建筑電氣設計與安裝的節(jié)能降耗措施分析.doc

建筑電氣設計與安裝的節(jié)能降耗措施分析摘要：節(jié)能降耗已成為全社會公民的共識，本文結合筆者多年電氣設計與安裝施工的實踐，從變壓器的節(jié)能、減少配電線路的損耗、提高供配電系統(tǒng)功率因數以及照明、電動機的節(jié)能等方面詳細分析闡述了建筑電氣設計與安裝過程中的諸多節(jié)能方法和措施，并進行了總結，以期實現建筑物的整體節(jié)能。關鍵詞：建筑電氣 設計與安裝 節(jié)能措施 在我國能源的消耗在急劇增加，能源危機已成為當今社會最受矚目的熱點問題之一，在建筑電氣設計與安裝過程中，是否采取必要的節(jié)能措施已經成為電氣設計的成敗的關鍵。因此，電氣節(jié)能措施貫穿建筑工程電氣設計與安裝應用全過程，通過采取必要的電氣節(jié)能措施可以使建筑物電氣設計不斷優(yōu)化，減能降耗，以實現建筑物的整體節(jié)能。1 變壓器的節(jié)能變壓器的節(jié)能就是降低其損耗、提高其運行效率，變壓器的有功功率損耗可用下式計算：P =Po+Pk2 (1)式中：p 變壓器有功損耗，kW；Po_一變壓器的空載損耗，kW；Pk變壓器的短路損耗，kW； 變壓器的負載率，。Po為空載損耗又稱鐵損，它是由鐵芯的渦流損耗及漏磁損耗組成，其值與鐵芯材質和制造工藝有關，而與變壓器的負荷大小無關，所以設計時變壓器應選用節(jié)能型的，如S9、SL9及SC8等油浸變壓器或干式變壓器，它們都是采用優(yōu)質冷軋取向矽鋼片，由于取向處理，使矽鋼片的磁方向接近一致，以減少鐵芯的渦流損耗。45。全斜接縫結構，使接縫密合性好，以減少漏磁損耗。Pk2為短路損耗又稱銅損，取決于變壓器繞組的電阻及流過繞組電流的大小，即與負載率的平方成正比。對Pk2用微分求它的極值，在=5O時變壓器的能耗最小，因此在以往設計中變壓器的容量大多按負載率為5O左右選取，以為這樣是最節(jié)能的措施，其實并非如此，因為這僅是從降低變壓器能耗的角度來考慮，而沒有考慮實際的綜合經濟效益，由于選用比實際需要大一倍的變壓器，其增加的設備購置費、安裝費等遠大于節(jié)電所省下的電費，為了節(jié)能而取變壓器負載率為5O是得不償失的，通常從綜合經濟效益來考慮，變壓器的負載率應在7585為宜。為減小變壓器損耗，當需要選用多臺變壓器時，在合理分配負荷的情況下，盡可能減少變壓器的臺數，選用大容量的變壓器，這是因為變壓器臺數越多其總損耗載大，所以在滿足設置多臺變壓器的要求下，應盡量減少變壓器的臺數。2 減少配電線路的損耗在電氣設計與安裝時，由于線路上存在電阻，有電流流過時，就會產生有功功率損耗。其公式如下：P =3I2R103 (kW) (2)式中：I 相電流(A)R 線路電阻(A)一般在一個工程項目電氣設計中，供配電線路的數量是很多的，所以線路上的總有功損耗是相當可觀的，減少線路上的能耗必須引起重視。線路電阻R=L/s，即線路電阻與電阻率成正比，與線路截面S成反比，與線路長度L成正比，因此減少線路的損耗可從以下幾方面入手：1)首先應選用電阻率較小的材質做導線，即選用銅芯導線，但同時也要貫徹節(jié)約用銅的原則；2)其次要盡量減小導線長度，線路盡可能走直線，少走彎路，不走回頭線，以減少來回線路上的電能損失，配電所布置應盡量接近負荷中心，以減少供電距離；3)要適當增大導線截面，對于比較長的線路，除滿足截流量、熱穩(wěn)定、保護的配合及電壓損失所選定的截面，再加大一級導線截面，所增加的費用為w，由于節(jié)約能耗而減少的年運行費用為W，則Ww為回收年限，若回收年限為幾個月或一、二年，則應加大一級導線截面。