校园路灯系统节能设计探讨

第一篇：校园路灯系统节能设计探讨

校园路灯系统节能设计探讨

摘要： 如今我国经济高速发展，人们生活水平日益提高，能源和资源变得日益紧张，电力短缺已成为制约国民经济发展的突出矛盾。学校作为一个国家人才输出地，在我国乃至世界当中都占有相当重要的分量，而学校由于照明所产生的耗电量无疑是众多公共事业单位中最多的部门之一。但在号召节能减排的当下，我们应从技术角度以及行为角度去寻找能够解决此类问题的方法，既要保证合适照度、保证各种教学和生活等方面工作的顺利进行，又要求节约电能，提倡绿色照明环境。

关键词：校园路灯系统；光源类型；节能

21世纪，可持续发展已经成为人类社会发展的绿色思潮，倡导绿色低碳生活，减少能源的浪费，建设资源节约型、环境友好型社会已成为人类社会的广泛共识。大学校园校区面积大，有教学工作区、学生生活居住区、食堂、超市和运动场所等不同的功能区域，在这些区域内安装有大量的室外照明灯具，这些室外照明灯具作为学校一个很重要的照明用电组成部分，室外照明设计不仅要体现艺术性还要注重其功能性，既要保证合适照度、保证各种教学和生活等方面工作的顺利进行，又要求节约电能，提倡绿色照明环境

1、学校路灯照明系统的现状：

目前校园路灯存在路灯的布点方式不合理，照明效果欠佳，灯型不统一、线路老化、灯杆锈蚀严重、不满足节能要求等现象。根据调查，有很多学校晚上23：00过后校园里几乎没有行人来往了，然而校园路灯却是“通宵达旦”。学校路灯有些是全夜灯，也有些是后夜灯，基本上是人工控制，劳动强度很大，繁琐，由于工作人员开启或关闭路灯的不及时，造成不方便路人与浪费用电的现象时有发生。在不影响路灯正常工作的情况下对其进行节能研究有着重要意义。

2、光源类型的选择

参考《城市道路照明设计标准》要求，结合大学校园室外道路照明的具体情况，路灯照明系统所采用光源的主要类型有：高压钠灯、金属卤化物灯、节能灯（紧凑型荧光灯）、半导体发光二级管（LED）灯、太阳能灯等。

（1）校园主干路、次干路的道路照明光源，考虑大量的车流、人流以及景观的照明需要，应采用具有发光效率高、寿命长、透雾能力强、色温适中、显色性也符合一般道路照明要求的高压钠灯。

（2）生活居住区和商业区的人行道路照明光源，考虑尊重人的感受，强调以人为本的理念；同时要营造环境幽静轻松的氛围，可考虑选择发光效率比较高、寿命长、显色性好的金属卤化物灯或紧凑型荧光灯。

（3）在满足道路照明标准要求的前提下，经过经济效益分析对比以及试点成熟的基础上，适当推广使用太阳能路灯、半导体发光二级管（LED）灯等新能源节能 灯具。

3、校园路灯节能措施

（1）节能不是靠降低照明水平来实现，而是在确保各级道路符合相应的照明标准的前提下考虑节能。因此，首先就得根据被照明场所的要求和特点合理选定照明标准值。否则，标准选高了会造成能源浪费，标准选低了又不符合照明要求。

（2）照明设计是实现节能的核心环节。在进行照明设计时，要同时提出多套方案进行设计计算，在确定它们都符合照明标准的要求后，再进行综合经济分析比较，从中选取最佳的方案。

（3）合理选择照明器材是实现节能的有效手段之一。根据《城市道路照明设计标准》要求，应选择符合国家标准中关于节能评价规定的光源和镇流器。在选择灯具时，首先要满足灯具相关标准以及光强分布和眩光限制的要求，在此前提条件下再选择高效率者。

（4）气体放电灯的功率因数一般在0.4～0.6之间，可通过实施电容补偿或配用电子镇流器来提高功率因数，降低无功损耗。从经济合理的角度考虑，补偿后的功率因数在0.8～0.9之间为宜。

（5）在深夜普遍降低路面照度是节能效果最为明显的一项措施。由于深夜车流、人流量小，应该普遍推行这种措施。因此，在主干路、次干路应该采取这一措施。实施这一措施的办法包括：

第一，采用双光源灯具是一种合理的办法。深夜的交通流量小，关闭1只光源，如将1盏灯具内的2只光源在上半夜全部点亮，下半夜道路车流量小时关掉其中1只光源，既可以达到节能目的，又不影响路面照度均匀度。

第二，采用深夜能自动降低路灯光源功率的装置，如变功率镇流器或智能型照明调控装置等。变功率镇流器是通过时间控制器和电子开关来调节镇流器的电抗，减小光源回路电流，从而调节照明装置的功率，从全功率降至60%～70%的功率。如高压钠灯灯具内安装变功率镇流器时，深夜能自动降低光源的功率，从而达到节能的目的。智能型照明调控装置是一种智能型降压稳压调光装置，能够根据电网电压的波动，平滑地对路灯输入电压进行动态调整，自动调光。在深夜电网电压升高、道路车流量小时进行自动调压，降低光源的功率，从而降低路面照度，达到节能的效果。

第三，采用深夜关闭不超过半数灯具的办法，但不得关闭沿道路纵向相邻的两盏灯具，以免路灯照明均匀度降低过多，影响交通安全。当路灯为单侧布置时，应采用间隔熄灯的方式；当路灯为双侧交错布置时，应采用熄灭一侧路灯的方式；当路灯为双侧对称布置时，应采用交叉熄灯的方式。

