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所屬欄目:工業(yè)設(shè)計(jì)論文 發(fā)布日期:2010-10-30 08:15 熱度:
摘要:隨著節(jié)能逐漸成為社會(huì)生活的主體元素,作為能源消耗大戶,電力節(jié)能也成了一個(gè)重要課題,電氣設(shè)計(jì)師如何從設(shè)計(jì)階段就把節(jié)能作為重點(diǎn)實(shí)施,有著決定性的意義。文章就電氣設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的細(xì)節(jié)進(jìn)行分析,供同行參考探討。
關(guān)鍵詞:電氣設(shè)計(jì),節(jié)能,節(jié)電,變壓器
引言
節(jié)約電力資源是節(jié)約能源的一個(gè)重要方面,據(jù)2005年國內(nèi)資料統(tǒng)計(jì),我國建筑能耗約占全國能耗總量的30%(2007年國外有些機(jī)構(gòu)評(píng)估中國的建筑物能耗占中國能源供應(yīng)的43%),其中近一半為電能消耗,可見民用建筑電能消耗和節(jié)電潛力之巨大。為了合理、有效地使用電能,國家頒布了一系列與節(jié)電相關(guān)的法規(guī)和導(dǎo)則,其指導(dǎo)思想就是合理用電,節(jié)約用電。但由于種種原因,某些節(jié)能法規(guī)和導(dǎo)則的要點(diǎn)在一些工程設(shè)計(jì)中還是沒有得到充分的考慮和體現(xiàn),造成了由于設(shè)計(jì)階段的先天不足和管理環(huán)節(jié)的后天失調(diào)而長期的能源浪費(fèi)。本著節(jié)能降耗的思維,筆者就建筑電氣領(lǐng)域中與節(jié)電有關(guān)的幾個(gè)問題進(jìn)行探討。
1變壓器深入負(fù)荷中心
變壓器深入負(fù)荷中心,目的是最大限度的縮短低壓配電線路,控制低壓輸送距離,減少線路損耗。三相線路有功功率損耗計(jì)算式為:
式中:—三相線路的有功功率損耗,kW;
一計(jì)算電流,A;
一每相線路電阻,Ω;
—線路輸送的計(jì)算有功功率,kW;
一輸送電壓,kV。
從(1)式易見,同樣的線路輸送同樣的功率,輸送電壓高,線路損耗小,輸送電壓低.線路損耗就大。例如一條相電阻為的400V輸電線路,輸送功率為,其線路損耗為:
如果線路的相電阻仍為尺,輸送功率仍為,但改為10kV中壓送電,其線路損耗為:
即相同的線路輸送相同的功率,10kV中壓輸送損耗僅為0.4kV低壓輸送損耗的1/625,可見,變壓器深人負(fù)荷中心,控制低壓送電距離與減少線路損耗有重大的關(guān)系。當(dāng)然0.4kV輸電線路不可能與10kV線路的電阻R相同.但這都是以耗費(fèi)大量的有色金屬為代價(jià)。即使如此,仍無法有效地減少變壓器不深人負(fù)荷中心所帶來的高線耗弊端。因此,《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施》(電氣)的2.3.1條文說明強(qiáng)調(diào):“變壓器深人負(fù)荷中心是國家規(guī)范GB50053-94第2.0.1條變電所位置選擇的重要原則之首,符合節(jié)能的基本國策”,并指出:“用電量大的用戶如果采用低壓供電,變壓器未進(jìn)入負(fù)荷中心,從專業(yè)角度看,弊病很多,不利于節(jié)能,供電質(zhì)量降低,投資提高等”。現(xiàn)實(shí)生活中常有些大型工程,只為了多騰出些停車位等商業(yè)利益而將本該設(shè)于地下室的變壓器移出主體建筑之外,由于增加了低壓配電線路的長度,造成了投入運(yùn)行后長期不合理的電力損耗。
2合理確定變壓器的負(fù)載率
變壓器損耗通常占整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)損的60%~70%,是電力系統(tǒng)的主要損耗元件。民用建筑中變壓器臺(tái)數(shù)多、分布廣、損耗問題尤為突出。變壓器的損耗包括鐵損和銅損,鐵損是鐵芯中渦流損耗和磁滯損耗之總和,取決于變壓器鐵芯材料及其厚度.變壓器型式確定后,鐵損也基本確定。而銅損是電流經(jīng)變壓器原、副繞組時(shí)在繞組中的電阻損耗功率,銅損與負(fù)載的平方成正比,不同的負(fù)載率所對應(yīng)的變壓器效率不同,變壓器的效率:
式中:一變壓器一次側(cè)輸入的有功功率,kW;
一變壓器二次側(cè)輸出的有功功率,kW,
—變壓器的鐵損,kW:
變壓器的銅損,kW,;
一變壓器負(fù)載率;
一變壓器額定容量.kVA:
一負(fù)載的功率因數(shù);
變壓器通過額定電流時(shí)的銅損,kW。
將和代入(2)式得:
設(shè)變壓器在額定電壓下運(yùn)行,不變,當(dāng)一定時(shí),從(3)式可見:變壓器效率只與負(fù)載率有關(guān),變壓器的最高效率發(fā)生在點(diǎn),經(jīng)求導(dǎo)得最高效率和最佳負(fù)載率分
別為和
