- 相關(guān)推薦
建筑電氣節能減排措施及光伏新能源運用
充分利用自然接地體做建筑物的防雷與接地系統，需要系數法負荷計算的參差分布系統的引用，綠色照明和智能照明控制系統的應用都是實(shí)現建筑物節能、減排、低碳、環(huán)保、綠色的有效措施，值得設計師學(xué)習和推廣，而太陽(yáng)能光伏建筑一體化也將成為人類(lèi)居住建筑的又一發(fā)展趨勢。那么，下面是由小編為大家分享有關(guān)于能源減排相關(guān)知識，歡迎大家閱讀瀏覽。
1 前言
“世界可持續發(fā)展工商理事會(huì )”發(fā)布報告稱(chēng)，目前全世界建筑物能源消耗占全社會(huì )能源消耗總量的40%，是工業(yè)能耗的1.5倍。要實(shí)現“全球氣候目標”，建筑物能耗是最為關(guān)鍵的因素，這份名為《行業(yè)轉型：建筑物能源效率》的報告認為：至2050年，使建筑物的能源使用量減少60%是實(shí)現“全球氣候目標”的關(guān)鍵。通過(guò)大規模運用節能技術(shù)，到2050年建筑物可節約的能源總量相當于全球運輸業(yè)目前所使用的能源總量。報告以巴西、中國、歐洲、印度、日本和美國為研究對象，指出這六個(gè)地區的GDP占全球總量的約50%，消耗了全球近三分之二的主要能源。將既有建筑改造成高能效建筑，報告中的六個(gè)地區一年共需4000億美元。
節能和減排，兩項約束性指標已成為衡量經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展的重要條件。以下的幾種優(yōu)化設計，在不增加設計、施工人員工作量的同時(shí)，有效的節省材料，減少工程量并提高了工程項目的安全可靠性，例如利用高層建筑自身鋼筋網(wǎng)做防雷接地裝置、需要系數法的負荷計算調整以及高效光源、節能燈具及附件的推廣運用等。這僅僅是建筑電氣一個(gè)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行節能減排改造的很小一部分，所以建筑物節能減排、降耗低碳改造的潛力是很大的。
2 建筑電氣節能減排優(yōu)化設計點(diǎn)滴
(1)利用建筑物結構鋼筋網(wǎng)建立更安全的防雷接地系統
1)高層建筑占地面積不大，一般為鋼筋混凝土框架結構或鋼結構，將屋面、各層結構板、墻體、柱、梁板和基礎的鋼筋網(wǎng)通過(guò)焊接或綁扎，形成眾多閉合的電氣通路(即法拉第籠)，可確保人身安全，避免接地故障引起的電器設備損壞和火災。即使建筑物頂部遭雷擊，其內、外連通結構的垂直導體電位也很小，不會(huì )超過(guò)允許的接觸電壓范圍。
2)高層建筑內電氣系統繁多，如配電、動(dòng)力、照明、電子信息系統等，采用聯(lián)合接地可使接地系統涉及到建筑物各個(gè)角落，系統更統一，不僅省去了多個(gè)接地系統不易管理、維護的麻煩，還可以滿(mǎn)足接地系統低電阻值的要求。
聯(lián)合接地系統的優(yōu)點(diǎn)歸納起來(lái)有以下幾點(diǎn)：
�、俪浞掷米匀唤拥伢w，如水暖管、中低壓鎧裝電纜的鎧裝和基礎鋼筋等。人在建筑物中，其站立處距基礎鋼筋L≤5m，則可與建筑物構成“等電位面”，此時(shí)R(接地電阻)≤0.5Ω，至建筑物外電壓衰減曲線(xiàn)為“漏斗型”，衰減緩慢，所以不必再在室外設置均壓環(huán)和獨立人工接地體，節省了大量的金屬材料和施工工程量，并且基礎鋼筋是與建筑物同壽命的。
�、诜忾]的基礎鋼筋網(wǎng)是環(huán)形自然接地體，散流面積大，各個(gè)部分均可承擔接地作用，提高了接地可靠性，其電阻值較其它接地方式更小，并且各處阻值基本相同。
�、叟c配電系統結合，可快速切斷電源、消除間接電擊和接觸電壓，便于泄放接地故障電流。
高層建筑聯(lián)合接地的優(yōu)勢更為突出，表現在以下幾個(gè)方面：
�、俳拥仉娮柚蹈�，由于高層建筑基礎和地面梁板鋼筋甚多并連接成為電氣通路，即便在土壤電阻率較高的地區，也可保證接地電阻R≤1Ω，經(jīng)過(guò)大量工程驗證，一般高層建筑的聯(lián)合接地電阻值均達不到0.3Ω.
