某综合体项目节能措施及计算.pdf

工程设计与应用刘波（），女，高级工程师，从事建筑电气及智能化、消防安全等研究。某综合体项目节能措施及计算刘波（甘肃省建筑设计研究院有限公司，甘肃 兰州 ）摘要：大型综合体用电负荷较多，能耗较大，应采取有效的节能措施。如采用高电压等级供电、提高功率因数、合理选择变压器、合理选择电线电缆、风机水泵节能、充分利用自然光节能等节能措施。结合实际项目对以上几种节能方式进行计算，结果验证了节能措施的有效性及可实施性。关键词：线路损耗；功率因数；变压器经济运行；经济截面选择导线；风机水泵节能；导光管照明中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：引言我国是能源消耗大国，能源相对短缺，随着我国工业化发展进程的不断加快，对能源的需求越来越多，导致空气污染指数增加。因此，供配电系统的节能降耗对生态环境和经济发展都起着至关重要的作用。本文结合实际项目，对高电压等级供电、提高功率因数、合理选择变压器、合理选择电线电缆、风机水泵节能、充分利用自然光节能等节能方式进行计算，验证了节能措施的有效性及可实施性。项目概况某综合体项目用地位于兰州市安宁区。总建筑面积约 万，功能包括住宅、公寓、超市、商业步行街、超高层办公等，共计设置 座高压配电室，座变电所，座柴发机房；住宅设置 座变电所，公寓、超市、商业、办公楼各设置 座变电所，住宅 座变电所共用 个柴发机房，其他变电所配套设置柴发机房。园区高压供电示意图如图 所示。供电方案及节能宜优先采用高电压等级供电，如采用 电压较 供电容量、供电半径可增加一倍，电压损失、功率损耗可降低 ，供电中高电压等级在提高输电能力、促进节能降损等方面具有显著优势。供电方式节能本工程采用 路电源供电，经高压配电室分配后引至各分变电所，两回路同时运行并均衡负荷的方式。以 分变电所为例，用电容量为 ，从高压配电室至该分配电室供电距离约 ，商业最大负荷利用小时数取 ，情况下，对应 取 ，两路电源与单路电源高压线路年有功损耗相比较节电如下 。（）单路电源供电，该电源承担全部负荷，电缆采用 交联聚乙烯绝缘电力电缆，截面为 ，线路单位长度电阻为 ，高压线路损耗计算如下：（槡）（）工程设计与应用图 园区高压供电示意图（）双路电源供电，每路电源承担一半负荷，电缆采用 交联聚乙烯绝缘电力电缆，截面为 ，线路单位长度电阻为 ，高压线路损耗计算如下：（槡）（）因此，采用 路电源供电较 路电源供电高压线路损耗每年可减少 。提高功率因数节能提高功率因数可以减少线路损耗及变压器有功功率损耗；以 分变电所为例，有功功率为 ，从开闭所至该分配电室供电距离约 ，线路单位长度电阻为 ，变压器端补偿前功率因数为 ，补偿后功率因数为 ；变压器选用 台 干式变压器，负载损耗 。无功补偿方式示意图如图所示。在 、处补偿对设备年有功损耗节约值计算如下 。（）处补偿对高压线路年有功损耗节约值如下：补偿前：（）；补偿后：（）；综上所述，功率因数提高后高压线路损耗每年可减少 。（）处补偿对变压器年有功损耗节约值如下：（）（）（）低压负荷制冷机组 ，供电距离为 ，采用 密集式铜母线供电，线路单位长度电阻为 ，功率因数采用就地补偿，补偿前为 ，补偿后为 ，处补偿对供电线路有功损耗节约值如下：工程设计与应用图 无功补偿方式示意图补偿前：（）；补偿后：（）；综上所述，功率因数提高后该低压线路损耗每年可减少 。变压器节能变压器的损耗主要包括空载损耗及负载损耗。空载损耗主要是铁芯损耗，由磁滞损耗和涡流损耗组成，与变压器的材料及工艺有关；变压器负载损耗主要为负载电流通过绕组时的损耗；宜优先选择节能型变压器。变压器容量选择以 分变电所为例；变压器 ，补偿后功率因数为 ，选用 变压器负载率为 ，选用 变压器负载率为 ，按变压器容量计算综合能效费用如下 ：（）（）（）式中：变压器初设费用，变压器取 元；变压器取 元；运行年限取 年，年贴现率为 情况下限值系数，查表取 ；企业支付的单位电量电费，取 元 ；按变压器容量收取的月基本电费；元 ；变压器年带电小时数，取 ；变压器最大损耗小时数，取 ；高峰时变压器负载率；变压器额定空载损耗；负载损耗。