公共建筑系统节能工程解决方案

来源: 索佳  作者: 索佳  发布于: 2014/3/15 8:03:39  关注度:


一、公共建筑范围

根据建筑的使用功能和用能特点,将国家机关办公建筑和大型公共建筑分为8类。

(1)办公建筑;

(2)商场建筑;

(3)宾馆饭店建筑;

(4)文化教育建筑;

(5)医疗卫生建筑;

(6)体育建筑;

(7)综合建筑;

(8)其它建筑。其它建筑指除上述7种建筑类型外的国家机关办公建筑和大型公共建筑。


二、公共建筑节能技术方案

根据公共建筑的耗能分析得知,公共建筑的耗能主要体现在供配电系统、照明系统、空调新风系统、采暖系统、动力系统、水泵系统。对于公共建筑系统节能改造,主要针对以上6大系统提出具体技术解决方案。

1、供配电系统节能改造

⑴公共建筑用电设备和电力分配系统采用三相平衡、加装专业节电设备、系统智能控制等技术措施,实现用电系统整体优化。

智能三相平衡节电是一种电磁平衡式外加系统净化的节电器,其工作原理是通过提高电路系统的功率因数,调节电路的电压、电流的幅度,降低负载和线路的工作温度,最大限度地降低各种负载和电路的电耗。其特别加强的磁场能量补偿技术,能保证其线路中各种负载运行稳定,同时可保证灯光系统启动正常,获得更高、更稳定的节电效果,成功地实现了既能保证系统正常用电,又能最大限度地节电省钱,从而达到提高用户经济效益的目的。


节电原理

——线路净化节电:电力线路的污染随着电力电子技术的发展,越来越严重,线路当中的谐波、浪涌会造成用电系统的效率下降,用电设备与线路热损增加,造成线路谐波和浪涌的原因很多,其中各种劢变电源、用到可控硅的各种控制电路及电源设备,如:变频器、软启动器、硅整流设备、各种气体放电灯的电子式镇流器都会对线路产生污染,通过滤除谐波、吸收浪涌可减少线路发热,提高用电效率,是节约电的一个有效的手段。节电器采用最新的滤除谐波与浪涌吸收技术,从减少线路与用电器的热损耗、提高用电效率着手,达到节约电能的目的,即所谓的线路净化节电。

——优化功率节电:对于感性的气体放电照明灯具,在启动时需要一个高电压将灯管中的气体激活,当管中气体激活导通后,维持原有功率供电,灯具就会以发热的形式将电能消耗掉,如果这时将其功率适当调小,既能保证正常的光照度,又能减少灯具的热损耗。对于一些小型动力设备,在负载与动力匹配时,都留有一定的余量,长期工作在低负荷状态,也造成能源的浪费,通过一定的手段适当调整其功率,减小留有的余量,降低由于功率富余产生的多余力矩,。节电器通过控压限流的手段从优化用电器的功率着手,降低由于功率富余造成的用电浪费,实现节约用电的目的。即所谓的优化功率节电。

——平衡三相节电:三相电流差异过大,会形成较大的零序电流,使用电效率下降,造成浪费,三相节电器应用磁场能量补偿技术,能有效的平衡三相电流,降低零序电流,提高用电效率。即所谓的平衡三相节电。

三相平衡节电的特点

节电效果显著,标称节电率分20%、30%、40%三个档位可选择。

由于其对系统的净化和功率优化大幅度除低了灯具及设备的工作温度。

延长设备、灯具、镇流器、开关的使用寿命,大幅度降低维护成本。

保证灯光系统启动容易、无抖动、灯光无闪烁现象,设备运行稳定。

提高系统的功率因数,减少无功损耗。

自动节电,无须调试,无须专人操作管理。

性能稳定可靠,免维护使用。

体积小巧,占用空间小,安装灵活方便。

无需改变原有线路的控制状态,无需改变用户的用电习惯和使用方式。

不影响其它用电设备的使用。

可以在有补偿电容的系统中运行,并且有很好的节电效果。

输出为完整的正弦波,不会对电网产生任何谐波污染,实施平滑的灯光控制。

长达十年以上的使用寿命,长期收益。

2、照明系统节电改造

(1)将公共建筑室内和周围的景观照明系统应用LED产品技术进行改造。

(2)将公共建筑走廊、楼梯等公共部位(除消防通道外)的普通照明控制开关全部更换成延时开关或智能LED控制产品以此减少电耗。

(3)对于大型公共建筑,可选用集中照明控制系统。

2、空调系统节能改造

将机关综合办公楼使用的分体空调进行节能控制,改造为中央空调系统,采用节能清洗、风机水泵变频或更新关键设备、系统智能控制等改造。


中央空调系统原理

中央空调系统节能控制:

