李澤平(北方設(shè)計(jì)研究院， 河北 石家莊 050011)

由于人口的快速增長(zhǎng)，工業(yè)的迅速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，能源的消耗也呈現(xiàn)出急劇增加的趨勢(shì)，能源供應(yīng)壓力越來越大。近些年， 黨中央、國(guó)務(wù)院高度重視能源的節(jié)約問題，并出臺(tái)了一系列關(guān)于節(jié)約能源的政策，提出了建設(shè)“資源節(jié)約型”社會(huì)的偉大目標(biāo)，大力推廣“節(jié)能省地”型建筑。在“十一五”規(guī)劃綱要中，首次將建筑節(jié)能工程列入國(guó)家十大節(jié)能工程，節(jié)約能源已成為每位公民應(yīng)盡的責(zé)任和義務(wù)。

1 供配電系統(tǒng)的節(jié)能

供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足可靠性、經(jīng)濟(jì)性及合理性的基礎(chǔ)上，提高整個(gè)供配電系統(tǒng)的運(yùn)行效率，并盡量降低建筑物的單位能耗和系統(tǒng)損耗。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)，做到系統(tǒng)盡量簡(jiǎn)單可靠、操作方便，同一電壓供電系統(tǒng)變配電級(jí)數(shù)不宜多于兩級(jí)。變配電所應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心，以縮短配電半徑減少線路損耗。合理選擇變壓器的容量和臺(tái)數(shù)，以適應(yīng)由于季節(jié)變緩造成負(fù)荷變化時(shí)能夠靈活投切變壓器，實(shí)現(xiàn)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。

1.1 供電方案

針對(duì)電氣系統(tǒng)構(gòu)成做全方位的節(jié)能分析，在安全、可靠的前提下，供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)將節(jié)能作為主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行多方案比較，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，改進(jìn)機(jī)電設(shè)備經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，提高變配電系統(tǒng)節(jié)能運(yùn)行的實(shí)效性。

圖1和圖2所示是一個(gè)住宅小區(qū)的供配電方案比較。第一方案是采用兩臺(tái)1 000kVA的變壓器集中設(shè)置變電所，變電所距用電負(fù)荷較遠(yuǎn)，外部低壓電纜出線回路多，線路長(zhǎng)，投資高，運(yùn)行費(fèi)用大，高低壓設(shè)備一次投資較小；第二方案是將兩臺(tái)大容量的變壓器分解為若干容量較小的變壓器，以箱式變電站的型式供電，使變配電設(shè)施盡可能地接近負(fù)荷中心。該方案高低壓設(shè)備一次投資大，供電可靠性高，且運(yùn)行費(fèi)用低。其運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，節(jié)能效果就越明顯，但該方案由于箱變接近用電負(fù)荷中心，布置分散，管理起來不太方便，且占地多。綜合比較以上兩方案，建議在條件允許時(shí)優(yōu)先選用第二方案。

1.2 負(fù)荷計(jì)算的合理性

圖1 某住宅小區(qū)的供配電方案一

圖2 某住宅小區(qū)的供配電方案二

電氣設(shè)計(jì)一般根據(jù)工程使用性質(zhì)，設(shè)備選用情況等進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，得出計(jì)算負(fù)荷后，選擇相應(yīng)的電器產(chǎn)品。計(jì)算負(fù)荷是一個(gè)假想的持續(xù)性負(fù)荷，其熱效應(yīng)與同一時(shí)間內(nèi)實(shí)際變動(dòng)負(fù)荷所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等。

負(fù)荷計(jì)算的方法有很多種，配電房的負(fù)荷計(jì)算一般采用需要系數(shù)法，需要系數(shù)取值是否合理對(duì)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。

1.3 變配電設(shè)備的選擇

在現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范中已對(duì)變配電設(shè)備節(jié)能等方面做出規(guī)定，應(yīng)遵照?qǐng)?zhí)行。人們通常容易追求狹義上的節(jié)能，而能源是各種資源中的一種，如果從廣義上追求節(jié)能，應(yīng)該與節(jié)約自然資源、社會(huì)資源、節(jié)約投資相統(tǒng)一。除了應(yīng)該從系統(tǒng)使用周期內(nèi)分析如何選擇電氣產(chǎn)品以外，還應(yīng)該從使用期前和使用期后的不同角度進(jìn)行更加全面的分析。如選擇的變壓器絕緣材料在生產(chǎn)和回收時(shí)是否更加節(jié)能環(huán)保，利用程度等方面是否合理。