不同類型、不同容量的變壓器的最佳負(fù)載率有所不同。在實(shí)際運(yùn)行中,負(fù)載率是依時(shí)間而變化的函數(shù)。從節(jié)能及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度而言,只有在一定的時(shí)段內(nèi)變壓器的平均效率接近最高效率才有實(shí)際意義。而民用建筑變壓器往往下半夜為輕載,不可能在全天的運(yùn)行中都處于最佳負(fù)載率狀態(tài),因此《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施》(電氣)的有關(guān)章節(jié)中,從技術(shù)安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度綜合考慮,將民用建筑變壓器的最佳負(fù)載率指導(dǎo)性地定在70%~85%范圍,明確了變壓器在這個(gè)范圍內(nèi)負(fù)載運(yùn)行是經(jīng)濟(jì)合理的。但仍有些工程設(shè)計(jì)僅根據(jù)一些工具書的(單臺(tái)變壓器容量)≥(計(jì)算負(fù)荷)選擇條件來確定變壓器容量,取負(fù)載率接近1,這種做法雖然理論上仍安全、可行,也減少了首期投資,但忽略了關(guān)鍵的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行因素,造成了日后長期運(yùn)行的偏高電能損耗,仍然得不償失。
3提高功率因數(shù)減少無功輸送
在交流電網(wǎng)中,轉(zhuǎn)換為其它形式的能量而消耗掉的電功率稱為有功功率,用于建立如變壓器、電動(dòng)機(jī)等交變磁場所需的這部分電功率稱為無功功率。輸送無功功率也要消耗能量。因此國家相關(guān)法規(guī)中明確要求采取無功補(bǔ)償來提高功率因數(shù),減少無功在電網(wǎng)中的流動(dòng),降低網(wǎng)損。
當(dāng)電流通過三相線路時(shí),其有功損耗為:
從(4)式可見,輸送功率和電壓不變時(shí),線路功率損耗與功率因數(shù)的平方成反比,功率因數(shù)由原來的提高到時(shí),線損降低為:
按(5)式列出不同的值提高到=0.95時(shí),線損降低的百分值見表1。
表1
原功率因數(shù)
0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90
提高到O.95
線損降低為(%) 60 53 46 38 29 20 10
從表1可見,提高功率因數(shù)可以減少電網(wǎng)中的無功輸送、降低線路損耗,提高的幅值越大,節(jié)電效果越顯著。在現(xiàn)代民用建筑中,氣體放電燈以及感性家用電器已經(jīng)成為用電負(fù)荷的主流,低壓供電網(wǎng)絡(luò)中的無功短缺漸為突出。但仍有相當(dāng)多的民用建筑(尤其是居住建筑),常以沒有大型動(dòng)力用電設(shè)備為由而不采取無功補(bǔ)償措施或只采取低水平補(bǔ)償措施,至使供電網(wǎng)絡(luò)損耗增大和供電質(zhì)量下降。
4最大限度采用節(jié)能高效光源和可再生能源
選擇適合的電光源是照明節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié),不同電光源的光效有很大的差異。普通的白熾燈光效一般為10~14lm/W,其總功率約95%都變成熱能而耗掉,而目前的高效熒光燈和新型金屬鹵化物燈的光效均可達(dá)80lm/W以上,即后者每消耗1W功率的發(fā)光效率是普通白熾燈的5倍多。在達(dá)到同等照明效果的前提下,高效熒光燈和新型金屬鹵化物燈比白熾燈少消耗80%的電能,同時(shí),節(jié)能燈泡的使用壽命是白熾燈泡的6~10倍,因此歐盟等發(fā)達(dá)國家都基本以節(jié)能燈泡取代白熾燈泡,澳大利亞甚至計(jì)劃2010年起將禁止使用白熾燈。
我國照明用電約占全社會(huì)總用電量的12%強(qiáng),據(jù)有關(guān)資料報(bào)道:我國白熾燈泡生產(chǎn)量占全球總數(shù)的70%,只有15%的中國家庭使用節(jié)能燈泡。如果絕大部分的中國家庭和工作場所都采用節(jié)能光源,則相當(dāng)于可節(jié)省數(shù)個(gè)三峽電站的電量.還可大大減少二氧化碳的排放。
太陽能路燈和太陽能航空障礙燈是民用建筑中的兩項(xiàng)較為成熟的可再生能源利用的實(shí)例,尤其是太陽能航空障礙燈,裝得高、光照足、壽命長、不需要外接電源,安裝方便,能保證在連續(xù)陰雨15天內(nèi)正常工作。雖然它們用電量并不很大,但從節(jié)約點(diǎn)滴能源的戰(zhàn)略觀點(diǎn)出發(fā),應(yīng)是高層建筑、航空港、電視塔、煙囪等航障設(shè)計(jì)的首選。
5結(jié)束語
在建筑電氣的設(shè)計(jì)中,節(jié)能還有很多方面,如盡量調(diào)配三相負(fù)荷平衡運(yùn)行,減少中線因不平衡電流而帶來的額外損耗;在條件允許的場所盡可能采用節(jié)能自熄開關(guān);需要實(shí)現(xiàn)工況調(diào)節(jié)的水泵、風(fēng)機(jī)類電機(jī)采取變頻控制技術(shù),長時(shí)運(yùn)行的接觸器采用無聲運(yùn)行節(jié)電措施,等等。這些都值得大家的重視。
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文章標(biāo)題:建筑電氣設(shè)計(jì)注意的節(jié)能方法分析
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