电气节能设计的实例分析

　　摘要:本文结合实例阐述了供配电系统的节能，电气照明的节能，建筑设备的节能，计量与管理。
　　关键词:电气节能设计；供配电；照明；设备
　　引言
　　节约资源，保护环境，是我国长期的重大方针，也是全世界所关注的重要课题。据有关资料的统计表明，建筑能耗中电气占14%。医疗建筑由于功能复杂、用电设备较多、运营时间长，电气设计时必须采取节能措施和选用节能设备。本文针对某综合楼工程的电气设计，介绍了有关医院电气的节能设计。
　　1工程简介
　　某医院是直属卫生部的三级甲等医院，肝肿瘤及心血管病综合楼工程是一个高品质的新型医疗综合体，总建筑面积约为170000m2，由肝肿瘤及心血管病临床医学楼、科技楼、儿科门急诊部、地下建筑组成。
　　2供配电系统的节能
　　供配电系统设计时采取节能措施是实现电气节能的有效途径，供配电系统的节能设计力求降低建筑物的单位能耗和供配电系统的损耗。
　　(1)根据工程实际变压器安装容量确定适当的供电电压，能有效降低供电线路的运行损耗。在实际的设计中，工程受电变压器总容量约为14400kVA，另有3台10kV供电冷水机组(容量为900kVA)。考虑到技术经济合理性及上海电力部门的规定(大于等于6300kVA时，一般采用35kV供电)，采用两路35kV独立电源供电。35/10kV变压器二次侧供电给8台10/0．4kV变压器及3台冷水机组。3台冷水机组因功率较大(大于550kW，应采用中压供电)，为降低线路损耗及避免机组起动时对其他设备的影响，采用10kV供电。
　　(2)合理选定变电所的位置，可减少低压侧线路长度，降低线路损耗。该工程变配电所设在地下1层，位于建筑群的中心位置，各建筑单体地下1层相互连接，有利于变配电所低压侧供电电缆走线，能有效控制低压侧配电线路的长度(不超250m)。
　　(3)变压器是配电系统中常用的主要电源设备，因其自身需要消耗一定的电能，并且通电后长期在电网上运行，一般只在检修时才退出电网，如选择能耗较大的变压器，长期运行后其本身耗电量也很大，所以选择自身功耗较低的节能环保型变压器极为重要。该工程选用的SCB10系列低损耗、低噪音干式变压器，是国家认证机构确认的节能型设备，符合国家节能标准，相比SCB9系列，负载损耗降低了10%。变压器接线采用D，yn11，有利于变压器容量在三相不平衡负荷下得以充分利用及抑制3次谐波电流。
　　(4)在电力系统中，大部分负载在消耗有功功率的同时，也消耗了大量的无功功率，这些无功功率并没有被负载真正消耗，而是以电场和磁场的形式进行交换，因此无功功率将会占用供电设备容量，增加变压器和输电线路损耗，降低设备供电电压，增加用电成本。通过无功补偿能改善功率因数，提升输电效率，节约能源并净化电网。该工程配电系统采用并联充气式环保电容器作为无功补偿装置，并在变配电所低压侧集中补偿，为避免过补偿，采用自动投切装置，根据无功功率参数进行调节，使功率因数保持在0．9以上。
　　5)电力系统中存在非线性电力负荷，会产生大量的谐波，谐波会使电网中的元件产生附加的谐波损耗，降低发电、输电及用电设备的效率，大量的谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。现行国家标准GB/T14549—1993《电能质量公用电网谐波》对配电系统中的谐波电压和公共连接点注入的谐波电流允许限值作了规定，为达到规定的允许值，需采用技术措施对谐波进行预防及治理。上海市地方标准DG/TJ08-1104—2005《公共建筑电磁兼容设计规范》对低压配电系统的谐波骚扰强度作了分级规定，根据谐波骚扰等级的不同，采用适当的谐波治理措施能经济有效的减少或消除谐波。医院的重要手术室和重症监护室等有较多对谐波敏感的重要设备，其配电系统主干线的谐波骚扰强度达到1级。为抑制谐波，优化电网，该工程采取了一系列措施进行防治，配电系统的接地形式采用TNS，变压器绕组采用D，yn11型接线，有利于抑制3次谐波电流法入的电网络。在补偿电容器上串接电抗器后能将谐振频率降至系统最低，并实现在工频下呈性，可改善功率因数，而在谐振频率时呈感性，从而防止并联谐振避免对谐波的放大。因电网中大量的谐波为5次和7次谐波，选择7%电抗率的串联电抗器能较好的抑制5次和7次谐波。因医院中X光机、CT机、核磁共振机等大功率非线性负载较多，其产生的谐波较多且变化较大，为将其对配电线路及线路上其他设备的影响降到最低，在变电所低压配电母线上并联有源滤波器，实现动态补偿，可对频率和大小都变化的谐波及变化的无功功率进行补偿，对补偿对象的变化有极快的响应。
