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所謂的建筑節能則主要指的是利用科學技術與一定手段,對建筑中的照明系統、采暖系統等進行一定的改進,以達到降低能源消耗的目的;對建筑周圍的自然能源充分利用,以提升能源的高效利用率,從而在很大程度上促進綠色建筑的發展。供暖系統是建筑必不可少的系統之一,也是建筑耗能最多的系統,如果能夠將建筑損失的熱量降低,便可以在很大程度上減少采暖系統對能源的消耗,具體來講,想要實現建筑節能,可以從以下幾方面入手:第一,充分利用太陽輻射熱能與建筑的內部熱能;第二,提升建筑門窗的密封性,以減少因空氣滲透所造成的熱量消耗;第三,在一定程度內減少建筑外表面積,以及提升建筑維護結構的保溫性能也可以減少建筑因傳熱所造成的熱量消耗。
2建材節能與建筑節能問題的關聯性
2.1建材節能的相關問題
在建材節能領域中,主要存在的問題有以下兩個方面:其一,建筑的生產相關環節存在不達標現象,由于當前市場上的節能建材價格相對較高,導致一部分施工人員在施工過程中對建筑材料偷工減料、以次充好,忽略建筑材料之間搭配的合理性,而相關的管理者也并沒有及時系統的進行監督與審查,造成很多建筑中的建筑材料不能達到節能的標準[2]。而與其他相同用途的建筑材料相比,節能建材的性價比相對較低,礙于經濟因素,當前在建筑市場中大規模推行節能建材仍然存在一定難度。另外,對節能理念的認識不足也是當前建材節能領域存在的主要問題之一,很多人還沒有意識到使用節能建材的好處與重要性。其二,建筑的施工環節不到位,當前很多建筑施工工人不能對節能建材合理科學的進行設計與施工,也在一定程度上限制了節能建材優勢的充分發揮。
2.2建筑節能的相關問題
在建筑節能領域,建筑耗能是最核心的問題,當前很多建筑的能源消耗量過大,且存在能源利用率較低的現象。以北方地區為例,冬季建筑都要進行采暖,而當前絕大多數建筑的采暖系統都是以消耗煤資源為主,每年都會耗費很多不可再生資源,也對大氣等自然環境產生嚴重污染,在很大程度上制約著我國經濟的進一步發展。而且,在很多城市建筑中,供熱所用的空調有很多都會出現供熱效率不高、相關維護裝置沒有足夠氣密性以及保溫性等現象。另外,我國當前還有相當一部分建筑人員沒有足夠的建筑節能意識,早在上個世紀八十年代,西方許多發達國家在進行經濟發展的同時,便已經在建筑節能的技術方面非常有建樹了,而我國卻沒有在這方面考慮太多[3]。
2.3兩者的關聯性
從上述情況看,在當前建材節能領域與建筑節能領域中,都存在著能源上的浪費現象,建筑建造的基本便是建筑材料,如果建筑材料在能源上浪費嚴重,也會在很大程度上影響建筑的節能性。另外,在建材節能與建筑節能領域,還都存在著意識不足現象,這在一定程度上反映了我國當前在節能建筑觀念的普及方面仍然沒有做到位。
3建材節能與建筑節能施工措施的關聯性
3.1建材節能的施工措施
在建筑建造過程中合理應用可再生能源,如在建筑的設計過程中,將太陽能合理利用便能夠實現太陽能的光伏發電。另外,還可以對建筑材料產生的廢棄物充分利用,不僅能夠節省一部分建筑成本,還能夠減少建筑垃圾對環境的污染,如將已經廢棄的橡膠打碎成顆粒,融入到建筑部混凝土中,不僅能夠提升混凝土的抗裂性,還能夠節省建筑成本、減少環境污染。
3.2建筑節能的施工措施
建筑節能主要表現在使建筑供熱系統的供熱效率得到有效提升,以及減少建筑圍欄保護結構的散熱兩方面[4]。在建筑過程中,可以對建筑的墻體與門窗的保溫性能加以改善,還需要對建筑的題型系數加以控制,與此同時,還可以對建筑的布局進行科學合理的調整,以提升建筑的節能效果。
3.3兩者的關聯性
建材節能是建筑節能中非常重要的組成部分,如果沒有做好建材節能,那么建筑節能也就無從談起,如果可以將具備節能效果的建筑材料運用到建筑節能的相關設計當中,不僅僅可以使能源的消耗有所降低,還能夠充分發揮祝建筑自身的保溫隔熱功能,使建筑更加符合節能環保的新型理念。