主要變配電設(shè)備必須通過電力負(fù)荷、電能損耗、無功功率補(bǔ)償計(jì)算確定。避免出現(xiàn)“大馬拉小車”等浪費(fèi)現(xiàn)象，并且要在追求節(jié)能的同時(shí)，充分利用有限的投資更加切合實(shí)際地提高系統(tǒng)的可靠性。

1)變配電設(shè)備的選擇原則

(1)選擇自身功耗低的變配電設(shè)備。

(2)選擇國(guó)家認(rèn)證機(jī)構(gòu)確認(rèn)的節(jié)能設(shè)備。

(3)選擇符合國(guó)家節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的變配電設(shè)備。

(4)變壓器的選擇

據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)變壓器的總損耗占系統(tǒng)發(fā)電量的10%左右，10kV供配電系統(tǒng)中，配電變壓器的損耗占80%以上。因此，合理選擇節(jié)能型變壓器對(duì)整個(gè)供配電系統(tǒng)的節(jié)能起著至關(guān)重要的作用。

變壓器的選擇應(yīng)做到：

(1)應(yīng)選用低損耗、低噪音的節(jié)能變壓器。

(2)根據(jù)各種用電設(shè)備的性質(zhì)，正確進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算，合理選擇變壓器容量、臺(tái)數(shù)、接線方式及運(yùn)行方式。變壓器負(fù)荷率不應(yīng)低于30%，宜在70%～80%的范圍，并保持三相負(fù)荷平衡分配。

(3)單臺(tái)變壓器的容量不宜過大，以避免供電線路過長(zhǎng)，增加線路損耗。

變壓器的有功功率損耗如下式表示：

△Pb＝Po＋Pkβ2其中 ：

△Pb—變壓器有功損耗(kW)；

Po—變壓器的空載損耗(kW)；

Pk—變壓器的有載損耗(kW)；

β—變壓器的負(fù)載率。

Po部分為空載損耗，又稱鐵損，它是由鐵芯的渦流損耗及漏磁損耗組成，是固定不變的部分，大小隨矽鋼片的性能及鐵芯制造工藝而定。所以，變壓器應(yīng)選用節(jié)能型的，如S11、SL11、SH15 及SC10、SCRBH15等型油浸式變壓器或干式變壓器，它們都是采用優(yōu)質(zhì)冷軋取向矽鋼片，由于“取向”處理，使矽鋼片的磁疇方向接近一致，以減少鐵芯的渦流損耗；45°全斜接縫結(jié)構(gòu)，使接縫密合性好，以減少漏磁損耗。

Pk是傳輸功率的損耗，即變壓器的線損，決定于變壓器繞組的電阻及流過繞組電流的大小，即與負(fù)載率β的平方成正比。因此，應(yīng)選用阻值較小的繞組，可采用銅芯變壓器。從Pkβ2用微分求它的極值，在β＝50%處每千瓦的負(fù)載，變壓器的能耗最小。因此，在上世紀(jì)80年代中期設(shè)計(jì)的民用建筑，變壓器的負(fù)載率絕大部分在50%左右，在實(shí)際使用中有一半變壓器沒有投入運(yùn)行，有的設(shè)計(jì)人員一直沿襲這種做法。但是，這僅是為了節(jié)能，而沒有考慮經(jīng)濟(jì)價(jià)值。舉下例可看出其不可取的程度。

SC10-2000kVA的變壓器，當(dāng)β＝50%時(shí)相對(duì)于β＝85%時(shí)可節(jié)能為P＝16.01×(0.852-0.52)=7.56kW，按商場(chǎng)最高用電小時(shí)計(jì)：每天12h，365天全營(yíng)業(yè)，則總節(jié)約電能：W＝7.56×12×365＝33 113kW·h。按營(yíng)業(yè)性電價(jià)每度0.78元計(jì)，則每年節(jié)約：33 113×0.78＝25 828元。