变压器、分别为 及 ；变压器、分别为 及 。将参数代入式（）计算，变压器计算 元；变压器计算 元；故应选择 变压器。变压器经济运行条件 （）槡（）式中：经济运行临界负荷；变压器额定容量；变压器额定空载损耗；变压器负载损耗；变压器空载时无功损耗；额定负载时无功损耗；无功经济当量，取 。以商业变压器 、变压器为例，变压器型号为 ，参数为 、。；即在商业运营前期或低负荷时期，实际负荷小于 时，宜投入 台变压器运行；当实际负荷大于 时，宜投入 台变压器工程设计与应用运行，较为经济。供电电缆选择与节能根据电力部门统计，全国输电线路损耗约占总发电量的 ，故降低线损可有效节约能源。在满足导体载流量和线路电压降等技术条件下，导体截面宜适当加大，以降低线损，使在生命周期累计降低线损的费用能合理补偿加大截面积所增加的费用，采用经济电流选择导体截面 。按经济电流密度选择导体截面，计算公式如下：（）其中，为导体的经济电流密度，可根据电价、最大负荷利用小时、电缆材质查表，为导体的经济截面，可取计算的临近截面。对于备用回路的电缆而言，根据其运行情况，将损耗小时数折算为最大利用小时数后查表；对于一些长期不使用的回路（如消防负荷），不宜按经济电流密度选择截面。由于按经济电流选择电缆截面时，大部分情况截面较大，会使初设投资增加，实践证明增大的投资 年就能回收。风机水泵节能 选择高效率电动机应选用高效节能型产品，根据负载特性和运行要求合理选择电动机类型、功率，使之运行在经济运行范围内。电动机效率计算如下。轴流风机能效评价按如下公式计算 ：（）式中：通风机效率；通风机进口滞止容积流量；通风机压力；压缩性修正系数；叶轮功率，供给通风机叶轮的机械功率。如需用排风机 轮流式轴流风机，型号为 ，风量为 ，压力为 ，功率为 ，修正系数取 ，计算如下：该值大于 通风机能效限定值及能效等级 中二级限定值 ，通风机符合节能要求。如果换上一台同容量的效率为 ，则一年节省的电费计算公式为 ：（）（）式中：每年节省的电费，元；电价，元 ；、风机效率；风机年运行时间，；负载率，即电机实际功率与额定功率比，暂取 。（）元因此，提高电机效率每年可节约电费为 元。水泵参照 清水离心泵能效限定值及节能评价值（附录 ）进行计算。设计生活水泵选用 台型号为 单机清水离心泵，流量 ，扬程 ，转速 ；水泵效率为 ，水泵的比转速计算如下 ：槡 水泵效率节能限定值 ；查 清水离心泵能效限定值及节能评价值 可知，当 时，；当 时，。水泵实际效率 大于效率限定值 ，满足节能评价要求，若提高水泵效率，同样可以达到节电目的，此处类似风机，不再赘述。普通高效电动机价格比一般电机高 ，采用时要考虑资金回收期，即在短期内靠节电费收回多花的费用。一般符合下列条件可选用普通高效电机：负载率在 以上；每年连续运行时间在 以上；电机运行时无频繁起、制动；单机容量较大。工程设计与应用 合理选择电动机及调速方法无论是风机还是泵类，设计选型要求合理，使风机水泵额定流量和压力尽量接近于工艺要求的流量与压力，从而使设备经常运行的工况保持在高效区。根据风机、水泵的压力 流量特性曲线，按照工艺要求的流量，实现变速变流量控制，是一种有效的节电方法。对于小容量的笼型电机而言，当流量只需几级调节时，可选用变极调速电机；要求连续无极变流量控制，当为笼型电机时，可采用变频调速或液力耦合器调速 。本案商业屋面设置 台排油烟机，因排油烟井道设置困难，故多个商业厨房共用 台排油烟机。该排油烟机功率为 ，年运行时间为 ，风量为 时，运行时间占 ；风量为 时，运行时间占 ；风量为 时，运行时间占 。现对变频调速，变极调速（级变 级）、调节风门开度 种方式年耗电量进行比较 。