4結論
要出臺一些政策法規,加強空調能耗的控制力度,從而從總體上把握安裝設計、設備研發、后期維護等作業對空調能好的控制。西方發達國家早在十九世紀七十年代就已經能夠正視并著力采取一些政策法規控制空調能耗。如制定熱阻指標、直接地控制建筑圍護結構,從而在根源上解決建筑設計中空調設備的選型不當的情況。此外,西方國家為了更好實現空調的能耗控制,還設立了專門的機構,研發節能空調,并在全國范圍內落實對空調能耗的檢查監督,以免能耗超標。建筑能耗指標的制定涉及的方面很多,是一項系統的、細致的、復雜的工程。指標制定時,不單單是要考慮建筑設計的建筑負荷,還要將空調設備的中能耗上限值納入考慮范圍當中,如常見的冷水機組、水泵、換風機等。此外,大中型工程設計的建筑方案經由專門的機構對其進行審查,如有不當,則要進行改進。并對其使用功能進行衡量,在符合用戶需求的前提下,控制能耗不超標。從而從根源上解決建筑交付后實用性不高、能源消費大的情況。此外,大型建筑的空調系統設計是一項復雜程度很高的設計,其對工藝流程的要求也很高。在實際作業中如果仍然采用以前的圍護結構控制平均傳熱系數的方法,直接后果就是降低了空調系統的實用性。可見,空調能耗指標的制定,可與我國建筑能耗指標相結合,制定出適宜我國實際的能耗控制指標,如負荷系數法和空調耗能系數法等。
2計算機軟件的應用
科學技術的發展對于各行業各領域來說都是推動領域新技術使用的前提條件,這一點對于建筑空調能耗控制來說同樣也適用。實現建筑空調能耗控制指標的合理性,科學性,必然會用到一些科學的計算方法。對于西方國家來說,也愿意投入大量的資金與技術對這種科學的計算方法進行研究分析。而這些科學的計算方法可以由大型軟件實現,如美國在這一方面的突出貢獻,ACCESS軟件和TRNSY軟件,日本的突出貢獻則是研發了HASP軟件,法國也取得了一定的成就,典型的就是CIJM2000軟件,以及其他國家自主研發的大型軟件。對于法國研發的CIJM2000軟件來說,其對數據的分析主要是采用網絡法對系統進行動態模擬,使用丹麥軟件ESACAP作網絡描述和模擬計算,從語言(ESACAP)到編程(模塊式)都有其獨特之處。從而讓該軟件在編程語言模塊和系統模塊上都具有了其它軟件沒有的獨特性。不得不注意的是,大型軟件的應用對使用者提出了很高的要求,他們必須要具備軟件應用過程中的編程能力。如果沒有相應的編程能力,就會造成計算結果的誤差。此外,在計算空調能耗指標中應用該軟件,往往需要耗費一段時間。因此,為了提高該軟件的實用性,很多國家都在致力于解決耗時長的問題。如在計算建筑物內部采暖能耗時,可以采用“度日法”,較高的適用性彌補了估算結果的粗獷,也得到了世界各國的廣泛運用。結合多年實踐經驗以及我國的實際情況,解決我國建筑空調能耗問題最適宜的方法應該是改良溫頻法。首先,該方法具有通用性,不管是建筑供冷空調系統的應用還是供暖能耗的分析都有著良好的應用;其次,該方法具有簡明性,通過對穩定傳熱公式的應用,提升了空調能耗分析的實用性;第三,與我國“冷負荷系數法”計算原理一致,大量的減少了參數的重復計算。
3氣象參數的提供
逐時計算法的采用,對氣象參數資料提出了很高的要求。即使是之前的“改良穩頻法”簡算法,其計算過程中也還要求要用到室外空氣干、溫球溫度以及濕度這幾項參數。氣象參數作為一個參考數據,其對能耗的分析也產生了很大的影響。但是當前,我國不少省市的氣象部門在提供氣象參數時采取有償服務的方式,以牡丹江市為例,每獲取一個氣象參數就要花費0.2-0.5元,無形中加大了氣象參數獲取的投入,且當前我國在空調能耗研究方面投入經費不足的情況下,給科研項目的開展增加了很大的壓力。而在發達國家,氣象參數的提供是免費的。如美國,其提供使用的磁盤氣象資料,是利用“參考年”、“氣象年”等方法進行統計的氣象參數,此外,還提供氣象參數公開的服務。節能工作的開展可以說是國家的公益性活動,而節能研究機構對節能方案的設計最終目標是服務國家、服務社會。因此,加大國家的對空調節能項目的支持,可以適當的出臺一些政策法規,進而保證節能研究機構把握大量的、準確的氣象參數。