第四，由于技术原因，考虑到线路压降以及终端负载的电压需求，电网供电电压普遍偏高，尤其是在午夜以后，由于市网电压远高于额定电压，路灯照明系统电压不能根据电网波动、照度需求以及照明时段等情况进行实时调整，往往导致灯具过度发热，造成大量的电能浪费、照明灯具的使用寿命大幅缩短。目前路灯照明的电能利用率还不到65%，电能浪费相当严重，存在着巨大的节能空间。采用智能路灯节能设备对路灯系统运行状态进行全自动的监控，实现人性化的亮度设置和控制。采用智能路灯节能设备后照度基本不变，灯具的功耗明显减少，使用寿命大大延长。学校用于路灯照明系统维护的成本也将明显减少，同时也将带来相当可观的经济效益。

（6）电缆截面的选择。校园室外路灯照明系统的特点是系统用电功率不是很大，线路上的工作电流也不是很大，但需要敷设线路较长。负荷计算时电缆载流量的要求容易得到满足，但由于路灯照明系统线路较长，线路压降要满足线路末端的电压要求是需要重点考虑的问题。解决线路压降问题的方法可以考虑适当加大线路截面；加大线缆截面积的同时也提高了线路的输送能力，对提高供电可靠性、电压合格率以及节约电能是大有好处的。

（7）选择合理的控制方式，采用具有可靠度高和一致性好的控制设备也是一项重要的节能措施。基于校园特殊的分区特点，室外路灯照明系统的控制方式应合理选择，做到需要开灯时能即刻开启，需要关灯时马上就能关闭，这样才能准确控制全年的灯具燃点时间，达到节能目的。对于重要校园路灯照明区域应根据所在地区的地理位置和季节变化合理确定开关灯时间，并应根据天空亮度变化进行必要修正。宜采用光控和时控相结合的控制方式，以时控为基础，并辅以光控功能，使路灯照明的开、关控制准确合理。路灯照明宜采用智能化控制，通过计算机网络技术，利用有线和无线传输方式，对路灯的启闭、运行状态、故障情况等进行遥控、遥测、遥信，从而实现对路灯的远距离监控和管理。通过时控、光控、程控等多种智能化控制模式，实现对路灯照明的动态智能化控制，从而达到长期安全、节能运行和科学管理的目的。对于非重要路灯照明区域，在满足照度及安全的情况下，应选择在深夜自动或手动关闭部分，以节约电能。

（8）由于太阳能路灯以太阳光为能源，白天在阳光的照射下，太阳能电池板给蓄电池充电，晚上蓄电池给负载供电使用，无需复杂昂贵的管线铺设，无需人工操作，工作稳定可靠，安全无污染，节省电费免维护等优点以及LED路灯的定向发光、功率消耗低、驱动特性好、响应速度快、抗震能力高、使用寿命长、绿色环保的优点。所以随着太阳能以及LED路灯技术的发展成熟，校园路灯设计在综合经济效益分析合适的情况下，逐步采用太阳能以及LED路灯将成为绿色节能校园建设的一个有着巨大潜力的发展方向。

4、总结：

校园是学生和教职工工作和生活的主要场所，合理的安装路灯会给大家的生活和学习带来很大的方便，同时，也会有效的减少校园内的安全事故，保障学生和教职工的安全。因此，学校对校园内路灯的管理与优化应该尽快进行和落实。路灯之类的设施实施节能改进，不久可以降低能耗成本，而且有助于缓解政府能源供应和建设压力，对减少废气污染保护环境也有巨大的现实意义，我们要努力落实以人为本，全面、协调、可持续的科学发展观，减轻环境污染，实现人与自然和谐发展的重要举措。这在一定程度上提高了人们的生活水平。校园路灯稳定可靠的工作关系是关系到校园全体师生的大事，事关人身安全与财产，科学合理的设计校园路灯控制系统具有很重要的社会意义。

参考文献 ：

[1]城市道路照明设计标准（CJJ45-2006）[S].[2]王真.大学城路灯照明设计与节能研究.福建建筑，2009，03

[3] 祝洪波.大学校园路灯照明系统的设计探讨.现代物业，2011，10（3）

第二篇：路灯节能分析

节电器相关比较的问答

问题一：和其他路灯节能方案相比，综合优缺点比较？（纵向比较）

以目前节能市场的情况分析，路灯节能主要有以下几个种类：

1、安装路灯节电器；

2、换电感镇流器为电子镇流器；

3、换高频无极灯；

4、换LED灯；

5、换太阳能LED灯。

一、投资回报的分析

1、安装路灯节电器

以本公司湖州开发区节电方案为例，投资回报如下：平均每KW投资：2172390÷3630KW=598元 设备投资回报周期：10个月 每KW十年总节电费：（216630元/月×120月－2172390）／3630＝6563元

2、更换电感镇流器为电子镇流器

以置换250W超能电子镇流器为例，市场超能电子镇流器价格约为1000元，平均节电率50%左右，投资回报如下：

平均每KW投资：4×1000≈4000元 每灯平均每月所节电费：（250W＋30W）／1000×50%×12×30＝50.4元/月 设备投资回报周期：1000÷50.4＝20个月

每KW十年总节电费：50.4元/月×120月－1000＝5048元

3、更换高频无极灯

以125W高频无极灯置换250W钠灯为例，市场高频无极灯价格约为1800元，置换后节电50%以上，投资回报如下：平均每KW投资：4×1800≈7200元 每灯平均每月所节电费：（250W＋30W－125W）／1500×12×30＝55.8元/月 设备投资回报周期：1800÷55.8≈32个月

