浅谈电气节能在建筑智能化中的应用

浅谈电气节能在建筑智能化中的应用
陈国贤
摘要:本文叙述了我国建筑电气节能的现状,针对建筑智能化过程中出现的耗能较大问题,提出对建筑实施供配电系统的节能、照明系统的节能、设备监控系统的节能和使用新型材料的节能等节能措施,提高能源利用率,以达到有效节能的目的。
关键词：建筑工程  电气节能 智能化
引言
　智能建筑的节能是一个系统工程，智能建筑的节能比一般建筑的节能较复杂。既要考虑通常意义上的建筑节能，又要考虑到建筑智能化系统的IT节能，同时还要面临建筑智能化中各系统的充分利用、降低能耗等问题。因此，智能建筑的节能是一个综合性、全方位的课题，需要社会各方共同探讨，寻找解决办法。可见,要进行建筑节能,必须考虑建筑的电气节能。
1 建筑电气节能的现状
随着社会的发展和文明的进步,节能理念让越来越多的人所接受,但是在实际应用中,建筑的电气节能并不能达到预期的效果,存在着很多问题。例如在空调设备运行方面,为保证室内气候的舒适,很多建筑采用中央空调来调节室温,而设计的空调装机冷量较大,同时人们把空调制冷温度设定普遍较低,且办公室使用许多设备又散发热量等都增加了能耗;另外在电气照明方面,许多大型公共建筑白天也是灯火通明,造成极大的能源浪费,所以电气节能是建筑节能中必不可少的一部分。
2 电气节能的措施
本文主要从供配电系统的节能、电气照明的节能、电气设备的节能和新能源的利用等几个方进行论述。
2.1供配电系统的节能
现代高层建筑的用电量相当大,在确定变电所位置时,应尽量使高压供电深入负荷中心,对节约电能、提高供电质量极其重要，能最大限度地降低线路损耗,节约电能。另外,对现有不合理的供配电系统进行技术改造，也可以有效地降低线路损耗,节约电能。
2.1.1变压器的节能
为了减少变压器的有功损耗,应尽量在变压器设备的选择上多加考虑。变压器的有功损耗按下式计算:
P=P+βP
式中:△P—变压器的有功损
P0—变压器的空载损耗
PK—变压器的短路损耗
β-变压器的负载率。
(1) P又称铁损,它是由铁芯涡流损耗及漏磁损耗组成,是固定不变的部分,其值与铁芯材料及制造工艺有关, 所以变压器应选择节能型的,如S9、S10、SC8等型油浸式变压器或干式变压器,以减少漏磁损耗。
(2) P称变压器线损,它取决于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小,与负荷率β的平方成正比。因此,在选择变压器时,应选用阻值较小的绕组,如铜芯变压器。
(3)通过变压器有功损耗的计算,当变压器在轻载下运行时,空载损耗的比重增加,功率因数降低(低于0.5),这将造成电力系统的电能损耗增加;另外考虑长期发展的需要,也不允许将变压器的负荷率取得过高,所以变压器负荷率在75%~85%之间比较合适。合适的负载率可以有效减少变压器的总损耗。
(4)需要考虑负荷变化时,变压器具备投入和切除的方法。例如,学校建筑在学校放假期间,变压器负荷率降低,为了有效减少不必要的损耗,可以将相关变压器切除,能够减少大量不必要的浪费。
2.1.2提高系统的功率因数
(1)提高功率因数的意义
在供配电系统中的用电设备如电动机、变压器、灯具的镇流器以及很多家用电器等都具有电感性,会产生滞后的无功电流,它要从系统中经过高低压线路传输到用电设备末端,即增加了线路的功率损耗。另一方而,提高系统功率因数,使负荷电流减少,相当于增大了发配电设备的供电能力。
(2)提高功率因数的措施
减少用电设备无功损耗,提高用电设备的功率因数，主要是感性用电设备可选用有补偿电容器的用电设备(如配有电容补偿的荧光灯)，即用电容器进行无功补偿。在配电系统中,要求无功补偿后,功率因数应为0.9以上,为了达到这个要求,在供配电系统中要装合适的补偿设备,既不能欠补偿,也不能过补偿。
在具体工程中,根据建筑的实际情况,可采用三相集中补偿或单相智能无功补偿。当三相负荷不平衡时,如果采用三相补偿方式,会造成某相过补偿或者欠补偿,采用单相智能无功补偿可以解决这一问题,根据单相无功检测,自动投切单相电容器就地补偿,有利于提高效率。
2.2照明系统的节能
