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建筑电气节能主要技术措施及应用 一。.电力节能与建筑电气节能 一)电力消费(电能消费)的基本特点:电能既是一种基础能源,又是一种二次能源,它的消费又以下特点:a) 转换它能的方便性。使用是用其转化为其它能量形式，即是一种二次能源或者说是一种过渡性中间能源。b) 不可存储性。使用具有随机性，但其生产与控制具有滞后性。c) 转换效率问题。能量表现形式与实际效果不一至，即存在有功.无功.视在功。 二）电力工作三大基本环节：生产.传输.使用。对于使用端的各类经济.技术等管理措施,统称为“需求侧管理”。三）建筑类电力负荷消费工作特点：1. 峰谷值相差巨大。整体负荷工作具有不均衡性，个体工作具有随机性。2. 负荷计算，经验与数学中“概率”分析起主要作用。总结：电力结能的本质是增效。提高运行质量，提升转换效率。四）电力节能历史回顾： 建国后从“一五”计划开始上世纪九十年代初，近四十年，我国基本奉行两大基本电力政策，一.以铝代铜。二.抑制电力消费。以铝代铜：50年代90年代，2006中期始在技术界.企业界又有恢复使用的要求.。电力消费政策：1）50年代90年代中期 抑制消费，强制节能 具体措施 如：对新增变压器收取400600元增容费。 2）982002年 鼓励消费 具体措施，如：鼓励居民电采暖。 3）2003现今 合理消费，有效节能 具体措施如：三大节能标准，主要为建筑照明设计标准GB50034-2004。也称为高舒适性能指标下的节能标准。总结：电力节能政策作为一种国策是常期的，也是较为一惯的。 虽然电力消费政策等出现过一些变迁，但在技术.操作层 面的节能技术措施是始终存在且有效的，只是在具体执 行强度上时有变化。总之，高强度的强制性执行或实行 仍是主流。 五）电力节能主要技术措施简介1产品制造：淘汰旧产品，采用节能新产品。在建筑领域主要电气产品见表一 表一：序号 名 称目前采用型 推广型(现行型) 高效型(目标型) 1 变压器系列S7,SL7,SC7S9,SC9 S11,SC11 2 异步电动机Y系列Y2 系列YZ,YZR 3 接 触 器 CJ20 永磁式交流接触器 4 信 号 灯 XD2,XD3 AD,AD1 5 荧光灯管 镇 流 器T12电感型 T8节能电感型 T5电子式 6 卤钨灯管 镇 流 器HG ,NG, ND感抗型金属卤化物灯恒功率升压 高效金属卤化物，LED 电子式 7白炽灯100W以下100W以上 H，U型节能灯卤钨灯高效金卤灯，LED型灯2运行控制领域：1）各类无功补偿技术，如：10KV,35KV动.静态补偿,0.4KV动.静态补偿,各类用电设备(包括电动机)就地补偿等。2）机电设备运行控制，如：电机变频控制技术，建筑物机电设备优化控制 楼宇自控（BA）等。3.经济与管理政策措施:如为抑制电力消费而实行多年的,对新增用电负荷按变压器容量收取增容费,等。使用最多的是各类不同的电价政策。如：峰谷电价政策，动力与照明分别计量，商用与民用不同电价的政策，对不同功率因数采用不同的惩罚或奖励电价政策等。六）电力与建筑电气节能的特点与所涉及的法律.法规 1有关电力节能 法律文件：中华人民共和国电力法 1996.4.1生效 中华人民共和国节约能源法 1998.1.1生效 中华人民共和国可再生能源法 2006.1.1生效部门法规: 国家电力监管委员会 供电营业规则 2005.2.28 中华人民共和国建设部 民用建筑工程质量监督管理办法 2006.7.31技术规范与标准(只列与设计有关): 公共建筑节能设计标准 GB50189-2005 绿色建筑评价标准 GB/T50378-2006-10-6 建筑照明设计标准 GB50034-2004 民用建筑节能设设计标准(采暖居住部份) JGJ26-95 民用建筑电气设计规范 JGJ/T 16-92 (注:新版将出版)另其内容中某一部份涉及到节能问题的标准.规范较多,不再一一列举。地方法规.