3、提高供配電系統(tǒng)的功率因數提高系統(tǒng)的功率因數，減少無功在線路上傳輸，可達到節(jié)能的目的。上述線路損耗的公式變換后可得下列計算式：P=3I2R103=RP2/U2 COS2)103(kW) (3)式中：U 線電壓(v)P 有功功率(kW)COS2 功率因數由該式可看出線路上的損耗是與功率因數成正比的，功率因數越低線路上的損耗越高，反之，功率因數越高線路上的損耗越低，可見提高系統(tǒng)功率因數可以減少線路損耗。同樣上述變壓器有功損耗計算式可寫成：P =Po+(P2/Sncos)2 Pk (4)式中：P 變壓器的輸出功率(kw)Sn 變壓器的額定容量(kVA)cos功率因數可見提高系統(tǒng)功率因數亦可以減少變壓器損耗。提高系統(tǒng)功率因數的措施有以下幾種：1)提高設備的自然功率因數在工藝條件許可時采用功率因數較高的同步電動機來代替異步電動機，設計中對空載率大于50的電動機和電焊機采用空載自?？刂蒲b置；熒光燈可采用高次諧波系數低于15的電子鎮(zhèn)流器：采用電感鎮(zhèn)流器的氣體放電燈，單燈安裝電容器等，都可使自然功率因數提高到0.85 O.95。2)設置無功補償電容器由于感抗產生滯后的無功，電容器產生的是超前的無功，兩者可以相互抵消，因此設置無功補償電容器，可以提高系統(tǒng)功率因數。無功補償電容器裝置設計應采取高、低壓電容器補償相結合，即變壓器和高壓用電設備的無功功率由高壓電容器來補償，其余的無功功率則需按經濟合理的原則對高、低壓電容器進行分配；分散與集中補償相結合，對距變配電所較遠且無功功率較大的采用就地補償，對用電設備集中的地方采用成組補償，其他的無功功率則在變配電所內集中補償；固定與自動補償相結合，即最小運行方式下的無功功率采有固定補償，經常變動的負荷采用自動補償。4、照明的節(jié)能措施照明在電氣工程中所占的比例是很大的，照明節(jié)能的潛力也很大，在設計與安裝中應從下列幾方面著手：41 采用高效光源在工程實際應用中如何合理地選擇光源，應根據工程的具體性質、使用的場所、人員的視覺要求、照明的數量和質量來確定。照明光源的選擇主要考慮以下幾個要素：光效、色溫、顯色指數、光源壽命和價格。在民用建筑中，主要應用的光源有白熾燈、熒光燈、HID燈，現在隨著照明技術的發(fā)展，還有一些新的光源也逐漸得到應用，如光纖照明、LED等等。在工業(yè)建筑等工程應用中，按工作場所的條件，采用不同種類的高效光源，可降低電能消耗，節(jié)約能源。在燈具懸掛比較高的場所，如高大廠房、露天工作場所、一般照明和道路照明，應采用高壓鈉燈、金屬鹵化物燈或外鎮(zhèn)流熒光燈；在燈具懸掛比較低的場所，宜采用熒光燈或小功率高壓鈉燈，不宜采用自熾燈：白熾燈過去用得最廣泛，因為它便宜，安裝維護簡單，但它致命的弱點是發(fā)光率太低，因此目前常被各種發(fā)光率高，光色好，顯色性能優(yōu)異的新光源取代，例如緊湊型熒光燈，它是替代自熾燈的最理想光源。雖然從一次性投資來看是要高出一些，但從長遠的效果來看，即從燈具的壽命、燈具的能耗來看，其綜合效益比白熾燈要好許多。42 減少開燈時間充分利用自然光，這是照明節(jié)能的重要途徑之一，在設計中電氣設計人員應多與建筑專業(yè)配合，建筑物盡量利用自然采光，靠近室外部分的建筑面積，應將門窗開大，采用透光率較好的玻璃門窗，做到充分合理地利用自然光使之與室內人工照明有機地結合，從而大大節(jié)約了人工照明電能。