按每千瓦的初裝費(fèi)投資：2 000kVA變壓器應(yīng)用于大型民用建筑，必然雙電源進(jìn)線，則初裝費(fèi)每kVA為2 240元，每年節(jié)能省下的電費(fèi)只能提供(25 828／2 204＝11.53)11.53kVA的 初 裝 費(fèi)。還 有988.5kVA的初裝費(fèi)，加上由于加大變壓器容量而多付的變壓器價(jià)格，由于變壓器增加而使出線開關(guān)柜、母聯(lián)柜增加引起的設(shè)備購置費(fèi)，安裝上述設(shè)備使土建面積增加而引起的土建費(fèi)用，這是筆相當(dāng)可觀的投資，還沒有計(jì)及折舊維護(hù)等費(fèi)用。由此可見，取變壓器負(fù)載率為50%是得不償失的。

事實(shí)上50%負(fù)載率僅減少了變壓器的線損，并沒有減少變壓器的鐵損，因此也不是最節(jié)能的措施。計(jì)及初裝費(fèi)、變壓器、低壓柜、土建的投資及各項(xiàng)運(yùn)行費(fèi)用，又要使變壓器在使用期內(nèi)預(yù)留適當(dāng)?shù)娜萘?，變壓器的?fù)載率應(yīng)在75%～85%為宜。這樣也可以做到物盡其用，因?yàn)樽儔浩鹘^緣的使用年限滿負(fù)荷計(jì)為20年，20年后可能有更好的變壓器問世，這樣就可以有機(jī)會(huì)更換新的設(shè)備，才能使該建筑總趨技術(shù)領(lǐng)先地位。

在變壓器選擇中，能掌握好上述幾點(diǎn)原則，即滿足節(jié)約能源，又經(jīng)濟(jì)合理的原則。

下面再簡(jiǎn)單介紹一種正在被積極推廣并將被廣泛應(yīng)用的新型節(jié)能變壓器—非晶合金變壓器。

從上世紀(jì)70年代發(fā)展起來的非晶合金，作為一種高效節(jié)能材料，進(jìn)入90年代后，在配電變壓器上進(jìn)入了實(shí)用階段。迄今為止，全球已有200萬臺(tái)非晶合金鐵芯變壓器在電網(wǎng)上運(yùn)行，其中運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)的已達(dá)30余年。實(shí)踐證明，非晶合金變壓器性能穩(wěn)定可靠，節(jié)能效果顯著，是配電變壓器理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

非晶合金是一種厚度約0.025mm的特殊軟磁材料，它是一定比例的合金原料在熔融狀態(tài)下經(jīng)過超速冷卻而形成的帶狀金屬。它具有極低的損耗，特別適合用作變壓器的鐵芯。目前非晶合金變壓器分為油浸式和干式兩種，干式又分為環(huán)氧和浸漬式。非晶合金干式變壓器繼承了傳統(tǒng)干式變壓器的難燃、阻燃、可靠性高及免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，還具備空載損耗低(比普通S9硅鋼片變壓器低80%左右，比常規(guī)干式變壓器低70%以上)、空載電流下降約80%，且對(duì)輸電線路無特殊要求，無論是用電高峰或低谷它都可以連續(xù)節(jié)能。

現(xiàn)以一臺(tái)10型1 000kVA普通干式變壓器(售價(jià)約為18萬元)為例，相應(yīng)一臺(tái)非晶合金變壓器的價(jià)格大約為24萬元左右，根據(jù)其節(jié)能效果，經(jīng)綜合比較，大約6年左右即可收回多余成本?？紤]銀行利息為6%，不考慮通貨膨脹因素，多投資的部分含利息為7.8萬元，變壓器正常壽命30年，剩余24年節(jié)約費(fèi)用12.6萬元?？梢?，非晶合金變壓器節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)性都十分顯著。

1.4 功率因數(shù)補(bǔ)償

功率因數(shù)的補(bǔ)償應(yīng)做到：

1)在配電設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)正確選擇變壓器容量、照明燈具等，提高用電單位的自然功率因數(shù)。