规范与标准:内蒙古地区 无。2与建筑节能有关主要常用电气规范与标准 公共建筑节能设计标准 GB50189-2005 民用建筑节能设设计标准(采暖居住部份) JGJ26-95 建筑照明设计标准 GB50034-2004 城市道路照明设计标准 CJJ45-913建筑电气节能与电力节能的关系 建筑电气节能从属于电力节能，是电力节能的一个方面， 是对电力节能部份内容在建筑领域的具体化。而电力节能。是用户侧管理的一个方面，三者间依如下从属系：用户侧管理 电力节能 建筑电气节能。 总结：1)电力节能各类措施早已自成体系，已执行多年，并 国家大量的法律.法规作依据。 2）建筑电气节能是电力节能的一个方面。执行建筑电气节能时，应兼顾电力节能其它相关方面的内容及措施。 3）建筑电气节能.电力节能均属于用户侧管理的一个方面的内容，三者的一个共同的核心 提高电能的使用（转换）效率。二.建筑节能电气专业技术措施简介一) 新国家节能标准特点简介节能产品任证：节能产品认证是我国节能法规定的一个重要的节能管理制度。对于设计咨询行业，设计咨询（包括可研.初设.施工图设计）选型，参加包括设计评标在内的评标活动,对于制造产品,应考察其是否取的节能认证。对于其它包括设计在内的其它产品应考察其标注产品. 施工图设计说明中的能耗指标。需要特别指出的是：对于设计咨询行业，在其最终，应依节能法第三章第二十六条如实标注设计的能耗指标值，目前对于建筑电气专业来讲，可量化的能耗指标为照明节能评价指标 功率密度值（建筑照明设计标准GB50034-2004）。注：节能法第二十六条原文 “第二十六条生产用能产品的单位和个人，应当在产品说明书和产品标识上如实注明能耗指标。”节能指标体系 能效标准，以产品节能制造标准金属卤化物灯用镇流器能效限定值及能效等级GB20053-2006为例分为三部份：1能效等级。照明产品能效等级分为三级：1级:国际先进产品。2级：国内先进，高效产品。是节能评价值。达到2级及以上的产品经过认证可以取得“节能认证”标志。3级：能效限定值 最低标准。3级以下为淘汰产品，禁止在市场上出售。 2能效限定要求。在标准实施时作为强制性指标。能效限定值是国家允许产品的最低能效值，低于该值的产品属于国家明令淘汰的产品。 3节能评价要求，属于推荐性指标，是开展节能产品认证的技术依据。 二）行标民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）JGJ26-95与国标公供建筑节能设计标准GB50189-2005电气专业技术措施简介1 行标JGJ26-95电气专业技术措施与应用简介：1） 行标JGJ26-95具体涉及到电气专业的条文很少，其中5.2.8条中表5.2.8有关锅炉鼓.引风机配用配用电机选择及5.2.11“耗电输热比”确定计算虽电气有关,但行业惯例此部份内容由上游工艺 暖通专业由于目前城市内设计的锅炉容量一般以10吨为限（10吨以下需特批），故目前新设计的锅炉容量均应在10吨或以上，均应考虑设置计算机监控问题。但由于此部份内容涉及到热工专业.锅炉厂或专业控制厂家等原因,目前对于无热工专业的大部份设计院所出施工图对此表示大都十分含混模糊，无法判定是否进行了专门的“计算机”监控的考虑，也看不出监控方案的具体思路。对此，笔者对设计提出几点最低的要求标准。一）在设计说明中应将此问题作为设计的技术要求专门与以提出，提供处理方案如：设计另行出图，锅炉生产厂或专业控制公司负责此部分设计等方案并明确设计与专业监控方工作的划分原则及方式等。二）设计方应作必要的土建预留如：监控室的位置。 设备预留如仪表柜或信号屏.控制台(屏)位置及设备表中应有列项等。三）配电方式上作一些专门考虑。如对于于10吨容量接近较小型锅炉尽量能够依锅炉房设计规范GB50041-92第13.2.4条要求“宜按负责,与电气专业关系不大。剩下与电气专业有关的只剩5.2.10“锅炉房动力用电.水泵用电和照明用电应分别计量。单台锅炉容量超过7.0MW的大型锅炉房，应设置计算机监控系统”。