4空調節能措施相關問題的研究
對于建筑空調能耗指標的研究來說,研究的方面很廣,在計算問題之外,還有相關措施的研究。如冬季中,日照能夠滿足人們對溫度的需求,而這又有利于控制冬季的空調能耗,但是夏季的日照對空調的制冷來說,就要耗費大量的能源進行制冷。我國地域的復雜性決定了我國具有復雜的氣候特征,因此,各地方設計建筑物的窗墻時,要切合當地的氣候條件。又如,對自然界中冷能源和熱能源的利用研究。包括夜間的風力運動、水分蒸發作用、太陽能的利用等方面的內容。雖然,當前有很多的科研人員和科研課題針對空調節能措施相關的問題進行了研究,但是我們要明白,空調節能技術研發以及節能措施的實施都不是一朝一夕的事,而是要上升到一定的層面,從而為空調節能技術的研發和技術措施的實施提供堅實的后備力量。
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1.1合理地選擇供電方式
各區采用自己的變壓器供電減少低壓供電線路電能損耗及有色金屬量耗,降低企業初投資成本,同時也便于管理與維護。重要設備宜采用雙電源供電,如:糖廠的助晶箱電機、爐水泵及各車間照明,都是非常重要的用電設備,假如電力系統出現緊急故障導致系統崩潰,爐水泵突然停下,當電力系統不能及時得到恢復供電,水泵不能正常向往鍋爐供水,爐膛內的高溫余熱繼續對鍋爐加熱,這種情況下鍋爐存在燒干鍋的危險。在半個小時內不能恢復供電,糖晶加速濃縮,等到恢復供電以后電機負荷過重不能夠正常啟動,給我們帶來很大的麻煩,短時內車間照明得不到供電,如果在晚上人員處理故障會有諸多麻煩。因此,湘桂公司制糖廠對于這些重要的設備均采用雙電源供電。在第一個供電系統發生故障崩潰時,在幾毫秒內自動切換到備用系統供電,確保設備正常運行減少損耗。
1.2適當地選擇節能型變壓器
近年來,各種系列低損耗電力變壓器已得到廣泛應用,在節省電能和運行費用方面,已取得顯著的經濟效益。節能型變壓器是低損耗電力變壓器,它選用高導磁的優質冷軋晶粒取向硅鋼片和先進工藝制造的新系列節能變壓器,具有損耗低、質量輕、效率高、抗沖擊能力強等優點。因此新建的變電所應采用低能耗的節能變壓器,對舊變壓器應隨機械設備更新,逐步更換或者改造,以節省電能。然而,更新變壓器必然會帶來有功電量和無功電量的節約,但需要增加投資,這里存在著一個回收年限的問題。對于變壓器使用壽命來說,各廠家對各種不同形式,不同容量的變壓器使用壽命都有規定(一般為20至30年),有關資料表明,關于更換變壓器的回收年限,一般考慮,當計算的回收年限小于5年時,變壓器應立即更新為宜;當計算的回收年限大于10年時,不應當考慮更新,當計算的回收年限為5至10年時,應酌情考慮,并以大修時更新為宜。估算好負荷情況,合理選擇變壓器,減少大馬拉小車的現象。糖廠變壓器是耗電能比較大的設備,湘桂公司在變電所設計時,綜合考慮認為唯有選擇節能型變壓器是最合理的。
1.3裝設無功補償設施
對于糖廠來說,自身發電及用電功率因數的高低標志著發供電品質。功率因數較低時,企業的各種設備得不到充分利用,效率較低,增加了汽輪機發電機的耗汽量,同時鍋爐需增加蒸汽量,導致消耗了蔗渣從而降低了蔗渣打包率及排放物增多的一個循環系統。提高功率因數對于一個配電系統尤其重要。制糖企業中主要的用電設備來自于電機感性負載類,故在各個部位有著不同的方法:(1)可采用自備的發電機有功無功的調節提高功率因數;(2)在各低壓配電區域投入具有自動投切電容補償來提高功率因數;(3)對于大功率電機來說,采用轉子串接進相器來提高單臺設備的效率,減少電能損耗,從而提高供電品質。