�、诼�(lián)合接地可為建筑物內各電氣系統及電子設備提供基準電位，可消除系統接地由阻抗電磁耦合產(chǎn)生的干擾，也可避免電磁場(chǎng)和地電位差(ΔU)對各信息網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)生干擾。一些系統需要更可靠的基準電位，如信息系統(低電壓、小電流)，那么在設計中可利用基礎鋼筋焊接成封閉的環(huán)形接地體，也可在基礎鋼筋上再敷設一條40×4mm的熱鍍鋅扁鋼作為專(zhuān)用封閉的環(huán)形接地體。
�、郛斀ㄖ馐芾讚魰r(shí)，由鋼筋網(wǎng)構成的法拉第籠，不僅能保證建筑物內人和電器設備的安全，還能保證各個(gè)系統設備的運行安全。
�、芨邔咏ㄖ奈菝�、墻體、柱、樓板、地面和基礎配置的鋼筋甚多，形成總截面很大的電氣通路，故障電流或雷電流都不可能使其熔斷，熱穩定性極強。
3)高層建筑聯(lián)合接地的設置原則
高層建筑物內各系統的接地應按下列原則連接后，再與基礎鋼筋連接。
�、俦Ｗo接地與配電動(dòng)力的系統接地兩者連接。
�、谛畔⑾到y接地、電氣設備接地、計算機機柜接地、計算機線(xiàn)路濾波器接地等連接;
�、塾嬎銠C信號接地、醫療設備接地、通信(電子設備)接地等連接;
�、芊览籽b置接地必須單獨與基礎鋼筋焊接接地;
�、萋�(lián)合接地與建筑物內等電位聯(lián)結時(shí)，可導電金屬固件連接要求R≤0.5Ω。
4)完善等電位聯(lián)結
高層建筑物內除各系統接地外，還應將PE、PEN干線(xiàn)、總水管、煤氣管(應征得煤氣公司同意)、暖氣管、空調管道等金屬管道及可導電金屬部件等進(jìn)行總等電位聯(lián)結。
�、偃藭�(huì )經(jīng)常接觸的外露可導電部分應進(jìn)行等電位聯(lián)結，如樓梯的金屬扶手、電梯的金屬門(mén)框、鋁合金窗框、玻璃幕墻、衛生間所有金屬部件(如金屬掛衣鉤、金屬卷紙盒)、吊頂內各種金屬管道、吊桿、電纜橋架的金屬可導電部分，以及包括過(guò)墻處金屬橋架底面斷開(kāi)部分的跨接等。
�、诟邔咏ㄖ總�(gè)樓層應做等電位面，每層面積較大時(shí)，至少每個(gè)防火分區應設一個(gè)等電位接地端子板，每個(gè)端子板與墻或柱內鋼筋至少保證兩處牢固連接，且與樓層地面鋼筋網(wǎng)連成地面等電位面。特殊區域如機房、消防中心等也應設置等電位面。
�、郾ＷC屋面接閃器接地的可靠連接。
5)防雷與接地小結
利用混凝土內鋼筋網(wǎng)建立的聯(lián)合接地及等電位聯(lián)結體系，在確保人身和設備安全的同時(shí)，也可防止接地故障引發(fā)的火災。在一些鹽堿土質(zhì)地區，如采用直接敷設的人工接地裝置，過(guò)幾年就會(huì )銹蝕損壞，使建筑物失去接地保護。因接地體深埋于地下，人們對損壞情況不了解，直到出現故障才會(huì )意識到，因此更危險。利用基礎內鋼筋網(wǎng)做接地體，使用年限與建筑物相同，還節約了大量的鋼材，是低碳經(jīng)濟的可行之路。
(2)民用需要系數法負荷計算的問(wèn)題及解決措施
1)需要系數法負荷計算偏大的由來(lái)
民用建筑施工圖設計階段負荷計算的需要系數法，因計算簡(jiǎn)便故而被廣泛采用。負荷計算是否合理，直接影響到變壓器、母線(xiàn)、電纜和中低壓電氣設備的選擇。需要系數法負荷計算涉及概率論、統計學(xué)等多門(mén)學(xué)科，因此在工程項目中調整系數是比較難掌握的。國內現行的需要系數引自國外資料，與我國的實(shí)際情況有所偏差。需要系數已在我國沿用了數十年，從未進(jìn)行過(guò)調整和修改，原國家各部委的系數數據也不盡相同，現有的一些系數數據表格也明確標注了“供參考數值偏大”。需要系數分做低限值和上限值，設計中一般都取上限值而忽略了下限值，選中間值的基本沒(méi)有，這是負荷計算數據偏大的又一個(gè)原因。
