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摘要:本文从合理地进行用电负荷计算、变压器的经济运行、合理设置计量装置等方面,论述了当代工业与民用建筑电气设计中节能设计的探讨。
关键词: 建筑电气; 节能设计;计量装置
在建筑设计方面, 应把能源消耗指标作为全面技术经济分析的重要组成部分。同时,节约电能,又不能片面降低标准和忽视安全,而应在保证使用的前提下,以提高能源利用率和综合效益为主要途径。
1合理地进行用电负荷计算
用电负荷计算方法选择得当,会达到节材、 节能的目的,若选择不当,会给用户带来不必要的投资和能源浪费。关于用电负荷计算方法宜按下列原则选取:在方案设计阶段可采用单位指标法,在初步设计阶段及施工图设计阶段,宜采用需要系数法,对于住宅建设,在设计的各个阶段均可采用单位指标法和单位面积法。(1)单位面积法单位面积法计算有功功率的公式为
式中:P′e—— —— —单位面积功率(WP㎡)
S—— —— —建筑面积(㎡)
关于单位面积功率 P′e 的取值, 目前, 我国内地民用建筑为10～35W/㎡,香港地区为 10～60W/㎡,内地一些主要旅游饭店或宾馆大约为 60～120W/㎡, 其中有空调的为 70～120W/㎡, 无空调的为30～60W/㎡。
(2)单位指标法
单位指标法计算有功功率的公式为
式中:P′e—— —— —单位用电指标,如 W/户,W/人,W/床;
N —— —— —单位数量,如户数,人数,床位数。
(3)需要系数法
a.有功功率 Pjs = Kx·Pe
无功功率 Qjs = Pjs·tgφ
式中: Kx—— —— —需要系数;
Pe—— —— —用电设备额定功率。
b.配电干线或变电所的计算负荷
Pjs = Ktp Kx PeQjs = KtqKxPe tgφ
式中: Ktp —— —— —有功功率同时系数,取 0.8 ～0.9;
Ktq—— —— —无功功率同时系数,取 0.93～0.97。
2 变压器的经济运行
通过变压器的经济运行,能使电力系统有功损耗为最小,对于已投入运行的变压器,由实际负荷系数与经济负荷系数Kjib差值情况即可认定运行是否经济,等于或相近时为经济,相关较大时肯定不经济。要解变压器的经济负荷系数,应先计算出设备无功损耗的电力系统引起有功率损耗的增加变量,为此,引入换算系数,无功功率经济当量(Kq)这一概念,表示电力系统每多输1千乏无功功率时,在电力系统中增加的有功功率损耗(kW)。Kq值与电力系统结构和计算点有关,见表1。
表 1 无功功率经济当量表(kW/KV)
将变压器本身的有功损耗和无功损耗在电力系统中引起的有功损耗,称为变压器有功损耗的换算值。一台变压器在负荷为 S时的有功损耗换算值为
ΔP≈ΔPb+KqΔQb≈ΔP0+Pd
(S/Se)2+KqΔQeΔ(S/Se)2
ΔP≈ΔP0KqΔQ0+(ΔPdKqΔQe)(S/Se)2
式中:ΔPb—— —— —变压器的有功损耗;
ΔQb—— —— —变压器的无功损耗;
ΔP0—— —— —变压器的空载损耗;
ΔPd—— —— —变压器的短路损耗;
ΔQ0—— —— —变压器空载时的无功损耗增量;
ΔQ0≈SeI0%100;
ΔQe—— —— —变压器空载时的无功损耗增量;
ΔQ0≈SeUd%100;
Se—— —— —变压器的额定容量;
I0%—— —— —变压器空载电流与额定电流的百分值;
Ud%—— —— —变压器短路电压占额定电压的百分值。
要使变压器运行在经济负荷 Sjib 下, 就必须满足变压器单位容量的有功损耗换算值 ΔP/S 为最小的条件,因此,设可得变压器的经济负荷为
变压器经济负荷为额定容量的比值, 称为变压器的经济负荷系数或最佳负荷系数,用 Kjib表示,由上式得变压器的经济负荷系数为
一般变压器的经济负荷系数为 0.5～0.7, 对于负荷系数长期偏低的变压器,应该考虑换用较小容量的变压器,如果运行条件许可,两台(或两台以上)并列运行的变压器,可考虑在负荷低时切除一台,或者采用在负荷变化自动调整运行台数的装置,对双电源供电系统,宜用两路电源同时工作的方案,以减少线路损耗。
3合理设置计量装置
民用建筑电器设计中的计量装置宜按下列原则设置:
(1)单元总配电箱设于首层,内设总计量表,层配电箱内设分户表,由总配电箱至层配电箱宜采用树干式配电, 层配电箱至各户分户箱采用放射式配电。
