高层建筑电气节能设计_裴祥友
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第 31 卷 第 3 期 2 0 0 5 年 2 月
山
西
建
筑
SHA N XI
AR CH IT ECTU R E
V ol. 31 N o. 3 Feb. 2005
文章编号 : 1009 -6825( 2005) 03 -0110 - 02
高层建筑电气节能设计
裴祥友 刘江彩 韩志军
摘 要 : 针对高层建筑用电的能耗问题 , 结合电气节能设计应坚持的原则 , 从变压器设备的选择 、 导线 截面的合理确定等 方面 , 提出了电气设计中的一些节能措 施 , 以提高能源利用率和综合效益 。 关键词 : 电气设计 , 节能 , 高层建筑 中图分类号 : T U 855 近年来 , 我 国经济快速增长 , 各大城市高 层建筑迅速崛起 , 能 源的消耗急剧增加 , 能源危机迫 在眉睫。节约电 能不能片 面降低 标准和忽视 安全 , 要在 保证 使用 的前提 下 , 提高 能源利 用率 和综 合效益 , 是电气设计人员共同探讨的问题。 文献标识码 : A 2) 在地下室内和最高层设置变压器 ; 3) 分别在地下室、 最高层和中间层设置变压器 ; 4) 仅在中间层设置变压器 ; 5) 主变压器分设在底层与上部各层。 究竟采用何种 方式 , 除 了考虑 经济、 设备 条件 和施 工方便 等 因素外 , 还要考虑经营和管理因素。
前项 RP 2/ U L 2 为线路上 传输有 功功 率而 引起的 功率 损耗 , 后项 RQ 2/ UL 2 为线路 上传 输无功 功率 而引 起的功 率损 耗。有 功功率是满足建筑物功能所必须的 , 因此是 不可变的。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 , 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 从系统 经高、 低 压线路 传输 到用 电设 备 , 在线路上就产生了有功损耗 , 而这部分损耗是可以改变的。
节能应考虑实 际 经济 效益 , 不能 因为 节 能而 过高 地 消耗 投 资 , 增 加运行 费用。而是 应该让 增加的 部分投 资 , 能 在几年 或较 短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。
1. 3 节省无谓消耗的能量
节能的着眼点 , 应是节省无谓 消耗的能量。 首先找出哪 些地 方的能量消耗是与发挥建筑物功能无关的 , 再考 虑采取什 么措施 节能。如变 压器的功率损耗 , 传输电 能线路上的 有功损耗 都是无 用的能量损 耗 , 而量大 面广 的照 明容量 , 宜 采用 先进技 术使 其能 耗降低。因此 , 高层建筑节能设计应 贯彻实用、 经济合 理、 技 术先 进的原则。
2 高层建筑电气节能设计的措施 2. 1 变电所位置的选择
高层建筑因为 楼层 多 , 负荷分 散 , 为保 证配电 干线 最大 电压 降不超过允许值 , 减少电能损耗 , 变配电室 的位置选择十分重 要 , 一般变电所的位置有以下几种设置方式 : 1) 将变压器设在地下室或辅助建筑物内 ; [ 2] 周太明 . 电气照明设计 [ M ] . 上海 : 复旦大学出版社 , 2001. 11.
2. 5 电动机在运行过程中的节能
在高层建筑电 气中 的电动 机都 是与 暖通、 水道、 建 筑等工 种 的设备相 配套 , 由设 备制造厂 商统一 供应。因此 , 其 节能措 施只 能贯彻在运行过程中 , 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。
1 高层建筑电气节能设计应坚持的原则 1. 1 满足建筑物的功能
即满足照明的照度、 色温、 显色指数 ; 满足舒 适性空调的 温度 及新风量 , 也就 是 舒适 卫生 ; 满足 上下、 左右 的运 输 通道 畅通 无 阻 ; 满足特殊工 艺要求 , 如娱乐场所的一些电 气设施的用电 , 展厅 的工艺照明及电力用电等。
2. 2 变压器设备的选择
变压器设备的选择 , 重点考虑减少变压器的有 功功率损耗。 变压器的有功功率损耗如下式表示 : P b = P 0+ P k 2。 式中 : P b P0 Pk 变压器有功损耗 , kW; 变压器的空载 损耗 , kW; 变压器的有载损耗 , kW;
1. 2 考虑实际经济效益
3 结语
高层建筑的节能潜力很大 , 应 在设计中精 心考虑。但是 在选 用节能的新设备上 , 应具体了解 其原理、 性能、 效果 , 从 技术、 经济 上进行比较后 , 再选定节能设备 , 以达到真正节能的目的。 参考文献 : [ 1] 李海安 , 黎文安 . 实用建筑电气 技术 [ M ] . 北 京 : 水 力水电 出版 社 , 1996. 71 -78. [ 2] 徐文根 . 工业与 民用 配电设 计手 册 [ M ] . 北 京 : 水力水 电出 版 社 , 1964. 12 - 24.
