建筑电气的节能设计-电气工程及其自动化毕业论文

建筑电气的节能设计毕业论文 网络教育学院本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目： 建筑电气的节能设计 学习中心： 东营学习中心 层 次： 专科起点本科 专 业： 电气工程及其自动化 年 级： 2015年 春季 学 号： 151401209012 学 生： 王伟伟 指导教师： 王莹 完成日期： 2016年 12 月 10日 目 录内容摘要1引 言21 建筑节能综述31.1 课题研究的起源31.2 课题研究的现状及意义31.2.1 国外建筑电气节能的现状31.2.2 我国建筑电气节能的现状31.3 本论文的主要工作32 建筑电气节能设计原理4 2.1 建筑电气节能应坚持3个原则4 2.2 建筑电气节能的设计方向43 建筑电气节能设计5 3.1 供配电系统的节能设计5 3.2 照明系统的节能设计5 3.3 线路损耗的节能设计7 3.4 建筑电气中变压器的节能设计8 3.5 建筑电气中中央空调的节能设计9 3.6 公用建筑照明节能设计11 3.7 利用新型能源的节能设计用建筑照明节能设计124 日常使用节能原则145 结论15参考文献16I 内容摘要随着建筑业的迅速发展其消耗的能源也在迅速增长，而建筑中消耗的能源大部分都是以电能的方式消耗的，因此在能源日益短缺的今天关于建筑电气的节能问题显得尤为重要。对于输电、配电、供电、用电等领域开展节能降耗活动，将对顺利实现建筑电气节能降耗指标产生重要作用。本文将重点关注建筑电气中的线路损耗、变压器、照明系统和空调系统的节能、可再生能源及强电、弱电系统问题进行分析。 【关键词】建筑节能；变压器节能；照明系统；空调系统；再生资源 引 言 工业革命以来利用资源和能源的方式由于全球性问题的凸现受到人们的质疑,特别是资源和能源日益短缺，引起了世人深切的忧虑。很显然，幻想回到从前对现代人类社会是太过奢侈的向往。因而,比较现实的态度是，利用当代高新技术，不断寻找和开发新的资源和能源，不断提高现有资源和能源的利用率，节约使用资源和能源。通过寻找和开发新的资源和能源，不断改变现有资源结构和能源结构。利用科学技术，将能源和物质投入减少到最低限度。我们这样一个资源相对匮乏、正在发展中的人口大国，能源的消耗正急剧增加，能源危机迫在眉睫，作为能耗大户的建筑能耗已成为危及社会可持续发展的一个重大问题。在欧美一些发达国家，节能型建筑的比例已达到了40。如何有效的降低能源消耗，是我们共同思考的一个问题。本文主要论述建筑物的电气节能技术。1 建筑节能综述1.1 课题研究的起源目前全世界都有在能源短缺，而我国又是一个能源消耗大国，节约能源、保护环境是我国长期的重大方针。能源降低是我国一个长期艰巨的任务与目标，“能源节约型”社会，“能源节约型”经济是支持我国经济迅速发展的重要一环。因此，建筑电气的节能就显得尤为重要。节能措施应该遵循一设计节能；二日常使用节能。1.2 课题研究的现状及意义1.2.1 国外建筑电气节能的现状 在国外乃至全世界，建筑电气节能运用技术越来越广泛，人们不断寻求新的能源开发利用，在日趋发展的今天，石油天然气的使用，作为不可再生资源，将会慢慢减少，因此，开发新的能源技术将作业现今及以后的发展重点。1.2.2 我国建筑电气节能的现状作为能源消费大国,我国的能源相对短缺,石油和天然气， 每年都要依靠进口,其次由于其能源利用率低,所以在每平方米建筑中的能源消耗约为发达国家的 2 至 3 倍。因此我国建筑电气节能技术的发展空间巨大。近年来,电气能源供需矛盾激化,建筑用电是能源消耗的主要部分,所以我国建筑电气节能技术的发展迫在眉睫。