建筑电气节能措施的探讨

王 积 昊

(北京中建建筑设计院有限公司 厦门分公司, 福建 厦门 361013)



建筑电气节能措施的探讨

王 积 昊

(北京中建建筑设计院有限公司 厦门分公司, 福建 厦门 361013)

从建筑供配电系统的运行效率、照明系统能耗、建筑设备的能效标准及电气节能、计量与管理措施及可再生能源利用等方面,详细介绍了建筑电气节能措施。结合某建设工程设计案例,阐述了建筑电气节能的一些具体措施,提出建筑电气设计人员要在符合各种技术指标且满足功能需求的前提下,设计出有效、可行的电气节能措施。

电气节能措施; 供配电系统; 照明系统; 能效标准

0 引 言

随着现代化经济的不断发展和社会的进步,我国建筑行业对于能源的需求量日益增大,但能源总量有限,如果无节制的开采将会造成能源的枯竭。特别是新版本的绿色建筑设计规范,如GB 50189—2015《公共建筑节能设计标准》、GB 50034—2013《建筑照明设计标准》、GB/T 50378—2014《绿色建筑评价标准》等的推行,预示着未来发展的方向将是以集约型经济发展为主体,故节能减排越来越重要。

1 提高建筑供配电系统的运行效率

1.1 合理选择负荷计算参数

电力负荷计算方法包括利用系数法、单位产品耗电量法、需要系数法、二项式系数法。我国一般使用需要系数法和二项式系数法,前者适用于确定建筑计算负荷、工厂变电所计算负荷及负荷较稳定的干线计算负荷,后者用于负荷波动较大的干线或支线。在实际设计和实践中,电力负荷计算的有关计算系数和特征参数的选择都会影响电负荷计算结果,使其偏大、偏高[1]。

电力负荷的计算非常重要,是选择供电系统中导线、开关电器及变压器等的基础,也是保障供电系统安全、可靠运行的重要一环。在方案设计与初步设计时,电力负荷计算过小或过大都会引起严重的后果。如果电力负荷计算过小,会引起供电线路过热,加速其绝缘的老化,还会过多损耗能量,引起电气线路走火,引发重大事故。如果电力负荷计算过大,会引起变压器容量过剩,以及供电线路截面过大,相应的保护整定值就会过高,降低了电气设备保护的灵敏度,同时增加了投资,降低了工程的经济性。

1.2 降低输电线路的能量损耗

供电线路在实际输电中将很多能量以热能的形式散发出去,导致建筑电气的效率较低。故建筑电气在输电时一定要考虑电阻的大小,如果电阻过大,很容易导致电能的浪费或损失。一般情况下,线路越长,横截面积越小,电阻越大;线路越短,横截面积越大,电阻较小。在供电的过程中,有关部门一定要考虑电阻的大小,但不一定越小的电阻就越合算,因为一般横截面积较大的电路所需要的费用也越高,所以在设计线路时最好运用计算机软件对其进行精确的计算,得出实际情况下线缆的最佳横截面积,达到降低成本的目的。另外,设计时根据建筑规划将变配电房尽量设置在负荷中心,以减少低压侧线路长度,降低线路损耗[2]。

1.3 合理配置变压器

尽量选择较节能的变压器,如常用的非晶合金变压器,可以根据电力负荷选择相匹配的电能,进而实现较好的节能效果。变压器选型时应根据建筑物绿色等级的标准,并参照GB 20052—2013《三相配电变压器能效限定值及能效等级》,能效限定值均应不高于规范的要求。另外,容量较大的季节性负荷或专用设备(如空调冷冻机、容量较大的X光机等负荷)集中设置在专用变压器处,以降低变压器损耗[3]。

1.4 提高供配电系统的功率因数

三相单相负荷尽可能均衡地分配在三相上,使三相负荷保持基本平衡,最大相负荷不超过三相负荷平均值的115%,最小相负荷不小于三相负荷平均值的85%。三相不平衡或采用单相配电的供配电系统采用分相无功自动补偿装置。