变压器的 负载率。 1) P 0 为空载损耗 又称 铁损 , 它是 由铁 芯的 涡流 损耗 及漏 磁 损耗组成 , 是固定不变 的部 分 , 其大小 随矽 钢片的 性能 及铁 芯制 造工艺 而定。所 以 , 变压器应选用节能型的 , 如 S9、 SL 9 及 SC8 等 型号的油浸变压器或干式变压器 , 它 们都是采用 优质冷轧 取向矽 钢片 , 由于 取向 处理 , 使 矽钢片的磁场方向 接近一致 , 以减少铁 芯的涡流损耗 ; 45 倾 斜接 缝结 构 , 使接 缝密 合性 好 , 以减 少漏 磁 损耗。 2) P k 是功率传输的损耗 , 即 变压器 的线损 , 决定 于变压 器绕 组的电 阻及流过绕组电流的大小 , 即负载 率 的平方成 正比。因 此 , 应选用阻值较小的绕组 , 可采用铜芯变压 器。从 P k 2 用微分 求它的极值 , 在 = 50 % 时 每千 瓦的 负载 , 变 压器 的 能耗 最小 。 因此 , 在以往的电气设计中 , 变压器的负载率绝大 部分在 50 % 左 右 , 在实际使用中有一半变压器没有投入运行 , 这种做法仅是为了 节能 , 而没有考虑经济价值。综合考虑 , 取变压器负载率为 50 % [ 3] CJJ 45 - 91, 城市道路照明设计标准 [ S] .
第 31 卷 第 3 期 2 0 0 5 年 2 月
裴祥友等 : 高层建筑电气节能பைடு நூலகம்设计
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是不经济的 , 要使变压 器在 使用 期内预 留适 当的容 量 , 变压 器的 负载率应在 75 % ~ 85 % 为宜。 3) 为减 小变压 器损耗 , 当容 量大而 需要选 用多台 变压器 时 , 在合理分配负荷的情况下 , 尽可能减少变压器的台数 , 选用大容量 的变压器。例如需要装机容量为 2 000 kV A , 可选 2 台 1 000 kVA , 而不选 4 台 500 kVA , 因为选用前者可节能。 在变压器设备 选择 中 , 能掌握 好上 述三点 要求 , 即 满足 了节 约能源、 经济合理的原则。
收稿日期 : 2004 -10 -16 作者简介 : 裴祥友 ( 1971 - ) , 男 , 1996 年毕业于河北工业大学工业电气自动化专业 , 工程师 , 石家庄铁道学院后勤集团, 河北 石家庄 刘江彩 ( 1972 - ) , 女 , 1996 年毕业于河北工业大学工业电气自动化专业 , 讲师 , 河北化工医药职业技术学院, 河北 石家庄 韩志军 ( 1971 - ) , 男 , 1992 年毕业于河北工业大学工业电气自动化专业 , 工程师 , 石家庄铁道学院建筑设计院 , 河北 石家庄 050043 050000 050043
2. 6 照明部分的节能
因为在高层建 筑中 照明用 量大 而面 广 , 因 此 , 照明 节能的 潜 力很大 , 应着重从下列几方面着手 : 1) 采用高效 光源。白 炽灯 过去 用得最 广泛 , 因为 它便 宜 , 安 装维护简单 , 它 致命的弱点是发光率 太低 , 因 此 , 目前常 被各种发 光率高 , 光色好 , 显色性能优异的新光源取代。 2) 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。凡是可以利 用自然光的这部分照明 , 可采用 按照度标 准检测 现场照度 , 进行灯光自动调节。 3) 对气 体放电灯 , 采 用灯光 无级自 动调节 , 即调 节灯丝 从而 达到调 光的目的。但其代价太高 , 在 工作照明中 采用这种 调光方 案是不可取的。 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。
Principle and method for road lighting design in factory
XIE Qin - jian ( D esign I nstitute of X iangtan I r on and Steel Gr oup Cor por ation, Xiangtan 411101 , China) Abstract: Based upon analysis of the features of road lig hting in factory the desig n pr inciples are discussed fo r r oad lighting design from the se lection of layout way , lig hting calculation and ot her aspects. P ractical desig n metho d is introduced as well as emer gency requir ements on high efficiency lig hting in energ y - saving and environmental protection aspects to make coor dinate dev elopment with modernization construction. Key words: ro ad in factory, lighting design, road lighting
