摘要：文章就電氣節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則，從供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、合理使用電動(dòng)機(jī)、功率因數(shù)補(bǔ)償、諧波治理、照明節(jié)能、可再生能源利用、能源管理系統(tǒng)等方面，論述了建筑電氣節(jié)能的合理應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電氣節(jié)能；供配電系統(tǒng)功率因數(shù)；諧波治理；照明節(jié)；能源管理

隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速增長，作為二次能源的電能供需矛盾日益突出。在積極倡導(dǎo)節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的今天，如何把節(jié)能措施貫穿于整個(gè)電氣設(shè)計(jì)過程則顯得尤為重要。下面結(jié)合工作實(shí)際，就建筑電氣設(shè)計(jì)的幾種節(jié)能措施談?wù)勔恍┛捶ā?/p>

1 電氣節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則

電氣節(jié)能是建筑節(jié)能的重要組成部分，電氣設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)從適用性、安全性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性多方面綜合考慮，通過合理的設(shè)計(jì)及運(yùn)行方案減少不必要的能源損耗。

2 電氣節(jié)能設(shè)計(jì)包括以下幾方面內(nèi)容

2.1 合理設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)

根據(jù)用戶的重要性、負(fù)荷性質(zhì)、用電容量、工程特點(diǎn)、系統(tǒng)規(guī)模，合理設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)，使系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。

2.1.1 根據(jù)用電負(fù)荷的容量及分布，使變、配電所靠近負(fù)荷中心，以縮短低壓供電半徑，降低線路損耗，減少電壓損失，滿足供電質(zhì)量要求。供配電線路長度不宜超過250m。

2.1.2 供配電系統(tǒng)應(yīng)簡單可靠，配電級數(shù)不宜過多，同一用戶內(nèi)，高壓配電級數(shù)不宜多于兩級；變壓器二次側(cè)至用電設(shè)備間的低壓配電級數(shù)不宜超過三級，盡量減少電能損耗。由兩路進(jìn)線供電的系統(tǒng)，宜采用兩路電源同時(shí)運(yùn)行的方式，以減少正常運(yùn)行時(shí)的線路損耗。

2.1.3 合理選擇供電電壓。同等情況下，電壓越高，損耗越小。供電電壓等級的確定應(yīng)考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性及電力公司的相關(guān)規(guī)定等因素。當(dāng)用電設(shè)備總?cè)萘吭?50kW及以上或變壓器容量在160kVA及以上時(shí)，宜以10(6)kV供電。對大型公共建筑的空調(diào)冷水機(jī)組，考慮節(jié)能因素，經(jīng)方案比較盡量采用10(6)kV冷水機(jī)組，但應(yīng)考慮大容量電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對變壓器的影響。

2.1.4 合理選擇變壓器。電力變壓器應(yīng)當(dāng)選用10型及以上、非晶合金等節(jié)能環(huán)保、低損耗和低噪聲的變壓器。變壓器的長期工作負(fù)載率不宜大于0.85，在選擇變壓器容量和臺數(shù)時(shí)，應(yīng)靈活根據(jù)負(fù)荷變化情況，綜合考慮投資和年運(yùn)行費(fèi)用，對負(fù)荷合理分配，選取容量與電力負(fù)荷相適應(yīng)的變壓器，以實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減少由于輕載運(yùn)行造成的不必要電能損耗。此外，降低變壓器的環(huán)境溫度、平衡三相負(fù)荷、合理選擇變壓器接線方式、季節(jié)性造成的負(fù)荷變化時(shí)靈活投切變壓器等也是降低能耗的有效途徑。