在变配电所的低压侧设集中无功自动补偿,采用自动投切装置,要求功率因数保持在0.95以上。对容量较大、负载稳定且长期运行的功率因数较低的用电设备,采用并联电容器就地补偿。

1.5 抑制配电系统谐波影响

谐波对环境和人体的危害都非常大,降低电能的传输效率、电利用效率,影响电能质量,还可能导致线路或某些零部件出现老化的情况,这些都将严重地影响电能的传输。为了避免谐波的污染,建议安装谐波补偿装置,在电源低压侧母线上采用有源滤波装置。在定负载预计谐波确定的重要设备供电干线上设置无源滤波装置进行治理,可以有效地避免电能受谐波污染,保证电能传输和设备的正常运转。

2 降低照明系统能耗

2.1 合理设计采光方式

合理设计采光系统是节能的重要措施,照明系统是建筑体系中必不可少的一项内容。在设计照明系统时,如果实现自然光和照明系统的完美结合,就会在很大程度上降低能源的消耗。如在对室内进行设计时,应使室内的每个房间均受到自然光的照射。此外,运用混合照明技术也能够实现节约能源。该技术运用设备的感光系统和自然光之间的感应,可以实现随时调控。当自然光较强时,可对室内的光线进行调整,实现合理照明。

2.2 合理选择照明光源

当选择光源时,应满足显色性、启动时间等要求,并应根据光源、灯具及镇流器等的效率或效能、寿命等进行综合技术、经济比较后确定。合理选择照明光源是节能的最基本措施,应根据场合的不同而选择不同的照明光源。

照明设计应按下列条件选择光源。

(1) 灯具安装高度较低的房间,宜采用细管直角形三基色荧光灯。

(2) 商店营业厅的一般照明,宜采用细管直管形三基色荧光灯、小功率陶瓷金属卤化物灯,重点照明宜采用小功率陶瓷金属卤化物灯、发光二极管。

(3) 灯具安装高度较高的场所,应按使用要求,采用金属卤化物灯、高压钠灯或高频大功率细管直管荧光灯。

(4) 旅馆建筑的客房宜采用发光二极管或紧凑型荧光灯。

(5) 照明设计不采用普通照明白炽灯,对电磁干扰有严格要求,且其他光源无法满足的特殊场所除外。

一些办公室或卧室等环境,可以选择一些节能的放射光源。照明设计应根据识别颜色要求和场所特点,选用相应显色指数的光源。选择的照明灯具、镇流器应通过国家强制性产品认证,在满足眩光限制和配光要求条件下,应选用灯具效率或效能高的灯具和镇流器,符合GB 50034—2013《建筑照明设计标准》中的要求和相关能效标准的节能评价值。

2.3 合理设置照明控制方式

不同的照明控制方式对节能具有一定的作用。一般情况下,尽量避免一个开关控制多盏灯的情况,应设置成一个开关控制一盏灯。另外,可逐步实现照明控制系统的智能化,如很多建筑工程已经安装了声控和光控一体光源,通过系统自动判断来控制光源的明暗,在提高照明效率的同时达到节能的目的。

3 建筑设备的能效标准及电气节能

3.1 电梯设备的电气节能措施

自动扶梯与自动人行道应有节能拖动及节能控制装置,并设置感应传感器,控制自动扶梯与人行道的启停。根据建筑物的性质、楼层、服务对象和功能要求,对电梯客流进行分析,采用分区服务的方式来提高电梯服务效率。另外,合理选用电梯和自动扶梯,并采取按规定程序集中调度电梯群控、扶梯自动启停等节能控制措施[4]。

3.2 建筑设备的能效标准

光源能效值及与其配套的镇流器能效因数要满足规定的能效限定值及节能评价值。中小型三相异步电动机、交流接触器,均应满足规定的节能评价值。

3.3 建筑设备的电气节能措施

(1) 空调系统设备的电气节能措施有:监测冷水机组或热交换器、阀门、水泵、冷却塔风机等设备的状态、供回水的温度、压差及流量;控制冷水机组、水泵、冷却塔风机等设备的启停及投入的运行台数,在条件允许时进行调速控制;监测空调和新风机组等设备的风机状态、空气的温/湿度、CO2浓度等;对制冷机房的空调设备进行集中节能控制,由变流量控制器将定流量系统转变为变流量控制系统。建议不采用电直接加热设备作为空调系统的热源及空气加湿热源。

