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從建筑電氣設(shè)計(jì)探討建筑節(jié)能
摘要:隨著我國改革開放的不斷深入、人民生活水平的不斷提高,人們的生活品質(zhì)也越來越高,但與此同時(shí)環(huán)境資源也在日益惡化。近年來我國的建筑規(guī)模迅速擴(kuò)大,電力消耗也隨之增長。文章從建筑電氣設(shè)計(jì)的供配電方面和用電設(shè)備方面分別闡述了如何節(jié)能。
關(guān)鍵詞:建筑節(jié)能;節(jié)能設(shè)計(jì);供配電系統(tǒng);功率因數(shù)
一、供配電方面
(一)供配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)
根據(jù)負(fù)荷容量,供電距離及分布,用電設(shè)備特點(diǎn)等因素合理設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng),做到系統(tǒng)盡量簡單可靠,操作方便。變配電所應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心,以縮短配電半經(jīng)減少線路損耗。合理選擇變壓器的容量和臺(tái)數(shù),以適應(yīng)由于季節(jié)性造成的負(fù)荷變化時(shí)能夠靈活投切變壓器,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行減少由于輕載運(yùn)行造成的不必要電能損耗。
?。ǘ┳儔浩鞯墓?jié)能設(shè)計(jì)
減少變壓器的有功損耗。變壓器的有功損耗按下式計(jì)算:
ΔP=P0+β2Pk
式中:ΔP——變壓器的有功損耗(KW);P0——變壓器的空載損耗(KW);Pk——變壓器的短路損耗(KW);β——變壓器的負(fù)載率。
1.P0作為變壓器的空載損耗又稱鐵損,它是由鐵芯渦流損耗及漏磁損耗組成,其值與鐵芯材料及制造工藝有關(guān),與負(fù)荷大小無關(guān),所以在選用變壓器時(shí)最好選擇節(jié)能型變壓器如S9,SL9,SC8等。它們采用優(yōu)質(zhì)冷軋取向矽鋼片,由于“取向”處理,使矽鋼片的磁疇方向接近一致,減少鐵芯渦流損耗,45度全斜度接縫結(jié)構(gòu)使接縫密合性好,減少了漏磁損耗。
2.Pk是變壓器額定負(fù)載傳輸?shù)膿p耗又稱變壓器線損,它取決于變壓器繞組的電阻及流過繞組電流的大小,并與負(fù)荷率平方成正比。因此在選擇變壓器時(shí)應(yīng)選用阻值較小的繞組,如銅芯變壓器。β2Pk用微分求它極值時(shí),是在β=50%時(shí)每千瓦的負(fù)荷,此時(shí)變壓器的能耗最小,但在β=50%負(fù)載率時(shí)僅減少變壓器的線損,并未減少變壓器的鐵損,因此也不是最節(jié)能的。綜合初裝費(fèi),變壓器、高低壓柜、土建投資及運(yùn)行費(fèi)用,又要使變壓器在使用期內(nèi)預(yù)留適當(dāng)?shù)挠嗔?變壓器最經(jīng)濟(jì)節(jié)能運(yùn)行的負(fù)載率一般在75%~85%之間。
3.在選擇變壓器容量和臺(tái)數(shù)時(shí),應(yīng)根據(jù)負(fù)荷情況,綜合考慮投資和年運(yùn)行費(fèi)用,對負(fù)荷合理分配,選取容量與電力負(fù)荷相適應(yīng)的變壓器,使其工作在高效低耗區(qū)內(nèi)。
?。ㄈp少線路損耗
由于配電線路有電阻,有電流通過時(shí)就會(huì)產(chǎn)生功率損耗,其公式為:
ΔP=3I2R·10-3
式中:ΔP——三相輸電線路的功率損耗(KW);I——線電流(A);R——線路相電阻(Ω)。
其中“R”線路電阻在通過電流不變時(shí),線路長度越長則電阻值越大。如果在一個(gè)工程中由于線路上下縱橫交錯(cuò),一般工程線路總的不下萬米,大工程更是不計(jì)其數(shù),造成電能損耗是相當(dāng)可觀的,所以減少線路能耗必須引起設(shè)計(jì)人員的足夠重視。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。而線路的電阻R=PL/S,即與導(dǎo)線電阻率P、導(dǎo)線長度L成正比,與導(dǎo)線截面S成反比。要減少電阻值應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮:
1.盡量選用電阻率P較小的導(dǎo)線,如銅芯導(dǎo)線較佳,鋁線次之。
2.盡可能減少導(dǎo)線長度,在設(shè)計(jì)中線路應(yīng)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(yīng)盡可能地靠近負(fù)荷中心,以減少供電半徑。
3.電壓降要求的前提下,在選定線截面時(shí)加大一級線截面。這樣增加的線路費(fèi)用,由于節(jié)約能耗而減少了年運(yùn)行費(fèi)用,綜合考慮節(jié)能經(jīng)濟(jì)時(shí)還是合算的。
二、用電設(shè)備方面
?。ㄒ唬┱彰鞯墓?jié)能設(shè)計(jì)
照明節(jié)能設(shè)計(jì)就是在保證不降低作業(yè)面視覺要求、不降低照明質(zhì)量的前提下,力求減少照明系統(tǒng)中光能的損失,從而最大限度的利用光能,通常的節(jié)能措施有以下幾種:
1.充分利用自然光,這是照明節(jié)能的重要途徑之一,在設(shè)計(jì)中電氣設(shè)計(jì)人員應(yīng)多與建筑專業(yè)配合,做到充分合理地利用自然光使之與室內(nèi)人工照明有機(jī)地結(jié)合,從而大大節(jié)約了人工照明電能。
2.照明設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定了各種場所的照度標(biāo)準(zhǔn)、視覺要求、照明功率密度等等。照度標(biāo)準(zhǔn)是不可隨意降低的,也不宜隨便提高,要有效地控制單位面積燈具安裝功率,在滿足照明質(zhì)量的前提下,一般房間(場所)應(yīng)優(yōu)先采用高效發(fā)光的熒光燈(如T5、T8管)及緊湊型熒光燈,高大車間、廠房及體育館場的室外照明等一般照明宜采用高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等高效氣體放電光源。
