建筑节能与环保-第五章建筑供配电与照明节能幻灯片.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80 90 可见光部分只占10 20 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 Ra 80 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Y d或D y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 5 2 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KL 1 L 供电线路传输效率 N 电气设备额定效率 5 3 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