如大量使用节能产品,不仅每年可节约用电数十亿度,同时可以延缓温室效应,这样同时造福了经济与社会环境1.3 本论文的主要工作本论文主要研究建筑电气中的线路损耗、变压器、照明系统、空调系统以及强电系统设计和弱电系统设计等相关内容，进行分析。2 建筑电气节能设计原理2.1 建筑电气节能应坚持3个原则：1.满足建筑物功能的原则即要满足建筑物照明的照度、色温及显色指数；满足空调舒适性的温度及新风量，也就是舒适、卫生、健康的要求；满足上下左右运输通道的畅通无阻；满足特殊工艺的要求，如满足娱乐场所的一些电气设施用电，满足展厅的工艺照明及电力用电等。2.考虑经济效益的原则节能应结合我国国情，充分考虑实际经济效益，不能为了节能而过高地增加投资，增加运营费用，而是应该让增加的部分投资，能在几年或较短的时间内以通过节能减少运营费用的方式进行回收。3.减少能量无谓消耗的原则节能的着眼点应是减少能量的无谓消耗，因此，先找出与发挥建筑物功能无关的能量消耗。再考虑应该采取的有效节能措施。如，变压器的功率损耗、传输电能线路上的有功损耗等都是无用的能损耗；又如，针对量大面广的照明要求，应采用先进技术的产品以降低能耗。2.2 建筑电气节能的设计方向 供配电系统的节能设计 照明系统的节能设计 线路损耗的节能设计 建筑电气中变压器的节能设计 建筑电气中中央空调的节能设计 公用建筑照明节能设计 利用新型能源的节能设计用建筑照明节能设计3 建筑电气节能设计3.1 供配电系统的节能设计供配电系统功率损耗主要包括三相线路中有功及无功功率损耗，电力变压器的有功及无功功率损耗等。因此供配电系统的节能设计应紧紧围绕供配电系统的损耗原理展开,主要集中在以下几个方面：（1）合理选择变压器。包括变配电所、变电站的位置选择须合理，尽量靠近负荷中心；变压器的容量选择须合理，变压器容量过大或过小都不利于设备节能；变压器的运行方式需合理；变压器尽量选择节能型变压器，逐步淘汰老旧高能耗配变。（2）提高系统的功率因数能改善电压质量，减少无功在线路上的流动，提高用电设备的工作效率，从而达到节能的目的。包括合理选择电动机等用电设备型号，提高系统自然功率因数；通过并联电容器、安装移相器等措施，采取集中补偿与分散补偿相结合，高压补偿与低压补偿相结合等人工方式，达到提高功率因数目的。（3）尽量减少线路损耗，特别注意线路单位长度的交流电阻、电抗和线路长度，低压线路截面选择需合理。3.2 照明系统的节能设计照明节能设计就是在保证不降低作业面视觉要求、不降低照明质量的前提下，力求减少照明系统中光能的损失，从而最大限度的利用光能。根据不同工程的使用要求合理选用高效节能型光源，尽可能不选白炽灯（个别设计中仍采用老式荧光灯的也均已在出图前经审查后改正）；采用高效节能灯具，并多选用直接照射型灯具；按照现行的建筑照明设计标准所规定的功率密度值的要求进行照明设计（但有时难度较大，功率密度值往往难以达到建筑照明设计标准的节能要求）；普遍选用电子镇流器或节能型电感镇流器；部分项目采用了照明节电器；尽可能多设置开关点，使灯具开关控制灵活，方便、节能；大进深房间或商场、大厅等大空间照明采用分区、分级控制，充分利用自然光，以节约电能；居住建筑楼梯间、内走道等采用声控开关，室外有关的照明灯具采用光控开关等节能控制；宾馆类建筑的客房均采用节能控制开关；个别档次高的项目采用了照明控制系统等。 1）充分利用自然光,根据自然光的照度变化,分组分片控制灯具开停。设计时适当增加照明开关点,即每个开关控制灯的数量不要过多,以便管理和有利节能。室外照明系统,最好采用光电控制器代替照明开关,以利节电。在插座面板上设置翘板开关控制,当用电设备不使用时,可方便切断插座电源,消除设备空载损耗,达到节电的目的。 2）有效控制单位面积灯具安装功率。