3.推廣使用低能耗性能優(yōu)的光源用電附件,如電子鎮(zhèn)流器、節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器、電子觸發(fā)器以及電子變壓器等,公共建筑場所內(nèi)的熒光燈宜選用帶有無功補(bǔ)償?shù)臒艟撸o湊型熒光燈優(yōu)先選用電子鎮(zhèn)流器,氣體放電燈宜采用電子觸發(fā)器。
4.改進(jìn)燈具控制方式,采用各種節(jié)能型開關(guān)或裝置也是一種行之有效的節(jié)電方法。根據(jù)照明使用特點(diǎn)可采取分區(qū)控制燈光或適當(dāng)增加照明開關(guān)點(diǎn)。臥房、病房、客房等床頭燈可采用調(diào)光開關(guān),高級客房采用節(jié)電鑰匙開關(guān),公共場所及室外照明可采用程序控制或光電、聲控開關(guān),走道、樓梯等人員短暫停留的公共場所可采用節(jié)能自熄開關(guān)。
?。ǘ┨岣吖┡潆娤到y(tǒng)的功率因數(shù)
大多數(shù)用電設(shè)備均是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的,如配電變壓器、電動(dòng)機(jī)等,它們都是依靠建立交變磁場才能進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。為建立交變磁場和感應(yīng)磁通而需要的電功率稱為無功功率,在功率三角形中,有功功率P與視在功率S的比值,稱為功率因數(shù)cosφ,其計(jì)算公式為:cosφ=P/S=P/(P2+Q2)1/2在電網(wǎng)的運(yùn)行中,功率因數(shù)反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度,如何使得配電系統(tǒng)功率因數(shù)盡可能接近于1,使得電路中的無功功率可以降到最小,視在功率將大部分用來供給有功功率,從而提高電能輸送的功率。降低配電系統(tǒng)的電能損耗,是配電系統(tǒng)節(jié)能的途徑之一。采用無功補(bǔ)償通常有二種方式,集中自動(dòng)補(bǔ)償和就地固定補(bǔ)償。
功率因數(shù)提高了可以減少線路無功功率的損耗,從而達(dá)到節(jié)能目的。前面提到的輸電線路損耗ΔP中包含了線路傳輸有功功率時(shí)而引起的線損和線路傳輸無功功率時(shí)引起的線損。傳輸有功功率是為了滿足建筑物功能所必須的,是不變的。而在供配電系統(tǒng)中的某些用電設(shè)備如電動(dòng)機(jī)、變壓器、燈具的鎮(zhèn)流器以及很多家用電器等都具有電感性,會(huì)產(chǎn)生滯后的無功電流,它要從系統(tǒng)中經(jīng)過高低壓線路傳輸?shù)接秒娫O(shè)備末端,無形中又增加了線路的功率損耗。然而這部分損耗是可以避免的,具體方法有:
1.減少用電設(shè)備無功損耗,提高用電設(shè)備的功率因數(shù)。在設(shè)計(jì)中盡可能采用功率因數(shù)高的用電設(shè)備如同步電動(dòng)機(jī)等,電感性用電設(shè)備可選用有補(bǔ)償電容器的用電設(shè)備(如配有電容補(bǔ)償?shù)臒晒鉄簦┑取?/p>
2.用靜電電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償,電容器可產(chǎn)生超前無功電流抵消用電設(shè)備的滯后無功電流從而達(dá)到提高功率因數(shù)同時(shí)又減少整體無功電流。在具體工程設(shè)計(jì)中有采用分散就地補(bǔ)償和高低壓柜集中補(bǔ)償?shù)确绞?,可根?jù)具體情況具體分析。
?。ㄈ╇妱?dòng)機(jī)節(jié)能設(shè)計(jì)
減少電動(dòng)機(jī)損耗的主要途徑是提高電動(dòng)機(jī)的工作效率和功率因數(shù)。在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)選用高效率的電動(dòng)機(jī),但是在具體工程中電動(dòng)機(jī)通常都是水暖及建筑等專業(yè)設(shè)備所配套的,由設(shè)備制造商統(tǒng)一供應(yīng)的,所以節(jié)能措施只能貫徹在運(yùn)行過程中。除了就地電容器補(bǔ)償以減少線路損耗外主要是減少電動(dòng)機(jī)輕載和空載運(yùn)行,因?yàn)樵谳p載運(yùn)行下電動(dòng)機(jī)效率是極低的,切實(shí)可行的辦法是采用變頻調(diào)速控制電動(dòng)機(jī)使其在負(fù)載率變化時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速使得與負(fù)載變化相適應(yīng)以提高電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)的效率從而達(dá)到節(jié)約電能的目的。
三、結(jié)語
為了應(yīng)對我國的能源供應(yīng)不能持續(xù)滿足我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的狀況,我國已把節(jié)能減排作為重要的大事而列入對各級政府的考核要求??茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步使電能得到了大幅的提高,但我們更應(yīng)該注意并認(rèn)識到由此而產(chǎn)生的相應(yīng)危害,節(jié)約用電,從而保證我們在享用科技進(jìn)步成果的同時(shí),其不會(huì)對我們的生活現(xiàn)狀造成明顯的損害。
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