2節能型設備在糖廠的運用
目前,變頻器在制糖電力系統中得到了最普遍的推廣與應用,其優點也受到了業內的充分認可。通過變頻的功能可起到有效的節能減排,加上變頻器與PLC、DCS等自動化控制結合運用效果更為顯著。
2.1應用變頻器
2.1.1應用原理隨著電力電子技術及微電子技術的飛速發展,電力電子裝置的耐壓也得到顯著的提高,各高低壓變頻調速技術日趨成熟。變頻調速是當代最先進的高效調速方式,其變頻方式分為“交—直—交”變頻和“交—交”變頻兩大類型。“交—直—交”變頻方式又有電壓型(VSI)、電流型(CSI)和脈寬調制型(PWM)三種。就是因為其有著不同的類型,故在選型上就要加以考慮。例如,制糖企業的鍋爐風機類電機、爐水泵等泵類的大動力設備,就宜選用電流型。這些設備在正常開機沒有調速的情況下,一直都處在供頻狀態運行,在實際運行當中往往要對風量、水流量的大小進行調節。通過風門閥門調節效果不佳而且浪費了大量電能。我們都知道電機的轉速:n0=60f/Pn=60f/P(1-s)式中,f:電源頻率;p:定子繞組極對數;n:異步電機轉速;n0:同步電機轉速;s:異步電機轉差率。故而改變輸入電機電源頻率可改變電機轉子輸出轉速,從而改變了風量、水流量,降低了電機機械損耗和電能損耗。目前,有些企業采用變頻器與DCS或PLC實現閉環自動控制,通過對風量、水流量的調節使鍋爐燃燒更完全,同時也便于在中控臺上監控,當突然發生事故時,能夠迅速的響應,減少不必要的損失。2.1.2應用實例在湘桂公司制糖廠鍋爐控制系統中:(1)采用變頻器對鍋爐鼓風機、二次風機、三次風機、引風機爐水泵等進行自動調節;(2)使用DCS系統進行鍋爐控制,同時加裝擴展模塊把壓榨設備并入,進行集中監控。2.1.2.1變頻器自動調節方法(1)變頻器對鍋爐鼓風機及二、三級風機的調節通過煙氣傳感器對爐膛內燃燒后的煙氣含氧量進行測量,通過測量值來判斷爐膛內燃料的燃燒情況。傳感器采集信號轉化成4~20mA的電流信號給DCS主機,DCS主機通過運算相應輸出4~20mA的電流信號對鼓風機調節。當含氧量低時提高鼓風機變頻器頻率使鼓風機加快轉速,從而增加新鮮風量進入爐膛使爐膛含氧量增加。同時,二次風機、三次風機也隨之發生變化,使燃料進入爐膛后得到充分的燃燒,從而節約燃料及減少爐膛結渣清理次數,降低了人力、物力的消耗。通過壓力傳感器對爐膛內進行測量,傳送數據信號給DCS主機,DCS通過始終保持爐膛定值負壓的控制方法對引風機進行控制。爐膛負壓超過設定負值時則減少風機轉速,負壓超過定值正值時則增加引風風量,使爐膛內始終保持一個負壓的狀態,即爐膛的壓力決定引風風量。以PID的調節方式,取爐膛內溫度作為定值對喂料器進料量進行控制,爐膛溫度下降則加快喂料器電機轉速,溫度超過設定值則減小喂料器電機轉速,保持有足量的燃料進入爐膛燃燒,確保鍋爐穩定運行。(2)變頻器對鍋爐主給水爐水泵的調節變頻器對鍋爐主給水爐水泵的調節是通過爐水泡的水位來定,水位高了變頻器降低轉速,當水位偏低了主機給變頻器提高轉速的命令,保持水位穩定在一個安全的水位線上。對減溫水泵的控制主要體現在氣泡蒸汽溫度來定,以PID的調節方式對水泵進行調節。通過熱量傳感器對氣泡蒸汽溫度進行實時測量,溫度高了提升減溫水給水泵轉速加快水流量,從而降低了蒸汽溫度。當蒸汽溫度降低后溫度傳感器給出信號傳到主機,主機發出電流信號對變頻器進行降低轉速調節,從而使蒸汽溫度恒定在一個理想定值,確保了蒸汽質量。通過幾個單獨的PID控制方式的調節,又相互有影響約束的關系,促使鍋爐提高安全性、節省燃料、節省人員監控,從而實現節能降耗及減少污染物排放。(3)變頻器在二級泵的使用二級泵將水泵至煮糖工段抽真空使用。在此采用了壓力傳感器采集壓力信號給變頻器。變頻器根據設定的壓力給煮糖工段泵水。當煮糖用水量增多時,水壓壓力降低,變頻器自動調節頻率增大至45Hz后,還未能滿足用水壓力時,自動啟動另一、二、三臺等水泵滿足用水壓力為此。