按照照明设计规范的视觉要求、照度标准、照明功率密度等,在满足照明质量的前提下,一般房间及公共场所应优先采用紧凑型荧光灯及高效发光的荧光灯,体育馆场及厂房的室外照明等一般照明宜采用金属卤化物灯、高压钠灯等高效气体放电光源。3）使用低能耗性能优的光源用电附件,如节能型电感镇流器、电子镇流器、电子变压器以及电子触发器等,公共建筑场所内的荧光灯宜选用带有无功补偿的灯具,紧凑型荧光灯优先选用电子镇流器,气体放电灯宜采用电子触发器。充分利用光源，不能位置选择适合灯具，以节能角度分析它在各个场所的应用情况。 照明控制方式的正确选择，同样能达到节能的效果。通常的节能措施有以下几种： (1)合理选择照明线路照明线路的损耗约占输入电能的4%左右，影响照明线路损耗的主要因素是供电方式和导线截面积。大多数照明电压为220V，照明系统可由单相二线、两相三线、三相四线三种方式供电。三相四线式供电比其它供电方式线路损耗小得多。因此，照明系统应尽可能采用三相四线制供电。(2)合理选择控制开关和充分利用天然光采用各种节能型开关或装置也是一种行之有效的节电方法。根据照明使用特点可采取分区控制灯光或适当增加照明开关点。卧房、病房、客房等床头灯可采用调光开关，高级客房采用节电钥匙开关，公共场所及室外照明可采用程序控制或光电、声控开关，走道、楼梯等人员短暂停留的公共场所可采用节能自熄开关。天然光是免费的光源，要充分利用，因此就要合理设计照明开关。充分利用自然光，正确选择自然采光，也能改善工作环境，使人感到舒适，有利于健康。充分利用室内受光面的反射性，也能有效地提高光的利用率，如白色的墙面的反射系数可达7080%，同样能起到节电的作用。(3)合理选择照明方式 在满足标准度的条件下，为节约电力，应恰当地选用一般照明、局部照明和混合照明三种方式。例如工厂高大的机械加工车间，只用一般照明的方式，用很多灯也很难达到精细视觉作业所要求的照度值，如果每个车床上安装一个局部照明光源，用电很少就可以达到很高的照度。(4)合理选择照度值选择照度是照明设计的重要问题。照度太低，会损害工作人员的视力，影响产品质量和生产效率。不合理的高照度则会浪费电力。选择照度必须与所进行的视觉工作相适应。设计照明可按国家颁布的照明设计标准来选择照度，必要的照明质量合理的照度值和优良的照明质量形成的光环境可以提高工作效果和改进人们的心情，要综合考虑照明系统的总效率。3.3 线路损耗的节能设计当电网输送电能时，在网络中就产生功率损耗，其与线路参数和负荷大小密切相关。选用电导率较小的材质做导线, 减小导线长度, 增大导线截面三项措施。就可减少线路上的能量损耗，达到了线路节能的目的。提高电网的功率因数，及减少电网的无功功率及导线中的电阻等,均能降低电网中的线损。城市电网可通过合理的电网规划来降低线损。上海电网在构筑满足，N-1准则的配电网络，重点地区配电网满足检修状态下N-1准则的前提下，综合考虑近、远期地区负荷密度、节能降损和区外电源的受电通道等情况，从各个电压等级协调发展的角度，因地制宜地建设高压配电网，大力发展110kV网架及110kV直降10kV供电。减少供配电线路损耗线损是供配电线路经济运行的重要指标,由于配电线路有电阻,有电流通过时就会产生功率损耗,其公式为:=3I2R10-3式中:为三相输电线路的功率损耗(KW);I为线电流(A);R为线路相电阻()。其中“R”线路电阻在通过电流不变时,线路长度越长则电阻值越大。在具体工程中,线路上电流一般是不变的,那么要减少线损,只能尽量减少线路电阻。而线路的电阻R=L/S,即与导线电阻率、导线长度L成正比,与导线截面S成反比。要减少电阻值应从以下几个方面考虑:1）尽量选用电阻率较小的导线,如铜芯导线较佳,铝线次之。2）尽可能减少导线长度,在设计中线路应尽量走直线少走弯路,另外在低压配电中尽可能不走或少走回头路。变电所应尽可能地靠近负荷中心,以减少供电半径。