每KW十年总节电费：55.8元/月×120月－1800＝4896元

4、更换LED灯 以120W LED灯置换250W钠灯为例，市场LED灯的价格约为4000元以上，置换后节电55%左右，投资回报如下：平均每KW投资：4×4000≈16000元 每灯平均每月所节电费：（250W＋30W－120W）／1000×12×30＝57.6元/月 设备投资回报周期：4000÷57.6≈69.5个月

每KW十年总节电费：57.6元/月×120月－4000＝2912元

5、更换太阳能LED灯

以150W太阳能 LED灯置换250W钠灯为例，市场太阳能LED灯价格约为10000元以上（用太阳能LED灯要求置换灯杆，加装太阳能面板、蓄电池等），置换后节电100%，投资回报如下：

平均每KW投资：4×10000≈40000元 每灯平均每月所节电费：（250W＋30W）／1000×12×30＝100.8元/月 设备投资回报周期：10000÷100.8≈99个月

每KW十年总节电费：100.8元/月×120月－10000＝2096元

二、各节电方案优缺点的分析

1、安装路灯节电器

在道路照明系统中，照度受电网电压影响，而电网电压受负荷影响。负荷高峰时，电压偏低；负荷低谷时，电压偏高。通常情况下，傍晚时的道路交通和电网负荷均为高峰，此时电网电压低，导致路灯光源光通量低，路面照度低；而接近午夜时，为道路交通和电网负荷又均处于低谷，此时电网电压偏高，路灯电源发出的光通量高，路面照度高。这种不合理现象，既影响交通安全，又严重浪费能源和资金。按电工学原理，在负荷不变的情况下，电能的消耗与电压的平方成正比，节电器就是将电压调低，达到节能的目的。其方式一般有两种，一是运用可控硅调压技术，二是运用电磁调压技术。可控硅调压因其元器件可靠性差，解决不了对电网的谐波干扰，得不到广泛应用和供电部门认可。目前广泛应用的是电磁调压技术，其核心是一种特殊的变压装置。现阶段的节电器已成为集电磁技术、智能技术、数据控制技术于一体的高科技节电产品，具有完美的调节性和节电效果，其特点是：节电率可调，开启、关闭路灯的时间可调，对电网电压无污染、发生故障时有自动旁路功能，操作简便、照度均匀，节电率达到20%-40%。

2、其他方法

(1)电子镇流器取代电感镇流器，电子镇流器的特点是：(a)提高电路效率，即降低镇流器的能耗；(b)减轻重量，尤其是对大尺寸的灯更为明显；(c)提高多种类型灯的光效；(d)无闪烁；(e)消除电源电流谐波且不使用校正电容器就可提供一个接近1的功率因素；(f)消除可听得见的镇流器噪音；(g)便于精确地控制灯的功率或电流；(h)对高压灯能减少启动稳定时间和再启动时间；(i)更好地控制灯的启动和工作条件，从而提高灯的寿命。

电子镇流器的节能效果明显，但因其价格较高、寿命较短而得不到广泛的推广和应用。

(2)采用LED灯取代传统的霓虹灯，其特点是：亮度高；可通过控制器达到多种色彩和图案的变化，功耗小寿命长，同等面积LED灯功率仅为霓虹灯的10%-20%，寿命却是霓虹灯的5-10倍；维修方便、简单；相对于低压钠灯，光照度穿透度不够，光照半径小，投资过大回收期长。

综合上述分析，结合电气设备一般情况下的使用周期（以10年为例），我们认为最佳节能方案应该是安装专业的路灯节电器，节电率虽然是最低的，但相对所节费用是最多的，而根本节电器的节电原理，他的光效、色温等方面的照明参数基本等同于普通低压钠灯；其次是置换超能电子镇流器方案，相对投入不大，但照明参数较高，使用寿命高；无极灯、LED灯优点虽然很明显，也是最能体现绿色照明的方案，但节能不省钱，只是哗众取宠的产物，并不能算真正的节能方案。节能口号

1、依法节能，全民行动

2、节能减排，科学发展

3、开发与节约并重，把节约放在首位

4、发展循环经济，推行清洁生产

5、节约资源，绿色消费

6、节约资源，从我做起

7、节约光荣，浪费可耻

8、依法节能，持续发展

9、节约用水，人人有责

10、节能、降耗、减污、增效

11、实施资源战略，保障能源安全

12、使用清洁能源，还我碧水蓝天

13、依靠科技进步，提高能源效率

14、推广节能设备，倡导绿色照明

15、节能需要你我他，节水节油靠大家

16、浪费资源、殃及后代，节约资源、造福子孙

17、节约能源、保护环境，功在当代、利在千秋

18、节约用电，缓解瓶颈制约

19、节约能源，保护资源，保护环境 20、节约能源，促进人与自然协调发展

21、节约能源，大有可为，功在当代、利在千秋

22、合理使用能源，提高能源利用效率

23、能源连着你我他，节约能源靠大家

24、为了明天更美好，请节约使用能源

25、提倡科学用电，营造节能社会

26、使用节电产品，倡导绿色消费

27、绿色照明，节约用电

28、减少待机能耗，节约使用电能

29、发展循环经济、推进自主创新

30、全民动员，共建节约型社会

31、搞好节能评估，倡导科学用能

1．“节能产品惠民工程”； 2．“促进节能，惠及百姓”； 3．“节能降耗，惠及企业”； 4．“节能产品，惠民利国”； 5．“依法节能，全民行动”； 6．“绿色照明，环保节能”； 7．“节能减排，保护环境”；

