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1 LED照明的优越性
1.1 较强的节能效果
LED的光效能力特别强,同时LED照明为单面出光,可以根据地铁内的实际需要来调整照明亮度,发挥其无极调光的特性,使整个的LED照明灯具能够充分发挥出自身的技术优点,提高灯具的使用效率以及节能效果,真正的实现LED灯具的智能化管理。
1.2 便利的维修环境
LED照明的设备主要是由光源、灯具与电源的变换器等组成,其中LED的电源盒为外置设计,这样就能够很方便的对出现损坏的部分进行修复;就连LED的芯片发生破坏时,也只要将有问题的部分换掉,不需要将整个的LED照明灯具进行更换,很大程度上节约了维护成本。
1.3 地铁适应能力强
LED照明的显色性能也优于其它的光源,与自然光最为接近,地铁司机能够在很短的时间内就适应地铁内光线颜色的变化,就连在人口密集的地铁出入口也能够保障行车的安全。
2 LED灯具使用的限制因素
2.1 没有统一的应用标准
当前大部分的国家并没有关于LED照明技术的使用标准,同时我国也缺少明确的国家行业标准和使用标准,这使得我国的LED照明存在着很大的安全问题。
2.2 灯具市场价格过高
LED照明灯具的价格同普通的荧光灯灯具相比是非常昂贵的,普通的灯具只需要300-400元即可,而LED灯具则最少需要1500元才可以买到,对于像地铁这种需要大量照明灯具的公共场所而言,几百万的经济负担太过严重,这也就导致了LED照明灯具得不到大范围的使用的局限性。
2.3 使用技术上的缺陷
LED照明灯具只有极少部分的厂家会去做消防认证,这就使得LED灯具在散热方面的能力较低,同时还导致自身的功率降低,电压也会产生很大的波动,从而导致灯具的使用寿命大大降低。
3 地铁车厢照明中的 LED 光源的基本要求
3.1 用于地铁轨道交通照明的 LED 光源应具有高安全性的特点。地铁车辆是城市居民出行的重要的交通工具,安全性应提高要求,在选取 LED 光源时,需对安全性作重点评估,在车厢照明中宜选用低压小电流驱动、高耐温低热阻、光生物安全的光源,以避免灯具在使用过程中存在安全隐患以及对人体造成损害。
3.2 用于地铁轨道交通照明的 LED 光源应具有高光学质量的特点。光源的发光效能始终是重要的评价参数,地铁车辆的长时间运行,对能量的消耗巨大,使用更高光效的 LED 光源就能更明显的体现节能减排的优势。
s3.3 用于地铁轨道交通照明的 LED 光源应具有高可靠性的特点。由于地铁车辆每天的工作时间长、频次高,车辆维护的工作量大,因此对于内部设备要求具有良好的可维护性,甚至对灯具提出免维护的要求,而地铁车辆的灯具时刻在强振动、高密封、低散热的条件下工作,可靠性要求自然与普通照明灯具不同。
4 地铁车辆车厢LED照明节能改造效果分析
为响应分公司节能减排的号召,车辆部检修车间从2012年11月23日开始开展罗宝线株机车客室照明LED整改,本次整改涉及20列车,截止2013年04月10日已全部完成整改。为评估此次整改的节能效果,从理论及实测方面进行了分析,报告如下。
4.1 理论分析
(1) 整改前,每列车有36w逆变器180个,18w逆变器8个,1200mm荧光灯管180根,600mm荧光灯管8根。其中逆变器功率按2w/个计算,12000mm荧光灯管功率按36w/根计算,600mm荧光灯功率按18w/根计算。1个36w逆变器与1根1200mm荧光灯管为1套36w灯具,1个18w逆变器与1根600mm荧光灯管为1套18w灯具。每列车理论功率为P1:P1=(36+2)*180+(18+2)*8=7Kw。
(2) 整改后,每列车有16-20w驱动电源180个,6-10w驱动电源8个,1200mm LED灯管180根,600mm LED灯光8根。其中1个16-20w驱动电源与1根1200mm LED灯管为一套,验收时的功率为19.25w;1个6-10w驱动电源与1根600mm LED灯管为一套,验收时的功率为9.35w,每列车理论功率为P2:P2=180*19.25+8*9.35=3.540Kw。
进行客室照明LED整改后,理论上每列车节省功率为3.461Kw,平均每列车每年节省用电2.021万度,合计1.90万元;20列车每年节省用电40.42万度,合计38.00万元。
4.2 实测分析
从2012-06-30到2012-12-30日,历时6个月株机车共走行1,784,557Km,根据运行图可知列车旅行速度为34.8Km/h,平均每列车每天正线运行11h,库区平均开灯时间按2h计算,即每列车每天客室照明平均使用时间为13h;电费单价按0.94元/度计算。
由于每节列车客室照明均分为紧急照明、左侧照明、右侧照明三路进行供电,考虑实际操作的可行性及数据的准确性,分别测量三路供电线路的输入电流与输入电压,根据公式P=U*I计算每列车的实际消耗功率。其中U为输入电压,I为输入电流。随机抽取两列整改前列车(149、150)及两列整改后列车(132、152)进行测量,取其平均值。
通过实际测量计算可知,整改后平均每列车节省功率3.315Kw,每列车每年节省用电约1.57万度,合计1.476万元;20列车每年节省用电约31.4万度,合计29.5万元。
4.3 总体分析
理论计算方面,客室照明LED整改后每列车节省功率3.461Kw,约节省功率49.4%;按理论工作时间16小时算,每列车每年可节省用电2.021万度(合计1.90万元),20列车每年可节省用电40.42万度(合计38.00万元)。
实际测量计算方面,整改后每列车节省功率为3.315Kw,约节省功率48.4%;按工作时间13小时计算,每列车每年可节省用电1.57万度(合计1.476万元),20列车每年节省用电约31.4万度(合计29.5万元)。
通过上述分析,得出以下几点:
(1) 客室照明进行LED整改后,列车照明功率可节省48%左右,功率节省空间大,节能效果明显;
(2) 客室照明节省电能受开灯时间影响较大,每列车按理论16小时计算节省的电能比按13小时计算节省的电能多出0.451万度,约占按13小时计算节省电能的28.73%;
(3) 为更准确评估LED建议LED灯具使用半年后再次测量其消耗功率。
5 结束语
总之,LED照明技术不仅提高了整个地铁运行过程中的安全性,更是提高了其经济效益,因此,我们更应该积极的对LED照明技术进行深层次的探索,努力克服目前照明灯具上的缺陷,更好的为人类的生活服务。
参考文献:
[1]龚晓琴.LED灯在地铁照明系统中的应用[J].现代物业,2013(5).