①减少循环水泵电机能耗

中央空调系统中的循环水泵耗电量非常大,其水泵的耗电量占整个空调系统耗电量的15-30%,所以水泵节能非常重要,我们通过变频技术减少循环水泵电机的能耗来达到节能效果。

②减少风机电耗

中央空调系统中风机包括空调风机、排风机。这些设备的电耗占空调系统耗电量的75%,所以其能的潜力也就是最大的。使用智能变频风机将定风量控制改为变风量控制,降低送风的风速,减少噪音,末端风机改为变风量控制系统,可根据空调负荷的变化及室内要求参数的改变自动调节空调送风量,达到最小送风量时调节送风温度,最大限度的减少风机动力以节约能源。室内无过冷或过热的现象,由此可减少空调负荷约5-30%。

③水系统采用变流量模糊控制变频节能技术

在中央空调系统中,冷却水泵,冷冻水泵和冷却塔风机的容量是按照建筑物最大设计热负荷选定的,且留有10-15%的余量。在一年四季中,系统长期在固定的最大水流量下工作,由于季节、昼夜采用负荷的不断变化,空调实际的热负荷绝大多数时间内远比设计负荷低。

④使用智能控制系统

目前的中央空调大多数未设空调自控,其设备投入运行均由人工完成。这使得空调系统的运行管理极为不便,能耗大大增加。若加装空调智能的自控系统,即使是最简单的启停控制,也可大节省空调能耗,另外也容易实现空调末端温度的灵活设置。

3、采暖系统节能改造

⑴对机关综合办公楼使用的供暖系统进行节能改造,将燃煤锅炉供暖系统改造为地源热泵供热系统;地源热泵是指,通过在地下岩体中凿建生产井群,利用水泵直接抽取地下水,通过二次换热或直接送水至水源热泵机组与制冷剂进行热交换,经提取热量或释放热量后,在合适地点(一般设回灌井群)回灌或排放的系统,也被称为开式回路系统。一般由水源系统、水源热泵机房系统和末端用户系统三部分组成。其中,水源系统包括水源、取水构筑物、输水管网和水处理设备等。


地源热泵原理示意图

地源热泵特点:

①地源热泵技术属可再生能源利用技术 地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源(通常小于400米深)作为冷热源,进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能(Earth Energy),是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器,收集了47%的太阳能量,比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制,真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源,使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。

②地源热泵属经济有效的节能技术 地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定,冬季比环境空气温度高,夏季比环境空气温度低,是很好的热泵热源和空调冷源,这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%,因此要节能和节省运行费用40%左右。另外,地能温度较恒定的特性,使得热泵机组运行更可靠、稳定,也保证了系统的高效性和经济性。 据美国环保署EPA估计,设计安装良好的地源热泵,平均来说可以节约用户30~40%的供热制冷空调的运行费用。

③地源热泵环境效益显著 地源热泵的污染物排放,与空气源热泵相比,相当于减少40%以上,与电供暖相比,相当于减少70%以上,如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂,但比常规空调装置减少25%的充灌量;属自含式系统,即该装置能在工厂车间内事先整装密封好,因此,制冷剂泄漏机率大为减少。该装置的运行没有任何污染,可以建造在居民区内,没有燃烧,没有排烟,也没有废弃物,不需要堆放燃料废物的场地,且不用远距离输送热量。

④地源热泵一机多用,应用范围广 地源热泵系统可供暖、空调,还可供生活热水,一机多用,一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统;

⑤地源热泵空调系统维护费用低 在同等条件下,采用地源热泵系统的建筑物能够减少维护费用。地源热泵非常耐用,它的机械运动部件非常少,所有的部件不是埋在地下便是安装在室内,从而避免了室外的恶劣气候,其地下部分可保证50年,地上部分可保证30年,因此地源热泵是免维护空调,节省了维护费用,使用户的投资在3年左右即可收回。 此外,机组使用寿命长,均在15年以上;机组紧凑、节省空间;自动控制程度高,可无人值守。地源热泵缺点 当然,象任何事物一样,地源热泵也不是十全十美的,如其应用会受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响;一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同;采用地下水的利用方式,会受到当地地下水资源的制约,实际上地源热泵并不需要开采地下水,所使用的地下水可全部回灌,不会对水质产生污染。