3）增大导线截面积,对于较长的线路,在满足载流量,热稳定,保护配合及电压降要求的前提下,在选定线截面时加大一级线截面。这样增加的线路费用,由于节约能耗而减少了年运行费用,综合考虑节能经济时还是合算的。 3、大量无功电流在电网中会导致线路损耗增大，变压器利用率降低，用户电压跌落。无功补偿是利用技术措施降低线路损耗的重要措施之一，在有功功率合理分配的同时，做到无功功率的合理分布。无功优化的目的是通过调整无功潮流的分布降低网络的有功功率损耗，并保持最好的电压水平。 3.4 建筑电气中变压器的节能设计建筑设计电气节能首先要考虑的是配电系统选用的电气产品必须是节能型，针对变压器损耗大的问题，在此结合民用建筑设计的特点阐释配电变压器的节能措施。变压器节能的实质就是降低其损耗、提高其运行效率，具体有以下几项措施： 1）变压器降耗改造。变压器数量多、容量大，总损耗不容忽视。因此降低变压器损耗是势在必行的节能措施。若采用非晶合金铁芯变压器，具有低噪音、低损耗等特点，其空载损耗仅为常规产品的五分之一，且全密封免维护，运行费用极低。选用节能型变压器，更换或改造高能耗的变压器。新建或改建工程应选用SL7、S9、SC(B)9、SGB10及SGB11-R等型号的节能型变压器。与传统产品相比，SL7无励磁调压变压器，10kV系列的空载损失和短路损失分别降低41.5%和13.9%；S9系列变压器与SL7系列变压器相比，其空载损失和短路损失又分别降低5.9%和23.3%。SGB11-R系列卷铁心干式变压器比SC(B)9系列变压器空载损耗降低40%，空载电流降低70%85%；比SGB10系列变压器空载损耗降低24%，负载损耗降低11.7%。S11系统是目前推广应用的低损耗变压器，空载损耗较S9系列低75左右，其负载损耗与S9系列变压器相等。因此，应在输配电项目建设环节中推广使用低损耗变压器。2）变压器经济运行。变压器经济运行指在传输电量相同的条件下，通过择优选取最佳运行方式和调整负载，使变压器电能损失最低。变压器经济运行无需投资，只要加强供、用电科学管理，即可达到节电和提高功率因数的目的。每台变压器都存在有功功率的空载损失和短路损失，无功功率的空载消耗和额定负载消耗。变压器的容量、电压等级、铁芯材质不同，故上述参数各不相同。因此变压器经济运行就是选择参数好的变压器和最佳组合参数的变压器运行。选择变压器的参数和优化变压器运行方式可以从分析变压器有功功率损失和损失率的负载特性入手。3） 加强运行管理，实现变压器的经济运行。在符合变化的情况下，使其超出经济运行范围，因此要及时投入或切除部分变压器，以防止变压器轻载或空载运行。对长期轻载的变压器，必要时应按实际负荷更换小容量变压器，以实现变压器节能的目的。3.5 建筑电气中中央空调的节能设计一般来讲，中央空调系统主要由三个部分组成：制冷主机、循环水泵和风机盘管等末端设备。据有关资料，对于综合性豪华型酒店，中央空调系统的耗电量约占其总耗电量的40%，水泵目前的平均能耗占整个空调系统能耗的20%以上。采用变频调速技术进行循环水泵节能改造，已经得到越来越广泛地应用，节能效果也得到了越来越多的共识。然而，在分析和计算机节能效果时往往存在片面性。系统集成上常用的节能计算做法，分三个不同负荷时段，并按下式计算：水泵的节点量=（改造前水泵实际运动平均功率-改造水泵的平均功率）使用时间待搞糟完成投入运行后，按以上计算方法在三至五年内收回全部成本。以上节能技术改造，看似用户受益很大。但是制冷机组、循环水泵、风机盘管以及冷却塔等设备是一个完整的中央空调系统的组成部分，而系统是动态的并且本身也在消耗能源。空调型照明装置是照明空调一体化的建筑照明装置，它除了具有灯具的一般功能外，还设计有抽风间隙和排气管道。虽然不同空调型照明装置之间在结构方面有一定的差异，但其基本的工作原理是相似的。