民用建筑電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能與環(huán)保

彭曉玲， 苑 磊

(中國建筑東北設(shè)計(jì)研究院有限公司，沈陽 110006)

0 引言

當(dāng)人類賴以生存的環(huán)境遭到破壞并引發(fā)了嚴(yán)重后果時(shí)，人們才逐步意識(shí)到節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的重要性。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源與環(huán)境已經(jīng)作為一個(gè)不可回避的重要問題提上了各國政府的議事日程。目前，節(jié)能環(huán)保已經(jīng)成為全社會(huì)各行各業(yè)共同關(guān)注的話題。因此，在民用建筑電氣設(shè)計(jì)中采用節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品就顯得尤為重要。下面，對設(shè)計(jì)中所涉及的干式變壓器、電纜及光源的節(jié)能環(huán)保問題進(jìn)行探討，以便更合理的選用各類電氣產(chǎn)品。

1 選擇及合理使用節(jié)能型干式變壓器

干式變壓器具有阻燃自熄、免維護(hù)等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在對安全運(yùn)行有較高要求的場所。因此，在民用建筑中干式變壓器成為首選產(chǎn)品。在我國電廠主要為燃煤的火力發(fā)電，每生產(chǎn)1度電，可產(chǎn)生對空氣污染的物質(zhì)為：1 100 g CO2、9 g SO2、4.4 g NOx。如果大力推廣空載、負(fù)載損耗相對小的節(jié)能型干式變壓器，就可以大量節(jié)約電能，從而，可大量降低生產(chǎn)電能對環(huán)境造成的污染。節(jié)能型干式變壓器主要包括真空浸漬干式變壓器、樹脂澆注干式變壓器和非晶合金干式變壓器。

1.1 真空浸漬干式變壓器

它的絕緣采用聚酯纖維紙或聚芳胺合成紙(NOMEX紙)。NOMEX絕緣紙最突出的性能就是它阻燃性特別好，它能在很廣的溫度范圍內(nèi)保持性能穩(wěn)定。此外，NOMEX絕緣紙燃燒時(shí)不會(huì)釋放有毒的物質(zhì)。因此，用NOMEX紙作絕緣的干式變壓器具有安全可靠、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，即當(dāng)產(chǎn)品報(bào)廢后，NOMEX絕緣紙可無毒焚化，而銅和鐵可回收利用。另外，該種變壓器具有足夠的承受短路能力，允許長時(shí)間大負(fù)荷過載，運(yùn)行可靠性較高，在通風(fēng)良好的情況下，允許過載20%運(yùn)行。為了降低空載損耗，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能的目的，其鐵心選用了優(yōu)質(zhì)晶粒取向冷軋硅鋼片，以及45°全斜接縫無沖孔結(jié)構(gòu)。

1.2 樹脂澆注干式變壓器

它的絕緣采用環(huán)氧樹脂材料。眾所周知，環(huán)氧樹脂是一種防火阻燃、無毒、介電性能高的良好的絕緣材料。因此，用環(huán)氧樹脂在真空狀態(tài)下澆注的干式變壓器具有局部放電量小的特點(diǎn)，且因其具有較高的熱熔性，因此具有較高的過載能力，強(qiáng)迫風(fēng)冷時(shí)可達(dá)到150%額定負(fù)載運(yùn)行。此外，因其鐵心采用全斜接縫步進(jìn)式搭接，有效地降低了變壓器的空載損耗，達(dá)到了節(jié)能的效果。另外，從環(huán)保角度來看，其在火災(zāi)或產(chǎn)生電弧的情況下，無有毒氣體排放，不會(huì)污染環(huán)境。

1.3 非晶合金干式變壓器

這是最近幾年生產(chǎn)出的一種以全新電工鋼材—非晶態(tài)鋼為鐵心制成的變壓器，它是響應(yīng)國家節(jié)能降耗的方針政策及根據(jù)市場需要及時(shí)推出的節(jié)能型產(chǎn)品。非晶合金干式變壓器既有干式變壓器阻燃自熄、防潮、耐裂的優(yōu)良性能，又有非晶合金變壓器空載損耗低及空載電流小的優(yōu)點(diǎn)，因此，在各種場所使用的普通干式變壓器都可由非晶合金干式變壓器替代。非晶合金變壓器是高科技的節(jié)能型環(huán)保產(chǎn)品，與傳統(tǒng)變壓器相比節(jié)電效果十分顯著。它是利用低損耗、高導(dǎo)磁的非晶合金制作鐵心而成的新型節(jié)能變壓器，空載損耗和空載電流比硅鋼片鐵心分別下降75%和80%，符合國家倡導(dǎo)的節(jié)能減排發(fā)展方向。此外，產(chǎn)品在壽命結(jié)束后銅等主要原材料可回收，實(shí)現(xiàn)資源再利用。因此，非晶合金干式變壓器是戶內(nèi)供電網(wǎng)絡(luò)中最理想的節(jié)能型環(huán)保變電設(shè)備。

