丁 式 橫

(溫州設計集團有限公司, 浙江 溫州 325000)

民用建筑電氣節(jié)能設計探討

丁 式 橫

(溫州設計集團有限公司, 浙江 溫州 325000)

從供配電系統(tǒng)、電氣照明、可再生能源方面介紹了民用建筑的電氣節(jié)能設計。建議變電站應設置在負荷的中心;當變壓器負載率超過70%時，應調整變壓器的數(shù)量或增大變壓器的容量;除有特殊要求的場所外，應選用高效照明光源、高效燈具及節(jié)能附件。

民用建筑; 電氣節(jié)能; 供配電系統(tǒng); 照明

0 引 言

目前,建筑電氣在能耗方面占有的比例很大,且各種節(jié)能類型的規(guī)范也越來越多(各省市出現(xiàn)了節(jié)能評估),因此電氣節(jié)能設計顯得尤為重要。本文從供配電系統(tǒng)、電氣照明及可再生能源三個方面探討了民用建筑的電氣節(jié)能設計。

1 供配電系統(tǒng)

1.1 供配電系統(tǒng)中心的位置

從節(jié)能的角度考慮,只有供配電系統(tǒng)中心設置在負荷的中心,才能有效地減少線路的損耗,節(jié)約能源,降低造價,主要從兩個方面考慮:

(1) 變電站應設置在負荷的中心,一般干線供電半徑不超過250 m,最好能控制在150 m以內。

(2) 配電豎井或配電小間應設置在配電區(qū)間負荷的中心,一般能使其動力箱、配電箱的分支線供電半徑控制在30～50 m。

1.2 變壓器

1.2.1 選擇節(jié)能型的變壓器

節(jié)能型變壓器是空載、負載損耗相對小的變壓器。根據(jù)行業(yè)標準的要求,某型號或系列的變壓器,新型號的自身功耗應比前一個型號低10%。GB 20052—2013《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》對變壓器的能效等級及能效限定值做了規(guī)定。干式變壓器能效等級技術參數(shù)如表1所示。

能效限定值選擇時,干式配電變壓器的空載損耗標準值和負載損耗標準值均應不高于表1中的3級規(guī)定;在節(jié)能評價時,干式配電變壓器的空載損耗標準值和負載損耗標準值均應不高于表1中的2級規(guī)定。

1.2.2 變壓器容量的選擇

選擇變壓器容量首先要確定變壓器的負載率。JGJ 16—2008《民用建筑電氣設計規(guī)范》規(guī)定,變壓器長期工作負載率不宜大于85%。所以,當負載率低于85%時應結合變壓器的效率及經濟性進行選擇。

變壓器的效率是指變壓器輸出的有功功率P2與輸入的有功功率P1之比,用百分比表示。

一般變壓器效率都較高,大多在95%以上,而大型變壓器效率可達99%以上。變壓器效率一般不宜采用直接測量P2、P1的方法,有以下幾方面原因:

表1 干式配電變壓器能效等級

(1)P2與P1相差很小,測量儀器本身的誤差就可能超出該范圍。

(2) 容量大的變壓器很難在制造廠或實驗室找到一個合適的大容量負載來做效率試驗。

(3) 大容量變壓器直接做效率試驗,其耗用P2太多,不經濟。

所以,常用間接法測定變壓器的效率,即測出各種損耗以計算效率。

變壓器的效率為

(1)

∑P=PFe+PCu

式中: P2——輸出有功功率;

P1——輸入的有功功率;

PFe——鐵損耗;

PCu——銅損耗。

在式(1)計算效率時,采用了以下假定:

(1) 以額定電壓下的空載損耗Po作為鐵損耗PFe,并認為鐵損耗不隨負載而變。

(2) 以額定電流時的短路損耗PKe作為額定電流時銅損耗PCu,并認為銅損耗與負載系數(shù)β的平方成正比,故有PCu=β2PKe。

(3) 計算P2時,忽略了負載運行時的二次側電壓變化,即

P2=βSecosφ2

(2)

式中: Se——變壓器的額定容量。

應用以上為假定后,式(1)變?yōu)?/p>

(3)

效率隨負載電流而變化的規(guī)律,叫做變壓器效率特性。

由于電力變壓器整年接在線路上,總有鐵損耗,而銅損耗卻隨負載(隨季節(jié)、時間)而變化,不是一直在滿載下運行。因此,鐵損耗小些,對全年的效率比較有利,一般Po/PKe取1/4～1/3,故最大效率大致產生在(0.5～0.6)Ie情況下。

當負載率一定時,功率因數(shù)越高,變壓器的效率也越高。

結合變壓器的效率及使用中的經濟性,建議當變壓器負載率超過70%時,應調整變壓器的數(shù)量或增大變壓器的容量,以利于更加節(jié)能的運行。

1.2.3 變壓器數(shù)量的選擇

變壓器臺數(shù)應根據(jù)負荷特點和經濟運行進行選擇,當符合下列條件之一時,宜裝設兩臺及以上變壓器:

