建筑机电工程节能设计分析研究

摘要:本文结合笔者多年工作的实践经验,以建筑机电工程节能设计为分析研究对象,并结合相关规范就一些节能减排设计提出了自己的一些看法与见解,谨供大家作参考之用｡
一.前言
《公共建筑节能设计标准》(GB50189―2005),《民用建筑节能管理规定》(中华人民共和国建设部令第143号)以及《建筑节能工程施工质量验收规范》(CB50411-2007)的发布实施标志着我国的建筑节能工作已在建筑领域全面展开｡建筑节能减排是建设工程中重要的课题,其贯穿于设计､调试､使用等过程中,而设计是非常重要的控制环节,如出现有缺陷的设计,其必将导致建筑物在以后使用中节能消耗太大｡
二.节能设计措施分析
3.1供配电系统设计
(1)设计供配电系统时应简单可靠,配电级数不易过多｡同一电压等级的配电级数高压不宜多于两级,低压一般不宜多于三级,三级负荷不宜多于四级｡
(2)应根据用电负荷的容量及分布,使变压器深入负荷中心,以缩短低压供电半径,降低电能损耗,节约有色金属,减少电压损失,提高供电质量｡
(3)10kV配电系统应简单灵活,有较大的适应性｡根据负荷等级､容量､分布及线路走向等情况设计,配电系统宜以环式为主,也可采用放射式或树干式｡
(4)每条线路､每个变配电所都应有明确的供电范围,不宜交错重叠｡
3.2变压器的选择
(1)减少变压器的有功功率损耗｡空载损耗又称铁损,它是由铁芯的涡流损耗和漏磁损耗组成,是固定不变的部分｡其大小随硅钢片的性能和铁芯制造工艺而定｡所以,在设计选择变压器时应选用节能型的,如采用高导磁硅钢片,绕组采用优质铜导线,增加导线截面积,采用先进的硅钢片剪切工艺,改进铁芯叠片方式｡如S9､SC9及AMDT等型油浸变压器或干式变压器｡铜损的大小取决于变压器绕组的电阻和流过绕组电流的大小｡因此,应选用阻值较小的绕组,并采用铜芯变压器｡
(2)正确选择变压器的负载率｡虽然在负载率β=50%时,变压器的能耗最小｡但在实际使用中有一半的变压器容量没有投入运行,所以目前设计规范要求设计变压器的负载率为75%~85%｡民用建筑在使用上有季节性负荷｡建筑物季节性负荷就是冬季取暖,夏季空调制冷,用电量大｡当季节性负荷很大,设计时应选择专用变压器｡
(3)三相电源分相单独供电时,会使流过的三相电流产生不平衡｡这种不平衡的状态会引起电网的失调,中线电位升高及变压器本体损耗增加｡三相不平衡越大,损耗增加也越大｡
减少负荷不平衡的方法有:将单相用电设备均匀分接在三相电源上,最大相负荷不宜超过三相负荷平均值的115%,最小相负荷不宜小于平均值的85%;220V照明负荷的线路电流小于等于30A时,采用单相供电;大干30A时,采用三相四线制供电;使用单相自动补偿设备｡
3.3空调风系统的设计
(1)空调系统新风量的大小不仅与能耗J初投资和运行费用密切相关,而且关系到人体的健康,《公共建筑节能设计标准》(GB50189-2005)对其取值进行了规定,设计人员进行工程设计时,不应随意增加或减少｡另外,在人员密度相对较大且变化较大的房间,宜采用新风需求控制,即根据室内C02浓度检测值增加或减少新风量,使C02浓度始终维持在卫生标准规定的限值内｡
(2)风机盘管机组加新风空调系统的新风口应单独设置,或布置在风机盘管机组出风口的旁边,不应将新风接至风机盘管机组的回风吸入口处｡以免减少新风量或消弱风机盘管处理室内回风的能力｡
