CN107268777A - 一种楼宇节电设施与蓄电池结合的系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种楼宇节电设施与蓄电池结合的系统，包括建筑体、建筑节能控制云平台、节能用电装置、蓄电装置（7）和/或充电墙（8）；所述节能用电装置包括节能LED灯（1）、变频风机（2）、变频水泵（3）、变频冰箱（4）、节能电厨具（5）、节能电蒸汽锅炉（6）、节能电梯（9）、变频空调（10）中的至少一种。本发明将各种建筑内的节电措施节约的电量储存在充电墙和蓄电池内，充蓄电时间选择在夜间低谷电时段，在白天用电高峰时段通过蓄电池和充电墙向节能用电设施供电，由于节电设施本身耗电已经比原来减少很多，再加上部分供电由充蓄电设施供电，使得高峰用电时段的实际从电网获得的耗电量更低，支付给电网的用电费用就可以大幅降低。

Description

一种楼宇节电设施与蓄电池结合的系统

技术领域

本发明涉及新能源建筑领域，尤其涉及建筑内用电设施与蓄电池结合的节电领域。

背景技术

随着现代科技的不断发展，智能化建筑在城市越来越普遍，建筑行业的发展速度也非常快。现代社会的发展让人们的物质生活水平不断提升，各种能源的消耗量也在不断增加。建设资源节约型和环境友好型社会是当前时期我国制定的中长期战略发展规划。近些年来，随着LED节能灯具、变频空调等各种低能耗的家用电器和建筑内节电设施的应用，挖掘出很多商业建筑节能改造的项目机会和商业机会，很多建筑节能项目还通过合同能源管理等模式得到了迅速的推广。但这些现有的建筑节电措施还没有和充电墙和蓄电设施相结合的实施案例。

申请号为201320524595.1的中国专利公开了一种风电一体化建筑，发电系统包括垂直轴风力机、整流罩、控制器、逆变器、蓄电池组。该布置方案是在城市建筑物顶部和建筑物四个墙角部位布置垂直轴风力机，同时，在所述的风力机外围加装整流罩；垂直轴风力机连接控制器，控制器分别和负载、蓄电池连接。本实用新型提供的一种风电一体化建筑，在建筑物顶部和墙角部位布置垂直轴风力机，并在风机外围布置整流罩，整流罩用螺钉、螺母固定在墙角处，能够充分利用高层建筑物顶部和两建筑物之间的风力资源，通过风力机发电向建筑物内供电，虽然从外部供能角度缓解了建筑物的高能耗，但是建筑物内部用电设施的节能问题没有得到解决。

申请号为201220705697.9的中国专利公开了一种光伏建筑LED照明系统，包括建筑幕墙，所述建筑幕墙一面上设置太阳能电池层，所述建筑幕墙的另一面固定设置第一蓄电池、控制装置和至少一照明灯安装座，并且，所述建筑幕墙内部预埋电源线路；所述控制装置安装固定在所述建筑幕墙的边缘部，所述控制装置设置相互连接的选择模块、控制模块、开关模块；并且，所述选择模块还分别与所述蓄电池和市电连接，所述控制模块还与所述蓄电池连接，所述开关模块还与所述照明灯安装座连接。该专利在一定程度上解决了外部供能和内部耗电的问题，但是节能效果不明显，且储能设备无法满足整个建筑的用电需求。

发明内容

为了克服现有技术中的问题，本发明所采用的技术方案是：一种楼宇节电设施与蓄电池结合的系统，包括建筑体、建筑节能控制云平台、节能用电装置，其特征在于：还包括蓄电装置和/或充电墙；所述节能用电装置包括节能LED灯、变频风机、变频水泵、变频冰箱、节能电厨具、节能电蒸汽锅炉、节能电梯、变频空调中的至少一种。所述建筑体内通过建筑墙划分为多个建筑空间，所述建筑墙内预埋电源线路。

优选的是，所述建筑节能控制云平台包括双向智能电表、智能电开关、传感器、电池控制器、充放电控制器，还包括节能用电装置控制模块、蓄电池控制模块和/或充电墙控制模块，所述节能用电装置控制模块包括节能LED灯控制模块、变频风机控制模块、变频水泵控制模块、变频冰箱控制模块、节能电厨具控制模块、节能电蒸汽锅炉控制模块、节能电梯控制模块、变频空调控制模块中的至少一种。