當用水量減少時壓力增高,變頻器自動調節,頻率降低至10Hz后水壓仍然高于設定值,此時依此類推停止另外幾臺水泵達到設定水壓,從而實現恒壓供水,消除了人工用閥門調節水壓及用水量減少、水壓過高或過低給煮糖帶來的不利風險。經過自動調節使設備能夠充分的利用,降低能源消耗。(4)變頻器在饋電方面的新突破如糖廠的分蜜機,其工作性質是瞬間提速而后快速降速停車。像分蜜機這種慣性大、用電量較大的電機需要啟、停頻繁運行的設備,電機在啟動升速過程需要從電網中吸收電能,而在其減速時由于慣性的作用設備仍在運轉,這種情況下電動機就相當于發電機在設備慣性的作用下運轉產生了電能,通過變頻器的逆變單元把電能反饋給電網,在多臺分蜜機同時使用時效果顯著。多臺設備在一起的情況下變頻器可以采用公用直流母線的方法,一方面:減少初投資成本,第二方面:一臺分蜜機在升速運行需要吸收電能,而另外一臺降速運行又能反饋電能給直流母線。一臺升速一臺降速運行功率可相互抵消一部分,從而降低了電能損耗達到節能減排的目的。2.1.2.2使用DCS系統進行鍋爐控制的方法鍋爐使用DCS集散控制,同時也可加裝擴展模塊把壓榨設備并入進行集中監控。糖廠生產工藝流程是:壓榨車間從落蔗通過一級甘蔗輸送帶送入一級、二級、三級撕解機打碎破解,經過二級甘蔗帶把破碎后的甘蔗輸送到打散機打散,打松后的甘蔗經過快帶送入第一座壓榨機壓榨,經過第一座壓榨機加工后經過中輸機輸送到第二、三、四、五、六座壓榨機加工。壓榨后的蔗渣經過輸送帶送至鍋爐作為燃料燃燒,剩余部分送入打包機打包,整個工作流程是一個流水線式生產的過程。假如在某個環節發生故障停機時,對生產都帶來重大的影響。例如:第三座壓榨機發生故障停機,在短時間內操作人員不能及時將第三座壓榨機前的設備停下時,2#中輸機繼續工作把蔗渣堆積在第三座壓榨機上,同時蔗渣斷節,假如在5分鐘內故障不能排除,鍋爐不能及時補充燃料,爐膛內溫度急劇下降同時蒸汽壓力下跌,致使汽輪機因蒸汽壓力不足而跳閘停機,導致全廠停電造成全公司生產癱瘓。通過使用傳感器把各個生產階段的設備運行狀態傳送到DCS主機上,DCS主機可根據數據處理來進行對設備啟停控制。如上述例子:第三座壓榨機故障停機后,傳感器把停機信號發送到主機后,主機通過判斷對第三座壓榨機前面的設備控制停機,第三座壓榨機之后工序的設備繼續運行,同時自動啟動鍋爐應急蔗渣輸送帶把蔗渣輸送到爐膛內燃燒,確保了鍋爐正常運行,也確保了發電機正常運行。在發生故障的同時,上位機上發出報警信號方便維修人員能及時處理。從而消除人工排渣的危險,避免重新升爐所損耗的能源風險,減少了各車間因突然停電導致各生產環節癱瘓。
2.2選用高效型電機
高效電動機在節能方面優于普通電動機,高效電動機在材質上采用高質量的銅繞組和硅鋼片,降低了各種損耗。據估計損耗可降低20%-30%,效率提高2%-7%;能在短期內收回投資成本。因而,高效電動機取代技術落后的普通電動機是必然趨勢。
2.3采用節能型照明電器
能源是不可再生的資源,而節能減排應從生產點滴抓起,現國家已逐步淘汰非節能的照明電器(如白熾燈)。但是,一般糖廠的普通照明應用還很普遍,無功損耗極大,因此,糖廠照明選擇LED等高效低耗、節能環保的照明燈具是最佳的選擇。另外,采用高效、耐用、安全、可靠的照明電器配件,也可以為企業相應減少電耗成本。2.4合理選用電纜線影響電力電纜的因素主要有:(1)導線所用金屬材料的電導率;(2)線的長度;(3)導線截面積;(4)運行環境溫度;(5)電暈影響;(6)金屬導線集膚效應。經驗表明,在諸多條件中影響最大的是導線所用的材料。因此,在糖廠應優先選用低阻導線,以確保減少輸電線路中的電能損耗,增強導線過載能力,減少事故頻發的危險,最根本的是減少企業的經濟消耗。
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