一是由电光源辐射的热量，可通过照明装置自身的排气间隙和配套的抽风管道，由抽风机的动力作用排出室外。二是利用热空气的热动力作用使热空气自然上浮，在热力和动力的共同作用下排出室外，从而达到降低室内环境湿度，减小空调设备的投入，节约资金和电力能源消耗的目的。由于光源辐射热大量聚集在照明装置所在的顶棚下部空间，故其温度调节效率比较高。空调照明装置在工作中，虽然光源会不断辐射热量，但是装置能把光源辐射的热量通过间隙和管道排出室外，这样光源向顶棚空间和室内辐射扩散的热量会不断减少，因而可以有效地把室内环境温度降低并稳定控制在一定的范围内。使用建筑空调照明技术可取得良好的节能效果。光源在工作过程中辐射的热量越多，则室内环境温度越高。如果不采用空调照明技术，欲排除普通照明方式下增加的热量就只能依靠增加空调设备予以解决。建筑的空调照明技术将照明与建筑有机地结合起来，因而是一种建筑化得照明技术。良好的装饰照明效果也是它的重要特色之一。由于照明装置嵌入顶棚内部，不仅能少占室内空间，而且可产生扩大室内空间视觉效果。由于使用性能良好的荧光灯，其照明环境具有光色优良、照度均匀及光效高等特点。在普通光照方式下，一些照度标准高，照明负荷大的厂房车间、影剧院及演播厅等工业民用建筑的顶棚空间将聚集大量的辐射热。而空调型灯具具有良好的空气调节能力，实际应用中能有效节约空调设备的投入，节约电力能源消耗量，创造一个良好的生活工作环境，不失为一种绿色照明新技术。空调型照明装置与传统同类照明装置相比，具有照明、空调和装饰三重作用，虽然其造价和安装费用等一次性投资相对略高，但在照明工程设计施工时，可根据工程状况从照明、空调、节能、环境保护及居住者健康等因素综合考虑其性能价格比。随着国家对建筑节能和室内环境质量的重视，加上空调型照明装置的性能价格比的不断提高，在条件许可的情况下，在照明设计选型时，应予以重视并推广应用。施工安装方面，空调型照明装置与普通嵌入式荧光灯发光带基本相同。当采用厂家提供的定性产品时，只需根据产品说明书和图样进行组装。值得注意的是，在选购和施工安装时，应注意所选装置与吊顶及室内装饰环境之间，在色彩、外观造型及体型尺寸等方面的协调和统一，以充分发挥装置的综合优势和性能。公共建筑暖通空调系统，建议采用建筑设备自动化系统，简称BAS或BA系统，节能效率达到10%-30%。民用住宅提倡户式中央空调，通过节能控制器对冷暖用的设备在统一平台进行管理，减少能源不必要的浪费。节省无谓消耗能量，主要有以下几方面： 减少变压器有功功率损耗。变压器应选用节能型的，以减少铁芯的涡流损耗和漏磁损耗。同时要将变压器的负载率提高到75%-85%，减少变压器线损，还应选用大容量变压器，应尽可能减少变压器的台数，使变压器经济运行。 提高系统的功率因数，减少无功在线路上传输，以达到节能目的。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、气体放电灯中的镇流器都具有电感，会产生滞后无功，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、低压线路传输至用电设备，在线路上就产生有功损耗。而这部分损耗是可以想办法改变的。具体措施如下：采用电容器就地补偿，无功补偿装置应就地安装，实行就地补偿，这样才能使线路上的无功传输减少，达到节能的目的。目前民用建筑设计中，绝大部分采用变压器低压侧集中补偿，这种办法减少了区域变电站到用户的高压线路上的无功传输，提高了用户处的功率因素，可以不受电业局的罚款。 降低供配电线路上的能量损耗。当电网输送电能时，在网络中就产生功率损耗，其与线路参数和负荷大小密切相关。具体途径如下：a）合理选择线路途径；b）合理确定电气功能用房位置，变压器尽量接近负荷中心，以减少供电半径；c）增大导线截面，充分利用季节性负荷线路。 