有关计算机监控问题。解释：7.0MW,即通称10吨。锅炉机组为单元分组配电”。总之，设计对此问题应掌握最初的原始框图或控制模式。2） 有关动力.水泵用电.照明用电的分别计量问题 此要求的初衷是要为将来解决目前锅炉房类无具体的与节能有关的电能能耗指标问题作硬件准备。但从目前审图来看，鲜有真正认真执行的。施工图审察也未对此专门提出。主要是若设计未事先考虑执行此问题，出图后审图提出执行修改，需对整体配电方案重新调整，工作量过大。至于重多的设计院为何均未执行此条规定，笔者认为可能有以下原因：1 电气设计人员普便认为建筑节能与电气设计关系不大，而本条规定位于“采暖设计”章节内，电气设计人员认为与己无关而不知。2 执行较为复杂，增大许多工作量。对于工作量问题，笔者提出如下计量工作模式，供设计参考：总计量水泵类单独计量照明计量，其中锅炉动力计量总计量水泵类计量照明计量，由于目前新设计的锅炉房普便容量较大，多需10KV高压进线而不可少相应“高压总计量”，采用此法可相对减少部分工作量，减化设计复杂程度。但其中实现对水泵类单独计量，仍较不考虑单独计量增加相当复杂程度与设计难度。2 国标501892005电气专业的技术措施及应用简介 本国标中无专门电气设计章节，在“5 采暖.通风和空气调节设计”有部分条文涉及到电气专业。如对于热源方案选择，5.4.2 除了符合下列情况之一外,不得采用电热锅炉.电热水器作为直接采暖和空气调节系统的热源:16（略）。本条款涉及到供热方案的确定或对外界的咨询活动。 第55 监测与控制，虽是按对暖通专业要求列出，但按目前设计行业普便的工作习惯与专业分工习惯，此部份内容属“机电一体化”，由暖通专业与电气专业（包括强电与弱电）共同协作完成。其中部份要求应直接反映在电气专业的控制原理图上或与其有关。现摘录笔者认为与电气专业直接有关的部份条文： 5.5.1 集中采暖与空气调节系统,应进行监测与控制。 5.5.3 对建筑面积20000m 以上的全空气调节建筑,在条件许可的情况下,空气调节系统.通风系统及冷.热源系统宜采用直接数字控制系统。 5.5.5 总装机容量较大、数量较多的大型工程冷、热源机房，宜采用机组群控方式。 5.5.8 采用二次泵系统的空气调节水系统，其二次泵应采用自动变速控制方式。 5.5.11 地下停车库的通风系统，宜根据使用情况对通风机设置定时启停（台数）控制或根据车库内的CO浓度进行自动运行控制。 需要说明的是，此5.5部份计12条内容,其中前11条均与电气专业有关,许多条如上所列或未列,实际或全部或部份应由电气专业负责出施工图实现的。依笔者近年审图与设计经历，按目前民用设计行业的设计体制与工作习惯，要想完整的在施工图设计体现此11条内容是很困难的。施工图审察也很难判别与强制执行此部份条文。但对其中的部份条文，如5.5.11条,在未采用BA系统的地下停车库电气设计中,仍应强制设计方出完整电气控制原理图以执行本条规定。总之，笔者个人认为：设计中对此部份条文的执行，可作为衡量设计单位.设计者个人技术水平的参考标准,而不宜作为强制性条文实际依目前设计行业的状况也无法作为强制性条文完整执行。但至少作为电气设计人员与施工图审察人员，应知本国标中此部分内容与电气设计有关，并尽力执行。对此部份内容的处理及一些机房设计方面内容，笔者有一些个人对此部份问题的处理经验供有兴趣的同行参考，可见本文第四部份“个人经验介绍”。三建筑照明设计标准GB50034-2004应用简介 一）GB50034-2004主要特点 1以照度值为核心的指标体系舒适性标准大幅度提高 以照度值标准为例与目前仍有效的民用建筑电气设计规范JGJ/T 16-92取部份常用主要场所，列表如下： 注1：JGJ/T16-92中照度标准分为高.中.