各种控制方式下风机功率消耗百分比如表 所示。表 各种控制方式下风机功率消耗百分比风量 出口挡板控制变极调速 出口挡板控制变频调速 注：本表摘自 钢铁企业电力设计手册 上册表 。（）变频调速年耗电量：（）；（）变极调速耗电量：（）；（）调节风门开度（出口挡板）耗电量：（）。由表 可知，变频调速方式比调风门方法节电约 ，由此可以看出，风机变速运行是节能的有效途径，本工程风机采用变频控制，由主风管处的风量作为反馈信号控制风机。改变电动机绕组接线的节电方法经常处于轻负荷运行的电动机，即电动机负载系数低于 时，应采用三角 星切换装置，将三角形接法的电动机改为星形接法，可以达到良好的节电效果 。电动机无功功率就近补偿对距供电点较远的大、中容量连续运行工作制的电动机，应采用电动机的无功功率就地补偿装置。其可改变远距离送电的电动机低功率因数运行状态，减少线路损失，提高变压器负载率有明显效果。对下列运行条件的电动机应首选应用：距离供电点 以上的连续运行电动机；轻载或空载运行时间较长的电动机；、系列电动机；高负载率变压器供电的电动机。照明节电设计在满足标准照度的条件下，节约电力，恰当地选用一般照明、局部照明、混合照明 种方式。充分发挥照明效果，利用自然光，该项目局部地下车库采用导光管采光系统。该系统可控制管线强弱，不受光线角度的影响，热损大幅度降低，可广泛应用于工业厂房、体育馆、展览馆、广场、地下车库等。该系统位于绿化区，车库长 ，宽 ；面积约 ；梁底距地下车库室内地面高度 ，梁板厚度 ，覆土厚度 ，最终设计布置 套导光管采光系统，每套导光管采光系统的有效采光面积 ，采光面积为 。甘肃兰州属于光气候第区，其地区室外天然光设计照度值 ，导光管采光面积为 ；导光管直径为 ，长度为 ，采光罩及漫射器的透射比分别为 和 ；顶棚反射比为 ，墙面反射比为 。依据 照明设计手册 第五章第八节相关内容，照度计算如下 ：（），取 ；（）采用导光管采光系统节能环保，白天完全不工程设计与应用耗电的同时能减少用电隐患。系统导入的自然光柔和均匀，无频闪和眩光，减少电灯照射的辐射伤害，保护人们视力及身心健康；照度可控，导光管采光系统不存在电灯的光衰问题；能用光线调节装置调节光线强弱；无污染、零排放；使用过程中能真正达到零排放，绿色环保。能效管理系统能源管理系统通过对建筑物整体和局部实时能耗数据的采集、监视并输出报表，为企业提供能源设计、运行、维护的管理建议和方案，从而实现能效管理水平的提升。系统构架分为 层：现场设备层。按照能源的分类、分项要求，在现场设置带通信接口的各种水、电、气、冷热量等计量表计，实现现场能耗数据的计量；数据采集（网络通信）层。通过数据采集器将现场表计的能耗数据分项采集处理；用户管理层。即本地能耗监测系统主机，由监测系统软硬件组成，将采集器上传的各类能耗数据进行分析处理后生成各种数据分析图标，为能源可视化管理提供依据。通过建立能源管理体系、制度等方法，加强对用能过程的科学管理，进行节能。结语在大型综合体的电气节能设计中，应通过合理节能降耗技术措施和管理措施，有效降低建筑供配电系统的电能损耗，确保建筑供配电系统安全可靠、节能经济的高效稳定运行，提高城市综合体的日常服务水平和经营经济效益。中国航空规划设计研究总院 工业与民用供配电设计手册第四版 北京：中国电力出版社，国家能源局 配电变压器能效技术经济评价导则：北京：中国电力出版社，中华人民共和国住房和城乡建设部 电力工程电缆设计标准：北京：中国计划出版社，国家市场监督管理总局 通风机能效限定值及能效等级：北京：中国标准出版社，钢铁企业电力设计手册编委会 钢铁企业电力设计手册（上册）北京：冶金工业出版社，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 清水离心泵能效限定值及节能评价值 北京：中国标准出版社，北京照明学会照明设计专业委员会 照明设计手册 北京：中国电力出版社，收稿日期：（，）：，：；