关键词:城市道路照明;节能;原理; 措施
中图分类号:U41 文献标识码:A
引言:随着我国经济的快速增长和城市的快速建设,各个城市的路灯数量也不断增加,灯光越来越明亮,但是在改善城市环境,提高城市形象的同时,不可避免地带来能源的巨大消耗以及电费的大幅度增加。在强调持续发展、注重能效的今天,这些又与国家积极推行的绿色照明、节约能源的政策存在一定的矛盾,因此,道路照明节能已经发展成为一个非常重要的问题。
一.路灯节能基本原理
早期的路灯节能产品,是以SCR可控硅移相调压实现功率(亮度)调节,其工作原理如家用调光台灯,就象调光台灯上不能安装节能灯一样,这种设备不能控制带功率因数补偿电容的路灯。另外谐波电流电压产生电磁干扰,因此无法用于大功率照明节能。
经过历次技术革新,路灯节能产品不断升级换代。目前市场上路灯节电设备种类繁多,按控制方式可分为集中控制和单灯控制,按调节方式可分为固定降压、中途调节换档、碳刷无级调节,等等。但其基本的节能原理都是将供电系统的输入电压予以优化,采用DVR(电网电压调节)技术调整剩余电压,使输送给灯具的负载电压为最适宜值,达到既实现节电又保证照明要求的双重目的。
根据电工学基本原理:P=V2/R。设灯具上施加的电压为V,光源的阻抗(为简单比喻起见)设为阻性电阻R,那么它在电压V下所消耗的功率为P,若适当降低电压到V1值,则这时消耗的功率P1将随电压的平方关系下降。而P1小于原有电压V时所消耗的功率P,其有功节电率可表示为:ε%=(1-V12/V2)×100%只要电压下降的幅度不超过额定电压的10%,则绝大部分电器设备均可无妨碍地使用。
二.道路照明的节能措施
1. 设计阶段节能措施
在城市道路照明的设计标准中对照明节能的标准进行了明确规定,照明功率的密度要做好一定的限值,当设计完成之后要保证实际的节能低于预期的数值。
(1) 在照明的设计过程中,如果照明的标准值设计的过低,那么这样就不能够使照明的质量得到保证,同时,也不能够使照明满足日常的需求;如果照明的设计标准过高,那么不但会造成电能的浪费,还会产生光污染,更严重的是会使环境遭到破坏。所以,在进行设计时,首先要制定合理的照明标准值,并且要和道路方面和当地的建设部门做好适当的沟通,对道路的设计等级进行合理的设定,并要结合当地的情况,考虑城市的性质和规模,另外,对机动车的宽度和道路周围的环境也要纳入设计之前的考虑范畴,规范照明的标准和亮度值。如果是在中小城市,那么就应该选择同一级别的道路中最低档值。通常情况下,如果是一条较长的道路,道路的宽度或是环境等各个阶段都是不同的,那么这时就要采用合理的方案,可以考虑采用常规的照明标准设计道路的直线路段,面对交叉路口或是其他事故多发的路段,应该采用合适的方式来最大程度的提高照明的标准,使驾驶员的视觉效果得到增强,也是防止交通事故的发生。
(2) 为了使道路照明的能耗得到减少,同时也能够达到节能的目的,设计人员应该选择高效的方式,例如耗能低的光源或是镇流器等。高压钠灯不但发光率高并且能节约能源,它的使用寿命也很长,并且可靠性很强,它的使用还能最大程度的降低维护费用,众多优点使它成为了道路照明光源首选。另外,还有几种能源,如太阳能和风能装置相结合的绿色照明能源,也可能成为未来光源发展的趋势。
(3) 在节能的过程中,灯具的性能是起主要作用的。灯具的效率和灯具的系数不同,所以设计方面也是不同的。设计的目的一定是要达到光源通光量的正常使用,这样才能够达到节能的目的。因此在灯具的选择上要选择使用效率和利用率都比较高的灯具。对于镇流器的使用,也是绿色照明工程中比较常见的一种电器配件。当前,高强度的气体放电光源主要是100w以上的电感镇流器为主,小功率的气体放电光源也要使用40w以下的镇流器。目前正在广泛使用的是节能型电感镇流器。如果将传统的电感镇流器进行更新的话,能够更好的达到节能的目的,并且会取得更好的节能效果,不管是从经济的角度讲还是技术角度,这种设备的使用都是可以考虑的。
2.道路照明运行阶段的节能措施
照明的设计阶段要采取相应的节能措施,在运行过程中也要采取一定的节能措施。
