關(guān)于建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的思考

唐堂

摘要：本文作者從建筑電氣設(shè)計(jì)的供配電方面和用電設(shè)備方面分別闡述了節(jié)能的措施，供同行參考。

關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能；節(jié)能設(shè)計(jì)；供配電系統(tǒng)；功率因數(shù)

1 供配電方面

1.1 供配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

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)盡量簡單可靠，操作方便。變配電所應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心，以縮短配電半經(jīng)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)性造成的負(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。

1.2 變壓器的節(jié)能設(shè)計(jì)

減少變壓器的有功損耗。變壓器的有功損耗按下式計(jì)算：

ΔP=P0+β2Pk

式中：ΔP——變壓器的有功損耗（KW）；P0——變壓器的空載損耗（KW）；Pk——變壓器的短路損耗（KW）；β——變壓器的負(fù)載率。

1.2.1 P0作為變壓器的空載損耗又稱鐵損，它是由鐵芯渦流損耗及漏磁損耗組成，其值與鐵芯材料及制造工藝有關(guān)，與負(fù)荷大小無關(guān)，所以在選用變壓器時(shí)最好選擇節(jié)能型變壓器如S9，SL9，SC8等。它們采用優(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，減少鐵芯渦流損耗，45度全斜度接縫結(jié)構(gòu)使接縫密合性好，減少了漏磁損耗。

1.2.2 Pk是變壓器額定負(fù)載傳輸?shù)膿p耗又稱變壓器線損，它取決于變壓器繞組的電阻及流過繞組電流的大小，并與負(fù)荷率平方成正比。因此在選擇變壓器時(shí)應(yīng)選用阻值較小的繞組，如銅芯變壓器。β2Pk用微分求它極值時(shí)，是在β=50%時(shí)每千瓦的負(fù)荷，此時(shí)變壓器的能耗最小，但在β=50%負(fù)載率時(shí)僅減少變壓器的線損，并未減少變壓器的鐵損，因此也不是最節(jié)能的。綜合初裝費(fèi)，變壓器、高低壓柜、土建投資及運(yùn)行費(fèi)用，又要使變壓器在使用期內(nèi)預(yù)留適當(dāng)?shù)挠嗔?，變壓器最?jīng)濟(jì)節(jié)能運(yùn)行的負(fù)載率一般在75%～85%之間。

1.2.3 在選擇變壓器容量和臺(tái)數(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷情況，綜合考慮投資和年運(yùn)行費(fèi)用，對(duì)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，使其工作在高效低耗區(qū)內(nèi)。

1.3 減少線路損耗

由于配電線路有電阻，有電流通過時(shí)就會(huì)產(chǎn)生功率損耗，其公式為：

ΔP=3I2R·10-3

式中：ΔP——三相輸電線路的功率損耗（KW）；I——線電流（A）；R——線路相電阻（Ω）。

其中“R”線路電阻在通過電流不變時(shí)，線路長度越長則電阻值越大。如果在一個(gè)工程中由于線路上下縱橫交錯(cuò)，一般工程線路總的不下萬米，大工程更是不計(jì)其數(shù)，造成電能損耗是相當(dāng)可觀的，所以減少線路能耗必須引起設(shè)計(jì)人員的足夠重視。在具體工程中，線路上電流一般是不變的，那么要減少線損，只能盡量減少線路電阻。而線路的電阻R=PL/S，即與導(dǎo)線電阻率P、導(dǎo)線長度L成正比，與導(dǎo)線截面S成反比。要減少電阻值應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：

1.3.1 盡量選用電阻率P較小的導(dǎo)線，如銅芯導(dǎo)線較佳，鋁線次之。

1.3.2 盡可能減少導(dǎo)線長度，在設(shè)計(jì)中線路應(yīng)盡量走直線少走彎路，另外在低壓配電中盡可能不走或少走回頭路。變電所應(yīng)盡可能地靠近負(fù)荷中心，以減少供電半徑。

1.3.3 電壓降要求的前提下，在選定線截面時(shí)加大一級(jí)線截面。這樣增加的線路費(fèi)用，由于節(jié)約能耗而減少了年運(yùn)行費(fèi)用，綜合考慮節(jié)能經(jīng)濟(jì)時(shí)還是合算的。

2 用電設(shè)備方面

2.1 照明的節(jié)能設(shè)計(jì)

照明節(jié)能設(shè)計(jì)就是在保證不降低作業(yè)面視覺要求、不降低照明質(zhì)量的前提下，力求減少照明系統(tǒng)中光能的損失，從而最大限度的利用光能，通常的節(jié)能措施有以下幾種：

2.1.1 充分利用自然光，這是照明節(jié)能的重要途徑之一，在設(shè)計(jì)中電氣設(shè)計(jì)人員應(yīng)多與建筑專業(yè)配合，做到充分合理地利用自然光使之與室內(nèi)人工照明有機(jī)地結(jié)合，從而大大節(jié)約了人工照明電能。

2.1.2 照明設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定了各種場所的照度標(biāo)準(zhǔn)、視覺要求、照明功率密度等等。照度標(biāo)準(zhǔn)是不可隨意降低的，也不宜隨便提高，要有效地控制單位面積燈具安裝功率，在滿足照明質(zhì)量的前提下，一般房間（場所）應(yīng)優(yōu)先采用高效發(fā)光的熒光燈（如T5、T8管）及緊湊型熒光燈，高大車間、廠房及體育館場的室外照明等一般照明宜采用高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等高效氣體放電光源。