8．“节约能源、大有可为，功在当代、利在千秋”； 9．“节约能源，从我做起”；

第三篇：风光一体化节能路灯

风光一体化节能路灯

来源：

第十二届“挑战杯”省赛作品

小类：

信息技术

大类：

科技发明制作A类

简介：

风光一体化节能路灯，一种节能、环保、绿色的自然能路灯，属于电器用品。该路灯在路灯杆的一侧装太阳能电板、在路灯杆的顶端安装一个风力发电机和一套发光体、路灯杆底座安装一个蓄电池组和中央控制系统。风光一体化路灯能够充分利用自然能量，白天自动关闭，夜晚自动开启，使路灯照明供电自给。具有安装简便、维护费用低、低压无触电危险等优点。适用于高速公路、城市道路、住宅小区、农村庄园及各种公园、码头等公共场所。

详细介绍：

风光一体化节能路灯以风光互补供电为主题，把太阳能电池和风力供电结合在一起，为蓄电池充电从而为发光体供电。在路灯杆的一侧装太阳能电板、在路灯杆的顶端安装一个风力发电机和一套发光体、路灯杆底座安装一个蓄电池组和中央控制系统（包括光控开关、变流器、恒压恒流器和控制调节器）。对于几点关键技术创新略述如下

1、风机设计思路 有资料可得升力型风机效率高但低风速启动困难，而阻力型低风速易启动但风机效率低，试图结合二者的优点．同时利用离台器，设计出一种新型风机模型，如同骑自行车，无风踩脚踏板前进，有风不踩脚踏板前进。阻力型（S）风叶 装置在风机顶部．用于低风速下启动发电。由两组互差90度角的S型风叶共垂直轴叠放而成。在低风速非集中风向的情况下．定义风力机的单位宽度S型风叶能够自启动从而带动下部H型风叶的旋转。输出功率值．它等于风力机的输出功率P与风力机的水平宽度L的比值。计算两叶片水平轴和阻力型（S）型风力机得到的单位宽度输出功率值。可以看出，在同样条件下，设计合理的阻力型（S）风力机的单位宽度输出功率近远大于水平轴风力机，具有明显的优越性。H型风叶 装置在风机中部，由互差120度的三个叶片组成，选择三叶片组可明显降低扭矩波动的影响且平衡性较好．每个叶片可由小短杆调节垂直翻转角度，以达到最佳旋转状态。H型风叶制造起来比阻力型（S）式型风机简单得多。同时三叶片设计可接受来自各个方向的风，不需要昂贵的偏航系统，其自身低风速不启动的缺憾己被上部的S型风叶弥补在低风速的时候，S型叶片先开始转动，通过超越离合器带动H型风时转动，随着风速遥渐增大．H型页片转速迅速增大-远大于s型叶片转速-超越离合系统保证了“一轴两速”的效果。风叶的设计较好地解决了H型风机低风速不启动的问题，实现了S型机和H型风机的优势互补。（2)风叶结构简单，无变截面，扭曲等复杂叶形，易批量生产，降低生产成本，突破国外专利垄断水平轴风叶制造的局面。3)发电机位置距地表较低，易于维修和并网。(4)全方位接收来风，无需偏航系统和调向装置，降低了架机难度和运行成本。

2、电池选用 电池:电池磷酸铁锂蓄电池，规格为38AH 工作电压24V。磷酸铁锂动力电池七大优势:

一、超长寿命，长寿命铅酸电池的循环寿命在300 次左右，同质量的铅酸电池是“新半年、旧半年、维护维护又半年”，最多也就1—1.5 年时间，而磷酸铁锂电池在同样条件下使用，将达到７－８年。综合考虑，性能价格比将为铅酸电池的4 倍以上。

二、使用安全，磷酸铁锂完全解决了钴酸锂和锰酸锂的安全隐患问题，钴酸锂和锰酸锂在强烈的碰撞下会产生爆炸对消费者的生命安全构成威胁，而磷酸铁锂以经过严格的安全测试即使在最恶劣的交通事故中也不会产生爆炸。

三、可大电流2C 快速充放电，在专用充电器下，1.5C 充电40 分钟内即可使电池充满，起动电流可达2C,而铅酸电池现在无此性能。

四、耐高温，磷酸铁锂电热峰值可达350℃而锰酸锂和钴酸锂只在200℃左右。

五、大容量。

3、太阳能—500℃电池 太阳能电池：采用多晶硅多晶硅太阳能电池 多晶硅太阳电池的制作工艺与单晶硅太阳电池差不多，但是多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少，其光电转换效率约12％左右(2004年7月1日日本夏普上市效率为14.8%的世界最高效率多晶硅太阳能电池)。从制作成本上来讲，比单晶硅太阳能电池要便宜一些，材料制造简便，节约电耗，总的生产成本较低，因此得到大量发展。此外，多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。从性能价格比来讲，单晶硅太阳能电池还略好。

4、发光体Led灯组 成品采用40wLed 灯组，其亮度大，寿命长。且还有以下突出优点：

1、高效节能：以相同亮度比较，3W的晶体灯三百三十三小时耗1度电，而普通60W白炽灯十七小时耗1度电，普通10W节能灯一百小时耗1度电。

2、超长寿命：半导体芯片发光，无灯丝，无玻璃泡，不怕震动，不易破碎，使用寿命可达五万小时（普通白炽灯使用寿命仅有一千小时，普通节能灯使用寿命也只有八千小时）

3、健康：光线健康光线中不含紫外线和红外线，不产生辐射（普通灯光线中含有紫外线和红外线）

4、绿色环保：不含汞和氙等有害元素，利于回收和，而且不会产生电磁干扰（普通灯管中含有汞和铅等元素，节能灯中的电子镇流器会产生电磁干扰）

5、保护视力：直流驱动，无频闪（普通灯都是交流驱动，就必然产生频闪）

6、光效率高：发热小，90%的电能转化为可见光（普通白炽灯80%的电能转化为热能，仅有20%电能转化为光能）

7、安全系数高：所需电压、电流较小，发热较小，不产生安全隐患，于矿场等危险场所。

8、市场潜力大：低压、直流供电，电池、太阳能供电，于边远山区及野外照明等缺电、少电场所。(收起)

