建筑节能与环保-第五章建筑供配电与照明节能.ppt

第五章 建筑供配电与照明节能, 主讲：郑则炯,主要内容,5.1 电气照明系统节能 5.2 建筑供配电系统节能,5.1 电气照明系统节能,5.1.1 电光源与灯具节能 5.1.2 优化设计方案节能,1.常见电光源及节能,光源的选择：选择光源时，应根据不同光照环境要求，综合考虑光源的发光效率、使用寿命、色温、显色性、光源表面亮度、起辉时间、频闪效应等诸多因素。 光源的发光效率：是指光源将单位电能转化为光能的数值，即光源发出的总光通量（流明）与该光源所消,耗的总功率（瓦）之比。光源的发光效率越高，说明照明器将电能转化为光能的能力越强，即在同等光照效果下节能性更优，在同等功率下照明性更好。下面，我们对常见光源的应用进行简单介绍。,光源：电能转化为光能的器件，是照明用电的核心，也是照明节能的根本。,5.1.1 电光源与灯具节能,白炽灯 卤钨灯 荧光灯 高压汞灯 高压钠灯 金属卤化物灯 LED新型光源,常见光源,白炽灯,优点：结构简单、使用方便、 易于安装维护、色温为暖色、 显色性能好、应用广泛。 缺点：发光时产生大量热辐射， 其中不可见光高达8090，可见 光部分只占1020，发光效率低、使用寿命短。 目前，白炽灯已被各种发光效率高、光色柔和、显色性能良好的新型光源所代替。,卤钨灯,卤钨灯是在白炽灯充填的惰性气体中加入 微量卤素或卤化物所制成的一种改进型白炽灯。 优点：卤钨灯具有体积小、发光效率高、色温 稳定、寿命长等优点。 按其用途分为以下几类： 照明型：又分为双端型与单端型、多面冷反射定向照明 型，广泛用于商店、橱窗、展厅等照明场所； 汽车型：用于汽车前灯、近光灯、转弯灯、刹车灯等； 辐射灯：用于红外线辐射加热设备或复印机； 摄影型：用于舞台、影视、新闻、摄影； 仪用型：用于显微镜、投影仪、彩照扩印等。,荧光灯,荧光灯是利用汞蒸气在外加电压 作用下发出大量紫外线，紫外线激 发管内壁上荧光粉发出可见光。 优点：发光效率是白炽灯的5倍， 使用寿命最高可达5000h，并且其光线柔和、显色性能 良好、色温为冷色。 应用：广泛用于民用建筑照明。如商场、写字楼、 机场候车室、医院、车间、图书馆、阅览室、设计室 、办公楼、教学楼等。,高压汞灯,高压汞灯是由高压汞蒸气放电， 从而获得高发光效率。 优点：具有寿命长、光效高、 光线柔和等优点。 应用：适用于工业照明、广场照明，以及车站、码头、公路、体育馆等场所的照明。同时由于高压汞灯光谱成分中青绿较多，故多用于与绿色相关的夜景照明。,高压钠灯,高压钠灯是利用高压钠蒸气放电 的高压气体放电光源。 优点：发光效率高于所有高压气 体放电光源；透雾性极好；使用寿 命是所有高压气体放电光源之最。 应用：室外高大照明场所使用 高压钠灯，既符合绿色照明宗旨， 又可达到节能效果。,金属卤化物灯,金属卤化物灯是在高压汞灯 的汞电弧中加入其它金属或金 属卤化物，改善了高压汞灯。 优点：有良好的显色性。 应用：多应用于美术馆、展厅、印刷车间、油画室等高大照明场所。,LED新型光源,近年来发展最快、前途最广的一种新型光源，具有安 全、长寿命、颜色丰富、耐震动、耐气候、可调光等优点，光效 也在不断提高，但目前用于室内照明还有不少问题待解决。,适应场所： 适应于建筑装饰、轮廓灯、园林美化、喷水池灯、广告牌、标志牌等需要彩色光、调光、动感光的场所。 还可用于客房调光床头灯、夜灯、走廊及电梯厅墙壁灯等，但要求用高显色(Ra80)、低色温(3300K)或中色温(4000K左右)。,*散热问题，如果散热不佳会大幅缩短寿命。 * 低端LED灯的省电性还是低于节能灯（冷阴极管，CCFL）。 * 初期购买成本较高。 因LED光源方向性很强，灯具设计需要考虑LED特殊光学特性。,哪些问题？