2)需要系數法負荷計算缺少參差分布系數(Kcf)
在確定降壓站、配變電所的變壓器、主母線(xiàn)、電纜干線(xiàn)及中、低配電設備時(shí)，除需要系數(Kx)、同期使用系數(KΣ)之外，還應考慮最大負荷的參差分布系數(Kcf)。下面就負荷計算中的系數作其本介紹。
需要系數Kx、同期系數KΣ、參差分布系數Kcf的定義：
需要系數Kx：由于一臺配電箱(柜)，一條配電干線(xiàn)，一臺配電變壓器的低壓側接有許多不同類(lèi)型、不同工作制的用電設備，因此在負荷計算時(shí)，應將各種類(lèi)型的用電設備乘以小于1的系數。這個(gè)系數就稱(chēng)為用電設備的需要系數。
在實(shí)踐中，多臺設備基本上不會(huì )同時(shí)工作，即便是同時(shí)工作，也不會(huì )同時(shí)工作在額定負荷下，因此Kx的值不是一成不變的。
同期系數KΣ反映的是：由同一電源點(diǎn)供(配)電的各個(gè)下級配電所或回路之間用電的參差性和出現最大負荷的不同時(shí)性特征。KΣ分為有功負荷同期系數KΣP和無(wú)功負荷同期系數KΣQ，一般KΣP≤KΣQ.
參差分布系數Kcf是確定配變電所和主母線(xiàn)用電參差最大負荷的分布系數。Kcf的取值范圍一般為0.8~0.9，一般來(lái)說(shuō)，民用建筑的面積及用電負荷越大、用電點(diǎn)分布越廣、自動(dòng)化和智能化程度越高、選用節電產(chǎn)品越多，則應取系數的下限值，相反就要選用上限值。
需要系數法負荷計算取值過(guò)大，使選擇的各種電氣設備和裝置、主開(kāi)關(guān)、應急電源(如柴油發(fā)電機、UPS、EPS等)容量就要相應增大，主母線(xiàn)、電纜截面相應增大，造成有色金屬的浪費，不僅不符合節能減排的國策，還增加了投資。當然，系數的調整要與項目特點(diǎn)、規模和發(fā)展規劃相配合，要與項目實(shí)際用電情況和發(fā)展裕量相得益彰。
3)典型案例
案例1：某銀行中心支行高層金融大廈(集中空調)，在設計階段，經(jīng)需要系數法負荷計算，選用了6臺1000kVA的銅芯環(huán)氧樹(shù)脂全澆鑄干式變壓器(附帶風(fēng)冷和溫度控制器)。自97年投入運行以來(lái)實(shí)際只投入4臺變壓器，另2臺處于拉閘冷備狀態(tài)。近期，該大廈經(jīng)節能減排改造，包括照明系統(光源、燈具和附件的更換，燈光智能控制)、風(fēng)機盤(pán)管樓控模塊自動(dòng)控制、電熱水器控制、電梯增設能量回饋裝置等，使得全年節電約56萬(wàn)度，節約電費近42萬(wàn)元。根據節能降耗改造后實(shí)際數據的采集和計算復核、反饋，驗證了參差分布系數存在的合理性。
案例2：某建筑設計研究院18層業(yè)務(wù)樓，面積12000m2，1987年竣工時(shí)經(jīng)需要系數法負荷計算，設置了兩臺400kVA銅芯全澆鑄干式變壓器，一臺工作一臺冷備，之后小區又興建了兩幢高層住宅樓(184戶(hù))、4幢多層住宅樓和地下車(chē)庫，均由該業(yè)務(wù)樓配變電室供電，業(yè)務(wù)大樓改造后增加了空調系統，直至2004年才將兩臺400kVA變壓器更換為兩臺630kVA變壓器，仍然一工作，一冷備。由此可見(jiàn)，現行的民用建筑需要系數法負荷計算結果確實(shí)偏大很多，與當今土木工程節能減排降耗不符。希望主管部門(mén)組織專(zhuān)人考察和調研，取得科學(xué)合理的系數盡早推廣使用，避免造成不必要的浪費。