第四篇：家用电器节能系统设计说明书

家用电器节能系统设计说明书

设计者：

指导教师：

（XX学院，机械设计制造及其自动化工程，机本班）

作品内容简介

通过实验设计了一套空调与电热水器联合节能系统，实现家庭、酒店、理发店医院等同时需要制冷和制热（包括制热水）系统的节能。通过对空调系统的改进实现，空调废热利用，节约热水器耗能。把热水器变成空调系统的一个冷凝器，在夏天使用空调时顺便加热热水，热水器不耗电；春秋冬通过热泵原理，利用空调设备，用电能取得大量热量，实现节能。

研制背景及意义

空调和热水器是家庭的必备家电，目前大中城市普遍采用的是电热水器，酒店既大量使用空调有需要大量热水，夏天空调制冷产生的大量废热，如果能利用这些废热来加热水可提供大量生活热水。春秋冬季节需要大量生活热水，如果用电热水器来加热，能耗很到，空调设备也基本闲置，如果能利用空调装置和热水器装置构成一个热泵，既可实现空调装置的有效利用，也能实现热水器的节能。

对于家庭、酒店、理发店或医院等系统来说，同时购买空调和热泵热水器可实现有效节能，但是热泵热水器投资巨大，节能却不省钱。没有经济意义。

因此，我们致力于研发尽量少的的增加设备投资的情况下实现系统的节能。

设计方案

2.1机械控制

空调热水器设计如图1所示

室内换热器

热水器换热器（冷凝器）

室外换热器

压缩机

毛细管（节流阀）

6、7

四通阀8、9

截止阀

可调节三通阀

图1

空调热水器系统设计图

空调热水器原理图如图2

室内换热器

热水器换热器（冷凝器）

室外换热器

压缩机

毛细管（节流阀）

6、7

四通阀8、9

截止阀

可调节三通阀

图2

空调热水器原理图

制冷、制热水循环：

关闭阀门8，打开阀门9，四通阀6，7通电，当水温较低时，阀门10调节流量是工质全部流向2（热水器换热器）加热水，当水温升高（>32度）调节阀门10减小流向2的流量，让一部份工质流经3（室外换热器），当水温超过40度，只让工质流经3。

室内换热器（蒸发器）

热水器换热器（冷凝器）

室外换热器（冷凝器）

压缩机

毛细管（节流阀）

6、7

四通阀8、9

截止阀

可调节三通阀

图3

制冷制热水循环

制热、制热水循环：

关闭阀门9，打开阀门8，四通阀6，7失电，此时3（室外换热器）充当蒸发器，1（室内换热器）、2（热水器换热器）充当冷凝器，通过阀门10可以实现仅制热，或者仅制热水，同时制热和制热水将受室外换热器负荷限制。

室内换热器（冷凝器）

热水器换热器（冷凝器）

室外换热器（蒸发器）

压缩机

毛细管（节流阀）

6、7

四通阀8、9

截止阀

可调节三通阀

图4

制热制热水循环

设计时考虑的主要问题：

1.热水器和空调的工况差异大，在水温的不同阶段由于工况的漂移，压缩机负荷急剧变化，致使机组无法有效运行，如何在不影响空调性能的前提下，实现空调的热量利用？

2.空调热水器能否实现的四季均可利用？

3.热水器换热器怎么在空调中一直充当冷凝器？

2.2电器部分（电路控制）

1.空调控制系统十分复杂，修改难度大，同时改动成本也高。因此我们基本不对空调控制系统的进行修改。

2.根据水温调节阀门开度，市场有该控制电路成品，采用这种产品。我们可以实现对阀门10的控制。

3.还需要另外设计的控制包括阀门8、9和四通阀7，（注：四通阀6在空调控制系统中）下面设计对阀门8、9和四通阀7进行的控制设计：

这些阀门只存在两种状态：状态一：阀门8关，阀门9开，四通阀7得电；状态二：阀门8开，阀门9关，四通阀7失电。所有阀门的两种状态对应相反。阀门8、9均为得电打开，因此控制电路设计就比较简单。

图5

电磁阀控制

开关向右，电磁阀9得电打开，电磁阀8失电关闭，实现制冷制热水循环；

开关向左，电磁阀8得电打开，电磁阀9失电关闭，实现制热制热水循环

理论设计计算

1.空调工况计算：

考虑到目前主要使用的制冷剂为R22，有必要对原有设备进行节能改造，本设计计算采用R22做制冷剂计算，但R22对臭氧层有破坏作用，属于将要淘汰的制冷剂之一。故在日后新产品的设计制造中考虑使用R134a等环保制冷剂。

空调制冷系统，工质为R22，需要制冷量=5kW，空调用冷气温度为=15°C，蒸发器端部传热温差为∆

=10°C，冷却水温度为=32°C，冷凝器端部的传热温差取

∆=

8°C，液体过冷度△=5°C，有害过热度△=5°C，压缩机的输气系数为λ=0.8,指示效率ŋ=0.8。

分析：绘制制冷循环的压-焓图，如右图所示

根据已知条件，得出制冷剂的工作温度为：

=+∆=32+8=40°C

=-∆=10-5=5°C

=-∆=40-5=35°C

=+∆=5+5=10°C

查R22表得到各循环特征点的状态参数如下：

点号

P（MPa）

t（°C）

h（kJ/kg）

v（/kg）

0

0.58378

407.143

0.58378

412

0.043

1.5335

446

1.5335

250

热力计算：

(1)