(1) 有大量重要及以上級別的負荷。

(2) 季節(jié)性負荷變化較大。

(3) 集中負荷大。

除以上條件外,需結合負載率選擇變壓器的數(shù)量,一般單臺變壓器的容量不超過1 250 kVA。

1.3 功率因數(shù)補償

當采用提高自然功率因數(shù)措施后,仍達不到電網合理運行要求時,應采用并聯(lián)電力電容器作為無功補償裝置。

(1) 當采用高、低壓自動補償裝置效果相同時,宜采用低壓自動補償裝置。

(2) 補償基本無功功率的高壓或低壓電容器組,宜在配變電所內集中補償。

(3) 容量較大、負載穩(wěn)定且長期運行的用電設備,其無功功率宜單獨就地補償。

(4) 當補償電容器線路諧波較嚴重時,高壓電容器應串聯(lián)適當參數(shù)的電抗器,低壓電容器宜串聯(lián)適當參數(shù)的電抗器。

(5) 對于三相不平衡的供配電系統(tǒng),應采用分相無功補償裝置,分補容量宜控制在總量的30%以內。

(6) 高壓用戶的功率因數(shù)應滿足供電協(xié)議的規(guī)定。

2 電氣照明

2.1 光源的選擇

除有特殊要求的場所外,應選用高效照明光源、燈具及其節(jié)能附件。

目前,工程中經常采用的高效照明光源有熒光燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈、高頻無極燈、LED燈等。隨著光源技術的發(fā)展,LED燈用于室內技術已較為成熟,具有光效高、壽命長、光衰小等優(yōu)點。LED常用技術參數(shù)如表2所示。

表2 LED常用技術參數(shù)

另外,GB 50034—2013《建筑照明設計標準》規(guī)定,在以下場所宜選用感應式自動控制LED。

(1) 旅館、居住建筑及其他公共建筑的走廊、樓梯間、衛(wèi)生間等場所。

(2) 地下車庫的行車道、停車位。

(3) 無人長時間逗留,只進行檢查、巡視和短時操作等的工作的場所。

2.2 照明控制

根據(jù)建筑的照明要求,應合理利用自然光,采取節(jié)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設施的區(qū)域,應采取合理的人工照明布置及控制措施。

(2) 公共場所的照明應采用集中控制或自動控制方式。

(3) 醫(yī)院、旅館等公共建筑的門廳、電梯大堂、客房層走廊等場所,宜采取夜間定時降低照度的措施;每間房宜設置節(jié)能控制器,對房內空調、照明、插座、電動窗簾等設備進行統(tǒng)一管理。

(4) 宜設置智能照明控制系統(tǒng),并具有隨室外自然光的變化自動控制或調解人工照明照度的功能。

3 可再生能源利用

3.1 太陽能光伏系統(tǒng)

光伏發(fā)電的關鍵元件是太陽能電池,經過串聯(lián)后進行封裝保護,可形成大面積的太陽電池組件,再配上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。

3.2 空腔光導管采光系統(tǒng)

空腔光導管采光系統(tǒng)通過室外的采光裝置收集自然光,并將其導入系統(tǒng)內部,然后經過導光裝置強化并高效傳輸后,由漫反射將自然光均勻發(fā)散到室內任何需要光的地方。

空腔光導管采光系統(tǒng)一般為鋁制結構,質量較輕。光導管可以按形狀分為直光導管和彎管兩種。彎管可以有不同的彎曲角度,彎曲角度變化范圍為0～90°;光導管內壁五層特殊膜,確保了光線的高效傳輸性和穩(wěn)定性,材料全反射率達98%以上。另外,與空腔光導管配套的還有采光裝置及漫射裝置。

目前,空腔光導管采光系統(tǒng)適合應用在一些外部有條件安裝采光裝置、內部需要在白天進行照明的場所,但造價較高,投資回收周期長。

4 結 語

本文針對民用建筑電氣設計過程中的幾個環(huán)節(jié)進行了論述。實際上建筑節(jié)能還應根據(jù)建筑物的要求及給排水、暖通專業(yè)對設備的控制要求等綜合制定一個節(jié)能的方案,原則上應在初期的設計階段進行考慮。

[1] 顧繩谷.電機及拖動基礎[M].北京:機械工業(yè)出版社,1990.

[2] DB 33/1092—2013 民用建筑綠色設計標準[S].

[3] 中國標準建筑設計研究院.全國民用建筑工程設計技術措施——電氣節(jié)能[M].北京:中國計劃出版社,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

丁式橫(1973—),男,高級工程師,從事建筑電氣設計。

TU 201.5

B

1674-8417(2015)07-0058-04

2015-03-28