2 選擇及合理使用電纜

為了順應(yīng)當(dāng)前社會(huì)節(jié)能環(huán)保的需求，符合國家現(xiàn)有的相關(guān)政策，電纜產(chǎn)品的選擇及應(yīng)用也不斷呈現(xiàn)出向節(jié)能、環(huán)保型發(fā)展的趨勢。

2.1 交聯(lián)聚乙烯

隨著人們節(jié)能環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，在民用建筑電氣設(shè)計(jì)中的電力電纜主要由交聯(lián)聚乙烯(XLPE)型絕緣電纜取代了原來常用的聚氯乙烯(PVC)型絕緣電纜。聚氯乙烯在燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量濃煙及有害氣體，因此，國家標(biāo)準(zhǔn)《電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50217—2007)第3.4.2條規(guī)定了“明確需要與環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)時(shí)，不得選用聚氯乙烯絕緣電纜”。此外，相同線芯截面的交聯(lián)聚乙烯電纜比聚氯乙烯電纜的載流量大很多，在輸送相同的電能時(shí)，交聯(lián)聚乙烯電纜可以比聚氯乙烯電纜的線芯截面小一級(jí)，進(jìn)而可以減少相應(yīng)的銅的使用量，節(jié)省自然資源。

2.2 在電纜行業(yè)內(nèi)，人們開始提倡使用節(jié)能環(huán)保型電纜

該種電纜具有以下特征：

1)使用期間對周圍生態(tài)環(huán)境和人體安全不致產(chǎn)生危害。

2)廢棄物處理焚燒時(shí)不會(huì)有二惡英等致癌物質(zhì)擴(kuò)散，或掩埋時(shí)不會(huì)有鉛 (如用于塑料的穩(wěn)定劑)之類流失危害。

3)材料將有再生循環(huán)利用可能。相應(yīng)的，國內(nèi)市場上出現(xiàn)了低煙無鹵阻燃電纜，其完全符合節(jié)能環(huán)保型電纜的理念，盡管現(xiàn)在價(jià)格較其他普通產(chǎn)品偏貴，但它不失為電纜產(chǎn)品中的一種最佳選擇。

3 選擇及合理使用光源

自從建設(shè)部公布了《“十一五”城市綠色照明工程規(guī)劃綱要》以來，人們在民用建筑的照明設(shè)計(jì)中開始提倡并推廣綠色照明。綠色照明是為了節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境，通過多種措施和方法，以形成高效優(yōu)質(zhì)的照明系統(tǒng)，從而減少照明用電，減少發(fā)電量，進(jìn)而導(dǎo)致減少燃煤，既節(jié)約了能源，又減少了燃燒造成的CO2、SO2、NOx有害氣體的排放，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。

3.1 照明節(jié)能是綠色照明的核心內(nèi)容，而光源則是照明節(jié)能的首要因素

節(jié)能光源種類很多，如高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)、直管稀土三基色細(xì)管熒光燈(T8、T5)、緊湊型熒光燈等。隨著高效節(jié)能的照明產(chǎn)品的大力推廣，現(xiàn)在緊湊型熒光燈以色溫高、顯色性好、光線柔和，又加上體積小、照度大、功率因數(shù)高等特點(diǎn)，已被廣泛地應(yīng)用到人們的日常生活中。

然而，熒光燈中的汞卻會(huì)對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。據(jù)分析，一只節(jié)能燈燈管平均含有0.5mg的汞(只有少數(shù)名牌產(chǎn)品可以做到0.25mg左右)，而1mg的汞浸入地下就會(huì)造成大約360 t水的污染。值得慶幸的是，這一污染現(xiàn)象已經(jīng)引起國家有關(guān)部門的高度重視。據(jù)悉，國家環(huán)?？偩纸M織編制了《“十一五”國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃》，其中包括：氣體放電燈加工工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)；廢氣體放電燈回收利用污染控制技術(shù)規(guī)范。相信在不久的將來，我國會(huì)建立起完善的氣體放電燈生產(chǎn)、使用及回收制度，并教育市民合理使用、放置節(jié)能燈，使人們能夠自覺使用滿足綠色照明要求的照明電器產(chǎn)品和將廢舊照明電器投入到分類的廢舊物指定地點(diǎn)，減少對環(huán)境的污染和破壞。

3.2 LED燈

目前，市場上出現(xiàn)了一種利用高亮度白色發(fā)光二極管發(fā)光的新型節(jié)能環(huán)保燈具——LED燈。這種光源具有光效高、耗電少、壽命長、易控制、免維護(hù)、無污染、安全環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)，是新一代固體冷光源。雖然LED燈價(jià)格較現(xiàn)有照明產(chǎn)品貴一些，但因其具有優(yōu)越的節(jié)能環(huán)保性能，仍被認(rèn)為它將不可避免地替代現(xiàn)在應(yīng)用廣泛的氣體放電光源。