a變壓器節(jié)能措施

變壓器損耗包括有功功率損耗和無功功率損耗兩部分。變壓器有功功率損耗可用下式計(jì)算：p2=p0+β2pk

式中:p2——變壓器有功功率損耗(kw)；

P0——變壓器空載損耗(kw)；

Pk——變壓器短路損耗(kw)；

β——變壓器負(fù)載率(％)。

一般，在50％～60％時(shí)，變壓器效率最高。在設(shè)計(jì)中，要正確選擇變壓器的負(fù)載率，以便合理選擇變壓器容量。變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行在節(jié)能的同時(shí)，還能降低運(yùn)行費(fèi)用(包括設(shè)備折舊、正常維護(hù)和能耗)，取得經(jīng)濟(jì)效益。鐵損對變壓器來說雖為常數(shù)，但可通過合理選型與運(yùn)行而達(dá)到節(jié)能的目的；變壓器銅損是變化的，合理地確定最佳運(yùn)行，保持變壓器在正常條件下，選擇最大效率點(diǎn)，可達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。故變壓器節(jié)能措施主要為：1)合理選擇變壓器容量和臺數(shù)，選擇容量與電力負(fù)荷相適應(yīng)的變壓器，對負(fù)荷進(jìn)行合理分配，使其工作在高效區(qū)內(nèi)。對車間停產(chǎn)后仍不能停電的負(fù)荷，宜設(shè)置專用變壓器，大型廠房及非三班制車間宜設(shè)置照明專用變壓器。2)選用節(jié)能型變壓器，更換或改造高能耗變壓器。近年來逐漸推廣的S10、S11系列油浸變壓器比s9系列更為節(jié)能。S11型卷鐵芯變壓器與s9型變壓器相比：空載損耗平均降低30％，空載電流平均下降70％。新型干式變壓器SC9系列以及非晶合金變壓器等產(chǎn)品也都顯示了低損耗的節(jié)能潛力。

b供配電系統(tǒng)節(jié)能措施:

應(yīng)采取提高系統(tǒng)的運(yùn)行電壓和功率因數(shù)，減少無功功率及導(dǎo)線中的電阻，降低供配電系統(tǒng)線路損耗等措施。節(jié)能途徑主要有：(1)根據(jù)負(fù)荷容量、供電距離及分布、用電設(shè)備特點(diǎn)等因素，合理設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)和選擇供電電壓，供配電系統(tǒng)應(yīng)盡量簡單可靠，同一電壓供電系統(tǒng)變配電級數(shù)不宜多于兩級。(2)變電所應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心，以縮短配電半徑，減少線路損耗，電力用戶內(nèi)部變電所之間宜敷設(shè)聯(lián)絡(luò)線，根據(jù)負(fù)荷情況，可切除部分變壓器，從而減少損耗。(3)降低線路電阻，線路截面選擇要與國際接軌，推廣應(yīng)用“電力電纜截面的經(jīng)濟(jì)最佳化”，按經(jīng)濟(jì)電流密度法合理選擇導(dǎo)線截面，以減少損耗。此外，對于環(huán)形供電方式，為降低線路的電阻值，將開式網(wǎng)運(yùn)行改為閉式網(wǎng)運(yùn)行，同樣可明顯降低線路損耗。(4)傳輸上可以采用提高電壓等級的方法。通過計(jì)算可知，當(dāng)電壓提高10％耗損可降低17．4％，因此，提高電壓傳輸，是降低線損的有效途徑。(5)提高功率因數(shù)減少電能損耗。線損與電力用戶的功率因數(shù)的2次方成反比，故提高功率因數(shù)也是降損的有效措施。提高功率因數(shù)，可從合理選用電氣設(shè)備容量及裝設(shè)并聯(lián)補(bǔ)償電容器兩方面著手。

2.1.5 減少線路能量損耗。在滿足允許載流量、電壓損失、短路電流熱穩(wěn)定等技術(shù)指標(biāo)前提下，應(yīng)按經(jīng)濟(jì)電流密度合理校驗(yàn)、選擇導(dǎo)線截面，從而達(dá)到降低電能損耗、減少投資和節(jié)約有色金屬的目的。

2.2 降低電動(dòng)機(jī)電能損耗，提高電動(dòng)機(jī)使用效率

2.2.1 根據(jù)負(fù)荷特性合理選擇高效率電動(dòng)機(jī)，提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的效率和功率因數(shù)。

2.2.2 功率較大的電動(dòng)機(jī)可以采用變頻調(diào)速器(消防設(shè)備除外)，可提高電機(jī)在輕載時(shí)的效率，達(dá)到節(jié)能的目的。

2.2.3 采用軟啟動(dòng)器，使電機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn)，保證電網(wǎng)電壓的波動(dòng)在要求范圍內(nèi)。

2.3 合理提高供配電系統(tǒng)中的功率因數(shù)

設(shè)計(jì)中應(yīng)通過正確選擇電動(dòng)機(jī)、變壓器的容量以及照明燈具啟動(dòng)器，降低線路感抗，采用正確的電線、電纜敷設(shè)方式，提高用電單位的自然功率因數(shù)。當(dāng)自然功率因數(shù)偏低，達(dá)不到電網(wǎng)合理運(yùn)行要求時(shí)，應(yīng)采用并聯(lián)電力電容器作為無功補(bǔ)償裝置。