2)當(dāng)自然功率因數(shù)偏低，達(dá)不到電網(wǎng)合理運(yùn)行的要求時(shí)，應(yīng)采用并聯(lián)電容器作為無功補(bǔ)償裝置。

3)低壓部分的無功功率宜由低壓電容器補(bǔ)償，高壓部分的采用高壓無功補(bǔ)償裝置。

4)配電系統(tǒng)中基本無功補(bǔ)償宜在變電所內(nèi)集中進(jìn)行。

5)容量較大，負(fù)荷平穩(wěn)且經(jīng)常使用的用電設(shè)備宜就地補(bǔ)償。

6)10kV，35kV供電的單位，進(jìn)戶點(diǎn)功率因數(shù)應(yīng)不低于0.9；低壓供電的單位，在進(jìn)行無功補(bǔ)償時(shí)，其功率因數(shù)應(yīng)不低于0.85。

有功功率是滿足建筑物功能所必須的，因此是不可變的。系統(tǒng)中的用電設(shè)備，如電動(dòng)機(jī)、變壓器、線路、氣體放電燈中的整流器都具有電感，會(huì)產(chǎn)生滯后的無功功率，需要從系統(tǒng)中引入超前的無功功率相抵消，這樣超前的無功功率就從系統(tǒng)經(jīng)高、低壓線路傳輸?shù)接秒娫O(shè)備，產(chǎn)生了有功損耗，而這部分損耗是可以想辦法改變的，其措施是，提高設(shè)備的自然功率因數(shù)，以減少對(duì)超前無功的需求，可采用功率因數(shù)較高的同步電動(dòng)機(jī)；采用電感鎮(zhèn)流器的氣體放電燈，單燈安裝電容器等，都可使自然功率因數(shù)提高到0.85～0.95，這就可減少系統(tǒng)的超前無功功率。

由于感抗產(chǎn)生的是滯后的無功，可采用電容器補(bǔ)償，因?yàn)殡娙萜鳟a(chǎn)生的是超前的無功，兩者可以相互抵消，即Q=QL-QC，因此無功補(bǔ)償，可以提高功率因數(shù)，因而也減小了無功的需求量。

目前，建筑設(shè)計(jì)中，絕大部分采用變壓器低壓側(cè)集中補(bǔ)償，這種做法僅減少了區(qū)域變電站至用戶處的高壓線路上的無功傳輸，提高了用戶處的功率因數(shù)，可以不受或少受電業(yè)局的罰款。而對(duì)用戶，無功仍由變壓器低壓母線經(jīng)傳輸線路輸送到各用戶點(diǎn)，低壓線路上的無功傳輸并沒有減少，那么無功補(bǔ)償也就達(dá)不到節(jié)能的目的。對(duì)容量超過10kW的風(fēng)機(jī)、水泵、傳送帶等電動(dòng)機(jī)端宜設(shè)置就地補(bǔ)償裝置，空調(diào)主機(jī)及冷凍泵等常在其附近設(shè)有變配電所，可以集中補(bǔ)償，但若供電距離超過20m時(shí)也最好采用就地補(bǔ)償。

負(fù)荷平穩(wěn)的電動(dòng)機(jī)可采用就地補(bǔ)償是因?yàn)樨?fù)荷變動(dòng)時(shí)電機(jī)端電壓也變化，使電容器沒有放完電又充電，這時(shí)電容器會(huì)產(chǎn)生無功浪涌電流，使電機(jī)易產(chǎn)生過電壓而損壞。因此，斷續(xù)負(fù)載，如電梯、自動(dòng)扶梯、自動(dòng)步行道等不應(yīng)在電動(dòng)機(jī)端加裝補(bǔ)償電容器；另外，如星三角起動(dòng)的異步電動(dòng)機(jī)也不能在電動(dòng)機(jī)端加裝補(bǔ)償電容器，因?yàn)樗饎?dòng)過程中有開路閉路瞬時(shí)轉(zhuǎn)換，使電容器在放電瞬間又充電，也會(huì)使電機(jī)過電壓而損壞。

