论民用建筑工程电气设计中的节能

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1、论民用建筑工程电气设计中的节能论民用建筑工程电气设计中的节能 摘要 节约能源是我国的一项基本国策也是电气设计者必须贯彻的重要技术政策。本文阐述了民用建筑工程电气设计的节能原则、节能途径从电压选择、供配电系统、变压器选择、减少线路损耗、提高功率因数、电机运行设备选择、照明节能等环节进行探讨。 关键词 电气设计节能 供配电系统 变压器负荷率 功率因数 变频设备 节能光源 1. 引言 现代社会生活中随着人口的增加、工业的发展人们生活水平的提高；自然能源的过度开采；社会化大生产使能源的消耗急剧增加能源出现危机。各国各行各业都提出了节能的要求节约电能就成了建筑电气设计行业中的重点。节约能源是我国的一项基

2、本国策也是电气设计者必须贯彻的重要技术政策。本文就用建筑工程电气设计中的节能环节进行探讨。 2. 建筑电气工程设计节能的原则 2.1优化供配电设计促进电能合理利用 在做民用建筑工程电气设计时首要考虑的是适用性就是要能为建筑设备的运行提供必要的动力；为建筑物内创造良好的人工环境提供需要的能源应该满足用电设备对于负荷容量、电能质量与供电可靠性的要求；应能保证建筑设备对于控制方式的要求从而使建筑设备的使用得到充分发挥。做到供电系统高效、灵活、稳定、易控、多样、便捷、畅通。 2.2提高设备运行效率减少电能的直接或间接损耗 在满足建筑物对使用功能的要求和确保安全的前提下尽可能减少建设投资最大限度的减少电

3、能与各种资源的消耗。选用节能设备、均衡符合、补偿无功、减少线路损耗、降低运行与维护费用提高能源的综合利用率提高设备运行效率减少电能的直接或间接损耗。 2.3合理调整负荷选取合理的设计系数提高负荷率和设备利用率 在满足建筑物对使用功能的要求和确保安全的前提下设计时尽可能提高电能质量、合理调整负荷、选取合理的设计系数、在特殊用电的情况下选择合理的节能措施提高负荷率和设备利用率节约用电。 在民用建筑电气工程设计节能的过程中要贯彻适用、安全、经济合理、技术先进。 3 民用建筑工程电气设计节能的途径 3.1电压等级的选择 3.1.1 城镇的高压配电电压宜采用10kV低压配电宜采用220/380V。 3.

4、1.2 用电单位的供电电压应根据其计算容量、供电距离、用电设备特性、供电回路数量、远景规划及当地公共电网的现状和发展规划等技术经济因素综合考虑确定。 3.1.3当小负荷用户用电时宜接当地低压电网。当用户的计算容量为200kVA或用电设备单台功率大于250kW；当供电距离大于250m计算负荷大于100kVA的用户宜采用高压供电。 3.1.4 地区电力网提供的电源电压为35kV且采用35kV配电经济合理时经当地供电部门同意可采用35kV配电采用35/0.4V直降的供电方式。若根据用电设备的具体情况选用6kV配电技术经济合理时可采用6kV配电。 3.2 供配电系统设计 3.2.1 设计供配电系统时应

5、简单可靠配电级数不宜过多同一等级的配电级数高压不宜多于两级低压一般不宜多于三级三级负荷不宜多于四级。 3.2.2应根据用电负荷的容量及分布使变压器深入负荷中心以缩短低压供电半径降低电能损耗节约有色金属减少电压损失提高供电质量。 3.2.3 10kV配电系统应简单灵活有较大的适应性。根据负荷等级、容量、分布及线路走向等情况设计配电系统宜以环式为主也可采用放射式或树干式。 3.2.4每条线路每个变配电所都应有明确的供电范围不宜交错重叠。 在我所设计的项目中遇到过有的工程中建设方为了节省一次性投资节省设备用房增加商业面积要求设计院在负荷大的高层建筑物内不设置高压配电室和变压器室直接由很远的室外变配电