(2) 给排水系统设备的电气节能措施有:对生活给水、中央及排水系统的水泵、水箱(水池)的水位及系统压力进行监测。根据水位及压力状态,自动控制相应水泵的启停及主、备用泵的启停顺序,并对系统故障、超高低水位及超时间运行等进行报警。

(3) 动力设备的电气节能措施有:30 kW及以上的交流异步电动机采用降压起动,改善起动特性。在满足工艺要求、运行可靠的前提下,电动机尽量采取变频器调速节电措施。异步电动机可采取就地补偿无功功率,提高功率因数,降低线损。

(4) 公共区域空调系统设备的电气节能措施有:合理选择暖通空调系统的手动或自动控制模式,并与建筑物业管理制度相结合,根据使用功能实现分区、分时控制。主要功能房间中人员密度较高且随时间变化大的区域,设置室内空气质量监控系统,对室内的CO2浓度进行数据采集、分析,并与通风系统联动,实现室内污染物浓度超标实时报警。另外,地下车库也可考虑设置与排风设备联动的CO浓度监测装置。

4 计量与管理措施

4.1 计量

为了有效进行电能计量、管理,工程应按分户、分类计量与收费的原则设置计量装置。电能计量装置应选用经计量检定机构认可的用电计量装置。计算机监测管理电能计量装置的检测参数,包括电压、电流、电量、有功效率、无功功率、功率因数等。

冷热量计量装置的选用,须有制造计量器具许可证及产品准予生产、销售的核准文件。中央空调冷热计量应选用热量表模式和计时计费模式,以实现中央空调的分户计量、按量收费。

设置建筑电气能源管理系统,对应急照明、照明插座、动力、空调、特殊用电按层或功能分区等进行监测、统计、分析、管理,并将检测数据上传到上一级建筑节能监管体系数据中心。

4.2 加强电气系统运行管理

(1) 照明运行维护和管理制度。应有专业人员负责公共场所照明维修和安全检查,并做好维护记录,专职或兼职人员负责公共场所照明运行。建立定期清洁光源、灯具的制度,灯具每年至少擦拭次数,照明设计的维护次数应满足规范要求。水加热器每年至少进行一次维护保养。长期使用的电梯、水泵等设备每年至少进行一次维修保养。根据光源的寿命、点亮时间、照度的衰减情况,定期更换光源。更换照明设备前应对每个空间的照度等级和照明要求进行复核。更换光源时,应采用与原设计或实际安装功率相同的光源,不得随意改变光源的主要性能参数。除应急出口或有安保需求的场合,房间无人时应关灯。昼光充足的区域,应关闭照明灯。

(2) 对用电设备进行科学管理。很多人重视电梯、空调、热水器等高能耗的电气用电管理,因其在日常生活中消耗的能量较多,而电视、灯具等能耗较低,往往忽略用电管理。这些低能耗的能源最常用,所以建议有关部门加强管理,采取较正确的管理方式。

(3) 建立用能制度。用能制度的建立应以节能为主,并大力宣传节能措施和节能减排的观念,有关部门还可以通过互联网等形式宣传节能制度。

5 可再生能源利用

可再生能源必须在自然条件下可以再生,比如小水电、太阳能、风能、现代生物能、地热能和海洋能等。实际工程中应考虑建筑物的地理位置、日照情况等条件,充分利用包括风能和太阳能在内的可再生能源。在满足功能要求条件下,积极推广应用利用太阳能、风能的产品和供电系统。