,常见LED灯:,LED室内照明天花灯,LED室内照明日光灯,LED室内照明筒灯,LED室外照明投光灯,* LED主要应用在有色彩、有动感、调光要求的场所,表5-1 各类光源的性能及适用场所对比：,灯具：其又叫照明器，它是由光源与灯罩、装饰附件、工作附件（镇流器，启辉器等）、安装附件、防护附件等组成的有机整体，其主要作用是将光源产生光通量在空间合理分布。 灯具节能： （1）合理利用反射罩提高灯具效率； （2）增大被照环境中各个面的反射能力； （3）使用电子镇流器；,2.灯具节能,1.合理选择照明方式,照明设计时，应选择合适的照明方式。建筑内工作场所采用一般照明(为照亮整个场所而设置的均匀照明)，同一场所内不同区域有不同照度要求时，采用分区一般照明;部分作业面照度要求高，作业密度不大的场所， 采用混合照明（一般照 明与局部照明组成的照明）; 对同一房间中有局部小范围高 照度要求的,应优先采用局部照 明来满足。,5.1.2 优化设计方案节能,2.设计合理照度,应根据国家规定的照度标准 来合理选定各工作和活动场所的 照度，根据不同的使用场合选择 合适的照明光源,在满足照明质量 的前提下,应尽可能选择高光效的 光源，选用配光合理、效率高的灯 具,合理利用局部照明。,3.照明节能评价,在完成照度及照明灯具 和附件设计之后，应计算照明 设备的用电量，评价是否满足 节能要求。评价方法是计算照 明功率密度，按照(GB50034-2004)对常用房间或场所的 照明功率密度要求检查照明设计是否符合节能要求。,4.系统导线的选择,在实际系统中，三大类导线大多情况下均用铜芯线，铜 表面上价格高于铝，但论其综合效应，在电专业中却远优于 铝。 铜芯导线载流量大于相同截面铝芯导线1.3倍； 在相同应力下，铝排变形而铜排完好无缺。机械强度及对短路电流产生破坏力的承受能力，铜是铝的2倍； 铜的阻燃性优于铝； 用铜芯导线可以减少输电线路的损耗。 选择最适宜的敷设方式，就近敷设导线，可大大减少 供电导线用量，节省有色金属，相应减少线路的输送损耗。,5.电源设在负荷中心,在实际工程设计中，无论是变电所位置的确定，还是建筑体内电井或配电箱位置的确定，均应设在系统负荷中心。 负荷中心：是指由电源至所有终端负荷用户，所产生的系统输电线路损耗总量最小。线路损耗与电网输电线路长度、通过电网的电流和输电网导线单位长度电阻值直接相关。,分别以S电源为中心，求出电源至A、B、C、D、E、F各终端负荷产生的线路输送损耗总量。不断调整S电源位置求出对应损耗，直至损耗最小，这时的电源位置对节能而言为最佳，即为真正的负荷中心。,负荷中心的确定:,6.设计中做到负荷三相平衡,电气照明系统中，终端用户的供电形式均为三相五线制的工作方式，因此三相越接近，管线电材使用越经济，且能耗也最小。而在实际用电过程中，零线中通过系统三相负荷运行中的不平衡电流，三相负荷越是对称，零线上的三相不对称电流就越小，对应系统输电线路电能的损耗也就越小。,建筑供配电节能主要着眼于以下几个方面：,提高功率因数 抑制谐波 实现变压器经济运行 提高需用系数取值的科学性与合理性,5.2建筑供配电系统节能,5.2建筑供配电系统节能,5.2.1 提高功率因数 5.2.2 治理谐波 5.2.3 变压器节能 5.2.4 提高需用系数取值的科学性与合理性,有功功率：用电设备将电能转化为其他能，用P表示， 单位为“瓦”（W）。 无功功率：感性用电设备工作时必须取用的 一种电路内电场与磁场的交换 功率，用Q表示，单位为“乏”（Var）。 视在功率：用电设备向电源取用的总功率，用S表示， 单位为伏安（VA）。它由有功功率和无功功率两部分 组成。功率因数cos=P/S ,cos越大，说明总视在 功率中有功成分越大，电源的利用效率就越高。,5.2.1 提高功率因数,例题：一台100KVA的变压器，带P=10KW， cos =0.5电动机，可带5台。若cos提高为0.9，则可带9台。计算过程如下：,可见，提高功率因数，可充分挖掘电源的利用效率。,1.