2.4 諧波治理

隨著大量非線性負(fù)載的廣泛使用，產(chǎn)生的大量諧波電流注入電網(wǎng)中，使電壓波形產(chǎn)生畸變?？赏ㄟ^選用D，yn11變壓器；設(shè)置濾波或隔離濾波裝置；合理選擇中性線截面；功率因數(shù)補(bǔ)償電容器組串聯(lián)消諧電抗器等措施抑制諧波，提高電能質(zhì)量。

2.5 照明節(jié)能

照明節(jié)能的基本原則是在保證不降低生產(chǎn)、作業(yè)視覺要求，不降低照明質(zhì)量的條件下，力求減少照明系統(tǒng)中光能的損失，最有效地使用照明用電。做好照明節(jié)能工作應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

2.5.1 根據(jù)視覺作業(yè)要求，應(yīng)根據(jù)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》確定合理的照明標(biāo)準(zhǔn)，不同場所應(yīng)有目的地進(jìn)行照明。由于我國幅員遼闊，各地區(qū)經(jīng)濟(jì)條件差別較大，民族習(xí)慣不同，因此還應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，在規(guī)范推薦的高、中、低值中確定合理的標(biāo)準(zhǔn)，對標(biāo)準(zhǔn)值的確定應(yīng)掌握適度，并合理利用局部照明。

2.5.2 充分利用自然光。照明的最佳光源是陽光。太陽光是免費(fèi)的，不需電力，也不造成污染。在寫字樓里，如果在設(shè)計(jì)時(shí)能在大樓內(nèi)部引入自然光線，員工會(huì)情緒更好，效率更高。在醫(yī)院里，住在靠近窗戶附近的病人康復(fù)得更快。現(xiàn)在有些窗戶可以對光譜進(jìn)行選擇，引入日光的同時(shí)還可保持舒適。有一些創(chuàng)新的技術(shù)如側(cè)窗、天窗、光柵板和光線管道等，可將日光引入大樓內(nèi)部。在燈具布置時(shí)，將所控?zé)袅信c側(cè)窗平行，跟據(jù)日照強(qiáng)弱來進(jìn)行燈具控制也是照明節(jié)能的有效手段。

2.5.3 合理選擇光源和燈具。應(yīng)在不同的使用場合，在滿足照明質(zhì)量的前提下，盡可能選擇高光效的光源。為充分利用光源發(fā)出的光通量，在燈具選用時(shí)應(yīng)注意選用配光合理、效率高、利用系數(shù)高的燈具，優(yōu)先選用開啟式直接照明燈具，并選擇電子鎮(zhèn)流器或節(jié)能型高功率因數(shù)電感鎮(zhèn)流器以提高功率因數(shù)。

對于住宅公共部分節(jié)能控制措施即是指采用節(jié)能自熄開關(guān)。由于住宅公共部分是無人值守的，所以燈具在人來時(shí)點(diǎn)亮，人去時(shí)熄滅是很重要的。對于高層住宅電梯前室，由于其對于保證人員疏散的重要意義，所以此處只能采用翹板開關(guān)，但對于住宅大部分公共樓梯間，節(jié)能自熄開關(guān)的采用可作為一條重要節(jié)能措施。高效光源顧名思義具有高光效，顯色好等優(yōu)點(diǎn)。試驗(yàn)證明，白熾燈只有10％的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽猓?0％的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊彷椛?，而這種熱輻射性又往往帶來火災(zāi)隱患。細(xì)管徑熒光燈、緊湊型熒光燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈和節(jié)能燈均為高效光源，應(yīng)積極推廣應(yīng)用，盡量減少白熾燈的使用量。好的光源有了，如何使這種好光源發(fā)揮其功效能，這就要求燈具的效率要高。燈具的效率為燈具出射光通量與光源總光通量的比值，其值越高，照明的效率也就越高。燈具反射面設(shè)計(jì)科學(xué)，這樣才能使好的光源物盡其用。高效光源、高效燈具不僅適用于住宅公共部分照明，在民用建筑中也可大量采用。