(3)LED新型光源的應用
近幾年，不少省市由于氣候原因引起電力匱乏而拉閘限電，很多工廠(chǎng)被迫減產(chǎn)、停產(chǎn)。我國照明用電量占總用電量的約12%，因而對照明系統的節能改造迫在眉睫，對緩解我國能源供應，保障能源供給安全具有重要的戰略意義。以11W高效節能熒光燈取代60W白熾燈為例，亮度提高20%，節電80%，若全國采用12億只光源，一年可節電約800億度，相當于三峽水電站一年所發(fā)的電量。據測算，節約1億度電就相當于節約了4.04萬(wàn)噸標準煤，可減少CO2排放量10.64萬(wàn)噸，SO2排放量0.09萬(wàn)噸。我國實(shí)施綠色照明工程以來(lái)，高效節能光源和裝置占有率不斷提高，國內銷(xiāo)量迅猛增漲，獲得“中國節能產(chǎn)品”認證的廠(chǎng)商多達600多家。
光源的發(fā)展經(jīng)歷了熱輻射光源、氣體放電光源、節能氣體放電光源和LED半導體光源四個(gè)階段，節能的電光源已成為當今世界照明的主流。LED屬冷光源，產(chǎn)生熱量少，輻射集中在可見(jiàn)光范圍內，產(chǎn)生的電磁輻射微乎其微，由于使用直流5V電源，故不會(huì )產(chǎn)生50Hz交流頻閃和蜂鳴。白光LED半導體固體照明光，自20世紀90年代中期問(wèn)世以來(lái)，在建筑照明領(lǐng)域迅速發(fā)展，是21世紀最具有發(fā)展前景的光源，具有低電壓、低能耗、高光效、高可靠性、長(cháng)壽命、免維護、體積小等優(yōu)點(diǎn)。LED光源可制成不同形狀的各種建筑燈具，因用其制造的燈具多將LED封閉在樹(shù)脂中，故堅固耐用、抗振動(dòng)和撞擊。白光LED光源已成為人類(lèi)照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的又一代表性產(chǎn)品，也是照明領(lǐng)域的又一次革命，將成綠色環(huán)保、高效節能、低碳照明系統的新生力量，對改善人類(lèi)生存環(huán)境，提高生活質(zhì)量做出重大貢獻，必將和節能變壓器、節能電動(dòng)機、永磁式交流接觸器、永磁式真空斷路器、變頻器等高節能產(chǎn)品載入我國建筑電氣節能的史冊。
(4)智能照明系統的節能措施
1)建筑照明首先應充分利用自然光。大開(kāi)間的場(chǎng)所，照明燈具應順著(zhù)窗戶(hù)平行敷設并且分區控制，并根據現成情況，還應適當增加控制開(kāi)關(guān)。
2)建筑物公共場(chǎng)所的照明宜采取集中遙控的管理方式，并配備自動(dòng)調光裝置。
3)照明系統可采用定時(shí)、調光、光電控制和聲光控制開(kāi)關(guān)，以進(jìn)一步節能，但節能的同時(shí)還應在應急狀態(tài)下強行點(diǎn)亮。
4)智能照明控制系統
隨著(zhù)智能建筑的興起和普及，也帶動(dòng)了智能照明技術(shù)的發(fā)展，得益于計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)及現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的成熟，智能照明控制系統具有數字化分布式的特點(diǎn)和良好的兼容性，同時(shí)它還是一種有效的節能管理方式，控制系統可按時(shí)間和環(huán)境的要求，對照明燈具進(jìn)行預設和管理，不僅節約了電能，而且延長(cháng)了光源壽命。