改進燈具控制方式，采用各種節(jié)能型開關或裝置也是一種行之有效節(jié)電方法。根據照明使用特點可采取分區(qū)控制燈光或適當增加照明開關點。每個照明開關所控制燈的數量不宜過多；對大型廠房照明設計宜采取分區(qū)控制方式，這樣可增加照明分支回路控制的靈活性，使不需要照明的地方不亮燈，有利節(jié)電；對于民用建筑中臥房、病房、客房等床頭燈可采用調光開關，高級客房采用節(jié)電開關，公共場所及室外照明可采用程序控制或光電、聲控開關，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。盡量采用調光器、定時開關、節(jié)電開關等控制照明，室外照明最好采用光電自動控制裝置。43 減少供電線路損失照明電源線路應盡量采用三相四線制供電，以減少電壓損失，在設計安裝時應盡量使三相照明負荷對稱，以免影響照明燈的發(fā)光效率：除為了安全采用36V以下照明燈外，應盡量采用較高電壓的照明燈；采用高效節(jié)能的燈用電器附件，用節(jié)能電感鎮(zhèn)流器和電子鎮(zhèn)流器取代傳統(tǒng)的高能耗電感鎮(zhèn)流器，在采用氣體放電光源較多的場所，應采用補償電容器提高功率因數。5、電動機節(jié)能措施電動機在電氣安裝工程中的應用是相當廣泛的，其用電量亦占據總用電量的大部分，認真做好電動機的節(jié)能工作具有非常重要的意義。在設計應用時宜采用高效率的電動機，應根據負荷特性合理選擇電動機，輕載電動機采取降壓運行，并根據情況對電動機采取無功就地補償，以減少線路由于輸送超前無功而引起的有功損耗外，還應減少電機輕載和空載運行。由于需要對電動機進行調速的場合應采用變頻調速器，變頻節(jié)能原理有以下幾點：1)變頻節(jié)能：為了保證生產的可靠性，各種生產機械在設計配用動力驅動時，都留有一定的富余量。電機不能在滿負荷下運行，除達到動力驅動要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成電能的浪費，在壓力偏高時，可降低電機的運行速度，使其在恒壓的同時節(jié)約電能。當電機轉速從N1到N2時，其電機軸功率(P)的變化關系如下：P2P1=(N2N1)3，由此可見降低電機轉速可得到立方級的節(jié)能效果。2)動態(tài)調整節(jié)能：迅速適應負載變動，供給最大效率電壓。變頻調速器在軟件上設有5000次秒的測控輸出功能，始終保持電機的輸出高效率運行。3)通過變頻自身的VF功能節(jié)電：在保證電機輸出力矩的情況下，可自動調節(jié)VF曲線。減少電機的輸出力矩，降低輸入電流，達到節(jié)能狀態(tài)。4)變頻自帶軟啟動節(jié)能：在電機全壓啟動時，由于電機的啟機力矩需要，要從電網吸收7倍的電機額定電流，而大的啟動電流即浪費電力，對電網的電壓波動損害也很大，增加了線損和變損。采用軟啟動后，啟動電流可采用電機額定電流，減少了啟動電流對電網的沖擊，節(jié)約了電費，也減少了啟動慣性對設備的大慣量的轉速；中擊，延長了設備的使用壽命。5)提高功率因數節(jié)能：電動機由定子繞組和轉子繞組通過電磁作用而產生力矩。繞組由于其感受抗作用。對電網而言，阻抗特性呈感性，電機在運行時吸收大量的無功功率，造成功率因數很低。采用變頻節(jié)能調速器后，由于其性能已變?yōu)椋篈CDCAC，在整流濾波后，負載特性發(fā)生了變化。