(3)房间面积或空间较大､人员较多或有必要集中进行温､湿度控制和管理的空调场所(如商场,影剧院､营业式餐厅’展览厅､候机/车楼､多功能厅､体育馆､大型会议室等),其空调风系统宜采用全空气空调系统,不宜采用风机盘管系统｡全空气空调系统具有易于改变新､回风比例,必要时可实现全新风运行,从而获得较大的节能效益和环境效益,且易于集中处理噪声､过滤净化和控制空调区的温､湿度,设备集中,方便维修和管理等优点｡
(4)建筑空间高度大于或等于10m､且体积大干10000m3时,宜采用分层空调系统｡与全室性空调方式相比,分层空调系统夏季可节省冷量30%左右,因此,能减少运行能耗和初投资｡但在冬季供暖工况下运行时并不节能,此点特别提请设计人员注意｡
对于民用建筑中的中庭等高大空间,通常来说,人员在底层活动,因此舒适性范围大约为地面以上2~3m｡采用分层空调,其目的是将这部分范围的空气参数控制在使用要求之内,3m以上的空间则处于“不保证”的范畴｡这里提到的分层空调只是一个概念和原则,实际工程中有多种做法,比较典型的是送风气流只负担人员活动区,同时在高空设置机械换气(排出相对“过热”的空气)等方式,因此这时需要对房间的气流组织进行适当的计算｡
在冬季采用分层送风时,由于热空气上浮的原理,上部空间的温度也会比较高,如果没有措施,甚至会高于人员活动区的温度,这时并不节能,这是设计过程中应该注意的问题｡要解决这个问题,通常有两种方式,一是设置室内机械循环系统,将房间上部过热的空气通过风道送至房间下部;二是在底层设置地板辐射或地板送风供暖系统｡
(5)同一个空调风系统中,各空调区的冷,热负荷差异和变化大､低负荷运行时间较长,且需要分别控制各空调区温度,以及建筑内区全年需要送冷风的场所,宜采用变风量(VAV)空调系统｡由于VAV系统通过调节送人房间的风量来适应负荷的变化,同时在确定系统总风量时还可以考虑一定的同时使用系数,所以能够减小风机运行能耗和装机容量｡有关文献介绍,VAV系统与定风量(CAV)统相比大约可节能30%~70%,对不同的建筑物同时使用系数可取0.8左右｡
(6)对于建筑顶层､或者吊顶上部有较大发热量､或者吊顶空间较高时,不宜直接从吊顶内回风｡因为屋顶顶面和吊顶空间范围内的外围护结构直接暴露在室外,同时夏季也会因太阳辐射的影响导致屋面和外围护结构温度较高,使得吊顶内的空气温度易受气候的影响,通过屋顶的传热量也较大｡如果采用吊顶回风,吊顶空间的温度也将接近空调房间的室内温度,实际上相当于将屋面传热的绝大部分负荷纳入了空调机组的冷,热量要求之中;如果不直接从吊顶回风而采用绝热后的回风管,显然吊顶空间相当于一个温度过渡层或者非空调夹层,对于空调机组来说,尽管仍然有部分屋面传热通过吊顶板以温差传热的方式传向室内,但由于夹层的原因,此传热量已经比吊顶直接回风时的得热量小得多,由此减少了空调机组的容量和运行冷(热)量｡当然通过吊顶空间向吊顶内设置的送､回风管也会存在传热,但相比之下要小得多｡
(7)空调风系统的作用半径不宜过大,风机的单位风量耗功率不应大于《公共建筑节能设计规范》(GB50189-2005)表5.3.26中的规定｡
为了确定单位风量耗功率设计值,设计人员在图纸设备表中注明空调机组的风机全压与要求的最低总教率是非常必要的｡
3.4另外,提高自然功率因数是机电设计节能的一个重要环节,应选用功率因数高的用电设备,采用电容器就地补偿｡民用建筑物内的电动机在起动和运行过程中的节能和照明部分的节能也应重视｡
三.结语
机电安装节能涉及到诸多因素,是一项系统工程｡对国民经济的发展产生很大影响｡节能在建筑工程机电设计的每个环节都有相应的技术措施,设计人员要重视节能,掌握先进的节能设计方法和新型电力电子节能产品信息,把节能措施运用到每项工程设计中,只有这样才能真正做到有效节能｡