處理好上述幾部分，即減少自然無功、無功補(bǔ)償及補(bǔ)償裝置的安裝地點(diǎn)，就可以實(shí)現(xiàn)合理的選擇無功補(bǔ)償方式而達(dá)到節(jié)能的目的。

1.5 諧波的治理

隨著科技的迅速發(fā)展，電子技術(shù)和產(chǎn)品被大量使用，在給人們的生活帶來便捷的同時(shí)，也因其使用大量的非線性、高動(dòng)態(tài)負(fù)荷，從而給電網(wǎng)注入了大量的諧波，對(duì)電能質(zhì)量造成了很大的影響。

諧波的危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1)諧波對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的影響

諧波對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的主要影響是引起附加損耗，其次是產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和諧波過電壓。

2)諧波對(duì)供電變壓器的影響

諧波電流不但引起變壓器繞組附加損耗，也引起外殼、外層硅鋼片和某些緊固件發(fā)熱，并且有可能引起局部的嚴(yán)重過熱。諧波使變壓器噪聲增大，諧波源造成的流經(jīng)變壓器的諧波電流在諧振條件下可能損害變壓器。

3)諧波對(duì)換流裝置的影響

交流電網(wǎng)的電壓畸變可能引起常規(guī)變流器控制角觸發(fā)脈沖間隔不等，并通過正反饋而放大系統(tǒng)的電壓畸變，使整流器的工作不穩(wěn)定；而對(duì)逆變器則可能發(fā)生連續(xù)的換相失敗而無法正常工作，甚至損壞換相設(shè)備。

4)諧波對(duì)并聯(lián)補(bǔ)償電容器和電纜的影響

諧波會(huì)引起電容器局部放電，加速電容器介質(zhì)老化，縮短使用壽命。在一定條件下諧波極易與無功補(bǔ)償電容器組引起諧振或諧波放大，從而導(dǎo)致電容器因過負(fù)荷或過電壓而損壞；對(duì)電力電纜也會(huì)造成電纜的過負(fù)荷或過電壓擊穿。

為預(yù)防和有效的治理諧波，在電氣設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采取以下措施：

(1)在供配電系統(tǒng)中，變壓器的繞組宜采用D,Yn-11型聯(lián)結(jié)。

(2)對(duì)于某次諧波特別嚴(yán)重的場(chǎng)所，可采用專用的變壓器供電。

(3)根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)，在變電所低壓側(cè)補(bǔ)償電容器回路串接適當(dāng)配比的消諧電抗器。

(4)當(dāng)設(shè)計(jì)過程中對(duì)諧波難以預(yù)測(cè)時(shí)，宜預(yù)留必要的濾波設(shè)備空間。

(5)盡可能使用電負(fù)荷三相平衡。

(6)采用無源和有源濾波裝置。

(7)建筑物內(nèi)的低壓配電系統(tǒng)采用TN-S型。

1.6 減少線路損耗

據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)的10kV供配電系統(tǒng)中，線路損失占到20%左右。低壓配電系統(tǒng)中，在線路上的總電能損耗，一般為用電設(shè)備總額定功率的5%～8%，其所占比例是相當(dāng)可觀的。

當(dāng)電網(wǎng)輸送電能時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)中就產(chǎn)生功率損耗，其線路參數(shù)和負(fù)荷大小密切相關(guān)。提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，減少電網(wǎng)的無功功率及導(dǎo)線中的電阻等,均能降低電網(wǎng)中的線損。具體途徑如下:①合理選擇線路路徑；②合理確定電氣功能用房的位置，變壓器盡量接近負(fù)荷中心，以減少供電半徑；③增大導(dǎo)線截面，充分利用季節(jié)性負(fù)荷線路；④提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，提高設(shè)備的自然功率因數(shù),以減少對(duì)超前無功的需求，安裝無功補(bǔ)償裝置，容量大且平穩(wěn)的負(fù)荷實(shí)行就地補(bǔ)償方式，容量較小或斷續(xù)的負(fù)荷宜采用變壓器低壓側(cè)集中補(bǔ)償方式。

線路損耗的公式展開后得下列計(jì)算式：

△P＝3IΦ2R×10-3

＝(RP2/UL2＋RQ2/UL

2)10-3(kW)

式中：UL—線電壓(V)