2.1.3 推廣使用低能耗性能優(yōu)的光源用電附件，如電子鎮(zhèn)流器、節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器、電子觸發(fā)器以及電子變壓器等，公共建筑場所內(nèi)的熒光燈宜選用帶有無功補(bǔ)償?shù)臒艟?，緊湊型熒光燈優(yōu)先選用電子鎮(zhèn)流器，氣體放電燈宜采用電子觸發(fā)器。

2.1.4 改進(jìn)燈具控制方式，采用各種節(jié)能型開關(guān)或裝置也是一種行之有效的節(jié)電方法。根據(jù)照明使用特點(diǎn)可采取分區(qū)控制燈光或適當(dāng)增加照明開關(guān)點(diǎn)。臥房、病房、客房等床頭燈可采用調(diào)光開關(guān)，高級(jí)客房采用節(jié)電鑰匙開關(guān)，公共場所及室外照明可采用程序控制或光電、聲控開關(guān)，走道、樓梯等人員短暫停留的公共場所可采用節(jié)能自熄開關(guān)。

2.2 提高供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)

大多數(shù)用電設(shè)備均是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的，如配電變壓器、電動(dòng)機(jī)等，它們都是依靠建立交變磁場才能進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和傳遞。為建立交變磁場和感應(yīng)磁通而需要的電功率稱為無功功率，在功率三角形中，有功功率P與視在功率S的比值，稱為功率因數(shù)cosφ，其計(jì)算公式為：cosφ=P/S=P/（P2+Q2）1/2在電網(wǎng)的運(yùn)行中，功率因數(shù)反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，如何使得配電系統(tǒng)功率因數(shù)盡可能接近于1，使得電路中的無功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。降低配電系統(tǒng)的電能損耗，是配電系統(tǒng)節(jié)能的途徑之一。采用無功補(bǔ)償通常有二種方式，集中自動(dòng)補(bǔ)償和就地固定補(bǔ)償。

功率因數(shù)提高了可以減少線路無功功率的損耗，從而達(dá)到節(jié)能目的。前面提到的輸電線路損耗ΔP中包含了線路傳輸有功功率時(shí)而引起的線損和線路傳輸無功功率時(shí)引起的線損。傳輸有功功率是為了滿足建筑物功能所必須的，是不變的。而在供配電系統(tǒng)中的某些用電設(shè)備如電動(dòng)機(jī)、變壓器、燈具的鎮(zhèn)流器以及很多家用電器等都具有電感性，會(huì)產(chǎn)生滯后的無功電流，它要從系統(tǒng)中經(jīng)過高低壓線路傳輸?shù)接秒娫O(shè)備末端，無形中又增加了線路的功率損耗。然而這部分損耗是可以避免的，具體方法有：

2.2.1 減少用電設(shè)備無功損耗，提高用電設(shè)備的功率因數(shù)。在設(shè)計(jì)中盡可能采用功率因數(shù)高的用電設(shè)備如同步電動(dòng)機(jī)等，電感性用電設(shè)備可選用有補(bǔ)償電容器的用電設(shè)備（如配有電容補(bǔ)償?shù)臒晒鉄簦┑取?/p>

2.2.2 用靜電電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償，電容器可產(chǎn)生超前無功電流抵消用電設(shè)備的滯后無功電流從而達(dá)到提高功率因數(shù)同時(shí)又減少整體無功電流。在具體工程設(shè)計(jì)中有采用分散就地補(bǔ)償和高低壓柜集中補(bǔ)償?shù)确绞?，可根?jù)具體情況具體分析。

2.3 電動(dòng)機(jī)節(jié)能設(shè)計(jì)

減少電動(dòng)機(jī)損耗的主要途徑是提高電動(dòng)機(jī)的工作效率和功率因數(shù)。在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)選用高效率的電動(dòng)機(jī)，但是在具體工程中電動(dòng)機(jī)通常都是水暖及建筑等專業(yè)設(shè)備所配套的，由設(shè)備制造商統(tǒng)一供應(yīng)的，所以節(jié)能措施只能貫徹在運(yùn)行過程中。除了就地電容器補(bǔ)償以減少線路損耗外主要是減少電動(dòng)機(jī)輕載和空載運(yùn)行，因?yàn)樵谳p載運(yùn)行下電動(dòng)機(jī)效率是極低的，切實(shí)可行的辦法是采用變頻調(diào)速控制電動(dòng)機(jī)使其在負(fù)載率變化時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速使得與負(fù)載變化相適應(yīng)以提高電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)的效率從而達(dá)到節(jié)約電能的目的。

3 結(jié)束語

為了應(yīng)對(duì)我國的能源供應(yīng)不能持續(xù)滿足我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的狀況，我國已把節(jié)能減排作為重要的大事而列入對(duì)各級(jí)政府的考核要求?？茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步使電能得到了大幅的提高，但我們更應(yīng)該注意并認(rèn)識(shí)到由此而產(chǎn)生的相應(yīng)危害，節(jié)約用電，從而保證我們?cè)谙碛每萍歼M(jìn)步成果的同時(shí)，其不會(huì)對(duì)我們的生活現(xiàn)狀造成明顯的損害。

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