變頻調速器對電網的阻抗特性呈阻性，功率因數很高，減少了無功損耗。由此可見，采用變頻器可提高電機效率，達到節(jié)能的目的。另一種節(jié)能方式是采用軟起動器，軟起動器設備是按起動時間逐步調節(jié)可控硅的導通角，以控制電壓的變化。由于電壓可連續(xù)調節(jié)，因此起動平穩(wěn)，起動完畢則全壓投入運行。軟起動器也可采用測速反饋、電壓負反饋或電流正反饋，利用反饋信息控制可控硅導通角，以達到速度隨負載的變化而變化。它可用在電動機容量較大，又需要頻繁起動的設備，以及附近用電設備對電壓的穩(wěn)定要求較高的場合。因為它從起動到運行，其電流變化不超過三倍，可保證電網電壓的波動在所要求的范圍內。但它是采可控制硅調壓，正弦波未導通部分的電能全部消耗在可控硅上，不會返回電網。因此，它要求散熱、通風措施完善。其價格比變頻器便宜，在水泵中的大容量電動機的控制設備中可以應用。5公用部位采用LED燈LED是一種半導體發(fā)光源，其光能效應與使用壽命均高于常用的普通光源(表4)。LED可以在高速狀態(tài)下工作，LED燈的響應時間為1x10。9S級，白熾燈的響應時間為1xl0。3s級。普通節(jié)能燈如果頻繁的啟動或關斷燈絲就會很快的壞掉。而節(jié)能LED燈為固態(tài)封裝的冷光源類型燈具，能很方便的運輸和安裝，可以被安裝在任何微型和封閉的設備中，不怕振動，基本上用不著考慮發(fā)光照明時的散熱。節(jié)能LED內部無有害的汞金屬介質，光譜分析中沒有不存在紫外線和紅外線，是一種眩光小的綠色環(huán)保光源。LED技術正在日新月異的創(chuàng)新，發(fā)光效率正在取得驚人的技術突破，隨著推廣應用，節(jié)能LED燈的價格也在不斷降低。目前在住宅上已應用于電梯照明和樓道照明：(1)LED節(jié)能燈在電梯中的應用，普及效果顯著。以弧形轎頂為例，兩側為2x6W的主光源，中間為46W的輔助光源。總用電量為1618W的LED燈，可相當于日光燈的80100W的照度。對于長期運行的電梯來說，按每天照明20h計算，日光燈一年用電量約730kWh，采用節(jié)能LED燈一年用電量約132kWh?？梢?，在電梯里使用節(jié)能LED燈，一年的用電量只占日光燈的18，對于一個住宅小區(qū)的電梯照明用電將產生極可觀的經濟效益。(2)在樓道中應用LED燈有以下優(yōu)點：節(jié)能LED燈的價格還比較高，樓道燈是共用設施，可以納入物業(yè)管理費：樓道燈目前使用白熾燈，若換用節(jié)能LED燈，用電量只占白熾燈的1820：樓道燈在白天是處于自閉狀態(tài)，夜間在紅外感應作用下，LED節(jié)能燈可頻繁的啟動或關斷：LED燈的壽命可達600010000h，避免了樓道燈經常需要維修的物業(yè)管理及費用支出。節(jié)能是可持續(xù)發(fā)展的長期戰(zhàn)略目標，需要人類共同努力與不斷創(chuàng)新。雖然照明節(jié)能只是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標的一部分，但是從傳統(tǒng)照明習慣到可持續(xù)發(fā)展的轉變時期，因而在現階段是宣傳推廣照明節(jié)能的關鍵時期。我國照明用電量已占全國耗電量的10，只要目前13的白熾燈被節(jié)能LED燈所取代，每年就可為國家節(jié)省用電1000X109kwh，相當于三峽工程一年的發(fā)電量