建筑电气设计节能技术思考

时间:2022-07-08 11:25:04

建筑电气设计节能技术思考

【摘要】电气设计在建筑建设、运用全周期内得到广泛重视,其基本思路是保证安全性的同时实现能耗控制。基于此,本文以常见建筑电气设计中的节能技术作为切入点,予以简述,再以此为基础,分析相关技术的应用方法,给出有功补偿应用、太阳能应用等内容,并通过实例分析论证理论可行性,服务后续具体工作。

【关键词】建筑电气设计;节能技术;太阳能;有功补偿

电气设计是根据规范要求,确定电源、负荷等级和容量,并对供配电系统接线图、线路、照明系统、动力系统、接地系统进行设计,使其与电源端、用户端实现功能匹配。现代建设电气设计除重视上述内容外,额外强调节能技术的运用,降低建筑能耗,契合节约型社会建设要求。本文就节能技术及应用进行分析。

1常见建筑电气设计中的节能技术

1.1清洁能源技术。清洁能源技术始于德国,20世纪70年代,德国科学家在慕尼黑的基地进行了建筑节能设计的广泛尝试,系统提出并论证了清洁能源技术的价值和运用方式。如太阳能技术,该技术是指应用光电转化设备对电能进行存储,用于建筑内电能的日常需求。此外,我国广东地区的闭路水循环空调、美国各地广泛运用的地道风空调,也有助于通过降低建筑常规能耗的方式实现节能。1.2照明节能技术。照明节能技术体现在两个层面,一是做好建筑内照明需求的分析,合理进行电气参数设计、设备选取;二是采用现代音控技术(也称声控技术),使设备的在非作业状态下处于关闭状态,实现电能的节约。在此前学者的研究中,照明能耗约占民用建筑电能消耗的9%~14%、占商用建筑的22%~26%,在推行上述技术后,均可实现能耗降低,民用建筑下降约3.4%,商用建筑下降约2.1%[1]。1.3补偿技术。补偿技术此前主要用于平衡电压,确保建筑的供电质量,现代补偿技术在此基础上拥有了节能功效,该功效主要体现在有功补偿方面。如此前建筑作业过程中,各类用电器的工作态势存在动态变化,供电部门无法获知建筑用电的精准信息,传输的电能可能超过实际需求,导致电能浪费。有功补偿机制是指对多余电能、太阳能转化的电能等进行存储,供电部门传输的电能可酌情少见,在建筑用电增加的情况下,启动补充设备保证足量供电,避免电能过量传输造成的浪费。1.4智能调控技术。智能调控技术是指通过智能设备进行用电信息的监测,合理进行电能分配,同时生成大数据信息,为下一阶段的电能供应提供参考。智能调控技术在我国东部部分省份已经得到广泛运用,效果理想。如辽宁省沈阳市部分变电站的智能流量监控,使建筑内的用电信息及时得到捕捉,合理分配电能,提升了资源使用效率。安装至用户端的智能电表也有助于大数据信息的收集,避免电能传输浪费。