单位质量制冷量

=-=407.143-250=157.143kJ/kg

(2)

单位容积制冷量

=/=157.143/0.043=3654.5kJ/

(3)

理论比功

=-=446-412=34kJ/kg

(4)

指示比功

=/ŋ=34/0.8=42.5kJ/kg

=+=412+42.5=454.5kJ/kg

(5)

制冷系数

ε=/=157.143/34=4.62

ε=/=157.143/42.5=3.70

(6)

冷凝器单位热负荷

=-=454.5-250=204.5kJ/kg

(7)

所需工质流量

=/=5.0/157.143=0.0318kg/s

(8)

理论输气量

=/λ=1.37×/0.8=1.71×

/s

实际输气量

==0.0318×0.043=1.37×

/s

(9)压缩机消耗的理论比功

==0.0318×34=1.08

kW

压缩机消耗的指示功率

=/

ŋ=1.08/0.8=1.35

kW

(10)冷凝器的热负荷

==0.0318×204.5=6.50

kW

(11)热力学完善度

卡诺循环制冷系数ε=(273+10)/(40-15)=11.32

指示热力学完善度

ŋ=ε/ε=3.7/11.32=0.327

2.热水器换热器设计计算：

经分析：该换热器在空调中一直起着水冷式冷凝器的作用，下面按照水冷式冷凝器的设计方法设计换热器。

设计要求：热负荷

Qk=6.5KW;

冷凝温度

tk=40oC；制冷剂

R22

（1）

冷凝器的结构形式：卧式壳管式冷凝器

（2）

冷却水温

t’,温升△t,t1’=32oC;在卧式冷凝器中，一般取△t=3～5oC,取△t=4

oC，冷却水出口温度

t’

’=

t1’+△t=36

oC

（3）

冷凝器中污垢热阻

管外热阻

ro=0.9x10-4m2.oC/W

管内热阻

ri=

0.9x10-4m2.oC/W

（4）

冷凝器的设计计算

①

冷却水流量

qvs

和平均传热温差△tm

冷却水流量qvs为

QVS=Qk／(ρc∆t)=6.5／(1000×4.187×4)=0.388×10-3

m/s

平均传热温差

△tm

=t，-t,／㏑[tk-t1,/(tk-t1，)]=36-32/㏑[40-32/(40-36)]=5.8

℃

②

初步规划的结构尺寸

选用的铜管，取水流速度

u=1.5m/s

则每流程的管子数

z=4qVS／πdi2u=4×0.388×10-3/[3.14×(10-2)2×10-6×1.5]=5.15

圆整后z=6

根

实际水流速度

u=4qVS／πdi2z=4×0.388×10-3/[3.14×(10-2)2×10-6×6]=1.3

m/s

③

管程与有效管长

假定热流密度q=6400w/m2则所需的传热面积Fo为

Fo=Qk/q=6500/6400=1.015

m2

管程与管子有效长度乘积

NLc=F0/πd2z=1.015/(3.14×0.01×6)=5.38

m

采用管子或正三角形排列的布置方案，管距

S=20mm,对不同流程数N，有不同管长lc及筒径D,见下表：

N

lc(m)

NZ

D(m)

lc/D

2.69

0.14

1.34

0.18

0.89

0.20

0.67

0.22

从D及lc/D值看，8流程是可取的④

传热系数

1)

管内冷却水与内壁面的换热系数，αi=0.023λ/di

Ref0.8Prf0.4

计算时取冷却水的平均温度ts为定性温度

ts=(t1’+t1’’)/2=(32+36)/2=34℃

Ref=udi/v=1.3×0.008/(0.7466×10-6)=13930

Ref0.8=2066

Pr=4.976(查物性表中的数据)

Pr0.4=1.9

λ=62.48×10-2

W/(m

oC)

αi=0.023×62.48×10-2/0.008×2066×1.9=7051

W/(m2

oC)

2)

水平管的排数

因流程数N=8，总的管子数Nz=48，将这些管子布置在17个纵列内，每列管子数分别为1，2，3，4，3，3，3，3，4，3，3，3，3，4，3，2，1则按公式

=[48/(2×10.75+2×20.75+10×30.75+3×40.75)]4=2.94

(3)管外换热系数α0的计算

α0=cb(1/∆t0d0)0.25

W/(m2

·℃)

查表得

b=1465.9,c=0.725,α0=nm-0.25αco=2585∆t0-0.25

W/(m2

·℃)

（4）传热系数大。传热过程分成两部分：第一部分是热量经过制冷剂的传热过程，其传热温差为∆t0，第二部分是热量经过管外污垢管。管壁管内污垢层以及冷却水的传热过程：

第一部分的热流密度：

q1=λα0∆t=2585∆t00.75

W/m3

第二部分的热流密度为：

q2=∆ti/[(1/αi+γi)d0/di+δ/λ(d0/dm)+

γ0]

W/m2

其中

dm为管子的平均直径，将有关数值代入求的：

q2=2614∆ti=2614(5.8-∆t0)

取不同的∆t0试凑：

∆t0

q1

q2

7319.2

5892.5

3.5

6012.2

6614.78

3．35

6404.3

6400.9

可见∆t0=3.35时，q1与q2的误差已经很小，所以tw=36.65oC，q=6404

W/m2

这与前面假定的q=6400

W/m2

只差0.6%，表明前面的假定可取。

(5)传热面积和管长：

传热面积F0=1.015m2，有效管长L=0.67m，适当增加后，取管长为0.93m。

(6)水的流动阻力

沿程阻力系数ξ=0.3164/Ref0.25=0.3164/(13930)0.25=0.0291

冷却水的流动阻力∆P为：

∆P=1/2

ρu2

[(ξ

N

L/di)+1.5(N+1)]

