貴州吉兆電氣工程技術(shù)有限公司
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低壓電氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展及趨勢
1 低壓節(jié)能控制系統(tǒng)-低壓電氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)歷史發(fā)展
1974年,第一部建筑電氣節(jié)能相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(采暖空調(diào)等方面)由法國率先制定和頒布,后來這一標(biāo)準(zhǔn)一度被歐洲各國所采用。1979年,美國能源信息機構(gòu)(EIA)成立,主要負責(zé)統(tǒng)計美國建筑物電氣能源消耗和支出數(shù)據(jù),并每5年進行一次全面修訂。1979年,日本頒布了樓宇住宅建筑保溫隔熱基本標(biāo)準(zhǔn),并對所用的各種保溫材料參數(shù)規(guī)定了最小限度標(biāo)準(zhǔn)。目前,發(fā)達國家已逐步建立起完善的節(jié)能技術(shù)機構(gòu),并制定了較為成熟的低壓電氣節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。
我國較發(fā)達國家建筑電氣節(jié)能技術(shù)起步較晚,于1986年頒布《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住建筑部分)》,節(jié)能率要求達到30%,是我國第一部建筑節(jié)能法規(guī)。之后又頒布了《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施-建筑節(jié)能專篇》,其中電氣專業(yè)協(xié)調(diào)各個專業(yè)起到了關(guān)鍵作用。2007年,中國建筑電氣節(jié)能專業(yè)委員會在清華大學(xué)建筑節(jié)能中心成立,標(biāo)志著我國建筑低壓電氣節(jié)能技術(shù)邁出了實質(zhì)性的一步。
目前,我國工業(yè)化和城鄉(xiāng)建筑進程迅猛,建筑規(guī)模與速度前所未有,建筑能耗總量呈直線上升趨勢,而低壓電氣能耗占能耗總量的30%左右,因此有必要需要設(shè)計人員采取相應(yīng)措施達到低壓電氣節(jié)能目的。
2 低壓電氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)現(xiàn)狀
低壓電氣節(jié)能技術(shù)發(fā)展到今天,已經(jīng)相當(dāng)完善,本文將從變配電室的選址、變壓器的選型、供配電纜的設(shè)計、以及電動機和照明光源的選擇來對現(xiàn)有的電氣節(jié)能技術(shù)進行闡述。
2.1 變配電室節(jié)能
在實際項目設(shè)計中,變配電所的選取應(yīng)盡可能處在負荷中心,來減少電能在線路上的損耗,電源供電半徑應(yīng)在250m以內(nèi)。在高層建筑中,配電室應(yīng)盡量靠近電井,對于比較大的建筑主體,應(yīng)設(shè)置兩個甚至更多電井。對于低壓配電級數(shù)不宜超過3級。
2.2 變壓器節(jié)能
變壓器是供配電系統(tǒng)的核心設(shè)備,據(jù)統(tǒng)計,其損耗可達到整個電氣損耗的10%左右。損耗來源主要包括有功損耗和無功損耗。我們選擇變壓器時應(yīng)盡量選擇新型材料的節(jié)能型變壓器,現(xiàn)在推廣的 S10、S11等高效系列,比普通變壓器鐵損降低15%,而非晶合金變壓器比S10、S11系列鐵損降低1/3;提高變壓器二次側(cè)功率因數(shù),從而減少負荷電流,減小變壓器銅損。
另外,變壓器能量轉(zhuǎn)換效率與變壓器負載率之間不是完全成正比例關(guān)系,其高效能量轉(zhuǎn)換效率是在變壓器處于50%-60%負載條件下獲得,所以在確定變壓器容量時,應(yīng)該從技術(shù)性、節(jié)能性、高效性等方面,合理進行變壓器選型設(shè)計,以防出現(xiàn)容量選擇過大或者過小的現(xiàn)象。因為這樣不僅達不到變壓器的運行要求,而且還增加了自身損耗,造成資源浪費。
2.3 供配電纜節(jié)能
由于傳輸導(dǎo)線上存在一定的電阻,所以電能在傳輸過程中會不可避免的造成一定有功功率損耗,因此降低線路損耗的途徑主要有:選用電阻率較小的材質(zhì)電纜,如新型耐熱鋁合金線纜;增大導(dǎo)線截面;鋪設(shè)供電線路時盡量走直線,使線路最短,避免迂回供電;如表1所示,對電網(wǎng)進行升級改造,將原有線路升壓,能大幅降低可變損耗。
2.4 動力節(jié)能
在現(xiàn)代建筑中,電動機不可或缺,其損耗主要包括有功功率損耗和無功功率損耗,因此,提高其功率因數(shù)及工作效率是目前應(yīng)對電動機節(jié)能的主要措施。