P—有功功率(kW)

Q—無功功率(kVar)

IΦ—相電流(A)

R—線路電阻(Ω)

前項(xiàng)RP2/UL2為線路上傳輸有功功率而引起的功率損耗，后項(xiàng)RQ2／UL2為線路上傳輸無功功率而引起的功率損耗。

例如，在L=100m的VV-3×50+2×25的電纜上傳輸60kW，cosφ=0.8的電能，其有功損耗量，可由以下步驟求得：IΦ=60×103/(×380×0.8)=113.6A。

芯線溫度70℃的50mm2銅芯線每公里電阻RO=0.44，則R=0.1×0.44 ＝0.044(Ω)。

△P=3×113.62×0.044×10-3=1.704kW

從以上可看到，線路上的功率損耗相當(dāng)于每6m的線路上裝一個(gè)100W的燈泡。

在一個(gè)工程中，線路左右上下縱橫交錯(cuò)，小工程線路全長(zhǎng)不下萬米，大工程更是不計(jì)其數(shù)，所以線路上的總有功損耗是相當(dāng)可觀的，減少線路上的能耗必須引起設(shè)計(jì)重視。

線路上的電流是不能改變的，要減少線路損耗，只有減小線路電阻。線路電阻R＝P×L/s，即線路電阻與電導(dǎo)P成正比，與線路截面S成反比，與線路長(zhǎng)度L成正比，因此減少線路的損耗應(yīng)從以下幾方面入手：

(1)應(yīng)選用電導(dǎo)率較小的材質(zhì)做導(dǎo)線：銅芯最佳，但又要貫徹節(jié)約用銅的原則。因此，在負(fù)荷較大的二類、一類建筑中采用銅導(dǎo)線，在三類或負(fù)荷量較小的建筑中采用鋁芯導(dǎo)線。

(2)減小導(dǎo)線長(zhǎng)度：首先，線路盡可能走直線，少走彎路，以減少導(dǎo)線長(zhǎng)度；其次，低壓線路應(yīng)不走或少走回頭線，以減少來回線路上的電能損失；第三，變壓器盡量接近負(fù)荷中心，以減少供電距離，低壓線路的供電半徑一般不超過200m，由最末一級(jí)照明配電箱至最末端一個(gè)燈具的支線長(zhǎng)度，一般要求不宜超過40m，直線距離不宜大于30m。當(dāng)建筑物每層面積在10 000m2左右時(shí)(這種情況一般少見)，至少要設(shè)兩個(gè)變配電所，以減少干線的長(zhǎng)度；第四，在高層建筑中，低壓配電室應(yīng)靠近豎井，而且由低壓配電室提供給每個(gè)豎井的干線，不至于產(chǎn)生支線沿著干線倒送的現(xiàn)象。即低壓配電室與豎井位置的布局上應(yīng)使線路都分向前送，盡可能減少回頭送電的支線。

(3)增大導(dǎo)線截面：首先，對(duì)于比較長(zhǎng)的線路，除滿足載流量、熱穩(wěn)定、保護(hù)的配合及電壓損失所選定的截面，應(yīng)再加大一級(jí)導(dǎo)線截面，所增加的費(fèi)用為M，由于節(jié)約能耗而減少的年運(yùn)行費(fèi)用為m，則M／m為回收年限，若回收年限為幾個(gè)月或一、二年，則應(yīng)加大一級(jí)導(dǎo)線截面。一般而言，導(dǎo)線截面小于70mm2，線路長(zhǎng)度超過100m的增加一級(jí)導(dǎo)線截面比較容易實(shí)現(xiàn)上述條件。其次，利用某些季節(jié)性負(fù)荷的線路，這些用戶不用時(shí)，可提供給常期用戶作供電線路使用，以減少線路和電阻。例如，將空調(diào)風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)盤管與照明、電開水等計(jì)費(fèi)相同的負(fù)荷，集中在一起，采用同一干線供電，既可便于用一個(gè)火警命令切除非消防用電，又可在春秋兩季空調(diào)不用時(shí)，使同樣大的干線截面?zhèn)鬏斴^小的電流，從而減小了線路損耗，這就相當(dāng)于充分利用了季節(jié)負(fù)荷的線路。