⑵配套将室内暖气片散热系统改造为地暖散热系统,采用先进的控制系统,通过增加控制系统对采暖系统进行实时调节,降低供热能耗,提高供热效率;

地暖节能源于自身节能和能耗特点:

①相同舒适条件下室内设计温度可降低2~3摄氏度,由此可降低室内外空气对流损失。

②垂直温度分布均匀,降低了房间上方的温度,从而降低了上方维护的传热损失。

③消除了散热器附近维护的室内外热流短路。

④发热管下面有保温层,避免户间热量浪费。

⑤分回路供热,方便用户控制,调节,没人住的房间可以关掉。

⑥地暖属于低温传送热媒,输送过程中热损失较小,这也是地暖节能的一个方面。

⑶运用新型节能材料与技术,对外墙、屋面及外门窗进行改造,加装保温材料,提高围护结构保温隔热性能。

有资料显示,房屋中超过35%的热量都是通过窗户来进行交换的,可以通过将门窗玻璃改造为双层填充高效绝热凝胶材料的方式解决冬季屋内热量散失、夏季热量流入的问题。

高效绝热凝胶材料的特点:

①重量轻

②绝热效果好,是传统隔热材料的5到7倍

4、动力系统的节电改造

动力系统的主要耗电为电梯,电梯的使用现在越来越多,在对宾馆、写字楼等的用电情况调查统计中,电梯用电量占总用电量的17%-25%以上,仅次于空调用电量,高于照明、供水等的用电量。

电梯是垂直运行及倾斜运行的带厢体电梯、倾斜方向运行的阶梯式自动扶梯,倾斜或水平方向运行的自动人行道的总称;对于电梯的节能主要对象为升降电梯和自动扶梯。

(1)电梯节能效果

节能效果与电梯功率、电梯整个系统、电梯的平衡系统等方面有关,以下几类情况节能效果更好:

①楼层越高的电梯,制动频繁,节能越多;

②越新安装使用的电梯,机械惯性大,节能越多;

③使用时间越久的电梯,摩擦力大,节能越多;

④速度越快的电梯,制动频繁,节能越多;

⑤使用越频繁的电梯,制动频繁,节能越多。

(2)自动扶梯节能

自动扶梯是公共场所运送乘客的最典型设备之一,在商场、宾馆、机场、车站等场所被广泛地使用。一般普通自动扶梯存在三大缺陷:

a、浪费电能惊人

对于周期性明显的机场、车站等场所,在飞机或列车到来时客流集中,其余时间乘客较少;对于商场、购物中心等场所,一般在早上开门后、中午吃饭、晚上打烊前等时间段相对客流量较少;对于宾馆、建材家具市场等场所,全天的客流量都不及商场、购物中心等场所。迄今为止,绝大多数自动扶梯都是采用直接电源供电,并且不进行调速,使得自动扶梯在无人乘坐的时候仍然全速运行,造成大量电能浪费。

假设一部自动扶梯每天运行10小时,空驶率50%(电动机功率为7.5kW),每年浪费的电能为:7.5度/小时×5小时/天×365天=13687.5度 按每度电1.00元的价格计算,一部自动扶梯每年损失费用13,687.50元

b、机械磨损严重、使用寿命缩短

由于自动扶梯采用直接起动的方式,通常每天运行八小时以上,不论有无乘客乘坐,自动扶梯始终保持高速运转,其机械磨损比较大。自动扶梯的寿命一般在十年左右,超过年限后主要部件的磨损相当严重,需要更换大量主要部件或干脆更新整梯才能继续服务。

c、故障率较高、致使使用成本高

由于自动扶梯长时间保持全速运转,其扶手带、梳齿板、梯级等部件磨损很快,除更换部件需要大量的费用外,磨损间隙加大也经常导致自动扶梯出现故障而停止运行或造成故障隐患和发生事故,对于用户、乘客及自动扶梯保养单位都是一件十分烦恼的事。