2建筑电气设计中节能技术的应用方法

2.1太阳能应用太阳能应用的基本原理为光电转化,其主要工作设备为光伏发电设备,利用太阳电池板、控制器和逆变器构成总体设备,借助半导体的光电转化效应进行电能的转化。太阳能电池板在光照条件下,可将电子吸收,使其成为光电子、形成电流。在电气设计中,利用太阳能实现节能,需要重视半导体材料的选取,一般单晶硅的生产转化率为17.5%,多晶硅的生产转化率为16%,砷化镓的生产转化率为23%,但价格较高,无法普及[2]。以单晶硅应用为例,某建筑为多层建筑,电气设计采用常规模式,为保证节能效果,额外应用太阳能设备。建筑占地面积369.3m2,处于北纬41°40′,东经117°20′,太阳照射的入射角相对较小,应用单晶硅设备的面积应在20~25m2左右,与地面水平角为30°~33°左右。因发电总量有限,无需单独设置大容量蓄电池,完成光电转化后的电能直接存储于小容量设备中。上午电池板倾角为30°,中午为33°,下午为30°,非阴雨天气持续工作10h的情况下,可产生电能11~15kWh,满足40L水加热的需求,减少建筑用于冷水加热的能耗12~18kWh。2.2音控灯应用音控灯应用可采用大范围集中式,将建筑楼梯间的照明全部更新为音控式。该技术的基本原理为借助音频放大器捕捉灯具周围环境的变化,人员经过、交谈发出的声音,均由音频放大器捕捉,之后借助选频电路、延时开启电路和可控硅电路,启动、关闭照明设备。其应用于建筑电气设计活动中时,一般借助光敏二极管保持闭路电路系统内的电阻值超过80甚至100kΩ,三极管的导向保持不变。以长度为50m、宽度2m的走廊为例,音控灯的安装间隔以6~10m为宜,如果灯具亮度较低,也可适当缩短安装间隔。220V电压下,发射极约有0.8V的电压,满足灯具随时开始的要求。人员活动发生的响动,由音频放大器进行收集,得到放大后可互动选频电路,可控硅电路得到触发,灯具即可亮起,声音消失后,音频放大器无法捕捉对应信息,灯具重新进入待工作状态[3]。2.3有功补偿应用有功补偿技术的应用由来已久,建筑电气设计中,有功补偿主要针对一些用电总量较大、持续时间长的用户。如商民两用建筑的中央空调,夏季、冬季需要持续作业,能耗较大。在实际工作中,要求在用电一端设备具有一定蓄电能力的设备,常规作业状态下,设备的作业依托电力系统的电能,建筑收集的太阳能、剩余电能等,均通过蓄电设备存储。在设备次日的工作中,直接启动蓄电设备,作为辅助,一方面保持电压稳定,避免因电能消耗快速增加导致用电波动,另一方面补偿的电能也能降低中央空调对电力系统电能的需求,从而实现节能。以功率为90kV的中央空调为例,要求蓄电池容量应达到60Ah的水平,每日存储的电能总量,应在10kWh时以上,如果建筑周边缺乏理想光照环境,可借助电力线路,使光电转化设备和蓄电池连为一个整体,利用建筑顶部少遮挡的情况实现太阳能的利用,确保设备的补偿能力。2.4智能技术的应用智能技术主要用于建筑整体电能分配和调节,其可以独立工作,但为保证控制能力,建议与有功补偿设备共同使用。以某大型建筑为例,该建筑为某互联网企业总部,总建筑面积超过10万m2,日间总用电量较大,为保证节能效果,于电能控制室设置智能流量监控设备,另借助分布监控的方式,对建筑内的14个主要用电部门分别进行用电量实时监测,借助CAN总线技术确保不同用电部门的用电信息能够得到分别处理。一般情况下,不同部门的用电量是稳定的,设为X,该部门的实际用电量则围绕X上下波动,可通过一个非线性变化的数集表达为:X=[X-n……X-2;X-1;X;X1;X2……Xn]当监控设备发现某一个用电部门的实际用电量小于X-n且持续超过30min时,表明该部门的用电信息异常,小于当前供电需求,可据此降低供电量,剩余电量则输入有功补偿设备的蓄电池中存储。当该部门用电恢复时,其实际用电量达到X-n到Xn之间,再恢复供电,如果建筑总用电量快速增加,当前输电量不足所用,则以有功补偿设备进行辅助,避免供电中断。

3模拟分析

以某多层建筑为例,进行模拟。在该建筑原有方案基础上,引入清洁能源技术、照明节能技术、补偿技术、智能调控技术。评估两套方案的能耗水平,采用计算机进行参数模拟。结果上看,应用上述节能技术进行建筑电气设计,可降低能耗水平11%,但造价方面,较原计划增加了22%,其中设备支出为10%、人员以及建安费用等增加12%,预计新系统持续作业(夏季)7个月后,其节省的电能可与增加的支出实现平衡。总体来看,强调在建筑电气设计中引入节能技术依然具有长期的积极作用。

4总结

综上,现代社会发展对能耗控制越发关注,建筑电气设计中的节能技术有助于实现能耗控制。目前可用于建筑电气设计的节能技术包括清洁能源技术、照明节能技术、补偿技术、智能调控技术等,其应用方式、工作原理各不相同。模拟分析中,上述技术的价值得到体现,可作为后续建筑电气设计的参考酌情选用。

参考文献

[1]王义,闫飞.绿色节能技术在民用建筑电气设计中的应用研究[J].住宅与房地产,2018(34):50.

[2]薛源.建筑电气节能的技术措施及其在工程设计中的合理应用[J].中国标准化,2018(22):51-52.

[3]白建龙.绿色节能技术在民用建筑电气设计中的应用分析[J].建材与装饰,2018(04):69-70.

作者:刘卓然 单位:贵州省建设工程造价管理总站