低三档,为方便比较,只例入其中“高”标准 表二 建筑类别房间或场所GB50034-2004（lx）JGJ/T16-92标准 (lx)差 额（ %） 居 住 类起居室（一般）餐 厅厨 房卫生间 100150100150 100 50 50 50 20100%200%100200 400% 图 书 馆一般阅览室陈列室书 库 300 300 50 300 150 50 0 100% 0办 公 办公室 会议室 文件处理 设计室 300 300 200 50 200 200 150 500 50% 50% 33% 0 商 业一般营业厅一般超市 收款台 300 300 500 150 300 300 100% 0 66% 旅 馆客房(一般)门 厅中餐厅西餐厅 休息厅 厨 房 75 300 200 100 200 200 50 150 100 50 150 200 50% 100% 100% 100% 33% 0 学 校 教 室 实验室 教室黑板 300 300 500 150 150 无 100% 100% - 交 通 售票处 问讯处 候车(机)室 200 200 150200 150 150 100 33% 33%50100% 医 院 病 房 诊 室 手术室 100 300 750 1530* 75150*100200* 233% 100% 275% 公 用 场 所 电梯前厅 走 廊 舆洗间 仓 库 75150 50100 75150 100 75 30 50 50 0100%70233%50200% 100%注2：*因JGJ/T-16 92 无数据，选用综合医院建筑设计规范JGJ49-88 内数据。从表2可看出GB50034-2004的照度标准较早先的标准大多较大幅的提高，提高幅度在30%2倍甚至以上不等。2.出现了专门的照明节能评价标准指标 功率密度(LPD) 功率密度(LPD):单位面积上的照明安装功率(包括光源.镇流器或变压器),单位为瓦特每平方米(W/m) 在本规范“6 照明节能”出现“现行值”与“目标值”两标准。“现行值从本标准实施之日起执行，目标值执行日期由主管部门决定。”（GB50034-2004 3.4.2）在具体设计与审图中，也可按如下理解与应用：“现行值”为“能效限定性指标”，具有施行的强制性。它决定评价设计在照明节能方面是否“合格”或“达标”。“目标值”为节能“推荐性指标”，是目前“较高”的节能标准，是评价优秀节能设计的依据。二） 内蒙古地区目前的应用情况 对于照度标准，本地设计单位在2006.6以前鲜有达到GB50034-2004标准的设计,相当多的设计达不到JGJ/T 16-92标准。区外设计单位鲜有达不到行标准的，也有一定数量设计单位在部份场所设计达不到GB50034-2004标准。另外，业主使用方对高照度标准不认可，也占相当数量。总之，在内蒙古地区真正广范推广GB50034-2004照度标准仍存在一定难度。 对于照明节能问题，区外设计单位在采取的技术措施方面，民用建筑设计存在问题较少，问题主要出现在与工业设计有关方面，如厂房.锅炉房.设备用房方面。对于节能评价指标“功率密度”的应用，则也多数存在一定问题，主要是未“严格执行”或执行程度不够。对于区内设计单位，在采取的技术措施方面大多存在不少问题，原因主要是设计人员对照明设计的基本工作原理掌握不够。出于同样原因，对于“功率密度”的使用，存在问题更多。进而整个有关照明的计算存在问题。三）照明节能简介灯具的选则 气体放电灯无功补偿 灯具布置.控制与管理 灯具选择：1光源选择与替代:白炽灯:一般,不用；特殊，不应超过100W。 紧凑型或细长管荧光灯替代白炽灯；特殊有限场合可使用白炽灯。应特殊注意：各类工厂灯光源的替代问题 金属卤化物灯：不采用荧光高压汞灯，采用高光强气 体放电灯包括高效金卤灯.高压钠灯.大功率细管荧光灯替代低光强(效)金卤灯。高效金卤灯包括镝灯.钪钠灯.氙灯等。低光强（效）金卤灯包括各类高或低压汞灯.低压钠灯等荧光灯管：强制淘汰T12型灯管,采用细长型T8灯管, 推荐采用T5型灯管。 T12， T8， T5 常用规格对照T12：15W 20W 30W 40W (65W)T8: 18W 36W 58WT5: 14W,16W 21,24 28,32 35W表3： T12 ,T8, T5型灯管规格.