上述任一方案优选的是，所述建筑节能控制云平台一端与区域电网连接，另一端分别连接节能用电装置、蓄电装置和/或充电墙。

上述任一方案优选的是，所述节能LED灯作为室内照明设施设置在建筑空间内，或作为景观照明设施设置在建筑体外围。

上述任一方案优选的是，所述节能LED灯包括灯座、灯罩、LED灯片；所述灯座和所述灯罩之间形成灯腔，所述LED灯片位于所述灯腔内；所述LED灯片包括基板和灯珠。节能LED灯是用高亮度发光二极管发光源，光效高、耗电少，寿命长、易控制、免维护、安全环保；是新一代固体冷光源，光色柔和、艳丽、丰富多彩、低损耗、低能耗，绿色环保，适用家庭，商场，银行，医院，宾馆，饭店其他各种公共场所长时间照明，并且具有无闪直流电的特点，对眼睛起到很好的保护作用。

上述任一方案优选的是，所述变频风机设置在建筑体内部，包括风机、变频器、控制器和监控器；所述变频器调节风机风量；所述控制器控制风机和变频器；所述监控器一端与控制器连接，另一端与通过转换器与变频器连接。变频风机可以实现自动控制，减小劳动强度，降低系统维护时间，提高生产，减少运行成 本；控制电机的启动电流，相比于常规风机启动时会产生7-8倍的电机额定电流，从而产生热量降低寿命，采用变频电机维护成本降低，寿命增加；降低电力线路电压波动，相比于常规电机启动时电流剧增，电压大幅波动，将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作异常，采用变频调速后，由于能在零频零压时逐步启动，则最大程度上消除电压下降，避免故障发生；可对风机的风量做平滑的无极调速，风机工作在最佳工作点，工况曲线更符合系统，可提高风机效率，避免了“喘振”现象，稳定了炉膛压力，满足工作环境的要求；低速运行可以减少磨损、降低噪音，延长风机和电机的寿命；节能效果显著，由于风量与转速的二次方成正比，功耗与转速的三次方成正比，因此变频风机更节能。

上述任一方案优选的是，所述变频器包括整流器、滤波器、逆变器、制动单元、驱动单元、检测单元和微处理单元。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。

上述任一方案优选的是，所述变频水泵包括泵头、电极、底座和自动控制装置，所述自动控制装置包括单向阀、气压罐、变频器、恒压供水控制器和传感器，变频水泵是具有全自动功能，并且自动恒压的变频供水的装置。

上述任一方案优选的是，所述变频冰箱以单相交流电动机为驱动电机，单相交流电动机采用变频供电电源，从而调节压缩机的制冷量。热负荷大时，压缩机制冷量大，热负荷小时，压缩机制冷量小，从而提高蒸发温度、降低耗电量。

上述任一方案优选的是，所述节能电厨具包括节能灶头、节能电饭锅、节能消毒柜、节能油烟机中的至少一种。

上述任一方案优选的是，所述节能电梯上设置变频器调速实现节能，或者设置能量回馈器，将电梯运动中负载上的机械能通过能量回馈器变换成电能输送到所述蓄电装置中。

上述任一方案优选的是，所述蓄电装置为中型蓄电池，包括电化学蓄电池、超级电容器、飞轮电池中的至少一种。飞轮电池中有一个电机，充电时该电机以电动机形式运转，在电网电源、或风力光伏发电机电源的驱动下，电机带动飞轮高速旋转，即用电给飞轮电池"充电"增加了飞轮的转速从而增大其功能；放电时，电机则以发电机状态运转，在飞轮的带动下对外输出电能，对建筑体内的负载供电。超级电容器从储能机理上分为双电层电容器和赝电容器，是一种新型储能装置，它具有功率密度高、充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。

