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試論建筑電氣設計中的節能方式

10-24 21:55:25  瀏覽次數:897次  欄目:水利水電工程
標簽:水利工程管理,水利水電論文, 試論建筑電氣設計中的節能方式,http://www.nvlbio.live

  摘要:文章闡述了建筑電氣設計中的節能原則、節能方法,從變壓器容量選擇、功率因數補償、照明調光設備、電動機起動設備選擇等方面,論述電氣設計中的幾種節能方法。

  關鍵詞:電氣節能 變壓器損耗 功率因數 照明節能 變頻調速 軟起動器

  由于人口的增加,工業的發展,生活水平的提高,能源的消耗也就急劇增加,能源危機迫在眉睫。因此,各行各業提出了節能的要求,節約二次能源——電能,也就成為民用建筑電氣設計的焦點。建筑電氣設計節能的原則建筑電氣節能應堅持以下三個原則:

  1.滿足建筑物的功能

  即滿足照明的照度、色溫、顯色指數;滿足舒適性空調的溫度及新風量,也就是舒適衛生;滿足上下、左右的運輸通道暢通無阻;滿足特殊工藝要求,如娛樂場所的一些電氣設施的用電,展廳的工藝照明及電力用電等。

  2.考慮實際經濟效益

  節能應按國情考慮實際經濟效益,不能因為節能而過高地消耗投資,增加運行費用。而是應該讓增加的部分投資,能在幾年或較短的時間內用節能減少下來的運行費用進行回收。

  3.節省無謂消耗的能量

  節能的著眼點,應是節省無謂消耗的能量。首先找出哪些地方的能量消耗是與發揮建筑物功能無關的,再考慮采取什么措施節能。如變壓器的功率損耗,傳輸電能線路上的有功損耗都是無用的能量損耗,又如量大面廣的照明容量,宜采用先進技術使其能耗降低。

  因此,節能措施也應貫徹實用、經濟合理、技術先進的原則。

  建筑電氣節能的途徑

  1.減少變壓器的有功功率損耗

  變壓器的有功功率損耗如下式表示:△Pb=Po+Pkβ2其中:

  △Pb——變壓器有功損耗(KW);

  Po——變壓器的空載損耗(KW);

  Pk——變壓器的有載損耗(KW);

  β——變壓器的負載率。

  Po部分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,是固定不變的部分,大小隨矽鋼片的性能及鐵芯制造工藝而定。所以,變壓器應選用節能型的,如S9、SL9及SC8等型油浸變壓器或干式變壓器,它們都是采用優質冷軋取向矽鋼片,由于"取向"處理,使矽鋼片的磁疇方向接近一致,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。

  Pk是傳輸功率的損耗,即變壓器的線損,決定于變壓器繞組的電阻及流過繞組電流的大小,即負載率β的平方成正比。因此,應選用阻值較小的繞組,可采用銅芯變壓器。從Pkβ2用微分求它的極值,在β=50%處每千瓦的負載,變壓器的能耗最小。因此,在80年代中期設計的民用建筑,變壓器的負載率絕大部分在50%左右,在實際使用中有一半變壓器沒有投入運行,這種做法有的設計人員一直沿襲至今。但是,這僅是為了節能,而沒有考慮經濟價值。舉下例可看出其不可取的程度。

  SC3-2000KVA的變壓器,當β=50%時相對于β=85%時可節能為P=16.01×(0.852-0.52)=7.56KW,按商場最高用電小時計:每天12小時,365天全營業,則總節約電能:W=7.56×12×365=33113KW.h.按營業性電價每度0.78元計,則每年節約:33113×0.78=25828元。

  按每千瓦的初裝費投資:2000KVA變壓器應是大型民用建筑,必然雙電源進線,則初裝費每KVA為2240元,每年節能省下的電費只能提供(25828/2240=11.53)11.53KVA的初裝費。還有988.5KVA的初裝費,加上由于加大變壓器容量而多付的變壓器價格,由于變壓器增加而使出線開關柜、母聯柜增加引起的設備購置費,安裝上述設備使土建面積增加而引起的土建費用,這是筆相當可觀的投資,還沒有計及折舊維護等費用。由此可見,取變壓器負載率為50%是得不償失的。

  事實上50%負載率僅減少了變壓器的線損,并沒有減少變壓器的鐵損,因此也不是最節能的措施。計及初裝費、變壓器、低壓柜、土建的投資及各項運行費用,又要使變壓器在使用期內預留適當的容量,變壓器的負載率應在75%~85%為宜。這樣也可以做到物盡其用,因為變壓器絕緣的使用年限滿負荷計為20年,20年后可能有更好的變壓器問世,這樣就可以有機會更換新的設備,才能使該建筑總趨技術領先地位。