光效对比管 型功率（W）管径（mm）管长（mm）光通（lm）光效lm/wT12 40W 38 12002400 60T8三基色 36W 26 1200 2550 3350 71T5 28W 32W 16 16 1163 1200 2700 320096100由可知T12与T8灯具规格一至，灯管可互换。T5型灯管所配灯具与T8型或T12型所配灯具均不一至，灯管间无法互换。应用特点：对原有灯具灯管替换，只能采用T8型灯管，新设计采用T5型灯管，应相应选用配套灯具。新型环保节能型光源LED灯（半导体照明）特点：1）发光均匀性好，光效高，约4050lm/W。2）寿命长，平均寿命10万小时。3）颜色丰富美观。4）安全性好，绿色环宝。 2镇流器选择：以36W T8灯管所配各类镇流器分类标准及 损耗值为例，见表4：表4：CELMA（欧州20国灯具电器制照协会）EE1(能效分类)等级类 别 名 称总功耗值（W）自功耗值（W） D 类高损耗电感镇流器系统功率45W 9W C 类中损耗电感镇流器 45W 9W B2类低损耗电感镇流器 43W 7W B1类很低损耗电感镇流器 41W5W A3类电子镇流器 38W 2W A2类低损耗电子镇流器 36W 0W A1类可调光电子镇流器 39/49W 3/13W普通电感镇流器属D或C类，自耗9W左右，在照明负荷计算与功率密度计算占有相当份额，不可忽略。节能选择：1）电子镇流器 2）节能型电感镇流器电子镇流器存在的问题：造价高 可靠性或使用寿命差 产生电磁干扰（EMI）无线电频率干扰（RFI） 节能型电感镇流器：取得国家节能认证或绿色照明认证（2006.8始第一批） 较普通镇流器自耗节能40%或自耗5W 3灯具效率：不选灯效50%低效灯具，应选灯具效率70%高效灯具。灯具的无功补偿:计算T12， 40W配普通电感镇流器荧光灯总视在功率,取cos=0.53, 镇流器损耗=9W Pj=40W+9W=49W Sj92.5VA。 补偿设置原则：1）采用电子镇流器，无需补偿。 2）采用T5型灯管灯具，无需补偿。 3）采用节能型电感镇流器，无需另设补偿。 4）除上述情况外，应有专门补偿说明。补偿容量T12,20W-T8,18W:2.5f;T12,40W,-T8,36W:4.75f。 灯具的布置.控制与管理: 线型光源布置:尽可能与工作视线水平或与室外采光窗平布置行。原因：人视觉舒视性 可减少布灯数量节能。 灯具的控制见GB50032-2004 7.4“照明控制”专篇，本文（略）。主要按以下控制原则：按建筑使用情况或天然采光 情况分区分组控制。 对部份局部照明采用如生光.人体感应等特定开关实行局部场景照明控制。大.中型场馆部份灯光的功能控制。现举部份可能需进行专门或采用专业照明控制的场所及相应控制方案： 美术馆.博物馆等文化类场馆:展品区局部照明控制 人体 感应或生光控开关控制.。 学生宿舍：宿舍区与公共区照明控制与管理 专用设备。 酒店.医院.写字楼:走廊及公共区照明控制与管理 专项设计或专用控制设备(包括BA控制)等多种控制方案。 公路.桥梁等市政公用设施：路灯照明控制与管理 专项设计或专用控制设备等多种控制方案。 影剧院：舞台及观众厅照明灯光控制 专项设计或专用控制设备等多种控制方案。 体育比赛场馆：比赛场及观众厅灯光控制 专项设计。 总之，对以上或其它场所灯具控制（有时也包括管理）设计应至少给出规划方案。在本文“四.个人经验介绍”中，将介绍两种照明控制方案：1道路照明控制方案2数字脉冲继电器+接触器控制方案,与各位交流。三设计案例 案例一：20m办公室，照度标准300lx,在同时选用格栅型双管荧光灯具，各配不同类型荧光灯管.不同类型镇流器灯具在有.无电容就地补偿情况下LPD(功率密度值)计算。计算条件:采用平均照度计算法；灯具安装高度=2.8m,顶棚反射率=0.7,墙面反射率=0.5,地面反射率=0.2,利用系数=0.5,减光系数=0.75。 