近年来为了响应政府建设节约型社会的号召,降低运行成本,新安装的电梯大都带有节能措施。但对于众多已安装好的手扶电梯来说,本身是没有节电功能的,成为“扔之可惜,用之浪费”状况。经过我公司多年的研究实验,终于推出了针对老式手扶电梯的一套智能化的节电设备,它采用高灵敏的红外传感器、变流器和变频调速器等高科技产品,配合自主开发的智能电路,实现无人时自动停止(或减速),有人时自动启动(或加速),从而控制手扶电梯的自动运行。

关键设备及节电原理:

远红外传感器——用于检测是否有人在运行,当有乘客通过或接近远红外传感器时,人体微热量(或移动物体)被传感器接收,并报告给系统。

控制电路——是实现自动控制的智能系统。它接收红外探头的状态,当有人进入扶梯时启动运行(或由慢速转为正常速度运行),运行一定时间后(如30秒~50秒,可设),若无人乘梯,自动扶梯则停止运行或转入慢运行,若连续有人乘梯,自动扶梯则连续运行。

变频调速器——是为了更合理地节省能源所采用的现代尖端设备,它具有调速、软起动、无触点、低速运行等特点。可进一步节能,同时保护电机不容易烧毁。

产品特点与作用:

自动控制,有人时自动启动(或加速),无人时自动停止(或减速缓慢运行)。

节电率20%以上,减少机械磨损及节约维修保养费用,延长自动扶梯使用寿命。

安装简单,不改变原控制线路,运行安全可靠。

二次起动时舒适感好,由于软起动,避免了机械突然受力容易损坏零部件的弊端

(3)升降电梯节能

升降电梯采用变频调速的电梯启动运行达到最高运行速度后具有最大的机械功能,电梯达到目标层前要逐步减速直到电梯停止运动为止,这一过程是电梯曳引机释放机械功能量的过程。

此外,升降电梯还是一个势能性负载,为了均匀拖动负载,电梯由曳引机拖动的负载是由载客轿厢和对重平衡块组成,只有当轿厢载重量约为50%(1吨载客电梯乘客为7人左右)时,轿厢和对重平衡块才相互平衡,否则,轿厢和对重平衡块就会有质量差,使电梯运行时产生机械位能(电梯重载下行和轻载上行)。

电梯运行中多余的机械能(含势能、动能),通过电动机和变频器转换成直流电能储存在变频器直流回路中的电容中。回送到电容中的电能越多,电容电压就越高,如不及时释放电容器储存的电能,就会产生过压故障,使变频器停止工作,电梯无法正常运行。而在使用电梯回馈节能装置后,能有效地将电容中储存的直流电能转换成交流电能回送到电网。并且避免了因使用能耗电阻而造成的系统效率低、环境温度过高等缺点。

采用节能技术---电梯能量回馈技术

它采用德国技术生产制造的电梯专用高性能回馈式制动单元。升降电梯在使用电梯回馈节能产品后,能有效的将电容中储存的直流电能转换成交流电能回送到电网。节电率达20%- 45%。此外,由于无电阻发热元件,降低了机房的环境温度,同时也改善了电梯控制系统的运行温度,使控制系统不再死机,延长电梯使用寿命。机房可以不再使用空调等散热设备,可以节省机房空调和散热设备的耗电量,节能环保,使电梯更省电。在许多场合,节约空调耗电量往往带来更大的节电效果,是新电梯配套、旧电梯改造的首选产品。

该系列产品适用于所有电梯变频器,且广泛成功应用于三菱、富士、日立、奥的斯、蒂森、通力、永大、优力维特、三荣、德圣米高等品牌电梯。

性能特点:

a. 采用PWM脉宽调制技术,输出相位准确、有效抑制高次谐波。

b.采用DSP中央处理器,速率高、精度高、稳定性能好、抗干扰能力强。

c. 采用自诊断技术确保输出电压精确,防止电流回送,使变频器不受任何影响。

d. 电压畸变小于5%,符合IEC61000-3-2及GB/T14549对电网谐波要求。

e. 应用电抗器和噪声滤波器,可直接和220V / 380V电网驳接使用。在频繁制动的场合,节电更明显。

f. 能量转换率97%以上,视电梯运行状况节能效果可达20%~45%。

g. 真正实现了变频调速系统的四象限运行;

h. 制动产生的能量得到回收利用,系统的效率大大提高;

i. 系统发热量降低,安全性提高,维护工作量减小;

j. 完善制动效果,适应快速制动和频繁制动的工程需求。

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