3 太陽(yáng)能光伏建筑一體化是土木工程今后的發(fā)展方向
進(jìn)入21世紀的人類(lèi)社會(huì )正面臨著(zhù)能源短缺和生態(tài)環(huán)境嚴重污染的局面。逐步改變能源消費結構，大力發(fā)展可再生能源，走可持續發(fā)展的道路，已成為世界各國十分關(guān)注的重大問(wèn)題。太陽(yáng)能是理想的潔凈能源，不僅零碳，還取之不盡用之不竭。隨著(zhù)能源危機的進(jìn)一步加劇，新型綠色能源開(kāi)發(fā)和利用再次引起了世界的關(guān)注，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)發(fā)展，太陽(yáng)能轉化成光能的效率大幅提升，發(fā)展光伏發(fā)電的大好時(shí)機已經(jīng)到來(lái)。
光伏建筑一體化是應用太陽(yáng)能發(fā)電的一種新概念，簡(jiǎn)單地講就是將太陽(yáng)能光伏發(fā)電方陣安裝在建筑的圍護結構外表面來(lái)提供電力。根據光伏方陣與建筑結合方式的不同，光伏建筑一體化可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是光伏方陣與建筑的結合，這種方式是將光伏方陣依附于建筑物上，建筑物作為光伏方陣載體，起支撐作用。另一類(lèi)是光伏方陣與建筑的集成，這種方式是光伏組件以一種建筑材料的形式出現，光伏方陣成為建筑不可分割的一部分，如光電瓦屋頂、光電幕墻和光電采光頂等。由于光伏方陣與建筑的結合不占用額外的地面空間，并節省電站輸配電網(wǎng)的投資，是光伏發(fā)電系統在城市中廣泛應用的最佳安裝方式，因而倍受關(guān)注。
大尺度的彩色光伏模塊可替代室外裝飾材料，也可作為建筑物玻璃幕墻，從而降低建筑物的整體造價(jià)。戶(hù)用光伏發(fā)電系統的獨立光發(fā)電站，除保證建筑物自身用電外，還可實(shí)現向配電網(wǎng)供電，以緩解高峰電力需求。安裝在屋頂和墻面上的光伏陣列直接吸收陽(yáng)光熱量，降低屋頂和墻面溫度，也可改善室內環(huán)境。
鑒于光伏建筑的眾多優(yōu)點(diǎn)，國際能源署(IEA)已將光伏建筑一體化作為光伏推廣應用的主要目標和任務(wù)，美國、日本等許多國家制訂了屋頂光伏計劃。近幾年，我國光伏建筑一體化系統也取得彌足發(fā)展，“九五”期間深圳、北京分別成功建成17kWp、7kWp光伏發(fā)電屋頂并實(shí)現了并網(wǎng)發(fā)電。華能湖南湘祁水電站主廠(chǎng)房100.8kWp太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統及京東方8代線(xiàn)廠(chǎng)房3000kWp光伏發(fā)電項目等都在緊鑼密鼓的籌備中。20世紀90年代，新疆地區曾在鐵路系統的車(chē)站、偏遠的電信基站等采用了光伏發(fā)電系統，達坂城市區的路燈也采用了光伏發(fā)電與城市電網(wǎng)互補的運行方式，但由于造價(jià)過(guò)高，在以后的民用建筑中很少被采用。光電轉化效率低和成本高是制約光伏建筑一體化發(fā)展的主要原因，但隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這兩種不利因素基本上已被解決，而現在急需轉變的是大多數人對光伏發(fā)電的一些陳舊觀(guān)點(diǎn)。