(1) 在深夜要降低路面的宽度,照明水平。对于一条道路来说,通常是前半夜的车较多,车较多的情况,照明要求就要适当的提高;到了深夜时,车辆就会减少,照明的要求也要随之降低。这时,既要采取一定的设计措施来使路面的照明度得到控制,从而更好的节能。其中,有一种最简单的方法,就是在深夜期间,将路面的一部分灯的亮度降低,这种方法不但能简单实用,并且能够节约成本,不过它最大的缺点就是不能够达到照明的标准要求。因此,在大城市中,这种方法是不被支持使用的。另一种方法是相对于上述的关闭部分灯具方法有更好的效果,就是采用双光源的灯具,就是在深夜关闭同一个灯具中的一个光源。这种办法的优点是可以使光度均匀的照出,缺点是它不利于很好的管理。
(2) 采用双功率镇流器,使深夜的光源功率降低。双功率镇流器是一种节能型的电感镇流器,它本身的电感量可以进行自由的变换,这样能够使灯的功率自动进行调节。调节的过程中是根据照明的环境需求不同来进行设定的,正常情况下,路灯的功率要根据设计规范来设定;深夜,行人和车辆都减少,但是路灯不能熄灭,所以照明度不需很大,并且又要使路面的照明度保持一定的均匀度,这样就可以使路灯的降功率正常运行。具体的方法是要交换镇流器的电感量,使电感量增大,从而降低的功率。
3. 道路照明管理方面节能措施
当灯具投入使用以后,因为长期暴露于室外,常常日晒雨淋,这样就致使灯具的透光率降低,并且光通量也很小,并且造成了节能效率降低。这样就需要定期的进行对其擦拭和维护,如果灯具长时间的不进行擦拭和保养,那么灯具的防护等级指数就会降低。由此可见,制定合理的养护管理制度,及时对出现故障的灯具进行修复,并定期做好检查和保养是十分必要的。
3 结束语
城市道路照明是城市夜景照明的一个重要组成部分,并且作为城市最基本的构成要素之一,是展示城市形象的最直观的场所。因此,我们应该大力推广绿色照明工程,建立优质高效、经济舒适、安全可靠、保护环境的照明系统,在满足城市道路照明的需求下节约更多的能源,促进我国经济的持续快速发展。
参考文献
[1] 朱思学.浅谈城市道路照明设计的方法[J].科学之友,2008,(12).
关键词:水电站库区 公路隧道 合同能源管理
中图分类号:TQ153.16 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2015)06(c)-0152-02
1 合同能源管理的概念及特点
1.1 合同能源管理的概念
合同能源管理就是由专业的节能服务公司和用能单位签订合同进行节能服务的约定,以此来帮助用能单位进行节能改造。合同的制定基于用能诊断、工程设计、资金筹措、设备采购、施工安装、调试和验收、员工培训和维护保养等方面。节能服务应该按照合同的约定进行设计,采用合同能源管理模式为用能单位进行节能改造设计。节能服务公司在项目实施之前用合同的形式将目标和服务的内容进行约定,项目实施后用取得的节能效益回收投资,以取得合理的利润。
合同能源管理是一种通过非行政手段的方式来解决高能耗问题的机制。虽然政府确定了一些节能减排的项目,但是很难推动用能单位自主进行节能改造。利用合同能源管理方式,用能单位可以零投入进行节能改造,还可以减少投入的风险,在实现盈利的同时达到节能减排的目的。同时节能服务公司也能够通过对能源的有效节约而获得一定的经济效益。因此,合同能源管理模式是一种双赢的机制。
1.2 合同能源管理模式的特点
(1)在进行合同能源管理中,节能项目审计、方案设计、融资和设备采购、施工测量以及运营维护和认证等都由节能服务公司统一负责,用能单位只需参与配合。
(2)采用合同能源管理模式,节能服务公司需对用能单位培训,以确保在合同期结束后,公路隧道用能单位也能够自己管理节能设备,确保节能效果。如果节能服务公司达不到合同中规定的要求,则在项目过程中造成的损失由节能公司承担。节能服务公司在和用能单位签订节能服务合同时,在合同中约定好节能改造效果,将节能改造前后对比,其所消耗的能源的总量有预期的下降。
(3)用能单位不用提供节能改造资金,节能改造的前期资金投入由节能服务公司来负责,有效降低了节能改造投入及风险。资金的来源一般有以下三个方面:通过租赁节能改造过程中需投入的设备;节能服务公司对该项目进行融资;节能服务公司自己对该项目投入。
2 合同能源管理的模式及特点
2.1 节能效益分享型
节能效益分享型的模式就是节能服务公司通过提供资金的方式对项目进行节能改造,用能单位和节能服务公司共同享受节能的效益。
节能效益分享型的特点有以下几个方面。