  為減小變壓器損耗,當容量大而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。例如需要裝機容量為2000KVA,可選2臺1000KVA,不選4臺500KVA.因為選用前者可節能:△P=4×(1.6+4.44)-2×(2.45+7.45)=4.36KW(全按β=100%計,同等條件,SC3變壓器)。

  在變壓器選擇中,能掌握好上述三點原則,即滿足了節約能源,又經濟合理的原則。

  減少線路上的能量損耗

  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=3IΦ2R×10-3(KW)

  式中:IΦ——相電流(A)

  R——線路電阻(Ω)

  例如,在L=100m的VV-3×50+2×25的電纜上傳輸60KW,cosφ=0.8的電能,其有功損耗量,可由以下步驟求得:IΦ=60×103/(×380×0.8)=113.6A

  芯線溫度70℃的50mm2銅芯線每公里電阻R0=0.44,則R=0.1×0.44=0.044(Ω)

  △P=3×113.62×0.044×10-3=1.704KW

  從以上可看到,線路上的功率損耗相當于每6m的線路上安一個100W的燈泡。

  在一個工程中,線路左右上下縱橫交錯,小工程線路全長不下萬米,大工程更是不計其數,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設計重視。

  線路上的電流是不能改變的,要減少線路損耗,只有減小線路電阻。線路電阻R=P×L/s,即線路電阻與電導P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應從以下幾方面入手。

  應選用電導率較小的材質做導線。銅芯最佳,但又要貫徹節約用銅的原則。因此,在負荷較大的二類、一類建筑中采用銅導線,在三類或負荷量較小的建筑中采用鋁芯導線。

  減小導線長度。首先,線路盡可能走直線,少走彎路,以減少導線長度;其次,低壓線路應不走或少走回頭線,以減少來回線路上的電能損失;第三,變壓器盡量接近負荷中心,以減少供電距離,當建筑物每層平面在10000m2左右時,至少要設兩個變配電所,以減少干線的長度;第四,在高層建筑中,低壓配電室應靠近豎井,而且由低壓配電室提供給每個豎井的干線,不至于產生支線沿著干線倒送的現象。亦即低壓配電室與豎井位置的布局上應使線路都分向前送,盡可能減少回頭輸送電能的支線。

  增大導線截面。首先,對于比較長的線路,除滿足載流量、熱穩定、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M,由于節約能耗而減少的年運行費用為m,則M/m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。一般而言,導線截面小于70mm2,線路長度超過100m的增加一級導線截面比較容易實現上述條件。其次,利用某些季節性負荷的線路,這些用戶不用時,可提供給常期用戶作供電線路使用,以減少線路和電阻。例如,將空調風機、風機盤管與照明、電開水等計費相同的負荷,集中在一起,采用同一干線供電,既可便于用一個火警命令切除非消防用電,又可在春秋兩季空調不用時,使同樣大的干線截面傳輸較小的電流,從而減小了線路損耗,這就相當于充分利用了季節負荷的線路。

  在設計中,認真落實上述三條措施,就可減少線路上的能量損耗,達到了線路節能的目的。

  提高系統的功率因數

  提高系統的功率因數,減少無功在線路上傳輸,以達到節能的目的。

  線路損耗的公式展開后得下列計算式:

  △P=3IΦ2R×10-3=(RP2/UL2+RQ2/UL2)10-3(KW)

  式中:UL——線電壓(V)

  P——有功功率(KW)

  Q——無功功率(KVar)

  前項RP2/UL2為線路上傳輸有功功率而引起的功率損耗,后項RQ2/UL2為線路上傳輸無功功率而引起的功率損耗。有功功率是滿足建筑物功能所必須的,因此是不可變的。系統中的用電設備,如電動機、變壓器、線路、氣體放電燈中的整流器都具有電感,會產生滯后的無功,需要從系統中引入超前的無功相抵消,這樣超前的無功功率就從系統經高、低壓線路傳輸到用電設備,在線路上就產生了有功損耗,而這部分損耗是可以想辦法改變的,其措施有以下幾種。

  提高設備的自然功率因數,以減少對超前無功的需求,可采用功率因數較高的同步電動機;熒光燈可采用高次諧波系數低于15%的電子鎮流器;采用電感鎮流器的氣體放電燈,單燈安裝電容器等,都可使自然功率因數提高到0.85~0.95,這就可減少系統高、低壓線路傳輸的超前無功功率。

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