上述任一方案优选的是，所述电化学蓄电池中包括锂离子电池，铅酸、铅碳、镍氢、镍镉、钠硫、钒液硫、镁、镍锌、锌空气蓄电池中的一种或几种。

上述任一方案优选的是，所述充电墙设置在建筑空间内部和/或建筑体外部，包括控制器和一个或多个串联的电池组。

上述任一方案优选的是，所述建筑体顶部和四周还设置了分布式光伏发电机和分布式风力发电机。

上述任一方案优选的是，所述充电墙的控制器与所述分布式光伏发电机和分布式风力发电机的逆变器连接，阳光充足或风力大时，充电墙电池组进行蓄电，供建筑体内部负载使用或为建筑体外外部电动车、照明设备供电，也可以将多余电量对外出售；夜晚或无风时，利用电网低成本电量为充电墙充电。

本发明将各种建筑内的节电措施节约的电量储存在充电墙和蓄电池内，充蓄电时间选择在夜间低谷电时段，然后在白天用电高峰时段通过蓄电池和充电墙向节能用电设施供电，由于这些节电设施本身耗电已经比原来减少很多，再加上部分供电由充蓄电设施供电，这样使得高峰用电时段的实际从电网获得的耗电量更低，这样支付给电网的用电费用就可以大幅降低。

本发明的有益效果是：

1）本发明通过将节电设施与充电墙和蓄电装置有机结合，可有效降低整个建筑的电费支出运营成本。

2）本发明可以改变新建建筑的配电供电线路设计容量，由于蓄电池和/或充电墙的存在，充蓄电负荷就可以承担建筑一部分的用电负荷，因此，此部分负荷就可以从建筑总电负荷设计中扣除。

3）本发明的充蓄电设施还可以与建筑的分布式光伏发电和微型分布式风力发电机连接，可以灵活地将不稳定的可再生能源发电变为稳定的电力供应，从而进一步降低建筑的电费支出成本。

附图说明

图1 为本发明的一种楼宇节电设施与蓄电池结合的系统的一优选实施例的示意图。

图2为本发明的一种楼宇节电设施与蓄电池结合的系统的建筑节能控制云平台的一优选实施例的示意图。

图示说明：

1-节能LED灯，2-变频风机，3-变频水泵，4-变频冰箱，5-节能电厨具，6-节能电蒸汽锅炉，7-蓄电装置，8-充电墙，9-节能电梯，10-变频空调。

具体实施方式

为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例对本发明作更为详细的描述，实施例只对本发明具有示例性作用，而不具有任何限制性的作用；任何本领域技术人员在本发明的基础上作出的非实质性修改，都应属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，某五星级酒店采用了楼宇节电设施与蓄电池结合的系统，包括建筑体、建筑节能控制云平台、节能用电装置，还包括蓄电装置7和/或充电墙8；所述节能用电装置包括节能LED灯1、变频风机2、变频水泵3、变频冰箱4、节能电厨具5、节能电蒸汽锅炉6、节能电梯9、变频空调10。

在本实施例中，所述建筑体内通过建筑墙划分为多个建筑空间，所述建筑墙内预埋电源线路。

在本实施例中，所述建筑节能控制云平台包括双向智能电表、智能电开关、传感器、电池控制器、充放电控制器，还包括节能用电装置控制模块、蓄电池控制模块和/或充电墙控制模块，所述节能用电装置控制模块包括节能LED灯控制模块、变频风机控制模块、变频水泵控制模块、变频冰箱控制模块、节能电厨具控制模块、节能电蒸汽锅炉控制模块、节能电梯控制模块、变频空调控制模块中的至少一种。

在本实施例中，所述建筑节能控制云平台一端与区域电网连接，另一端分别连接节能用电装置、蓄电装置7和/或充电墙8。

在本实施例中，所述节能LED灯1作为室内照明设施设置在建筑空间内，或作为景观照明设施设置在建筑体外围。

在本实施例中，所述节能LED灯1包括灯座、灯罩、LED灯片；所述灯座和所述灯罩之间形成灯腔，所述LED灯片位于所述灯腔内；所述LED灯片包括基板和灯珠。

在本实施例中，所述变频风机2设置在建筑体内部，包括风机、变频器、控制器和监控器；所述变频器调节风机风量；所述控制器控制风机和变频器；所述监控器一端与控制器连接，另一端与通过转换器与变频器连接。