2. 3 导线截面的合理确定
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 路电阻 R = P L / S , 即 线路 电阻 与电导 P 成正 比 , 与线路截面 S 成反比 , 与线路长度 L 成正 比 , 因 此减少线 路的损 耗应从以下几方面入手。 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 高层 建筑 中 宜采 用铜 导 线。 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 , 低压配电室应靠近竖 井 , 而且 由低压配电 室提供给每个竖 井的 干线 , 不至 于产 生 支线 沿着 干 线倒 送的 现 象。亦即低 压配电室与竖井位置的布局 上应使线路 都分向前 送 , 尽可能减少回头输送电能的支线。 3) 增大 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。 一般导 线截 面小于 70 mm 2 , 线 路长 度 超过 100 m 的增加一级导线截面 比较容易 实现上 述条件。 其次 , 利用 某些季节性负荷的 线路 , 这 些用 户不用 时 , 可提 供给常 期用 户作 供电线路使用 , 以减少线路和电阻。 在设计中 , 认真落 实上 述三条 措施 , 就 可减少 线路 上的 能量 损耗 , 达到线路节能的目的。
第 31 卷 第 3 期 2 0 0 5 年 2 月
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筑
SHA N XI
AR CH IT ECTU R E
V ol. 31 N o. 3 Feb. 2005
文章编号 : 1009 -6825( 2005) 03 -0110 - 02
高层建筑电气节能设计
裴祥友 刘江彩 韩志军
摘 要 : 针对高层建筑用电的能耗问题 , 结合电气节能设计应坚持的原则 , 从变压器设备的选择 、 导线 截面的合理确定等 方面 , 提出了电气设计中的一些节能措 施 , 以提高能源利用率和综合效益 。 关键词 : 电气设计 , 节能 , 高层建筑 中图分类号 : T U 855 近年来 , 我 国经济快速增长 , 各大城市高 层建筑迅速崛起 , 能 源的消耗急剧增加 , 能源危机迫 在眉睫。节约电 能不能片 面降低 标准和忽视 安全 , 要在 保证 使用 的前提 下 , 提高 能源利 用率 和综 合效益 , 是电气设计人员共同探讨的问题。 文献标识码 : A 2) 在地下室内和最高层设置变压器 ; 3) 分别在地下室、 最高层和中间层设置变压器 ; 4) 仅在中间层设置变压器 ; 5) 主变压器分设在底层与上部各层。 究竟采用何种 方式 , 除 了考虑 经济、 设备 条件 和施 工方便 等 因素外 , 还要考虑经营和管理因素。
前项 RP 2/ U L 2 为线路上 传输有 功功 率而 引起的 功率 损耗 , 后项 RQ 2/ UL 2 为线路 上传 输无功 功率 而引 起的功 率损 耗。有 功功率是满足建筑物功能所必须的 , 因此是 不可变的。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 , 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 从系统 经高、 低 压线路 传输 到用 电设 备 , 在线路上就产生了有功损耗 , 而这部分损耗是可以改变的。
节能应考虑实 际 经济 效益 , 不能 因为 节 能而 过高 地 消耗 投 资 , 增 加运行 费用。而是 应该让 增加的 部分投 资 , 能 在几年 或较 短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。
1. 3 节省无谓消耗的能量
节能的着眼点 , 应是节省无谓 消耗的能量。 首先找出哪 些地 方的能量消耗是与发挥建筑物功能无关的 , 再考 虑采取什 么措施 节能。如变 压器的功率损耗 , 传输电 能线路上的 有功损耗 都是无 用的能量损 耗 , 而量大 面广 的照 明容量 , 宜 采用 先进技 术使 其能 耗降低。因此 , 高层建筑节能设计应 贯彻实用、 经济合 理、 技 术先 进的原则。
2 高层建筑电气节能设计的措施 2. 1 变电所位置的选择
高层建筑因为 楼层 多 , 负荷分 散 , 为保 证配电 干线 最大 电压 降不超过允许值 , 减少电能损耗 , 变配电室 的位置选择十分重 要 , 一般变电所的位置有以下几种设置方式 : 1) 将变压器设在地下室或辅助建筑物内 ; [ 2] 周太明 . 电气照明设计 [ M ] . 上海 : 复旦大学出版社 , 2001. 11.
