建筑电气节能技术研究

摘要：概述了目前我国建筑能源消耗状况,介绍了建筑电气节能的相关技术,重点从供配电系统、建筑电气照明系统和空调系统等几方面,对建筑电气节能技术进行了探讨。

关键词：建筑能源;节能;供配电系统;照明系统

中图分类号:TM

文献标识码:A

文章编号：1672-3198（2011）06-0278-02

1 引言

节约能源和低碳经济是我国今后发展的一个重要方针。十一五规划提出了明确的能耗目标,到2010年,使我国的能源消耗降低20%,建筑节能工程在其中占有举足轻重的作用。建筑能耗包括建筑材料制造能耗、建筑施工能耗和建筑使用能耗。对已有建筑,目前城镇民用建筑运行耗电为总发电量的23％左右,建筑运行消耗的能源为全国商品能源消耗的20％左右,比例分布如表1所示。随着城镇化水平的提高,建筑能耗的比例将逐年提高。建筑电气节能是各种节能途径中最有潜力,节能效果最明显的方式之一,也是缓解我国能源紧张、促进社会经济发展的有效措施之一。只有采取较好的建筑电气节能措施,才能达到发达国家的建筑能耗占总能耗的33%左右的标准。

建筑电气节能措施有：供配电系统优化、改进空调系统等。本文将以上述几方面为重点,介绍相关的建筑电气节能技术研究工作。

2 建筑电气节能设计原则

(1)建筑节能要保证建筑物的功能、安全性、舒适性。

(2)建筑节能应满足经济性。考虑建筑物整个生命周期内的能耗效果、成本和投资回报。

(3)建筑节能应采用先进性的技术原则。

(4)建筑节能和节约能源、保护环境并重的原则。

3 供配电系统设计

供配电系统可以根据供电距离,负荷容量,用电设备等因素进行优化设计,做到系统操作方便可靠。负荷中心应接近变配电所,可以减少线路损耗。根据不同使用特点布置变压器的台数和选择容量,以适应负荷变化,实现经济运行减少电能损耗。合理地提高供配电系统的功率因素也是有效的方法。其具体的方法如下：

(1)选择合适的供电电压。

电压越高,电流输送过程中的损耗就越小。民用建筑设备用电压大部分为220或380V,但某些大型的民用建筑空调主机等设备可以选用超高电压以达到节能目的。

(2)负荷中心应接近变电所。

通过合理分布供电网络,控制低压供电半径控制在200m以内,减少线路电压损失,提高供电网络稳定性及供电网络运行的经济性。

(3)进行功率因数补偿设计。

①优先选用功率因数指标较好的供配电系统及用电设备。当系统自然功率因素低于接入电网要求时,应进行无功补偿,提高功率因素,可以通过减少用电设备无功损耗,提高用电设备的功率因数或使用静电电容器等进行无功补偿以减少能耗。

②无功补偿设备应适当靠近无功源,高压用电设备产生的无功功率由高压侧的电容器来补偿,低压用电设备产生的无功功率宜由低压侧的电容器来进行补偿。

③谐波环境中的功率因数补偿应作修正计算。

(4)调节用电峰谷。

由于白天和晚上的用电负荷不一样,可以根据不同时段的用电负荷合理设计配电系统,进行波峰波谷电量调节,使变压器在最佳负载率下运行,达到合理利用能源。在电气设计中推广应用峰谷电能表,实行不同时段差异化电价,对落实国家的节能政策有重要的意义。

4 建筑电气照明系统

照明用电量约占总发电量的10％,建筑照明用电量占建筑总耗电的30％左右,尤其是办公室、教室等公共建筑,改善照明控制可大幅度减少照明电耗,节电潜力巨大。可以从以下几个方面进行照明系统节能设计。

(1)增加建筑物的自然采光效果已成为现代建筑设计的一个趋势。在建筑设计施工时,应制定建筑物的采光标准、采光方式尽可能地利用天然光源,获得稳定的光照效果。在秋冬季节通过引入阳光到室内,不但能节约照明能耗,也可以提高室内温度。

(2)选用高效节能的电光源,采用高效、光通维持率高的灯具。光源的节能主要取决于它的发光效率,尽量减少白炽灯的使用量。还应根据电光源的点燃特性、显色指数、调光性能等综合因素考虑选择光源。根据不同需求情况选用新型节能光源,如用高压钠灯、金卤灯替等。灯具选择遵循以下二原则：一是根据不同场所选用不同配光形式的灯具,二是直接配光灯具射出的光通量应最大限度地落到工作面上,光源要有较高的利用系数。