谐波对电气设备的危害（共9点）：,谐波电流通过变压器，可使变压器铁芯损耗明显增加，进而使变压器发热，降低其过载能力，缩短其使用寿命。 谐波电流通过电动机，不仅会使电动机铁心损耗增加，而且严重时，会使电动机转子发生震动现象，影响机械加工产品的质量。 谐波对电容器影响更为突出，由于容抗与频率成反比，电容器对谐波阻抗很小，因此电容器容易发生过负荷甚至烧坏。 谐波电流可使电力系统电能损耗与电压损耗增加。 可能使二次计量出现误差，二次继电保护装置发生误动作。,5.2.2 治理谐波,在三相四线制系统中，零线会由于流过大量的3次及其倍数次谐波电流，造成零线过热。 谐波会产生额外的热效应，从而引起用电设备发热，使绝缘老化，降低设备的使用寿命。 谐波容易使电网与补偿电容器之间发生并联谐振或串联谐振，使谐波电流放大几倍甚至数十倍，造成过电流，引起电容器和与之相连的电抗器、电阻器的损坏。 谐波会对附近的通信系统产生干扰，轻者引入噪声，降低通话质量，重者导致信号丢失，使通信系统无法正常工作。,1.谐波对电气设备的危害（续）：,2.谐波治理可采取以下措施（共8点）：,三相整流变压器采用Yd 或Dy 接线。 增加整流变压器二次侧的相数。 使各台整流变压器的二次侧互 有相位差。 设置滤波或隔离谐波的装置。 选用无源/有源滤波器。 产品自带滤波设备。 选用D yn11连接配电变压器。 高压侧为接法，低压侧为Y接法，中性点接零。结线相位为11点（即二次电流相位滞后330度）。 串联适当参数的电抗器。,1.减少变压器的有功损耗,变压器的有功损耗按下式计算: P=P0+2PK 式中：P变压器的有功损耗(KW) P0变压器的空载损耗(KW) ，又称铁损，它是由铁芯涡流 损耗及漏磁损耗组成，其值与铁芯材料及制造工艺有关，与负荷 大小无关。 PK变压器的短路损耗(KW) ，即变压器额定负载传输的损 耗又称变压器线损，多称为铜损，它取决于变压器绕组的电阻及 流过绕组电流的大小. 变压器的负载率 可见，要减少变压器的有功损耗，应减小变压器的空载 损耗，降低负载损耗，选择适宜的变压器负载率。,5.2.3 变压器节能,的计算公式如下： =S/Sn （5-1） 式中: Sn变压器额定容量 S变压器运行中的实际容量 由于变压器在运行过程中，外界负荷经常变化，所以应采取一段时间内的平均负荷率。变压器最经济的节能运行负载率一般在75%85%之间。,2.实施电容器组无功补偿,对变压器所在系统实施电容器组无功补偿，提高 系统功率因数，在变压器容量一定的情况下，提高其 利用效率。 积极治理系统谐波，减小 变压器铁芯损耗，减小变压器输 出端不平衡电流，提高变压器过 载能力，延长其使用寿命，实施 变压器经济、合理、科学运行。,1.需用系数法,需用系数法是以设备容量为基本量，以需用系 数为关键系数，以发热安全为依据，综合考虑安全、 科学、经济、合理等诸多因素的一种统计负荷量的方 法。,5.2.4 提高需用系数取值的科学性与合理性,2.需用系数的物理意义,在统计系统负荷量时引入一科学的计算系数Kx， 称为需用系数。 其定义为： (52） 式中： Pjs系统实际运行最大有功负荷（W） Ps系统设备容量（W） Kx系统需用系数,其物理意义：,式中： K系统用电设备同时系数 KL负荷系数，运行设备并非全满载，设备组在系统出现最大负荷时运行设备实际功率与设备组总PS之比，一般情况下KL1 L供电线路传输效率 N电气设备额定效率,（53）,需用系数与系统电气设备工作的同时 率、系统电气设备的负荷情况、系统 电气设备的工作效率、系统电网传输效 率有关。 在实际工程设计中应充分考虑到需用 系数取值因不同建筑功能间的用电同时 率而不同。 在不同的用电场所如建筑工地电气设备群、车间的电气设备群、酒店与办公楼空调等，应对电气设备的负荷率给予着重考虑。 实际工程中力求提高电气设备的工作效率。 实际工程设计中 ，由系统负荷实际分布情况确定系统供电负荷中心，即系统电源位置。,3