2. 5 电动机在运行过程中的节能
在高层建筑电 气中 的电动 机都 是与 暖通、 水道、 建 筑等工 种 的设备相 配套 , 由设 备制造厂 商统一 供应。因此 , 其 节能措 施只 能贯彻在运行过程中 , 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。
1 高层建筑电气节能设计应坚持的原则 1. 1 满足建筑物的功能
即满足照明的照度、 色温、 显色指数 ; 满足舒 适性空调的 温度 及新风量 , 也就 是 舒适 卫生 ; 满足 上下、 左右 的运 输 通道 畅通 无 阻 ; 满足特殊工 艺要求 , 如娱乐场所的一些电 气设施的用电 , 展厅 的工艺照明及电力用电等。
2. 2 变压器设备的选择
变压器设备的选择 , 重点考虑减少变压器的有 功功率损耗。 变压器的有功功率损耗如下式表示 : P b = P 0+ P k 2。 式中 : P b P0 Pk 变压器有功损耗 , kW; 变压器的空载 损耗 , kW; 变压器的有载损耗 , kW;
1. 2 考虑实际经济效益
3 结语
高层建筑的节能潜力很大 , 应 在设计中精 心考虑。但是 在选 用节能的新设备上 , 应具体了解 其原理、 性能、 效果 , 从 技术、 经济 上进行比较后 , 再选定节能设备 , 以达到真正节能的目的。 参考文献 : [ 1] 李海安 , 黎文安 . 实用建筑电气 技术 [ M ] . 北 京 : 水 力水电 出版 社 , 1996. 71 -78. [ 2] 徐文根 . 工业与 民用 配电设 计手 册 [ M ] . 北 京 : 水力水 电出 版 社 , 1964. 12 - 24.
变压器的 负载率。 1) P 0 为空载损耗 又称 铁损 , 它是 由铁 芯的 涡流 损耗 及漏 磁 损耗组成 , 是固定不变 的部 分 , 其大小 随矽 钢片的 性能 及铁 芯制 造工艺 而定。所 以 , 变压器应选用节能型的 , 如 S9、 SL 9 及 SC8 等 型号的油浸变压器或干式变压器 , 它 们都是采用 优质冷轧 取向矽 钢片 , 由于 取向 处理 , 使 矽钢片的磁场方向 接近一致 , 以减少铁 芯的涡流损耗 ; 45 倾 斜接 缝结 构 , 使接 缝密 合性 好 , 以减 少漏 磁 损耗。 2) P k 是功率传输的损耗 , 即 变压器 的线损 , 决定 于变压 器绕 组的电 阻及流过绕组电流的大小 , 即负载 率 的平方成 正比。因 此 , 应选用阻值较小的绕组 , 可采用铜芯变压 器。从 P k 2 用微分 求它的极值 , 在 = 50 % 时 每千 瓦的 负载 , 变 压器 的 能耗 最小 。 因此 , 在以往的电气设计中 , 变压器的负载率绝大 部分在 50 % 左 右 , 在实际使用中有一半变压器没有投入运行 , 这种做法仅是为了 节能 , 而没有考虑经济价值。综合考虑 , 取变压器负载率为 50 % [ 3] CJJ 45 - 91, 城市道路照明设计标准 [ S] .