用能单位以及节能服务公司的节能收益通过合同约定进行分配。合同期限以及分配方案经双方协商一致后确定,节能收益的分享比例分为固定式和不固定式两种。为了能够尽快的收回成本,节能服务公司一般都会在节能改造完成的最早的几年内,收取收益的比例较高,然后随着成本的不断收回逐渐的下调收回比例。如项目的节能改造完成投入运营后,收益分享的期限为十年,则前五年内,公路隧道用能单位和节能服务公司的收益比例分别为30%和70%,第六年到第八年内,分享比例分别为50%,最后两年内用能单位和节能公司的分享比例为70%和30%。合同期满之后,所有的节能设施和设备都将无条件的交付给公路隧道用能单位。
这种模式受能源价格影响比较大。只有能源价格保持不变或者价格上涨,才能保证项目的收益,才能确保总体的节能目标实现。
2.2 节能量保证型
在进行合同能源管理的过程中应向用能单位承诺节能指标,以此保证项目在后期运营中的收益,如果节能公司无法达到节能效益就进行一定的赔偿。同时用能单位也应在公路隧道验收合格后将所有的工程款立刻支付给节能公司。如果后期的节能效益没有达到节能公司在合同中的约定,节能公司应退回公路隧道用能单位的收益差额。
这个模式的特点是由用能单位负责全部的融资工作,节能公司只是做技术上的改造。该模式能否开展,除节能技术本身外,还受用能单位的资金、开展节能改造的积极性等因素的影响。其次,由于这种模式缺少节能监督机构以及保险机构,难以有效测定节能效果以及减少或转移合同能源管理项目风险的能力。
2.3 能源费用托管型
这个模式是指用能单位的能源费用都交给节能服务公司来进行管理,如果满足相应的规范以及使用功能,节能服务公司的改造和节约效益就都归节能公司所有。
如该水电站库区公路隧道每年用电账单为1 000万元,该水电站库区公路隧道以5年4 000万元费用支付给节能公司,由节能公司代为缴纳电费。节能公司通过节能改造和管理,花去成本600万元,节电率达到40%,因此只用花用3 000万元即够缴电费,利润为400万元,利润率为10%。而用能单位在五年中可节约1 000万元。
这种模式能够有效的避免用能单位在节能效率上的分歧,但是此模式对节能公司的要求较高。节能公司要对用能单位提供节能改造的设计、设备以及材料的采购、融资和能效审计甚至是后期的测评以及运行的管理方案等一系列的服务,由于节能公司承担的风险变大,所以对该公司的经济实力和技术要求也较高。
3 合同能源管理项目的技术方案
3.1 照明能效管理方案
(1)隧道照明设计说明。
隧道能效管理系统照明方案设计严格遵照照明设计规范。该实施合同能源管理模式的水电站淹没复建公路隧道属于三级公路,共9个隧道,隧道总长度约16 km,隧道设计车速30 km/h,隧道建筑限界为9m×5.3m,双向双车道,混凝土路面,隧道车流量较小。白天洞外环境亮度取3000 cd/m2。原设计采用高压钠灯照明,能效管理系统照明设计选用高品质的飞利浦专用隧道照明灯具,灯具的光通保持性好,光衰小,使用寿命周期内可维持光衰量在20%以内。在整个灯具使用周期内,亮度值都高于标准值。
(2)照明节能措施和节能原理。
该系统主要从设备、工艺技术和管理三个方面进行节能。
①设备节能。
采用品质较优的LED照明灯替换传统的高压钠灯,可有效节能。
②工艺节能。
采用亮度传感器及时序控制,实现隧道的自动化控制,减少不必要的照明能耗,节约电能。
③管理节能。
建立照明能效管理系统,均衡照明灯具的使用寿命,优化控制方案。
(3)系统功能。
①系统组成:隧道能效管理系统由现地控制单元和通讯网络、LED照明灯具、检测传感器、照明能效管理系统等组成。现地控制单元以PLC为核心,负责对现地照明设备的信号采集和处理,通过通讯网络将照明设备的实时状态传输至相邻的现地控制单元,实现隧道内的数据共享和时序同步,达到节能的目的。
②控制对象:控制对象为隧道内除应急照明外所有的LED照明灯具。
③控制信号:控制信号主要有:亮度传感器、电参数传感器等。
④系统功能:隧道照明分为自动控制和手动控制两类。
自动控制:正常情况下,系统根据控制流程自动实现照明灯组的开启和关闭。
手动控制:当自动控制失效或者需要手动操作时,可以在各个照明段的现地控制柜上通过“开启”和“关闭”按钮实现各灯组的手动开关。
3.2 通风能效管理方案
(1)隧道通风设计说明。
隧道能效管理系统的通风方案设计严格遵照通风规范,每座隧道均采用22kw的射流风机。
(2)通风节能措施和节能原理
该方案主要从设备、工艺技术和管理三个方面进行节能。
①设备节能原理。