另外，我國(guó)銅礦資源較少，而鋁礦資源比較豐富。國(guó)內(nèi)配電導(dǎo)體所采用的銅主要依靠進(jìn)口，在國(guó)際銅價(jià)持續(xù)高漲的形勢(shì)下，如果設(shè)計(jì)人員只用銅導(dǎo)體而不用鋁導(dǎo)體，全國(guó)將在導(dǎo)體材料上有更大的耗費(fèi)，也必然多耗費(fèi)能源，不利于我國(guó)的資源開發(fā)利用。節(jié)能設(shè)計(jì)不是為了追求單一化的節(jié)能目標(biāo)，而是必須要考慮能源與資源之間的關(guān)系，提高全國(guó)大范圍的社會(huì)系統(tǒng)效率。現(xiàn)在不是簡(jiǎn)單地重提“以鋁代銅”的政策，而是要強(qiáng)調(diào)在設(shè)計(jì)中科學(xué)地使用導(dǎo)體材料，該用銅時(shí)就用銅、該用鋁時(shí)就用鋁，倡導(dǎo)“以鋁節(jié)銅”。這樣的應(yīng)用方式符合我國(guó)具體的國(guó)情，符合建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的發(fā)展方向，對(duì)在全國(guó)范圍內(nèi)相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)健康持續(xù)發(fā)展和長(zhǎng)期節(jié)能有很大好處。

2 建筑電氣設(shè)備的節(jié)能控制

建筑電氣設(shè)備的節(jié)能控制主要包括：(1)空調(diào)系統(tǒng)。其主要內(nèi)容包括：①冷凍水與冷卻水系統(tǒng)的優(yōu)化控制；②冰蓄冷系統(tǒng)的優(yōu)化控制，現(xiàn)行的冰蓄冷控制技術(shù)還很不成熟，冰蓄冷控制策略仍需作深入研究，尤其是在蓄冰裝置優(yōu)先方式下的融冰策略的研究，對(duì)于提高冰蓄冷系統(tǒng)的能源利用效率，促進(jìn)冰蓄冷技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用具有決定性的意義；③熱交換系統(tǒng)溫差與流量的優(yōu)化控制；④變風(fēng)量系統(tǒng)等控制技術(shù)。(2)給排水系統(tǒng)的優(yōu)化控制。(3)電梯，包括電梯的合理選型(如速度、載重量、調(diào)速方式等)、停層計(jì)劃及群控策略。(4)電動(dòng)門窗，包括門窗的節(jié)能控制、遮陽系統(tǒng)的自動(dòng)控制等。

變頻技術(shù)在水泵、風(fēng)機(jī)等系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。它根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到最佳運(yùn)行狀態(tài)，并最終達(dá)到節(jié)能的目的。它的缺點(diǎn)是給系統(tǒng)帶來了諧波污染。

3 動(dòng)力設(shè)備的節(jié)能控制

作為動(dòng)力源的電動(dòng)機(jī)，從家用電器到民用建筑內(nèi)部以及各行各業(yè)中均用得比較普遍，其耗電量極大。減少電動(dòng)機(jī)電能損耗的主要途徑是提高電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)，主要可以從以下幾個(gè)方面著手：

1)采用高效率電動(dòng)機(jī)。提高電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)，是減少電動(dòng)機(jī)的電能損耗的主要途徑。與普通電動(dòng)機(jī)相比，高效電動(dòng)機(jī)的效率要高3%～6%，平均功率因數(shù)高7%～9%，總損耗減少20%～30%，因而具有較好的節(jié)電效果。所以在設(shè)計(jì)和技術(shù)改造中，應(yīng)選用Y、YZ、YZR等新系列高效率電動(dòng)機(jī)，以節(jié)省電能。另一方面要看到，高效電機(jī)價(jià)格比普通電機(jī)要高20%～30%，故采用時(shí)要考慮資金回收期，即能在短期內(nèi)靠節(jié)電費(fèi)用收回多付的設(shè)備費(fèi)用。一般符合下列條件時(shí)可選用高效電機(jī)：