第 31 卷 第 3 期 2 0 0 5 年 2 月
裴祥友等 : 高层建筑电气节能பைடு நூலகம்设计
111
是不经济的 , 要使变压 器在 使用 期内预 留适 当的容 量 , 变压 器的 负载率应在 75 % ~ 85 % 为宜。 3) 为减 小变压 器损耗 , 当容 量大而 需要选 用多台 变压器 时 , 在合理分配负荷的情况下 , 尽可能减少变压器的台数 , 选用大容量 的变压器。例如需要装机容量为 2 000 kV A , 可选 2 台 1 000 kVA , 而不选 4 台 500 kVA , 因为选用前者可节能。 在变压器设备 选择 中 , 能掌握 好上 述三点 要求 , 即 满足 了节 约能源、 经济合理的原则。
收稿日期 : 2004 -10 -16 作者简介 : 裴祥友 ( 1971 - ) , 男 , 1996 年毕业于河北工业大学工业电气自动化专业 , 工程师 , 石家庄铁道学院后勤集团, 河北 石家庄 刘江彩 ( 1972 - ) , 女 , 1996 年毕业于河北工业大学工业电气自动化专业 , 讲师 , 河北化工医药职业技术学院, 河北 石家庄 韩志军 ( 1971 - ) , 男 , 1992 年毕业于河北工业大学工业电气自动化专业 , 工程师 , 石家庄铁道学院建筑设计院 , 河北 石家庄 050043 050000 050043
2. 6 照明部分的节能
因为在高层建 筑中 照明用 量大 而面 广 , 因 此 , 照明 节能的 潜 力很大 , 应着重从下列几方面着手 : 1) 采用高效 光源。白 炽灯 过去 用得最 广泛 , 因为 它便 宜 , 安 装维护简单 , 它 致命的弱点是发光率 太低 , 因 此 , 目前常 被各种发 光率高 , 光色好 , 显色性能优异的新光源取代。 2) 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。凡是可以利 用自然光的这部分照明 , 可采用 按照度标 准检测 现场照度 , 进行灯光自动调节。 3) 对气 体放电灯 , 采 用灯光 无级自 动调节 , 即调 节灯丝 从而 达到调 光的目的。但其代价太高 , 在 工作照明中 采用这种 调光方 案是不可取的。 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。
Principle and method for road lighting design in factory
XIE Qin - jian ( D esign I nstitute of X iangtan I r on and Steel Gr oup Cor por ation, Xiangtan 411101 , China) Abstract: Based upon analysis of the features of road lig hting in factory the desig n pr inciples are discussed fo r r oad lighting design from the se lection of layout way , lig hting calculation and ot her aspects. P ractical desig n metho d is introduced as well as emer gency requir ements on high efficiency lig hting in energ y - saving and environmental protection aspects to make coor dinate dev elopment with modernization construction. Key words: ro ad in factory, lighting design, road lighting
2. 3 导线截面的合理确定
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 路电阻 R = P L / S , 即 线路 电阻 与电导 P 成正 比 , 与线路截面 S 成反比 , 与线路长度 L 成正 比 , 因 此减少线 路的损 耗应从以下几方面入手。 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 高层 建筑 中 宜采 用铜 导 线。 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 , 低压配电室应靠近竖 井 , 而且 由低压配电 室提供给每个竖 井的 干线 , 不至 于产 生 支线 沿着 干 线倒 送的 现 象。亦即低 压配电室与竖井位置的布局 上应使线路 都分向前 送 , 尽可能减少回头输送电能的支线。 3) 增大 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。 一般导 线截 面小于 70 mm 2 , 线 路长 度 超过 100 m 的增加一级导线截面 比较容易 实现上 述条件。 其次 , 利用 某些季节性负荷的 线路 , 这 些用 户不用 时 , 可提 供给常 期用 户作 供电线路使用 , 以减少线路和电阻。 在设计中 , 认真落 实上 述三条 措施 , 就 可减少 线路 上的 能量 损耗 , 达到线路节能的目的。