因為關(guān)于太陽(yáng)能發(fā)電、光伏建筑一體化的書(shū)籍和可參考資料很少，很多建筑師對光伏建筑一體化的概念不清(認為是發(fā)電專(zhuān)業(yè)和建筑電氣專(zhuān)業(yè)的事情)，甚至聞所未聞，因而心存芥蒂。目前，國家和行業(yè)相關(guān)部門(mén)還沒(méi)有正式出臺關(guān)于光伏建筑一體化的相關(guān)設計規范、規程、標準和安裝圖集，這也使設計師沒(méi)有設計依據可遵循。所以，光伏建筑一體化的推動(dòng)應從加強對各級政府、企事業(yè)單位和建筑領(lǐng)域等宣傳力度做起，國家還應對光伏建筑給予一定的激勵政策，這對保證國家能源安全和供給也是同等重要的。
太陽(yáng)能光伏發(fā)電設計的基本原則：
(1)可參照執行的電氣設計施工規范有《10kV及以下配電所設計規范》(GB50053-1994)、《低壓配電設計規范》(GB50041-2009)、《民用建筑電氣設計規范》(JGJ16-2008)、《建筑電氣工程施工質(zhì)量驗收規范》(GB50303-2002)等。
(2)設計中應注意的相關(guān)問(wèn)題
a.凡帶電部分均應絕緣不允許裸露，室外使用的線(xiàn)纜應為戶(hù)外型;
b.光伏組件應在方陣附近設有保護開(kāi)關(guān)，具有短路、過(guò)流保護和過(guò)電壓保護功能;
c.組件安裝時(shí)使用的絕緣導體應采用2.5mm2及以上的銅芯導體，并遵守連線(xiàn)和穿線(xiàn)規格;
d.室內外電氣安裝應執行《建筑電氣工程施工圖施工質(zhì)量驗收規范》(GB50303-2002);
e.導線(xiàn)應使用端子排連接，連接端子處應有適當的應力釋放功能;
f.光伏發(fā)電系統直流側不接地，交流側必須接地，可使用固定框架作為接地線(xiàn)，并與建筑物接地網(wǎng)連結。
(3)居住建筑太陽(yáng)能發(fā)電工程的指導思想
目前，居住建筑的光伏發(fā)電系統均由生產(chǎn)公司生產(chǎn)制造、安裝、調試、驗收和維護。太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統的整體設備應包括太陽(yáng)能光伏陣列、直流匯流箱、逆變器、監控系統、交流配電等。建筑、結構、設備、電氣專(zhuān)業(yè)設計師應共同確定并解決光伏發(fā)電系統設備在屋頂、墻面上安裝的最佳位置，利用空間通風(fēng)降溫，考慮支撐柱與屋面下墻體柱的連接、系統配電和管道敷設具體位置、接地支架設計等問(wèn)題，還須對安裝屋面裝載物抗風(fēng)、抗雨雪能力，排水管合理布置以及屋面防滲水、屋面傾斜度或坡度(獲得最佳的日照和工作效率)等諸多問(wèn)題綜合統籌。光伏發(fā)電系統還應設置SPD、漏電保護等保護，電池板的放置處應盡量避開(kāi)建筑物、構筑物陰影。
側墻安裝的光伏電池板框架也應做等電位聯(lián)結，防側擊雷危害，配電系統同樣應設置SPD、漏電保護并且接地。屋頂、側墻安裝的光電池框架和其它裝置均應預埋鐵件，不得使用射釘固定。
【建筑電氣節能減排措施及光伏新能源運用】相關(guān)文章：
電鍍企業(yè)節能減排措施方法09-09
印染企業(yè)節能減排措施方式解析06-08
企業(yè)空壓機節能減排措施方法解析05-28
化工行業(yè)節能減排措施及方案06-19
2017年辦公室節能減排措施方法07-11
最新南方建筑節能減排策略解析03-18
最新酒店后勤節能減排方案08-23