(3)选用适合的照明方式和合理的照明指标。

照明方式可按如下原则进行：

①当要求高照度时,可选混合照明的方式。

②当工作位置密集时,可采用照度不太高的一般单独照明方式。

③当工作位置为某一区域时,可采用分区照明。照明指标的选择可按如下原则进行：在提高整个照明系统效率的条件下进行节能;照明设计时,应从照度标准、照明均匀度等来客观、综合地评价节能效果;建筑照度标准值应从节能角度考虑,按实际需求选择照度标准值。

④采用先进控制系统和策略。

采用先进控制系统和策略的方法有：

一是当晚间电网电压高于标准电压时,可以适当降低亮度水平,可以节约更多的能源,同时延长灯具使用寿命。

二是科学利用太阳能照明,太阳能照明技术的开发利用,可节省资源,减少对地球资源的使用和破坏。通常有太阳能光伏发电系统,将太阳辐射能直接转换为电能,提供给照明负荷。

5 电动机节能设计

建筑物中电梯等设备有电动机,提高电动机的工作效率和功率因数可以减少电动机能损耗。在工程安装设计中应选用高效率的电动机。除了就地电容器补偿以减少线路损耗外,主要是减少电动机空载和轻载运行时间,因为在轻载状况下电动机效率极低,可采用变频调速控制电动机使其在负载率变化时自动调节转速使得与负载变化相适应以提高电动机轻载时的效率从而达到节约电能的目的。

6 湿度温度独立控制的空调系统

传统的中央空调都使用出口温度为5℃左右的冷水作为冷源工质对空气进行处理,是因为需要进行空气除湿。而如果仅为了降温,采用出口温度为20℃的冷源也可行。一般除湿负荷仅占空调负荷的40％。结果大量的显热负荷也用这样的低温冷媒处理,就导致冷源效率低下。近年来此领域的一个重要方向就是采用温度湿度独立控制的空调方式。将室外新风除湿后送入室内,可用于消除室内产湿,并满足新鲜空气要求;而用独立的水系统使18～20℃温度的冷水循环,通过辐射或对流型末端来消除室内显热。这一方面可避兔采用冷凝式除湿时为了调节相对湿度进行再热而导致的冷热抵消,还可用高温冷源吸收显热,使冷源效率大幅度提高。同时这种方式还可有效改善室内空气质量,因此被普遍认为是未来的主流空调方式。

7 结语

本文研究了我国建筑能源消耗状况和建筑电气节能方法。可总结如下：

(1)建筑电气节能是解决我国今后能源紧缺问题的有效途径之一。有效地做好建筑电气节能工作会使我国每年总的能源消耗有减少约10％。

(2)建筑电气节能的关键技术有：供配电系统设计,采暖系统,空调系统,照明系统等。围绕这些领域,尚有大量的新产品新技术有待研究创新,开发和推广应用。

(3)借助政策保障,利用市场机制,有效地推广建筑电气节能技术,真正实现节能效果。还需要做大量的工作。如建筑物和系统的能耗测试与标识,节能实施的政策方案等。

(4)建筑电气领域节能蕴含着巨大的潜力,它不仅能有效地缓和电力供需矛盾,保证国民经济持续、稳定和健康的发展,而且经济效益显著。建筑电气节能过程,贯穿于项目的决策、设计、施工、使用等整个生命周期。在整个建筑设计过程中应从安全性、可靠性、经济性及节能性等方面进行综合考虑,选择合理的供配电方案,选择先进的建筑设计技术,选择高效的设备,优化电网的调度运行技术,为人们提供健康、舒适、安全的活动空间。在整个建筑的全生命周期中实现高效率地利用能源、最低限度地影响环境,使之成为生态的绿色节能建筑。

参考文献

［1］北京照明学会照明设计专业委员会．照明设计手册［M］.北京：中国电力出版社,1998．

［2］江亿.超低能耗建筑技术及应用［M］.北京：中国建筑工业出版社,2005.

［3］杨彤.现代电气节能设计［J］.电气应用,2005.

［4］王志祥.工业与民用建筑电气设计节能办法［J］.应用能源技术,2006.

注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”