采用变频器替代接触器控制,实现风机无极调速和高效运行,节约电能。
电机系统在设计过程中,需要考虑建设前、后长期工艺要求的差异和过载、重载启动、系统安全等因素,因此都留有一定的余量。这些电动机大多在满负荷下运行,电能利用率低、耗电量过大,浪费严重。变频调速技术已成为节约能源及提高产品质量的有效措施。很多用户实践的结果证明,节电率一般在10%~30%,有的高达40%,变频调速技术作为高新技术、基础技术和节能技术,已经渗透到各行各业中。
采用变频器进行变频调速,可使电动机回到高效运行状态,变频器通过降低电机转速减少输出功耗,实现按需供能。设备的转速降低后,可减少磨损,延长使用寿命,节约电能,获得可观的间接经济效益。使用变频器进行交流变频调速,并与PLC、CO/VI传感器等进行配合,可以实现高精度控制,提高通风效率,有效节能,使隧道空气质量明显改善。
②工艺节能原理。
采用CO/VI、风速仪等传感器,实现隧道通风的自动化控制,节约电能。
该系统采用PLC控制,根据传感器对隧道内CO/VI浓度实际检测情况进行风机转速调节,确保通风条件、空气质量良好的状态下,最大化的提高节能效果。
③能效管理节能原理。
建立隧道能效管理系统,实现智能控制、无人或少人值守,节约管理成本。
采用最新的设计理念对通风设备的状态进行综合监测,如对风机运行状态监视,运行时间监视、运行次数监视。在这些监控数据的基础上,自动调整各各组风机的运行时间和次数,需要启动风机时,优先启动运行时间短的风机,延长风机的使用寿命。
(3)系统功能。
①系统组成:公路隧道能效管理系统由现地控制单元、通讯网络、风机、检测传感器、通风能效管理系统等组成。现地控制单元以PLC为核心,负责对现地风机设备的信号采集和处理,通过通讯网络将通风设备的实时状态传输至相邻的现地控制单元,实现隧道内的风机数据共享和时序同步,达到节约电能的目的。
②控制对象:控制对象为隧道内的所有的风机。
③控制信号:控制信号主要有:CO传感器、VI传感器、风速传感器、电参数传感器等。
④系统功能:隧道通风分为自动控制和手动控制两类。
自动控制:正常情况下,系统根据控制流程自动实现风机的开启和关闭。
手动控制:当自动控制失效或者需要手动操作时,可以在各个现地控制柜上通过“开启”和“关闭”按钮实现各风机的手动启停。
4 水电站库区公路隧道合同能源管理项目的体会
(1)从技术方案的角度,考虑到目前新了《公路隧道照明设计细则》和《公路隧道通风设计细则》,后续能效管理系统的通风、照明节能改造要满足新的规范要求。在照明调光控制上,还可以采用无级调光的方式控制LED照明灯具,比该项目更节能,更加满足运营安全的需要,在以后的照明改造中可以选用无级调光控制LED照明灯具。该项目节能效益良好:节能改造初步估算投入600万元,年节约电费193.46万度,年节约标准煤696.44吨,年减排CO21 855.23吨,年节省电费125.75万元。
(2)传统照明均采用高压钠灯,其初期投入相对较低,但耗电量高、灯泡易坏,维修工作量大。LED灯具供电安全等级高,其为冷光源,无热辐射,无危害人体健康的紫外线辐射,无有害金属汞,可减少环境污染,降低温室效应和能源消耗,符合国家节能减排的要求,维修工作量小。在进行合同能源管理中,节能服务公司负责节能改造的投入、能源审计、方案设计、融资和设备采购以及运营维护和认证等工作,公路隧道用能单位只需参与配合。节能服务公司需满足安全运营相关规范要求,承担合同期内安全运营风险,这就促使节能服务公司选用品质较好的LED灯具和先进的控制方式,以达到运营安全、节能的目的。
5 结语
随着我国的不断发展,公路隧道的建设越来越多,交通量越来越大,隧道运营能耗的问题越来越突出,合同能源管理能够有效地应对公路隧道的节能减排问题。因此,应该注意在运营过程中实施能源节约措施,推广合同能源管理机制的应用,在保证经济效益的同时,努力做到节能环保。
参考文献
[1] 林利安,韩直,任其亮.公路隧道合同能源管理模式研究[J].交通信息与安全,2011,29(1):1-3.
[2] 杜佳军.一次成功的合同能源管理项目实践[J].上海节能,2009(11):20-21.
[3] 李学丰.合同能源管理机制在宁夏的应用探讨[J].宁夏工程技术,2009,8(4):328-330.
[4] 李伟.探究市政道路桥梁的现场施工技术应用[J].江西建材,2014(3):197-197.
