考慮節能經濟時還是合算的。

  五、電氣照明的節能

  鹵鎢燈和白熾燈光效很低,壽命短,綜合能效低下。高壓鈉燈、三基色熒光燈和高頻無極燈綜合能效較高,應大力推廣。

  細管熒光燈較粗管熒光燈在光效、汞的用量等方面有不可比擬的優勢,用細管熒光燈取代粗管熒光燈的節能效果十分顯著。長管熒光燈比短管熒光燈的光效高約17%,綜合能效高約45%。

  開敞式燈具由于沒有遮擋,燈具發出的光能較多,其效率理應最高。如果眩光、美觀、安全能滿足要求,盡量選用開敞式燈具。

  對于體育照明用的高強度氣體放電燈,通常選用金屬鹵化物燈,其燈具效率建議不低于70%。

  采用智能照明節能控制系統對燈具進行控制,可以起到顯著的節能效果。智能照明控制系統是一個總線型式的標準局域網絡。它由系統單元、輸入單元和輸出單元三部分組成。所有的單元器件(除電源外)均內置微處理器和存儲單元,由一根五類數據通信線(或光纖)將控制器件連接起來組成“手牽手”的網絡。除電源設備外,每一單元設置唯一的地址,并用軟件設定其功能。智能照明節能控制系統優越性有以下幾點:

  1)照明設施控制系統能夠通過合理的管理,利用智能時鐘管理器可以根據不同日期、不同時間按照各個功能區域的運行情況預先進行光照度的設置,不需要照明時,保證將燈關掉;在大多數情況下,很多區域其實不需要把燈全部打開或開到最亮,照明設施控制系統能用最經濟的能耗提供最舒適的照明;在一些公共區域如會議室、休息室等,利用動靜探測功能在有人進入時才把燈點亮或切換到某種預置場景。

  2)智能照明控制系統自動調節照度的方式,可以充分利用室外的自然光,只有必需時才把燈點亮達到要求的亮度,節電效果十分明顯。

  3)智能照明控制系統能成功地抑制電網的沖擊電壓和浪涌電壓,還可通過系統人為地確定電壓限制,提高燈具壽命。采用軟啟動和軟關斷技術,避免開啟燈具時電流對燈絲的熱沖擊,使燈具壽命進一步延長。

  六、風機、水泵的節能

  民用建筑中,風機和水泵是用量最多的動力設備之一,其節能意義重大。

  風機、水泵的軸功率與其轉速的三次方成正比。如果轉速不變,風機、水泵的軸功率與風機風壓、泵揚程成正比。因此,從節能角度考慮,當需要改變風機或水泵的流量時,不應采用常規改變風門或閥門開度的方法進行調節,而應當采用改變電動機轉速的方法調節流量,以達到節能的目的。當轉速降低到額定轉速的一半時,實際功率只有額定功率的12.5%,節能效果非常可觀。

  交流異步電動機的調速方法有以下幾種:

  1)改變交流電動機的定子頻率。

  2)改變電動機磁極對數。

  3)調節異步電動機的轉差率。

  具體調速的方法有變壓、電磁轉差離合器、雙饋電機調速、變極對數、變頻變壓等。

  水泵、風機系統調節方式,取決于:工作流量變化規律;管路性能曲線的靜揚程所占全揚程的比例;泵或風機容量的大小;調節裝置價格高低、可靠性、調節效率及功率因數特性等。全面衡量后選用最合適的調節方式,必要時進行全面的經濟技術分析比較。

  七、電梯節能技術

  電梯動力系統節能技術可通過電梯再生能量回饋實現,將運動中負載的機械能通過變頻器變換成電能并回送給交流電網,或供附近其他用電設備使用,使電機拖動系統在單位時間消耗電網電能下降。普通的變頻器大都采用二極管整流橋將交流電轉化成直流,然后采用IGBT逆變技術將直流轉化成電壓、頻率都可調整的交流。這種變頻器只能工作在電動狀態,所以稱之為二象限變頻器。由于二象限變頻器采用二極管整流橋,無法實現能量的雙向流動,沒有辦法將電機回饋系統的能量送回電網。在某些電動機要回饋能量的應用中,如電梯、提升設備、離心機系統,只能在二象限變頻器上增加電阻制動單元,將電動機回饋的能量消耗掉。

  IGBT功率模塊可以實現能量的雙向流動,如果采用IGBT為整流橋,用高速度、高運算能力的DSP產生SPWM控制脈沖。一方面可以調整輸入的功率因數,消除對電網的諧波污染,讓變頻器真正成為綠色產品;另一方面可以將電動機回饋產生的能量返送到電網,達到節能的效果。

  節能控制方案如下:

  1)電動機發電的電能不是通過電阻熱耗,而是通過直流側電能并聯控制系統,將發電的能量合理分配給其他用電電梯,從而實現節能的目的。

  2)當發電能量過剩時,電動機發電的電能不是通過電阻熱耗,而是通過整流逆變器再將這部分電能回饋給電網。

  3)某一時刻電梯總用電大于總發電電能時,采用直流電能并聯控制方案,只有在直流側并聯控制能量過剩時,才采用回饋控制。

  4)當有一部電梯處于回饋能量狀態時,其他所有電梯的整流功能全部停止,即整流與回饋不能同時進行,避免環流發生。

  5)當控制系統發生故障或有突發情況發生時,可切斷控制器使一部或幾部電梯單獨運行,此時電梯變頻器直流側不再并聯,電梯制動產生的電能直接回饋給電網。

  當然,電梯制動產生的電能必須符合國家電網公司的要求后方可并網。



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