電動機無功功率主要是在系統(tǒng)中建立旋轉(zhuǎn)磁場,異步電動機由于其工作原理,其轉(zhuǎn)速始終小于同步轉(zhuǎn)速,因此無功損耗較大,而同步電機轉(zhuǎn)速基本接近同步轉(zhuǎn)速,無功損耗較小,因此,選擇電動機時,可以盡量選擇使用功率因數(shù)較高的同步電機,以節(jié)省電能損耗。
磁性材料采用高品質(zhì)、低損耗的高效異步電機(Y、YZ、YZR等系列),相對于普通異步電機,其功率因數(shù)可提高8%左右,總損耗減少20%-30%,因此,在使用異步電動機時,盡量選擇高效電機。目前,在工控領(lǐng)域,變頻器使用廣泛,它采用V/F控制策略,只調(diào)節(jié)電機電源頻率而間接改變異步電機轉(zhuǎn)速。變頻器內(nèi)部包含存儲器,可以存儲簡單程序,如果我們設(shè)定好程序,變頻器會每隔一段時間自動檢測電機負載變化,而后根據(jù)負載變化情況調(diào)用存儲器內(nèi)部程序,從而調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速,這樣就會提高異步電機在空載時的效率,節(jié)約了電能,因此在設(shè)計時盡可能采用交流變頻調(diào)速技術(shù)。
此外,我們還可以通過無功補償來提高電機的功率因數(shù)。對于容量較大且傳輸距離較遠的電機(風(fēng)機、水泵、傳送帶等),可以采取就地補償措施,其他可采取集中補償措施。
2.5 照明節(jié)能
合理選擇節(jié)能燈具是建筑電氣節(jié)能的重要措施,高效白熾燈光通量15LM/W,普通熒光燈T12光通量55 LM/W,而三基色T8、T5熒光燈光通量為93 LM/W,LED為70-150 LM/W。因此,在選擇照明燈具時,盡可能選擇三基色T8、T5熒光管或LED燈。
對于燈具的控制,在建筑內(nèi)部走廊,樓梯等處,可采用具有聲光控制功能的燈具。對于大的建筑主體(廣場、廠房等)可采用集中控制措施。如果有條件的話,還可以采用計算機智能控制,不僅可以達到節(jié)能的目的,還能制造出難以想象的燈光效果。
3 低壓電氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)發(fā)展趨勢
3.1 智能建筑系統(tǒng)
智能建筑可以采用現(xiàn)代計算機、信息通信和自動控制技術(shù),全面地對建筑物中的各類設(shè)備進行監(jiān)控和控制,在滿足建筑功能的前提下,進行最大限度的節(jié)能。據(jù)工程實際經(jīng)驗可知,通過高效的節(jié)能設(shè)備和先進的自動化控制系統(tǒng)實施,智能建筑能耗比普通建筑能耗降低30%-50%。
例如供配電系統(tǒng),智能建筑系統(tǒng)可檢測到設(shè)備電壓、電流、有功功率、功率因數(shù)以及設(shè)備是否運行良好,而后,這些數(shù)據(jù)會被導(dǎo)入計算機程序,計算機會根據(jù)當(dāng)前外部因素(如負載變化,天氣情況等),在后臺自動實時調(diào)節(jié)各個設(shè)備,以達到最優(yōu)節(jié)能狀態(tài)。
照明系統(tǒng),智能建筑系統(tǒng)會根據(jù)當(dāng)時的環(huán)境以最優(yōu)的控制方式對照明進行控制,不僅節(jié)約了大量電能,還延長了燈具使用壽命,節(jié)省了運行費用,同時,不同的控制方式還能增強建筑的視覺美觀效果。
3.2 太陽能光伏技術(shù)
近幾年,低壓節(jié)能控制系統(tǒng)隨著光伏逆變技術(shù)的發(fā)展,住戶安裝太陽能電池板到建筑物屋頂,終端通過控制器、逆變器連接到公共電網(wǎng),消費者與電網(wǎng)互聯(lián),形成家庭光伏系統(tǒng)已經(jīng)成為可能。這種具有并網(wǎng)功能的太陽能光伏混合動力系統(tǒng)既可以給電網(wǎng)供電,也可以使用電網(wǎng)供電,這樣不僅保證了能源的有效利用,減少了無用損耗,而且在關(guān)鍵時刻還具有電力調(diào)峰的作用。目前,太陽能熱水器已經(jīng)在建筑行業(yè)里廣泛采用,節(jié)能效果明顯。目前,濟南市規(guī)定自2014年起,100米以下新建高層住宅強制推廣使用太陽能。相信,在不久的將來太陽能光伏技術(shù)會更加完善。此外新能源還有風(fēng)力發(fā)電、地?zé)岷秃四艿?,還處于不成熟階段。
4 小結(jié)
我國雖然是一個資源大國,但同時也是一個能耗大國,人均資源占有率只有世界平均水平的一半,節(jié)能減排尤為重要。因此作為電氣設(shè)計人員,我們在設(shè)計低壓電氣系統(tǒng)時,應(yīng)盡量考慮上述幾種節(jié)能措施,盡努力為國家電氣節(jié)能貢獻自己的力量。
本文來源:《智能建筑電氣技術(shù)》2014年第1期,作者:山東省建筑設(shè)計研究院 張釗(電氣總工)、汪其銳