=0.5×1000×1.32×[0.0291×8×0.93/0.008+1.5(8+1)]

=0.034MPa

考虑到外部管路损失，冷却水总压降约为：

∆P，=0.1+∆P=0.134MPa

取离心水泵的效率ŋ=0.6，则水泵所需的功率为：

Pe

=qr

∆P，/ŋ=0.388×10-3×0.134×106/0.6=86.7

W

设计综述如下：Ф10×1的铜管总数为48根，每根传热管的有效长度为930mm，管板的厚度取30mm，考虑传热与管板之间胀管加工时两端各伸出3mm，传热管实际下料长度为1000mm，壳体长度为930mm，壳体规格为Ф273×7mm的无缝钢管，取端盖水腔深度为50-60mm，端盖铸造厚度约为10mm，则冷凝器外形总长为1100mm。冷却水流程为8，传热管48根。冷凝器外壁涂上1mm的隔热涂料。

3.热水器烧水时间计算（实用性计算）：

热水器换热器热负荷

6.5kW，电热水器总共50L水

将50L水从14℃加热到40℃水温升高26℃

烧水时间t

假设水箱保温不够散热，损失20热能

烧水时间t’=

冷凝器设计入口温度为32℃，当水温较低(<=32)时，冷凝器的传热温差较大，传热快。当水温较高（>32℃）时，冷凝器的传热温差较小，传热慢。总体来看，启动空调20分钟内，能够将水烧开到40℃供洗澡用。

4.节能计算

情况1：夏季使用空调制冷，且需要热水洗澡，冷水水温20℃

需要水温40℃：节约全部原来需要电热水器烧水消耗的电能

需要水温60℃：节约初始20℃到40℃的烧水电能；40℃到60℃，使用电热水器加热；

电热水器耗能：W=cm∆t=4187*50*40=8374000J

本装置耗能：W=cm∆t=4187*50*20=4187000J

与使用电热水器加热相比节能：（8374000-4187000）/8374000=50%

情况2：春秋季节不使用空调制冷，且需要热水洗澡，冷水水温15℃

需要水温40℃：使用热泵加热，供热系数为4.3，与电热水器加热相比，节约电能76%。

需要水温60℃，先使用热泵将水加热到40℃，再用电热水器加热到60℃；

电热水器耗能：W=cm∆t=4187*50*45=9420750J

本装置耗能：W=cm∆t=4187*50*（25/4.3+20）=5404151J

与使用电热水器加热相比节能：42.6%。

情况2：春秋季节不使用空调制冷，且需要热水洗澡，冷水水温10℃

需要水温40℃：使用热泵加热，供热系数为4.3，与电热水器加热相比，节约电能76%。

需要水温60℃，先使用热泵将水加热到40℃，再用电热水器加热到60℃；

电热水器耗能：W=cm∆t=4187*50*50=10467500J

本装置耗能：W=cm∆t=4187*50*(30/4.3+20)=4187000J

与使用电热水器加热相比节能：46%。

综上，本设计主要在节约电热水器加热部分的能量，至少能节能40%以上。且夏天能利用空调制冷的热量，春秋冬季使用热泵制热，节能优势明显。

工作原理及性能分析

工作原理：能级匹配节能原理，热泵原理

电热水器通过电加热的方式加热水，是把功变成热，能级严重不匹配，造成能源的品质浪费。本作品基于热泵原理（通过做功把热量由低温热源传向高温热源，得到数量高于功的能量），较电加热热水器而言实现电能的合理利用。

性能分析：

从经济性上来说，热泵成本较高，本作品合理的利用空调装置，实现热水器的热泵改造，实现设备投资的节约。

理论估计本设计的性能要远高于空调和热水器单独使用。具体的性能指标还有看实际中空调和热水器联用对空调系统的影响程度，才能确定。

创新点及应用

1）实现空调和热水器不同工况的有效整合；

2）操作和控制简便，容易地使用它；

3）空调设备在春秋冬季节得到有效利用。

在全国大中城市，空调和电热水器普及数量很多，大部分属于隔离状态，有待在节能改造，因此应用前景很广。

参考文献

[1]

张小松，王铁军，金苏敏

制冷技术与装置设计

重庆大学出版社：142-146

[2]

吴业正，韩宝琦

制冷原理及设备

西安交通大学出版社，1998：53-54，246-250

第五篇：县路灯节能情况报告

新安县路灯节能情况报告

深圳市兆世科技有限公司是具备相当规模的研发、生产、销售电机节能产品、市政照明用灯光节能产品、工业照明用灯光节能产品、民用及办公用灯光节能产品、中央空调节能产品、SVG快速动态无级无功补偿装置等产品的专业生产厂家。所有的产品均具有自主的知识产权和软件著作权。产品广泛应用于自动化、工业、电力、建材、纺织、印染、塑料、食品、制药、恒压供水、市政照明、夜景工程、宾馆、写字楼、商场等领域，深受用户欢迎，在国内的电力电子、传动行业和灯光节能行业拥有很重要的地位。

我们通过对贵单位的谨慎考察，本着实事求是的原则，经过认真论证，认为贵单位在路灯照明上具备较大的节能空间，如果贵单位采用我公司的节能产品并做节能改造，可以实现综合节能40%左右的效果，这样将有效降低贵单位的电费支出，从而实现节能降耗的目标。具体节能方案如下：