在本实施例中，所述变频器包括整流器、滤波器、逆变器、制动单元、驱动单元、检测单元和微处理单元。

在本实施例中，所述变频水泵3包括泵头、电极、底座和自动控制装置，所述自动控制装置包括单向阀、气压罐、变频器、恒压供水控制器和传感器。

在本实施例中，所述变频冰箱4以单相交流电动机为驱动电机，单相交流电动机采用变频供电电源，从而调节压缩机的制冷量。

在本实施例中，所述节能电厨具5包括节能灶头、节能电饭锅、节能消毒柜、节能油烟机。

在本实施例中，所述节能电梯9上设置变频器调速实现节能，或者设置能量回馈器，将电梯运动中负载上的机械能通过能量回馈器变换成电能输送到所述蓄电装置7中。

在本实施例中，所述蓄电装置7为中型蓄电池，包括电化学蓄电池、超级电容器或飞轮电池中的至少一种。

在本实施例中，所述充电墙8设置在建筑空间内部和/或建筑体外部，包括控制器和一个或多个串联的电池组。

在本实施例中，所述建筑体顶部和四周还设置了分布式光伏发电机和分布式风力发电机。

在本实施例中，所述充电墙8的控制器与所述分布式光伏发电机和分布式风力发电机的逆变器连接，阳光充足或风力大时，充电墙8电池组进行蓄电，供建筑体内部负载使用或为建筑体外外部电动车、照明设备供电，也可以将多余电量对外出售；夜晚或无风时，利用电网低成本电量为充电墙8充电。充电墙8与光伏、风力发电机的结合，可以灵活地将不稳定的可再生能源发电变为稳定的电力供应，从而进一步降低建筑的电费支出成本。

本实施例中的建筑结合合同能源管理类似的商业模型进行操作，该五星级酒店正常白天整个建筑的耗电功率为5MW，夜间耗电功率减少到3MW，综合每天需向电网缴纳电费5万元，经过安装节能LED灯1具、变频风机2、变频水泵3、变频冰箱4、节能电厨具5、节能电蒸汽锅炉6等一系列节能设备和改造的实施，第三方公司可承担这些节电设备的投入总金额为200万元，另外第三方公司投资100万元给此酒店安装中型蓄电池、充电墙8等充放电设施；经过这些节能改造，实际白天耗电功率减少到4MW，夜间耗电功率减少到2MW，加上充蓄电设施利用低谷电蓄电，白天高峰时段向酒店供电，这样最终每天向电网缴纳的电费减少到3万元/天。总投入300万元，可通过150天的运行就可回收。商业合同上可以跟酒店签署合同能源管理的合约，承诺每年酒店的电费支出成本下降10%，合同期为10年，第一年的电费为5*365*0.9=1642.5万元（为酒店减少支出182.5万元）酒店支付给节能公司，第十年酒店支付给节能公司的金额为5*365*0.34=636万元；节能公司通过高效节能地管理运行建筑内的节电设备和设施，并灵活应用低谷电价时段充电，高峰电价时段自我供电的运行模式，从而保证自己的收益和效益。本实例中的经济性数据仅作为举例，实际实施例依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围。

本实施例中的商业模式方面也不局限于合同能源管理，比如电力运营的外包服务模式也可以，即保证楼宇的电力供应和典型电力设备的代运营，物业公司支付一个固定的电力运营总费用给代运营公司。

由此可见，本发明的楼宇节电设施与蓄电池结合的系统通过将节电设施与充电墙8和蓄电装置7有机结合，可有效降低整个建筑的电费支出运营成本，同时可以改变新建建筑的配电供电线路设计容量，由于蓄电池和充电墙8的存在，充蓄电负荷就可以承担建筑一部分的用电负荷，因此，此部分负荷就可以从建筑总电负荷设计中扣除。

实施例2

本实施例与实施例1相似，所不同的是，在本实施例中，优选的变频水泵3包括泵头、电极、底座和自动控制装置。变频水泵3的进线电源可以是单相220V/50Hz或三相380V/50Hz，但变频水泵3的电机为三相制的。进线为单相220v的变频水泵3采用的电机为三相220V电机，进线为三相380V的变频水泵3电机则为三相380V。

本实施例中，变频恒压供水自动控制装置与水泵电机组合形成整个建筑体内的恒压供水系统。所述自动控制装置由变频器（内含PID调节器）、可编程时控开关、可编程控制器（PLC）、水位显示控制器、远传压力表、水位传感器及相关电气控制部件构成，是一种具有变频调速和全自动闭环控制功能的机电一体化智能设备，它可同时对一台或多台三相380V，50Hz的水泵电机进行自动控制，实现节电的目的。