要实现电气节能,必须考虑照明节能。目前,我国启动了“绿色照明工程”,目的是实现照明系统的高效节能、安全环保。为实现照明节能,应从以下几个方面考虑：
2.2.1选择高效节能的光源
在满足照度和显色性要求的前提下,尽量选用发光效率高、污染低的电光源,提高照明质量,保护视力,提高劳动生产率和能源有效利用率,从而达到节约能源的目的,故合理选择电光源非常重要。
表1常用各类光源的效率及节能效果
光源名称 功率(W) 光效率
(m/W) 电力消耗与白炽灯的比值 节能百分比(%)
白炽灯 40~200 8.75~14.6 
高压汞灯 50~1000 27~50 
荧光灯 30~40 35~50 1/4~1/6 75~83
紧凑型荧光灯 7~36 40~62.7 1/4.5~1/7 77~86
高压钠灯 35~1000 54.9~117.1 1/4~1/8 75~87
金属卤化物灯 175~1000 66.7~162.8 1/5~1/7 80~86

常用各种光源效率及节能效果见表1,从表中可以看出,高压钠灯的光效最高,白炽灯的效率最低。高压钠灯和金属卤化物灯适用于高大的工业厂房,光效最高。直管荧光灯(以T5型荧光灯为推广重点)使用于较低的室内场所,如办公楼等。紧凑型荧光灯(包括H型、D型等)替代白炽灯,使用于家庭住宅、旅馆、餐厅、走廊等场所。
2.2.2合理的照明灯具
除装饰需要外,应优先选用直射型、光通比例较高、控光性能合理、反射或透射系数高、配光特性稳定的高效灯具。室内灯具效率不应低于70%(装有遮光栅格时,不应低于55%);室外灯具效率不应低于40%(但室外投光灯不应低于55%)。
同时要注意各种灯具的电气配件,合适的配件可以提高效率。如电子镇流器取代电感镇流器,应用于启动荧光灯、节能灯、金属卤化物、高压钠灯,它重量轻,体积小、噪声低、无频闪效应,节能效果显著。
2.3设备监控系统的节能控制
在高层建筑中,常采用建筑设备监控系统实现节能控制,其功能包括:实现受控机组和设备的起停;实时监测设备运行的工作状态和故障报警信号。按预定的程序对系统的被控参数进行自动调节,优化运行方式,使被控设备运行趋于合理化,将具有明显的节能效果。
2.4采用新技术、开发新能源
2.4.1太阳能光伏技术的应用
太阳光的能源充足,无污染,如果能充分利用太阳能为人类服务,将能大量节约许多地下能源的消耗,缓解能源紧张的问题,环境污染也会得到极大的改善。
目前,人们主要利用太阳能热水器提供热水,随着科学技术的迅速发展,人们正在利用太阳能做更多的工作。特别是，美国能源部下属的劳伦斯·伯克利研究所重点研究住宅节能技术,并和一些州政府合作建设“节能样板房”予以示范。最出名的是其与能源部、佛罗里达州合作建设的“零能耗住宅”“、太阳能住宅”等。它在住宅屋顶安装太阳能电池板,通过利用该地区充足的太阳能和采用建筑节能措施,让住宅不再需要使用外来能源。
2.4.2应用半导体照明技术
LED(发光二极管)具有耗电量低、寿命长、反映速度快、能发出多种颜色的光等优点,是目前正在大力发展的半导体照明器件。随着半导体技术的发展,其发光效率正不断提高,目前可达50~80lm/W。可见,LED在未来具有广阔的发展前景。
3 结语
目前,建筑智能化是我国建筑业的发展趋势,实现建筑电气节能对节约能源、保持社会可持续发展具有重要的意义。从本文分析可以看出,电气节能潜力很大,应在设计中考虑各种可行的措施,通过经济技术比较,采用技术先进、高效节能设备,真正达到节能的目的。
[参考文献]
[1]钱俊,夏远.智能建筑的节能问题及其对策研究[J].智能建筑与城市信息,2006(5):35-37.
[2]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.
[3]北京照明学会照明设计委员会.照明设计委员会[M].北京:中国电力出版社,1998.
[4]程大章,张俊.建筑智能化过程中的节能探讨[J].智能建筑与城市信息,2007(4):19-24.
[5]沈辉,曾祖勤.太阳能光伏发电技术[M].北京:化学工业出版社,2005:160-163.(编辑吴颖)