建筑电气节能应遵循经济合理原则，考虑实际经济效益。节能应按实情考虑实际经济效益，不能为了节能而节能，不能因为节能而过高的消耗投资，能在较短的时间内用节能减少下了的运行费用进行回收，有明显的经济效益。3.6 公用建筑照明节能居住建筑楼梯间、内走道等采用声控开关，室外有关的照明灯具采用光控开关等节能控制；宾馆类建筑的客房均采用节能控制开关；个别档次高的项目采用了照明控制系统等。 充分利用光源，不能位置选择适合灯具，以节能角度分析它在各个场所的应用情况。 照明控制方式的正确选择，同样能达到节能的效果。通常的节能措施有以下几种： (1)合理选择照明线路照明线路的损耗约占输入电能的4%左右，影响照明线路损耗的主要因素是供电方式和导线截面积。大多数照明电压为220V，照明系统可由单相二线、两相三线、三相四线三种方式供电。三相四线式供电比其它供电方式线路损耗小得多。因此，照明系统应尽可能采用三相四线制供电。(2)合理选择控制开关和充分利用天然光采用各种节能型开关或装置也是一种行之有效的节电方法。根据照明使用特点可采取分区控制灯光或适当增加照明开关点。卧房、病房、客房等床头灯可采用调光开关，高级客房采用节电钥匙开关，公共场所及室外照明可采用程序控制或光电、声控开关，走道、楼梯等人员短暂停留的公共场所可采用节能自熄开关。天然光是免费的光源，要充分利用，因此就要合理设计照明开关。充分利用自然光，正确选择自然采光，也能改善工作环境，使人感到舒适，有利于健康。充分利用室内受光面的反射性，也能有效地提高光的利用率，如白色的墙面的反射系数可达7080%，同样能起到节电的作用。(3)合理选择照明方式 在满足标准度的条件下，为节约电力，应恰当地选用一般照明、局部照明和混合照明三种方式。例如工厂高大的机械加工车间，只用一般照明的方式，用很多灯也很难达到精细视觉作业所要求的照度值，如果每个车床上安装一个局部照明光源，用电很少就可以达到很高的照度。(4)合理选择照度值选择照度是照明设计的重要问题。照度太低，会损害工作人员的视力，影响产品质量和生产效率。不合理的高照度则会浪费电力。选择照度必须与所进行的视觉工作相适应。设计照明可按国家颁布的照明设计标准来选择照度，必要的照明质量合理的照度值和优良的照明质量形成的光环境可以提高工作效果和改进人们的心情，要综合考虑照明系统的总效率。3.7 利用新型能源的节能设计在我国，新能源与可再生能源是指除常规能源和大型水力发电之外的风能、太阳能、小水电、海洋能、地热能、氢能和生物质能等。可再生能源的开发利用是实现“节能、降耗、环保、增效”的重要手段。根据我国能源发展的有关规划，我国将大力发展风电，适当发展太阳能光伏发电和分布式供能系统。风能和太阳能等可再生能源大规模开发利用时，必须解决可再生能源发电的并网以及可再生能源电源与电网之间的影响问题。一方面，电网公司除了要优先收购风电外，还应承担电网建设和传递电力的义务，需要大量的资金投入，因此政府的政策支持十分重要；另一方面，由于风电和太阳能电源的功率间歇性和随机性特点，大规模接入地区电网后，将对地区电网的结构设计、运行调度方式、无功补偿措施以及电能质量造成越来越明显的影响，电网公司必须采取妥善的技术和管理措施。建筑电气节能，也应遵循技术先性原则充分利用天然光源，照明节能过程中有一个较为主要的内容是如何充分利用天然光源。随着人们对能源和环境保护的日益关注，建筑物中如何充分利用天然光源来节约照明用电引起广泛重视。天然光源是取之不尽，用之不竭的能源。在照明节能的实施工程中，应当充分加以利用。制定建筑物的采光标准，确定采光方式，将采光和照明有机的结合起来。白天尽可能地利用天然资源，使建筑物内获得稳定的光照条件。同时，室内引入阳光既能大大节约照明能耗，