表5：配用灯管配 用镇流器应配灯管数量（只）实配灯管数量（只）实 际LPD值(W/m)实 际照度值(lm)配用灯具数量(套) T12 40W普通电感(无补普通电感（补偿）节能电感电 子 6.7 6.7 6.7 6.7 6 6 6 27.8 14.7 13.5 12.6270270 256.5 3T836W普通电感节能电感电 子普通电感 节能电感电 子6.36.36.3 4.7 4.7 4.7 6 6 6 4 4 413.5 12.311.4 9 8.2 7.6 267 267 281 239 239 251 2 三基色36W T528W普通电感节能电感电 子5.35.35.3 4 4 4 7.2 6.6 6192 192 202 2 T535W(提高配置)普通电感节能电感电 子4.64.64.6 4 4 4 9 8.0 7.4258258258 2由上表可知,依目前采取的措施,要同时达到照度标准与节能评定标准是较为不易实现的；其中，光源的“光通量”值起十分重要作用。具体照明设计时，应注意：照度标准不可过份降低。案例二：本案例取自某中学教学楼设计施工图，现只取其标准教室照明设计作设计分析。图例如下摘取相关设计说明如下： 节能设计专 ：1.本工程办公室.教室在满足显色性.启动时间要求条件下,根据光源.灯具及镇流器等的效率.寿命和价格进行综合经济分析后确定为细管径直管荧光灯。 2教室.办公室设计照度为300lx,教室照明功率密度为 11.9W/m,办公室照明功率密度为10.6W/m,平均值为11.2W/m。 分析:复核计算如下：取简易控照型双管荧光灯,吊链安装,安装高度2.5m；配T8型普通灯管或三基色灯管，配以不同种镇流器；照度标准，教室设计平均照度为300lx,黑板区为500lx,计算初始条件与表5同，墙面系数0.5，结果见表6表6 设计复核计算表灯管型号 T8（W）配用镇流器计算照度 （lx） 功率密度 (W/m)符 合双标准 36W普通管普通电感（无补偿）27422.6VA *N普通电感（有补偿）12N节能电感10.9O电 子10.1O 36W 三基色普通电感（无补偿）34822.6VA *N普通电感（有补偿）12N节能电感10.9O电 子10.1O黑板区照度符合要求(注意:表中功率密度LPD值均无达到GB50034-2004“目标值”标准)。对本设计影响照明与节能指标各主要因素平判如下：1.灯具选择(O) 2.光源选择(O) 3.镇流器选择(N) 4.无功补偿(N) 5.灯具布控(O) 综合指标: 照度指标(O), 节能指标(N*)。存在问题：1.措施或不够具体或不够坚决 2.缺黑板区照度值 3.概念错误，教室.办公室无求“平均照度”值要求。综合评判：本设计平面图符合规范要求，设计说明在照明节能技术措施方面存在不足，造成节能指标未完全达标。说明在照度值部分存在概念错误。本设计有关说明示例如下:照明（节能）专篇：1.本设计教室部份采用简控型双管荧光灯具,（黑板区加装斜照型黑板灯具）。荧光灯配T8型三基色灯管或T5型灯管配相应型号灯具。镇流器采用节能电感型镇流器，推荐采用电子镇流器；若采用普通电感型镇流器，灯具内须安装电容补偿，补偿容量36W灯管配0.47f,18W配2.5f。2.照度要求,教室区为300lx,黑板区为500lx。设计教室区平均功率密度约为11W/m。四个人经验介绍 一）两种照明控制方案 1城市道路照明控制方案 场景控制方案 场景控制：通过综合考虑和分析与道路照明密切相关的时间.路段环境照度.交通流量等因素,按照预设的控制策略,对道路照明实行动太智能化管理。控制路灯在不同情况下工作在不同状态,实现多样化的道路照明场景,从而在提高照明质量的同时获得最佳的节能效果。场景照明的组成元素：1.照明管理中心平台 2.线路级智能监控终端 3.单灯智能控智器或智能数子镇流器。具体分工如下:照明管理中心平台:负责整个系统的集中管理，进行远程实时控制.系统运行信息采集和监测。线路级智能监控终端：负责所辖路段的智能化照明控制,解析