随着我国科学技术的不断更新和创新,各项先进的科学技术在节能改造中的应用范围也逐渐扩大,路灯智能化监控技术是最近几年兴起的一项新技术,该技术在节能改造中的应用不仅能有效改善节能效果,同时还能实现路灯照明系统的开放性和互联性,进一步提升照明智能化控制系统的可靠性。本文就针对路灯智能化监控技术在节能改造中的应用进行了分析。
【关键词】
路灯;智能化监控技术;节能改造;应用
近几年,我国城市化进程不断加快,城市照明对各种能源的消耗量也呈现出逐渐上升的趋势,这就进一步加剧了我国能源紧张的局面,为了改善这一问题,许多城市规划者开始对城市路灯照明系统进行节能改造,将各种智能化监控技术应用其中,取得的效果也比较显著,但是,由于一些节能改造者对路灯智能化监控技术的了解不够深入,运用技术也不够熟练,往往在节能改造过程中遇到各种各样的问题。这就要求相关工作人员提高思想意识,加强对新技术的学习,从而达到更加的应用效果。
1路灯节能改造的意义
电能是我国社会生产、生活中必不可少的一种重要能源,由于城市化水平的提升以及工业生产规模的扩大,电能在社会生产生活中的消耗量也显著增加,这就导致我国能源紧缺的状况进一步加剧,许多城市都相继陷入能源危机,显然,这对我国社会经济的长久健康发展来说是非常不利的,在城市电力网络系统中,路灯照明系统对电能的消耗量占据较大比重,因此,对路灯进行节能改造有利于减少城市电力系统的总耗电量,进而改善我国的能源危机,促进社会经济的平稳健康发展。此外,路灯节能改造对智能化监控技术的应用有利于建立一个信息化、数字化的服务平台,将路灯照明系统运行过程中的各项相关数据信息传递到城市道路管理部门,提升管理人员对道路公共设施的管理效率,进而保证整个城市电网的安全性、可靠性及其运行的综合效率。同时,路灯节能改造是国家节能政策的显著体现,能在城市节能改造中树立良好的榜样,从而带动城市全体人民参与到“节能减排、低碳生活”的活动中来,并积极为城市节能贡献出自己的一份力量,促进能源利用率的提升,产生良好的经济、社会效益。
2常见的路灯智能化监控系统类型
2.1无线网络型无线网络型控制系统是比较常见的一种路灯智能化监控系统类型,目前,在我国各大城市中应用比较多的无线网络型控制系统主要是利用互联网络和无线局域网络来进行工作的,对于物联网络来说,从性质上看,其属于无线传感网络,利用该网络进行工作的无线网络路灯照明控制系统主要以Zig-Bee技术为基础,这种技术是近几年出现的一种新型无线网络技术,它具有速率低的特点,适用于短距离的无线连接,在运行过程中,需要协调好各传感器之间的关系,实现传感器与传感器之间的连续接力,通过ZigBee技术可完善智能照明控制系统的功能,实现多样化的目的,例如自动调光、PWN调光等。实践证明,利用ZigBee技术建立的无线网络型路灯监控系统具有耗能低、成本低、安全性高、操作方便等优点,随着该技术的不断成熟,其应用范围也将进一步扩大。
2.2电力线载波型电力线载波型路灯智能化控制系统多种多样,其中应用范围最广的是基于X-10协议的智能控制系统,所谓X-10协议,指的就是利用电力线作为基本介质对电子系统进行远程监控的通信协议。简单来说,电力线载波型智能控制系统就是通过电力线传输语音和数据信号的一种智能照明控制系统,根据电压等级的不同,主要可将电力线载波型智能控制系统分为低压电力线载波通信、中压电力线载波通信和高压电力线载波通信三种基本类型。当前应用比较多的X-10智能系统结构如图1所示。
3照明智能化监控系统设计
3.1概述城市路灯智能照明监控系统主要是利用智能控制技术、数字电子技术、移动通讯技术等先进技术设计出的一种智能化系统,对难于管理的路灯、公共照明设备等,可以根据实际需要,季节和天气变化情况,事先设置区域、路段的控制策略,根据策略在计算机上事先设定时间,系统就可自动按时间段分区,分路进行定时开关控制,也可实时进行和人工开关控制。当夜晚(或光线较暗)来临且处在交通高峰时,路灯按额定运行电压全部开启,交通高峰期后,按比例以经济运行电压开启。还可对防范重点部位(区域)亮,安全地段(区域)不亮或少亮,有活动有需要的地方亮,一切只需操作员在计算机上轻松完成。不但节省了人力,更排除了人为因素产生的矛盾和失误,有效节约了电能。
3.2系统构成城市路灯智能照明监控系统主要由监控中心、通信网络、远程控制终端三大部分组成,其中远程控制终端由调控稳压柜和远程控制器构成。路灯智能调光监控系统总控制室设在路灯管理部门办公室内,实行计算机联网智能遥控,路灯智能调光监控系统构成图如图2所示。
3.3系统原理路灯智能化监控系统主要可分为通讯系统、控制中心主站、各点测控分站三部分组成,通讯一般采用有线与无线相结合或者无线的形式。主站主要可分为电脑和网络两部分,其主要功能在于控制和管理整个系统的运行,其具有较强的兼容性,各分站点主要通过各种新技术装备构成其控制器,从而实现与主站通讯、执行开关、控制时间和反馈数据等功能,智能控制型路灯多种多样,但是无外乎都是采用的“主站电脑控制中心+合适的通讯手段或方式+各分站集中智能控制器+路灯控制系统”的模式。