　　3电气照明的节能
　　照明用电约占医疗建筑用电负荷的30%，且持续用电时间较长。在照明设计时，选用节能设备及采取有效的控制措施能达到较好的节能效果。
　　(1)照明光源的选择应符合现行国家标准GB50034—2004《建筑照明设计标准》的规定，根据不同使用场合，选择合适的照明光源。相同种类的光源应尽可能选用光效高的类型，在同一照明环境下，高光效的光源只需要较少的光源数量或较低的光源功率就能达到低光效光源所提供的照度，能降低照明用电。该工程大部分场所均采用了三基色T5节能荧光灯管，其光效约为83．1lm/W，而普通荧光灯的光效约为57lm/W，1根28W的三基色T5荧光灯光通量相当于1根40W普通荧光灯，能节电30%。三基色T5荧光灯还具有外形纤巧美观、寿命长、起动速度快等优点，在医院照明节能设计中广泛应用。
　　(2)镇流器是气体放灯为稳定放电电流而采用的装置，保证气体放电灯获得正常工作所需要的灯电压和灯电流。荧光灯均配有电子镇流器，能保证荧光灯单灯功率因数大于0．9，其自身功耗较小，不到3W，相比普通型电感镇流器节电65%，较节能型电感镇流器节电33%。
　　(3)选用配光合理、效率高的灯具尤为重要，高光效光源如无高效率灯具的配合，其光输出将会大大降低，需要使用更多灯具来满足照度要求，达不到节能的目标。设计时对荧光灯灯具效率提出了明确的要求:开敞式75%，透明保护罩65%，模砂、棱镜保护罩55%，格栅60%。
　　(4)照明控制应根据建筑物的特性及使用要求确定，对照明系统进行经济、有效的控制，能在满足建筑物正常运作的前提下，尽可能降低照明用电，达到节能的目的。医疗建筑是一个功能复杂、照明环境要求较高的建筑物，照明控制采用智能照明控制系统与区域控制相结合的方式，对大厅、走廊、楼梯间等公共场所采用智能照明控制系统集中控制，诊室、办公室、病房、监护室、手术室等小面积场所采用区域开关控制。智能照明控制系统能根据某一区域的功能、每天不同时间的用途和室外光亮度自动控制照明，并可进行场景预设，由楼宇自动化(BuildingAutomation，BA)系统或分控制器通过调光模块、调光器自动调用，控制照明用电。在病房、监护室等区域控制场所使用调光开关，能在节能的同时满足不同时间段对照明的需求。
　　4建筑设备的节能
　　建筑设备主要包括空调系统设备及给排水设备等。医疗建筑用电负荷中，空调电制冷约占45%～55%，给排水及其他动力设备用电约占15%～25%，对其进行节能控制，能有效提高节能效果。空调系统及给排水系统的节能控制是基于建筑设备监控系统的监测、控制功能实现的。为了对建筑物内各种机电设备进行监视、控制、测量，使各种机电设备安全、可靠、节能运行，配置了智能型建筑设备监控系统。其监控内容主要包括:对冷热源设备、通风设备、空调设备及环境监测设备进行监视、测量、控制;对生活水池与水箱、消防水池与水箱、给排水设备、污水处理设备等进行监视、测量、控制;对电梯系统运行状态进行监视及紧急状态报警;对变电所内设备的运行状态进行监视、电能参数测量和故障报警;通过对智能照明控制系统的监管对一些重要场所的照明及建筑物立面照明进行监视和控制;监视真空泵、空压机、各种气体的状态，并即时报警。
　　5计量与管理
　　该工程变配电所内设置了电能管理与电力监控系统，能及时监视电能质量并针对空调用电、动力用电、照明插座用电和特殊用电等进行分项计量。计量装置的设置是为了有效进行能量计量、管理。设置能量计量装置不仅有利于管理与收费，用户也能及时了解和分析用能情况，加强管理，提高节能意识和节能的积极性，自觉采用节能措施。
　　6结语
　　医疗建筑电气节能设计的要点和难点是如何在为病人、医院工作者等提供先进、完整、安全的用电环境的同时，尽可能降低照明及动力设备的能耗。必须在严格遵循规范的前提下，结合当前先进的设计理念，才能设计出符合节能要求的医疗建筑电气系统。

《电气节能设计的实例分析》

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