6 工程实例应用

厦门海西金融广场为商场、办公的一类超高层多功能组合建筑,地上27层,地下3层;商场部分的负荷为150～200 W/m2,办公部分的负荷为80～100 W/m2,均包含空调负荷(商场采用集中式中央空调,办公采用分体式空调)。设计原则是末端放松,前端卡紧,保证实际使用中负荷增加时支线回路不变,干线回路更换方便。变配电房设置在负荷中心,分别在两座办公楼的5F及6F,减少了低压侧线路长度,降低了线路损耗,保证至末端配电箱最长供电距离约为150 m。

高低压电气主结线如图1所示。

设计时三相单相负荷尽可能均衡地分配在三相上,使三相负荷保持基本平衡。选用8台1 000 kVA高效低耗的非晶合金变压器,达到能效等级Ⅰ级。容量较大的季节性负荷容量或专用设备(如空调冷冻机)集中设在专用变压器,以降低变压器损耗。该工程在变配电所的低压侧集中设置无功自动补偿,采用自动投切装置,功率因数保持在0.95以上。

该工程照明设计采用高光效光源,办公区域采用细管直管形三基色荧光灯,商店营业厅的一般照明采用细管直管形三基色荧光灯、小功率陶瓷金属卤化物灯;走廊、楼梯间、门厅等公共场所的照明采用集中控制,按建筑使用条件和天然采光状况采取分区、分组控制,并按需要采取调光或降低照度的控制措施;不经常使用的场所,如部分走道、楼梯间等,采用节能自熄开关,有应急时自动点亮。该工程采用电子镇流器功耗不大于光源标称功率的15%,谐波含量不大于20%,荧光灯功率因数不小于0.9。

根据该工程的性质、楼层、服务对象和功能要求,进行电梯客流分析,采用分区服务的方式来提高电梯服务效率。选用节能高效电梯和自动扶梯,并采取按规定程序集中调度电梯群控、扶梯自动启停等节能控制措施。

设置BAS能源管理系统,对冷水机组或热交换器、阀门、水泵、冷却塔、风机空调和新风机组、给排水系统设备、景观照明、公共照明进行监控。

设置公共建筑能耗监测系统,作为用电分项计量装置,按照明、动力、空调、公共用电等负荷分项计量,可实时查询建筑物的24 h、7 d、30 d的曲线图、分项汇总图;也可选择任意计量点进行实时查看,显示某计量点电能、电压电流、有功无功等参数。冷热量计量装置可对中央空调分户计量,按量收费。

7 结 语

本文结合实际工程实例,探讨了建筑电气节能措施。在建筑电气工程的设计、施工、运行中,要采用一些有效的技术方法和措施,并应用完整的建筑电气节能设计和运行管理方案,有效地提高能源利用率,实现节能目标。

图1 高低压电气主结线

[1] 王金山.关于建筑电气在节能方面的几点思考[J].科技传播,2013(9):94-95.

[2] 李殿东.关于建筑电气节能措施的探讨[J].电源技术应用,2013(10):405.

[3] 朱金凤.建筑电气节能设计要点探讨[J].工程建设与设计,2014(5):29-32.

[4] 罗广清,马楠.我国建筑电气节能的有效途径研究[J].中华民居,2014(3):45-48.

[5] 丁式横.民用建筑电气节能设计探讨[J].现代建筑电气,2015,6(7):58-61.

Discussion about Electrical Energy-saving Measures of Building

WANG Jihao

(Xiamen Branch of Beijing Architectural Design Institute of China Construction Co., Ltd., Xiamen 361013, China)

This paper introduced the electrical energy-saving measures of building,including improving the operating efficiency of power supply and distribution system,reducing the energy consumption of lighting system,energy efficiency standards of equipment and electrical energy-saving,measurement and management measures,and utilization of renewable energy. Combining by an actural project,some concrete electrical energy-saving measures were expounded. It is pointed out that the electrical designers should design the effective and feasible electrical energy-saving measures which accord with various technical indicators and meet the functional requirements.

electrical energy-saving measures; power supply and distribution system; lighting system; energy-efficiency standard

王积昊(1982—),男,工程师,从事建筑电气设计工作。

TU 201.5

B

1674-8417(2016)08-0004-05

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.08.002

2016-01-24