4路灯智能化监控技术在节能改造中的应用
4.1智能路灯监控装置要求路灯智能化监控装置对监控技术的应用效果具有直接影响,因此,必须严格按照智能化监控系统设计方案,对路灯监控装置进行配备:①要求数据采集器必须及时搜集各路灯的数据信息,并将这些信息实时反馈到网络系统平台上,以便相关人员及时作出处理。除了对路灯信息进行监控之外,还必须监控相关智能网络回路信息及计算机控制的指令和信息。②路灯智能化仪器的安装必须符合标准要求,应将所有智能化仪器安装到专用箱内,并配备专门的防盗锁。智能路灯下应设置科学合理的控制线缆,线缆的位置应控制在支撑杆之内。③智能化路灯控制系统的电源线和网络线、防护管应结合在一起进行配置。这样才能确保三者功能的协调。④应对监控计算机进行合理布置,一般来说,监控计算机应布置在管理员的办公室内,且必须设置备用计算机设备。
4.2智能化节能标准和措施路灯智能化监控技术在节能改造中的应用必须遵循相关的节能标准,一般来说,路灯智能化节能标准主要包括以下几个方面的内容:①智能化控制系统应将节能性和可靠性综合起来考虑,对小于半数的灯具进行自动控制关闭,但必须保证道路两侧纵向的灯具保持长亮状态。②系统应满足夜间自动间隔关闭电源的要求,这样才能减少路灯在深夜消耗不必要的电能。③智能化系统装置应在白天能看清100m以内的光线条件下自动切断电源,而且在傍晚太阳光线逐渐减弱,直到不能看清100m以内的境况时自动开启路灯电源。④智能化系统必须具备调控光照度的功能,根据一天中各时段光照程度的不同来自动调节路灯的光照强度,这样才能起到较好的节能效果。⑤应配备降低光源功率的自动化装置,以在深夜时分减少电能的消耗。
4.3本地监控系统中子站应用的分析在对本地智能化监控系统进行设计时,必须综合考虑节能方式、路灯型号、三相电功率的分配等因素,路灯的开关控制是本地智能化监控子站中最为重要的控制模块,该模块的控制流程如下:①应根据不同程度的照明需求,建立完整的通信系统。②应针对周边环境等因素,制定该区域路灯的控制时刻表。③子站应将各路段的开关灯时刻表信息存储在一个专门的存储器中,且该存储器必须具备改写功能,这样才能使路灯开关灯时刻依据情况的变化而进行调整。
5结语
总之,随着我国科学技术的不断发展,路灯智能化监控技术水平也逐渐提升,这对我国城市节能改造质量的提升也将起到一定的促进作用,尽管我国路灯智能化监控技术应用水平正逐渐提升,但是在实际应用过程中仍然存在一些问题,只有强化智能化监控技术的科学研究并不断总结实践经验,才能从根本上实现节能改造的目标。
参考文献
[1]于海成.物联网在智能化城市照明节能监控管理系统中的应用[J].自动化博览,2013(4):50~52.
[2]王鹏.智能控制技术在城市照明中的应用[J].建筑工程技术与设计,2015(29):167.
【关键词】既有建筑;节能改造;可再生材料
1 我国既有建筑节能改造的必要性
我国地域宽广,寒冷地区的采暖燃煤和夏热冬冷地区的空调能耗日益增加。由于历史的原因,当前我国城市建成的节能建筑面积在我国城市既有建筑面积中所占比例极低,大量既有建筑无任何节能措施,建筑的保温隔热性能很差,从而导致了采暖和制冷能耗浪费极其严重。另外,我国既有建筑的采暖系统主要是燃煤,对环境的影响很严重。由此可见,应及早开展对既有建筑的节能改造,如何将既有建筑改造成节约能源、节约土地、节约用水、节约用材等的建筑,同时还要保护环境少排污,特别是要减少二氧化碳的排放量,通过对可再生能源的利用来满足住户的使用要求,即实现使用空间的“健康”、“适用”、“高效”性能的“绿色建筑”,给建筑工程师、城市规划者们赋予了重要的任务,也是实现能源可持续发展的必然要求。
2 对既有建筑维护结构的节能改造
建筑能耗与围护结构的传热系数有较好的线性关系,围护结构热工性能的改善对降低建筑能耗有显著的作用。既有建筑维护结构的节能改造主要通过改善其维护结构――门窗、外墙、屋顶等的热工性能得以实现,以下分别加以论述。
2.1 门窗的节能改造
既有建筑的门窗主要以传统钢窗为主,其缺点是保温隔热性能差,其气密性、传热系数、抗风压性能等均不能满足现行国家相关规范、标准的要求。对既有建筑门窗的节能改造,就是用新型节能门窗替代传统门窗。