实施例3

本实施例与实施例1相似，所不同的是，在本实施例中，优选的节能电蒸汽锅炉6包括锅炉体、电加热元件、管道、阀门。 电蒸汽锅炉可以是电加热管蒸汽锅炉、电极式蒸汽锅炉、固体蓄热电蒸汽锅炉、高温导热油电蒸汽锅炉、电磁蒸汽锅炉中的至少一种。

实施例4

本实施例与实施例1相似，所不同的是，在本实施例中，优选的节能电梯9设置能量回馈器，将电梯运动中负载上的机械能通过能量回馈器变换成电能输送到所述蓄电装置7中，使电机拖动系统在单位时间消耗电网电能下降，从而达到节约电能的目的。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%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输送到建筑体的蓄能装置中，一方面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，另一方面也实现了能源的多级利用。

尽管具体地参考其优选实施例来示出并描述了本发明，但本领域的技术人员可以理解，可以作出形式和细节上的各种改变而不脱离所附权利要求书中所述的本发明的范围。以上结合本发明的具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种楼宇节电设施与蓄电池结合的系统，包括建筑体、建筑节能控制云平台、节能用电装置，其特征在于：还包括蓄电装置（7）和/或充电墙（8）；所述节能用电装置包括节能LED灯（1）、变频风机（2）、变频水泵（3）、变频冰箱（4）、节能电厨具（5）、节能电蒸汽锅炉（6）、节能电梯（9）、变频空调（10）中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的楼宇节电设施与蓄电池结合的系统，其特征在于：所述建筑节能控制云平台包括双向智能电表、智能电开关、传感器、电池控制器、充放电控制器，还包括节能用电装置控制模块、蓄电池控制模块和/或充电墙控制模块，所述节能用电装置控制模块包括节能LED灯控制模块、变频风机控制模块、变频水泵控制模块、变频冰箱控制模块、节能电厨具控制模块、节能电蒸汽锅炉控制模块、节能电梯控制模块、变频空调控制模块中的至少一种。

3.根据权利要求3所述的楼宇节电设施与蓄电池结合的系统，其特征在于：所述建筑节能控制云平台一端与区域电网连接，另一端分别连接节能用电装置、蓄电装置（7）和/或充电墙（8）。

4.根据权利要求1所述的楼宇节电设施与蓄电池结合的系统，其特征在于：所述节能LED灯（1）作为室内照明设施设置在建筑空间内，或作为景观照明设施设置在建筑体外围。

5.根据权利要求5所述的楼宇节电设施与蓄电池结合的系统，其特征在于：所述节能LED灯（1）包括灯座、灯罩、LED灯片；所述灯座和所述灯罩之间形成灯腔，所述LED灯片位于所述灯腔内；所述LED灯片包括基板和灯珠。

6.根据权利要求1所述的楼宇节电设施与蓄电池结合的系统，其特征在于：所述变频风机（2）设置在建筑体内部，包括风机、变频器、控制器和监控器；所述变频器调节风机风量；所述控制器控制风机和变频器；所述监控器一端与控制器连接，另一端与通过转换器与变频器连接。

7.根据权利要求7所述的楼宇节电设施与蓄电池结合的系统，其特征在于：所述变频器包括整流器、滤波器、逆变器、制动单元、驱动单元、检测单元和微处理单元。

8.根据权利要求1所述的楼宇节电设施与蓄电池结合的系统，其特征在于：所述变频水泵（3）包括泵头、电极、底座和自动控制装置，所述自动控制装置包括单向阀、气压罐、变频器、恒压供水控制器和传感器。

9.根据权利要求1所述的楼宇节电设施与蓄电池结合的系统，其特征在于：所述变频冰箱（4）以单相交流电动机为驱动电机，单相交流电动机采用变频供电电源，从而调节压缩机的制冷量。

10.根据权利要求1所述的楼宇节电设施与蓄电池结合的系统，其特征在于：所述节能电厨具（5）包括节能灶头、节能电饭锅、节能消毒柜、节能油烟机中的至少一种。