3.3 天然光的利用

充分利用天然光，是綠色照明的重要組成部分，其節(jié)能環(huán)保特性是不言而喻的。從國家規(guī)范《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034—2013)第6.2節(jié)中可以看出，充分利用天然光包括自然采光、利用各種導(dǎo)光和反光裝置將天然光引入室內(nèi)進(jìn)行照明、利用太陽能作為照明能源。

1)自然采光，就是自然光通過建筑物的側(cè)窗和天窗進(jìn)入室內(nèi)，可以充分利用自然資源，既節(jié)能又環(huán)保。為此，建設(shè)部制訂了《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50033—2013)。白天進(jìn)入室內(nèi)的天然光完全滿足照度要求時(shí)，可以不使用人工照明。

2)天然光導(dǎo)光系統(tǒng)可將天然光引入地下室或無窗建筑中，改善建筑室內(nèi)光環(huán)境、減少照明用電和溫室氣體的排放。根據(jù)采光方式的不同，天然光導(dǎo)光系統(tǒng)又可分為主動(dòng)式導(dǎo)光系統(tǒng)和被動(dòng)式導(dǎo)光系統(tǒng)，對日光有較高要求的場所采用前者，一般場所可采用后者。天然光導(dǎo)光系統(tǒng)主要由采光部分、導(dǎo)光部分、照明器及其附件、配件等組成。它利用室外的自然光線透過采光罩導(dǎo)入系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行重新分配，再經(jīng)特殊制作的導(dǎo)光管傳輸和強(qiáng)化后由系統(tǒng)底部的漫射裝置把自然光均勻高效地照射到室內(nèi)。天然光導(dǎo)光系統(tǒng)的工作原理是光線的聚集與傳導(dǎo)，不存在任何能量的轉(zhuǎn)化和損耗。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是采光、照明效果好，防水易處理，保溫性能好，使用壽命長(25年以上)，屋面開孔面積小，是傳統(tǒng)采光天窗和采光帶采光的1/6，可以解決采光天窗和采光帶無法解決的采光問題。然而，天然光導(dǎo)光系統(tǒng)只能在白天使用，所以必須同時(shí)采用人工照明作為夜晚或隨天氣變化而使室內(nèi)照度不夠時(shí)的輔助措施。而且，由于易受外界天氣條件的影響，天然光導(dǎo)光系統(tǒng)只能用于一般照明，不可用于應(yīng)急照明。

3)太陽能光伏電源系統(tǒng)的出現(xiàn)，使得利用太陽能這一取之不盡、用之不竭的清潔能源進(jìn)行發(fā)電成為可能。它以太陽光為能源，白天通過太陽能電池組件接受太陽輻射，將光能轉(zhuǎn)換成電能，并在控制器的管理下不斷向蓄電池充電，使用時(shí)，控制器根據(jù)設(shè)定的程序?qū)⑿铍姵刂械碾娔茚尫懦鰜硐蛴秒娫O(shè)備供電，加裝帶有保護(hù)裝置的逆變器，即可具備向交流設(shè)備供電的功能。不論是獨(dú)立使用還是并網(wǎng)發(fā)電，太陽能光伏電源系統(tǒng)主要由電子元器件構(gòu)成，不涉及機(jī)械部件，所以，太陽能光伏電源系統(tǒng)的設(shè)備簡單、使用年限長、安裝維護(hù)簡便。此外，廣泛應(yīng)用于功能照明和景觀照明的太陽能光伏電源系統(tǒng)通常是獨(dú)立系統(tǒng)，具有傳統(tǒng)照明系統(tǒng)所無可比擬的優(yōu)勢：無需消耗燃料和架設(shè)輸電線路即可就地發(fā)電供電，避免了鋪設(shè)管線對自然環(huán)境的破壞，無污染、節(jié)約能源，有利于環(huán)境保護(hù)。由于太陽能光伏電源系統(tǒng)輸出為低壓直流電(在我國通常采用DC12/24 V)，因此，具有使用安全、無觸電危險(xiǎn)的特性。然而，太陽能光伏電源系統(tǒng)易受天氣和使用環(huán)境影響 (可通過改變控制方式來增強(qiáng)穩(wěn)定性)，目前不宜用在對照明要求十分嚴(yán)格的場所。

4 結(jié)語

當(dāng)前，節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境已經(jīng)成為我國的基本國策，兩者之間有著密不可分的關(guān)系。節(jié)能不僅是為了節(jié)約能源，保證我國的資源安全，而且更為重要的是通過節(jié)能來減少CO2等有害氣體的排放量，減輕大氣環(huán)境污染，符合環(huán)保要求。作為建筑電氣設(shè)計(jì)人員，正確選擇節(jié)能型環(huán)保產(chǎn)品，合理采用既節(jié)能降耗又防止污染的最佳設(shè)計(jì)方案，對推動(dòng)電氣行業(yè)向節(jié)能、環(huán)保方向發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。

[1]GB 50034—2013，建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]2007全國民用建筑設(shè)計(jì)技術(shù)措施節(jié)能專篇電氣[S].

[3]GB 50033—2013，建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4]GB 50217—2007，電力工程電纜設(shè)計(jì)規(guī)范[S].