(1)負(fù)載率在0.6以上；

(2)每年連續(xù)運(yùn)行時(shí)間在3 000h以上；

(3)電機(jī)運(yùn)行時(shí)無頻繁啟、制動(dòng)(最好是輕載啟動(dòng)，如風(fēng)機(jī)、水泵類負(fù)載)；

(4)單機(jī)容量較大。

2)根據(jù)負(fù)荷特性合理地選擇電動(dòng)機(jī)容量。首先要了解負(fù)荷的特性，然后根據(jù)電機(jī)的工作環(huán)境及負(fù)載特點(diǎn)選用合適的電動(dòng)機(jī)，避免“大馬拉小車”的現(xiàn)象出現(xiàn)，以提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的效率和功率因數(shù)。

3)輕載電動(dòng)機(jī)采取降壓運(yùn)行，對(duì)經(jīng)常處于輕負(fù)荷運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)采用三角-星切換裝置。當(dāng)負(fù)荷系數(shù)低于0.13時(shí)，將三角形接法的電動(dòng)機(jī)改為星形接法，可以達(dá)到良好的節(jié)電效果。對(duì)于經(jīng)常輕載(負(fù)載率小于0.14)的生產(chǎn)機(jī)械，也可采用具有啟動(dòng)功能的輕載節(jié)電器，以達(dá)到“輕載降壓運(yùn)行節(jié)點(diǎn)”的目的。條件允許時(shí)，可采用比變頻器價(jià)格便宜的另一種節(jié)能措施是采用軟起動(dòng)器。軟啟動(dòng)器設(shè)備是按起動(dòng)時(shí)間逐步調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角，以控制電壓的變化。由于電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)，因此起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)完畢，則全壓投入運(yùn)行。軟啟動(dòng)器也可采用測(cè)速反饋、電壓負(fù)反饋或電流正反饋，利用反饋信息控制可控硅導(dǎo)通角，以達(dá)到轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的變化而變化。

軟啟動(dòng)器通常用在電機(jī)容量較大、且又頻繁啟動(dòng)的水泵設(shè)備以及附近用電設(shè)備對(duì)電壓的穩(wěn)定要求較高的場(chǎng)合。因?yàn)樗鼜膯?dòng)到運(yùn)行，其電流變化不超過三倍，可保證電網(wǎng)電壓的波動(dòng)在所要求的范圍內(nèi)。但由于它是采用可控硅調(diào)壓，正弦波未導(dǎo)通部分的電能全部消耗在可控硅上，不會(huì)返回電網(wǎng)。因此，它要求散熱條件較好、通風(fēng)措施完善。

4)改進(jìn)控制方式，提高運(yùn)行效率。對(duì)需要根據(jù)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)的設(shè)備采用調(diào)速電機(jī)，是節(jié)電的有效方法。交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速分為變極調(diào)速、變頻調(diào)速和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速三種方式，節(jié)電效果以變頻調(diào)速最為明顯。在水泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、電梯等機(jī)械上應(yīng)用變頻器不但可以節(jié)約大量電能，還可以提高控制質(zhì)量，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的重要手段。

4 結(jié)束語

我國(guó)加入WTO 后，在建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)領(lǐng)域中面臨著新的挑戰(zhàn)，因?yàn)閲?guó)外的設(shè)計(jì)公司在設(shè)計(jì)過程中十分重視節(jié)能和環(huán)保，如果我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中不重視節(jié)能，就有可能被淘汰出局。而節(jié)能工作牽涉的方面又十分廣泛，從發(fā)電廠開始到線路末端的用戶都應(yīng)該高效地使用電能以減少損失。對(duì)于設(shè)計(jì)者而言，就是要正確的確定供電方案、合理的選用電器設(shè)備(變壓器，電動(dòng)機(jī)，電纜，照明光源等)，為人類提供健康、舒適、安全的居住、工作和生活空間的同時(shí)，又能行之有效地節(jié)約能源。

[1]中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.《工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第三版)[M].北京：中國(guó)電力出版社,2005.

[2]中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施節(jié)能專篇》(電氣)[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社,2007.

[3]上?，F(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司.《建筑節(jié)能設(shè)計(jì)統(tǒng)一技術(shù)措施》(電氣)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2009.