2.5.4 采用合理的照明控制方式是實(shí)現(xiàn)舒適照明的有效手段，也是節(jié)能的有效措施。照明控制系統(tǒng)分兩大類：手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。手動(dòng)控制是指按照使用者的個(gè)人意愿來控制所屬區(qū)域的照度水平。在照明開關(guān)應(yīng)用中，我們應(yīng)注意：1居住建筑有天然采光的樓梯間、走道的照明，除應(yīng)急照明外，宜采用節(jié)能自熄開關(guān)。2每個(gè)照明開關(guān)所控光源數(shù)不宜太多。每個(gè)房間燈的開關(guān)數(shù)不宜少于2個(gè)(只設(shè)置一只光源的除外)。但手動(dòng)控制最不利的一點(diǎn)是：當(dāng)人們意識到自然光線不足時(shí)會(huì)開燈，但當(dāng)天然光又恢復(fù)充足時(shí)沒有什么因素促使他們把燈關(guān)掉。而且工作結(jié)束后如果燈還開著，這將浪費(fèi)大量的電能。與傳統(tǒng)的照明控制方式相比，近年來逐步發(fā)展起來的智能化照明控制系統(tǒng)體現(xiàn)出了強(qiáng)大的優(yōu)越性。目前智能照明控制系統(tǒng)多數(shù)采用現(xiàn)場總線技術(shù)，借助各種不同的“預(yù)設(shè)置”控制方式和控制元件，對不同時(shí)間不同環(huán)境的光照度進(jìn)行精確設(shè)置和合理管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。只有當(dāng)必需時(shí)才把燈點(diǎn)亮或點(diǎn)到要求的亮度，利用最少的能源保證所要求的照度水平，節(jié)電效果十分明顯。

2.6 可再生能源利用

在條件允許的場所，合理利用太陽能、風(fēng)能等可再生資源，有利于節(jié)能減排、改善能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)環(huán)境。太陽能節(jié)能措施:

目前住宅熱水系統(tǒng)雖然已不少設(shè)計(jì)采用了太陽能設(shè)備，但本人認(rèn)為在大型住宅小區(qū)以及公共建筑的室外照明系統(tǒng)應(yīng)該可以設(shè)計(jì)采用太陽能蓄電的照明設(shè)備。目前這類產(chǎn)品以太陽能LED燈具為主，其產(chǎn)品的工作原理是：白天太陽光照射到太陽能組件上，使太陽能電池組件產(chǎn)生一定幅度的直流電壓，把光能轉(zhuǎn)換為電能，再傳送給智能控制器，經(jīng)過智能控制器的過充保護(hù)，將太陽能組件傳來的電能輸送給蓄電池進(jìn)行儲存；到了夜晚太陽能組件因接收不到光能，其輸出的直流電壓降到接近為零時(shí)，智能控制器自動(dòng)開啟控制裝置，向LED提供電能，促使LED發(fā)光源發(fā)出足夠的亮度用于照明；到天亮?xí)r，太陽能組件又接收到光能產(chǎn)生電壓時(shí)，智能控制器又自動(dòng)轉(zhuǎn)換到充電模式工作。隨著太陽能蓄電的照明設(shè)備的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，這種產(chǎn)品的制造成本將會(huì)越來越低，相信在不久的將來太陽能蓄電的照明設(shè)備應(yīng)該會(huì)在室外照明領(lǐng)域得到普及應(yīng)用。

2.7 采用建筑設(shè)備自動(dòng)化管理控制系統(tǒng)

自動(dòng)控制、監(jiān)視和測量是自動(dòng)化管理控制系統(tǒng)的三大要素。通過應(yīng)用信息通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化控制等智能化技術(shù)，對建筑物內(nèi)采暖、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、給排水及熱水供應(yīng)系統(tǒng)、照明和其他各類用電設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)施能效管理，確保各類設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠，從而達(dá)到提高能效、降低能耗的目的。

3 結(jié)束語

電氣節(jié)能已成為電氣設(shè)計(jì)中的重中之重，作為建筑電氣設(shè)計(jì)人員，應(yīng)結(jié)合工程項(xiàng)目自身特點(diǎn)，精心設(shè)計(jì)、精心比較，采用切實(shí)可行的節(jié)能措施，把節(jié)能貫穿于電氣設(shè)計(jì)過程始終，真正把節(jié)能理念落到實(shí)處，促進(jìn)資源節(jié)約型社會(huì)的更好建立。

參考文獻(xiàn)

[1]《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50034-2004)中國建筑工業(yè)出版社2004

[2]《建筑節(jié)能設(shè)計(jì)統(tǒng)一技術(shù)措施》(上海現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)(集團(tuán))有限公司編)2009