(2)单位不设总计量表,只在分层配电箱内设分户表,其配电干线、支线的配电方式同上项。
(3)分户计量表全部集中于首层(或中间某层)电表间内,配电支线以放射式配电至户内。 多层住宅照明计量应一户一表,其公用走道,楼梯间照明计量可采取:当供电部门收费到户时,可设公用电度表,如收费到楼总表时,一般不另设表。
4合理选择电线,电缆截面
合理选择电线、电缆截面,在用电负荷计算时要尽可能算得准确,电线、电缆截面与保护开关的配合原则一般是:对于 25A 以下的保护开关,电线、电缆载流量应大于或等于保护开关整定值得 0.85 倍。对于 25A 以上的保护开关,电线、电缆载流量应大于或等于保护开关整定值的 1倍。
5照明节能
节约照明用电不能单靠减少灯具数量或降低功率,要充分利用自然光,改善环境的反射条件,推广应用新光源和改进照明灯具的控制方式。
5.1 应用高效电光源
在灯具悬挂较高的场所的一般照明,宜采用高压钠灯、金属卤化物灯或镇流高压荧光汞灯,除特殊情况外,不宜采用管形卤钨灯及大功率普通白炽灯。灯具悬挂较低的场所照明采用荧光灯。除特殊功能建筑物(如博展馆、影剧院、高级饭店等场所)外,不宜采用白炽灯。
5.2 改善照明器的控制方式
照明器的控制, 要根据各房间使用的不同特点和要求区别对待,尽可能做到使用方便,又为节电创造条件。
(1)面积较小的居住,办公用房或类似的房间,宜采用一灯一控或二灯一控的方式,在经济条件允许时可采用变光开关。
(2)面积较大的房间宜采用多灯一控的方式,当整个房间有均匀照度要求时,可采用隔一控一的方式,无均匀照度要求时可分区控制,此时,应考虑适当数量的单控灯。
(3)居住、 办公建筑内的楼梯间、 走廊等公共通道,照明器宜采用定时开关控制。
(4)在远离侧窗的天然采光不足的区域内的电器照明,宜采用光电控制的自动调光装置, 以随天然光的变化而自动地调节电器照明的强弱,保证室内照明的稳定。
(5)室外照明宜采用光电自动开关或光电定时开关控制,按预定的照度和预定的时间自动接通或断开电源。
6结束语
关于民用建筑电气设计中的节能措施还有很多, 如提高电网功率因数,采用节能机电产品,智能化系统以及各工种之间的密切配合等。 从民用建筑电气设计方面,只要掌握以上措施,便能达到节约能源的理想效果。
注：文章內的图表、公式请到PDF格式下查看
关键词: 建筑电气; 节能设计;计量装置
在建筑设计方面, 应把能源消耗指标作为全面技术经济分析的重要组成部分。同时,节约电能,又不能片面降低标准和忽视安全,而应在保证使用的前提下,以提高能源利用率和综合效益为主要途径。
1合理地进行用电负荷计算
用电负荷计算方法选择得当,会达到节材、 节能的目的,若选择不当,会给用户带来不必要的投资和能源浪费。关于用电负荷计算方法宜按下列原则选取:在方案设计阶段可采用单位指标法,在初步设计阶段及施工图设计阶段,宜采用需要系数法,对于住宅建设,在设计的各个阶段均可采用单位指标法和单位面积法。(1)单位面积法单位面积法计算有功功率的公式为
式中:P′e—— —— —单位面积功率(WP㎡)
S—— —— —建筑面积(㎡)
关于单位面积功率 P′e 的取值, 目前, 我国内地民用建筑为10～35W/㎡,香港地区为 10～60W/㎡,内地一些主要旅游饭店或宾馆大约为 60～120W/㎡, 其中有空调的为 70～120W/㎡, 无空调的为30～60W/㎡。
(2)单位指标法
单位指标法计算有功功率的公式为
式中:P′e—— —— —单位用电指标,如 W/户,W/人,W/床;
N —— —— —单位数量,如户数,人数,床位数。
(3)需要系数法
a.有功功率 Pjs = Kx·Pe
无功功率 Qjs = Pjs·tgφ
式中: Kx—— —— —需要系数;
Pe—— —— —用电设备额定功率。
b.配电干线或变电所的计算负荷
Pjs = Ktp Kx PeQjs = KtqKxPe tgφ
式中: Ktp —— —— —有功功率同时系数,取 0.8 ～0.9;
Ktq—— —— —无功功率同时系数,取 0.93～0.97。
2 变压器的经济运行
通过变压器的经济运行,能使电力系统有功损耗为最小,对于已投入运行的变压器,由实际负荷系数与经济负荷系数Kjib差值情况即可认定运行是否经济,等于或相近时为经济,相关较大时肯定不经济。要解变压器的经济负荷系数,应先计算出设备无功损耗的电力系统引起有功率损耗的增加变量,为此,引入换算系数,无功功率经济当量(Kq)这一概念,表示电力系统每多输1千乏无功功率时,在电力系统中增加的有功功率损耗(kW)。Kq值与电力系统结构和计算点有关,见表1。