6、室引220/380V低压电源。这种要求既不满足电压等级选择的要求也不满足供配电系统设计的要求对此我们在设计前一定要向其说明节能的重要性按国家的规范进行设计。 3.3变压器的选择 3.3.1减少变压器的有功功率损耗 尽量选择节能型的变压器.通常来讲变压器的损耗可以分为有功和无功功率损耗两种在有功功率损耗中又可以分为铁损和铜损两种所谓铁损就是指变压器空载情况下的损耗它的大小与铁芯的材料有着直接的关系与变压器的负荷没有任何联系。而铜损的大小与变压器的负荷电流的二次方成正比的关系二者之间的关系可以通过以下的表达式表示： Pb=P0+Pk2 在上面的式子中Pb表示变压器的有功功率损耗其单位为kW; P0

7、表示变压器空载时的损耗其单位为kW; Pk表示变压器有载 时的耗损其单位为kW; 表示变压器的负载率。 在这个表达式中Pk表示的是变压器传输功率的损耗也就是变压器的线损即铜损。它主要是由变压器的绕组电阻以及通过绕组的电流大小决定所以在选择变压器时应该尽量选择那些阻值较小的铜芯作为绕组。 3.3.2正确选择变压器的负荷率 变压器的无功功率损耗主要由两个因素决定其一是励磁电流损耗它与变压器的铁芯有着直接的关系而与变压器的负荷没有紧密的联系。其二是一、二次绕组的漏磁电抗损耗它与变压器的负载电流有着直接的关系与其电流值的平方有着正比的关系。 从上述这些关系来看变压器在选择时应该尽量选择那些SC9、SC

8、10、S11等高导磁的优质冷轧晶粒取向硅钢片并通过先进生产工艺制造的变压器从而使变压器的有功和无功功率损耗降到最低。另外近些年来发明的S11-M-R型的变压器它的铁芯为纯圆截面、没有冲剪、没有接缝而且相应的磁路更加合理科学与原来的SC9、S11相比较它空载情况下的电流可以下降七到八成其空载损耗可以下降两到三成而且这种变压器还能够在规定的使用期限内留有一定的余量而变压器按照正常来讲应该负载率在75%-85%之间较为合适所以这种变压器更加显得经济和实用。 3.4减少电能在线路传输上的损耗 由于电路上存在电阻由电流流过时就会产生有功功率损耗。线路上的电流是不能改变的要减少线路损耗只有减小线路电阻。线

9、路电阻R=L/S即线路电阻与电导成正比与线路截面S成反比与线路长度L成正比。在一个工程中线路左右上下纵横交错小工程线路全长不下万米大工程更是不计其数所以线路上的总有功损耗是相当可观的减少线路上的能耗必须引起设计重视。因此减少线路的损耗应从以下几方面人手。 3.4.1 应选用电导率较小的材质做导线。铜芯最佳但又要贯彻节约用铜的原则。因此在负荷较大的二类、一类建筑中采用铜导线在三类或负荷量较小的建筑中采用铝芯导线。 3.4.2减小导线长度。首先线路尽可能走直线少走弯路以减少导线长度；其次低压线路应不走或少走回头线以减少来回线路上的电能损失；第三变压器尽量接近负荷中心以减少供电距离；第3.4.3增大

10、导线截面。首先对于比较长的线路除满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面再加大一级导线截面所增加的费用为M由于节约能耗而减少的年运行费用为m则M/m为回收年限若回收年限为几个月或一二年则应加大一级导线截面。一般而言导线截面小于70m2线路长度超过100m的增加一级导线截面比较容易实现上述条件。 3.5 提高自然功率因数是节能的一个重要环节 供配电系统未投入无功补偿装置时的有功功率与视在功率的比值称为自然功率因数。供配电系统中的用电设备如电动机、变压器、线路、气体放电灯中的整流器都具有电感通电后都会产生滞后的无功需要从系统中引入超前的无功相抵消这样超前的无功功率就从供配电系统的高、低