一、节能措施及目标

贵单位在路灯照明上采用的是高压钠灯，由于关系到人民生活、工作的需要，照明灯的功率较大且使用的时间较长，尤其是冬季使用时间更长。计算下来每天要消耗大量的电能，因而完全有必要进行节电改造。可以采用我公司在国内所拥有的独家技术且自主生产的pH-ST灯光专用节电器节能。

pH-ST灯光节电器与其它同类节电器不同，既不用变压器降压，也不用可控硅降压，而采用国内最先进的节电技术实现灯光节能。它把大型在线式UpS原理、节能灯节电原理、变频技术、无功补偿技术、滤谐波技术等相结合并用于群体灯光节能，经过国家电光源质量监督检验中心、国家科学技术部、深圳市科学技术局等部门的检测和鉴定，该产品填补国内空白，处国内领先水平。使用pH-ST灯光节电器可以实现以下几个功能：

1.实现节能40%左右；

2.延长灯具和灯光寿命2倍左右；

3.有效延缓电路和控制器的老化。

pH-ST灯光节电器既不用变压器，也不用可控硅，而是将变频技术和大型在线式UpS原理应用到灯光节能系统中。它采用模块化矩阵电源，一个模块就是一个完整的供电系统。220V交流电源经过交流滤波后，由单相桥式整流桥整流成直流，经电容滤波后再由单相全桥逆变为0～220V电压可调，50Hz的交流电源，再经滤波，平波环节后给灯源供电。原理框图如下：

单个电源模块原理框图

pH-L灯光节电器就由多个电源模块组成矩阵电源，由西门子pLC控制构成一个冗余供电系统。pLC根据外界负载的大小和电网电压的高低来减少或增加电源模块的个数，同时把负载功率按比例分配给各模块，始终保持它是一个恒功率系统，保证实现最大限度的节能。若在使用过程中某个模块发生故障，pLC将自动切除该模块，然后将负载功率重新分配给其余模块，若其余模块已经超出其额定功率，pLC将切除所有模块，并将转换到市电（即非节电）方式，既保护设备，又保证了系统的正常供电。

pH-ST灯光节电器与同类产品的特性比较

型号变压器型可控硅控制型pH-ST灯光节电器

1．节电方式变压器降压可控硅移相降压pLC恒功率控制

2．节电率低10～30%低10～30%高30～50%

3．亮度损失大很大小

4．功率因素较高低高

5．稳定性好差好

6．可靠性高低高

7．故障率低高低

8．谐波无高无

9．自身损耗大大小

10．应用场合灯多的地方一个到多个一个到多个

11．推广价值一般低高

pH-ST灯光节电器主要技术参数

额定电压AC220V±10%；AC380V±10%

工作频率50Hz/60Hz

综合节电率30%～50%（视电源运行环境而定）

输出电压调节范围相电压在150V～220V范围内依程序自动调节，具体调节值根据光源类型不同而定。

调节方式每项可以独立调节，也可以联调

相间不平衡度容许100%

波形畸变无

单项效率＞98%

绝缘要求电源、控制回路、外壳之间耐压2.5KV

相对湿度0～95%无结露

工作温度－20℃～45℃

环境要求通风良好

使用寿命15年以上

二、新安县北京路全段节能情况分析

1．北京路有照明路灯108盏，均为高压钠灯,最大电流300A左右，最大电压226V,有功功率为28KW,经过认真分析，考虑到今后的增容、扩建等因素故,该路段需配备功率为30KW的灯光节电器。

2．投资分析及投资回报

其一、该路段没有安装pH-ST灯光节电器之前，每月用电7000度（路灯管理所提供），使用pH-ST灯光节电器以后每月用电可下降到4200度，每月节省7000-4200=2800度

节电率=（2800÷7000）%=40%

一年节约12×2800=33600度

按每度电0.661元计算,一年节约：33600×0.661=2.221万元

按使用寿命15年计算可节省：15×2.221=33.32万元

其二、使用节电器后可以使灯具的使用寿命延长两倍左右，按路灯的使用寿命、行业平均更换率等计算该路段每年可节省灯具更换费用约5000/年元左右。

按使用寿命15年计算可节省：15×0.5万元=7.5万元

其三、该路段的投资约为7.5万元，安装节电器以后可以在两年多的时间里通过节省的电费收回投资，而7000度/月的用电量是夏季的用电，是一年当中用电量最少的季节，如果到了冬季用电量将会提高30%左右，届时节省的电费将会更多，那么投资回收期将会相应缩短。

三、测试情况说明

未安装节电器的情况下，北京路路灯照明用电426.6天/度，安装节电器以后，北京路路灯照明用243天/度，安装节电器以后北京路路灯照明用电减少183.6天/度，与节电器前的数据相比，节电率达到43%。

新安县是重点的旅游城市，为了提高自己的形象，新安更是加强了“亮化工程”的建设。随着“亮化工程”的不断发展，电费开支越来越大，财政支出越来越多，不但如此，还给本身电力紧张的局面加重了负担。虽然采用了半夜灯的办法，即在上半夜灯全部亮，下半夜亮一半，在一定程度上减少了电费开支。但是这种办法却有一些弊端，如对行人和车辆造成不安全感、影响城市形象等，因此，真正既能减少电费开支，又能缓解电力紧张局面的办法，只能从节电技术和节电设备上想办法。所以，推广路灯节能技术意义非常重大。从小的方面说，降低电费，减少财政支出，本县直接受益，从大的方面讲，对新安县，对国家和整个社会，节约能源都将是一项利国利民的伟大工程。

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