目前,有较好节能效果的门窗主要有塑钢门窗、断桥铝合金门窗、集成木材门窗等。塑钢门窗是以聚氯乙稀(PVC)树脂为主要原料生产出型材,在型材内部加钢衬制成的门窗。塑钢门窗的主要特点有:导热系数低;保温性能较好;耐腐蚀性好、价格低廉。缺点是聚氯乙烯的冷脆性以及耐高温性能较差,抗风压性能较低,所以塑钢门窗在大尺寸窗体和严寒、高温地区的使用受到了限制。断桥铝合金门窗的窗体是由铝合金和低导热系数的材料复合而成,其主要优点有:高保温性能;刚性好,适合在较大尺寸的窗户和高风高压场合中使用;耐严寒、耐高温,可以在严寒、高温地区广泛使用。缺点是膨胀系数较高,导致窗体的尺寸不够稳定,降低了窗户的气密性;耐腐蚀性能较差,使得其适用的环境范围受到了一定限制。集成木材制作的门窗工艺先进,力学强度较高,导热系数低,而且木材环保,是可再生资源。然而由于其生产成本比较高,在我国目前仅仅用于高档门窗。
由于塑钢、断桥铝合金、集成木材门窗在节能中各有其不同的特点,要根据各种门窗的优缺点针对不同的地区气候安装节能效果最好的门窗。在严寒地区,要注意保温。在该地区安装的门窗不仅要保证采光性能,还要控制无光照时的热量流失,特别要注意门窗缝隙处冷空气的渗透。即要求所安装的门窗既要有较低的传热系数又要用较高的太阳光获得系数。在夏天热冬天暖的地区,要注意隔热问题。安装的门窗既要获得足够的采光又要减少门窗阳光的得热量,这些地区所安装的门窗要求有低的遮阳系数和低的太阳光获得系数。夏热冬冷地区安装的门窗,要求冬季保温夏季隔热。这个地区的门窗要求低传热系数和低遮阳系数。
2.2 外墙保温技术
由于北方地区的温度较低,对建筑物进行外墙保温技术对于节能来说效果很显著。进行外墙保温时,一般外墙保温材料铺设的越厚,保温效果也就越好。外墙保温技术不仅可以在冬季对室内进行保温,还可以在夏季避免太阳辐射而导致的室内温度的升高,从而减小了空调等制冷设备的工作载荷。这样一来,就减少了冬季供暖和夏季降温的用电载荷,从而降低了建筑物的耗能。因此,从降低建筑物能耗的方面来说,我们应该大力推广建筑物外墙保温工艺与技术的广泛实施。
2.3 屋面保温技术
屋面节能改造可以采用两种方式:一是采用平改坡方式。平改坡改造方式较为简单,在既有建筑结构荷载允许的条件下,利用轻型结构增加一层坡屋顶,屋顶材料采用复合压型钢板,可以有效改善既有建筑屋面的保温隔热性能。二是增加屋面保温层。在原有屋面防水层上,增加挤塑板、聚苯板等强度较高的保温板材。以上两种方式均可以有效改善屋面保温隔热性能,相应增加了屋面的防水性能,大大提高了既有建筑物的使用寿命。
3 对建筑能耗的节能改造
3.1 太阳能的利用
太阳能是当前已开发的所有绿色能源中最重要的天然能源,它的优点是用之不竭、取之不尽,并且存在广泛,极为洁净而又廉价。目前,对太阳能的利用主要有空调、热水器和光伏电池三个方面。在我国,太阳能资源十分丰富,这为我们开发利用太阳能提供了有利的条件。但目前我国太阳能的转换率太低,能量转换的效率有待进一步提高。
在对建筑物进行节能改造时,要积极探索太阳能与建筑一体化技术。即将太阳能集热器与建筑物的墙面进行有机结合,这样可以避免重复投资,同时对建筑物的外观也是一种丰富。
3.2 地源热泵技术
地源热泵是指使用地表水、地下水或者土壤等作为冷源、热源的空调供暖系统,包括地下水热泵系统、地下土壤热交换器地源热泵系统、地表水(河水、湖水、海水、污水)热泵系统。地源热泵供暖(冷)系统的工作原理是:通过系统吸收大地或向大地放出能量,包括土壤、井水、湖泊等天然能源,冬季供暖时从大地之中吸收热量,夏季供冷时向大地中放出热量,然后再由热泵机组向建筑供热供冷,还能提供热水。地源热泵技术是一种新型空调系统,它是对可再生能源的利用,对环境无污染,制冷制热高效节能,具有远大的发展前景,此项技术可广泛应用居民建筑和公共建筑,节约了能源,也提高了人们的生活品质。
3.3 应用昼光照明技术降低照明能耗
建筑照明是建筑能耗里重要的一项,甚至有些商业性质的建筑中,建筑照明的耗电量是总耗电量的三分之一以上。另外,由于有些空间需要降低温度,建筑照明所产生的热量还导致了制冷系统载荷的增加,从而造成对能源的再一次浪费。昼光照明是指将日光引入建筑物内部,并将日光按照一定方式进行分配,以此来提供更理想的照明环境。昼光照明减少了用电量,从而降低了电力的消耗和对环境的污染。实践证明,昼光照明形成的照明环境比人工照明更加健康和兴奋,提高了工作效率。另外,昼光照明还能够改变光的颜色、强度和视觉效果,有助于提高工作效率和学习效率,因而被广泛地应用于绿色建筑中。
4 小结
对我国既有建筑的节能改造任重而道远,是一项浩大的工程。节能改造必须根据当地的环境和建筑特点,并通过详细的建筑能耗分析、充分考虑到节能改造方案的经济性的前提下进行。建筑行为本身是对自然资源的消耗,对环境的改变和对资源的转化,既有建筑节能改造的大面积推广和实施,势必会在各个方面对环境和经济社会的可持续发展产生重大影响。
参考文献:
[1]陈晓扬,仲德.地方性建筑与适应技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2007.
[2]张雄,张永娟.建筑节能技术与节能材料[M].北京:化学工业出版社,2009.