表 1 无功功率经济当量表(kW/KV)
将变压器本身的有功损耗和无功损耗在电力系统中引起的有功损耗,称为变压器有功损耗的换算值。一台变压器在负荷为 S时的有功损耗换算值为
ΔP≈ΔPb+KqΔQb≈ΔP0+Pd
(S/Se)2+KqΔQeΔ(S/Se)2
ΔP≈ΔP0KqΔQ0+(ΔPdKqΔQe)(S/Se)2
式中:ΔPb—— —— —变压器的有功损耗;
ΔQb—— —— —变压器的无功损耗;
ΔP0—— —— —变压器的空载损耗;
ΔPd—— —— —变压器的短路损耗;
ΔQ0—— —— —变压器空载时的无功损耗增量;
ΔQ0≈SeI0%100;
ΔQe—— —— —变压器空载时的无功损耗增量;
ΔQ0≈SeUd%100;
Se—— —— —变压器的额定容量;
I0%—— —— —变压器空载电流与额定电流的百分值;
Ud%—— —— —变压器短路电压占额定电压的百分值。
要使变压器运行在经济负荷 Sjib 下, 就必须满足变压器单位容量的有功损耗换算值 ΔP/S 为最小的条件,因此,设可得变压器的经济负荷为
变压器经济负荷为额定容量的比值, 称为变压器的经济负荷系数或最佳负荷系数,用 Kjib表示,由上式得变压器的经济负荷系数为
一般变压器的经济负荷系数为 0.5～0.7, 对于负荷系数长期偏低的变压器,应该考虑换用较小容量的变压器,如果运行条件许可,两台(或两台以上)并列运行的变压器,可考虑在负荷低时切除一台,或者采用在负荷变化自动调整运行台数的装置,对双电源供电系统,宜用两路电源同时工作的方案,以减少线路损耗。
3合理设置计量装置
民用建筑电器设计中的计量装置宜按下列原则设置:
(1)单元总配电箱设于首层,内设总计量表,层配电箱内设分户表,由总配电箱至层配电箱宜采用树干式配电, 层配电箱至各户分户箱采用放射式配电。
(2)单位不设总计量表,只在分层配电箱内设分户表,其配电干线、支线的配电方式同上项。
(3)分户计量表全部集中于首层(或中间某层)电表间内,配电支线以放射式配电至户内。 多层住宅照明计量应一户一表,其公用走道,楼梯间照明计量可采取:当供电部门收费到户时,可设公用电度表,如收费到楼总表时,一般不另设表。
4合理选择电线,电缆截面
合理选择电线、电缆截面,在用电负荷计算时要尽可能算得准确,电线、电缆截面与保护开关的配合原则一般是:对于 25A 以下的保护开关,电线、电缆载流量应大于或等于保护开关整定值得 0.85 倍。对于 25A 以上的保护开关,电线、电缆载流量应大于或等于保护开关整定值的 1倍。
5照明节能
节约照明用电不能单靠减少灯具数量或降低功率,要充分利用自然光,改善环境的反射条件,推广应用新光源和改进照明灯具的控制方式。
5.1 应用高效电光源
在灯具悬挂较高的场所的一般照明,宜采用高压钠灯、金属卤化物灯或镇流高压荧光汞灯,除特殊情况外,不宜采用管形卤钨灯及大功率普通白炽灯。灯具悬挂较低的场所照明采用荧光灯。除特殊功能建筑物(如博展馆、影剧院、高级饭店等场所)外,不宜采用白炽灯。
5.2 改善照明器的控制方式
照明器的控制, 要根据各房间使用的不同特点和要求区别对待,尽可能做到使用方便,又为节电创造条件。
(1)面积较小的居住,办公用房或类似的房间,宜采用一灯一控或二灯一控的方式,在经济条件允许时可采用变光开关。
(2)面积较大的房间宜采用多灯一控的方式,当整个房间有均匀照度要求时,可采用隔一控一的方式,无均匀照度要求时可分区控制,此时,应考虑适当数量的单控灯。
(3)居住、 办公建筑内的楼梯间、 走廊等公共通道,照明器宜采用定时开关控制。
(4)在远离侧窗的天然采光不足的区域内的电器照明,宜采用光电控制的自动调光装置, 以随天然光的变化而自动地调节电器照明的强弱,保证室内照明的稳定。
(5)室外照明宜采用光电自动开关或光电定时开关控制,按预定的照度和预定的时间自动接通或断开电源。
6结束语
关于民用建筑电气设计中的节能措施还有很多, 如提高电网功率因数,采用节能机电产品,智能化系统以及各工种之间的密切配合等。 从民用建筑电气设计方面,只要掌握以上措施,便能达到节约能源的理想效果。
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