11、压线路传输到用电设备在传输过程产生的有功损耗减少。提高功率因数就可以在负荷的有功功率保持不变的条件下减少负荷的无功功率和负荷电流从而达到降低线损耗的目的。 3.5.1 选用高功率因数高的用电设备。 可采用功率因数较高的同步电动机；荧光灯可采用高次谐波系数低于15%的电子镇流器；采用电感镇流器的气体放电灯单灯安装电容器等都可使自然功率因数提高到0. 850.95这就可减少系统高、低压线路传输的超前无功功率。 3.5.2采用电容器就地补偿。 由于受电抗的作用电机发出的交流电流与交流电压的相位角不再为零即电机发出的电能不能完全被 吸收只有一部分吸收后转变成有用功而相当一部分电能形式与电机之间往返变换

12、而释放不出来。采用电容器补偿因为电容器产生的是超前的无功两者可以相互抵消即Q= QL - QC因此无功补偿可以提高功率因数因而也减小了无功的需求量。无功补偿装置应就地安装实行就地补偿这样才能使线路上的无功传输减少达到节能的目的。 目前民用建筑设计中绝大部分采用变压器低压侧集中补偿这种做法仅减少了区域变电站至用户处的高压线路上的无功传输提高了用户处的功率因数可以不受或少受电业局的罚款。而对用户无功仍由变压器低压母线经传输线路输送到各用户点低压线路上的无功传输并没有减少那么无功补偿也就达不到节能的目的。 我们常提到负荷平稳的电动机可采用就地补偿因为负荷变动时电机端电压也变化使电容器没有放完电又充电

13、这时电容器会产生无功浪涌电流使电机易产生过电压而损坏。因此断续负载如电梯、自动扶梯、自动步行道等不应在电动机端加装补偿电容器。另外如星三角起动的异步电动机也不能在电动机端加装补偿电容器因为它起动过程中有开路闭路瞬时转换使电容器在放电瞬间又充电也会使电机过电压而损坏。 3.6 民用建筑物内的电动机在运行过程中的节能 建筑设备电动机节能措施在运行过程中除了上述的用就地补偿电容器以减少线路由于输送超前无功而引起的有功损耗外还应减少电机轻载和空载运行。因为在这种情况下电机的效率是很低的消耗的电能并不与负载的下降成正比。采用变频调速器使其在负载下降时采用变频的方式自动调节转速使其与负载的变化相适应。采用

14、这种方式可提高电机在轻载时的效率达到节能的目的。但是这种设备的价格仍偏高因此在应用中受到一定的限制。 3.7 照明部分的节能 民用建筑中照明的面积大、供电负荷高现在倡导绿色照明。绿色照明是节能、环保、有益于提高人们生产、工作、学习效率和生活质量保护身心健康的照明。民用建筑照明节能潜力巨大。 3.7.1光源节能。 照明节能设计就是在保证不降低作业面视觉要求、不降低照明质量的前提下力求减少照明系统中光能的损失从而最大限度的利用光源。衡量照明质量的主要指标有：照度、炫光、显色性等；而照明节能的评价指标是照明功率密度即单位面积上的照明安装功率。因此在满足照明质量要求时应优先选用高发光效能的光源和高效率

15、的灯具同时应严格按照国家标准GB50034-2021建筑照明设计标准要求的照度标准值以及照明功率密度值进行照明设计。 3.7.2充分利用自然光。 建筑物内尽量利用自然采光靠近室外部分的建筑面积应将门窗开大采用透光率较好的玻璃门窗以达到充分利用自然光的目的。凡足可以利用自然光的这部分的照明可采用按照度标准检测现场照度进行灯光自动调节。照明节能中除了满足照度、光色、显色指数外应采用高效光源及高效灯具对能利用自然光部分的灯具或可变照度的照明采用成组分片的自动控制开停方式可达到照明节能的效果。 4结束语 节约电能在民用建筑工程电气设计的每个环节都有相应的技术措施我们设计人员要重视节能掌握先进的节能设计方法和新型电力电子节能产品信息把节能措施运用到每项工程中。 参考文献 1. 建筑照明设计标准GB 50034-2021 2. 低压配电设计规范 GB50054-20_ 3. 民用建筑电气设计规范JGJ-16-20_ 4. 供配电系统设计规范GB 50052-20_第 10 页 共 10 页