探究電氣設(shè)備節(jié)能降耗技術(shù)管理

作者簡介：劉偉華（1988—），男，本科，中級工程師，研究方向為電氣工程。

摘要：隨著社會的進步和國民經(jīng)濟的發(fā)展，國民節(jié)能環(huán)保意識逐漸增強，應用節(jié)能降耗技術(shù)促進各行業(yè)發(fā)展已經(jīng)成為時代發(fā)展的必然要求。人們在日常生活及生產(chǎn)活動中會應用到各種電氣設(shè)備，在其中融入節(jié)能理念促進設(shè)備高效運行，提高建筑工程的運營效果，在為人們提供優(yōu)質(zhì)服務的同時，起到良好的節(jié)能降耗效果，這是推動集約型社會發(fā)展的關(guān)鍵。本文首先分析了電氣設(shè)備節(jié)能降耗技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，隨后以建筑節(jié)能為例，通過4個方面簡要探討了電氣設(shè)備節(jié)能降耗技術(shù)的應用。

關(guān)鍵詞：建筑管理 電氣設(shè)備 節(jié)能降耗 發(fā)展現(xiàn)狀 節(jié)能技術(shù)

中圖分類號：TM92

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2112-5640-5172

在建筑產(chǎn)品設(shè)計中對節(jié)能降耗技術(shù)的合理應用屬于現(xiàn)代建筑行業(yè)發(fā)展的重要趨勢之一。各種建筑電氣設(shè)備在運行過程中會產(chǎn)生大量能源消耗，必須采取合理措施降低其能源消耗，提高設(shè)備運行效率，以產(chǎn)出更為良好的社會效益和經(jīng)濟效益。針對建筑電氣設(shè)備實施節(jié)能降耗技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1 電氣設(shè)備節(jié)能降耗技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著時代的發(fā)展，能源與資源短缺已經(jīng)成為限制世界各國發(fā)展的重要問題。時至今日，我國依然處在大量消耗資源和原材料為經(jīng)濟增長提供支撐的時期，能源供給對于經(jīng)濟增長所呈現(xiàn)的約束作用越來越明顯，節(jié)能已然成為關(guān)乎國計民生的大事?，F(xiàn)代建筑中一般配有變壓器、空調(diào)、照明、電動機及電梯等耗能系統(tǒng)，而建筑作為人類社會中的重要能源消耗領(lǐng)域，對其節(jié)能方法及措施的研究已經(jīng)迫在眉睫。

建筑節(jié)能屬于貫徹落實我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重點內(nèi)容。然而，我國建筑節(jié)能起步比較晚，能源利用效率相對較低，且建筑能源需求量正在逐年增加，建筑節(jié)能降耗空間巨大[1]。電氣設(shè)備節(jié)能屬于建筑節(jié)能中最為重要的一項內(nèi)容，決不能以犧牲建筑功能、損害建筑使用需求作為代價，同時也要防止盲目增加投資、為了節(jié)能而節(jié)能等情況出現(xiàn)，必須充分遵循適用性、實際性與節(jié)能性等原則，并充分保證所應用節(jié)能措施的技術(shù)先進性。

2、建筑電氣設(shè)備節(jié)能降耗技術(shù)

2.1照明系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)

照明系統(tǒng)是建筑電氣系統(tǒng)中的重要組成部分，而照明節(jié)能也是需要重點解決的一個問題。怎樣做到在充分滿足人們工作和生活照度標準要求的同時，實現(xiàn)能源節(jié)約，是在進行照明設(shè)計的過程中需要認真思考的問題。在照明設(shè)計中，可以具體依據(jù)相應工程項目實際情況，參照國家相關(guān)標準進行設(shè)計，科學設(shè)定高、中、低檔照明水平，實現(xiàn)對單位面積電功率安裝和功率密度限值（LPD）的高效控制[2]。

2.1.1照明光源選擇

光源屬于將能量轉(zhuǎn)化為光的器件，是促進照明節(jié)能實現(xiàn)的核心。必須選擇高效節(jié)能，且具有較強適應性的光源，比較常用的包括白熾燈、熒光燈、鈉燈、鹵鎢燈及LED燈等[3]。光源選擇的主要原則在于高效和節(jié)能，充分考量光效、色溫、價格、光源壽命及顯色指數(shù)等元素。

2.1.2燈具選擇

燈具的功能在于對光源發(fā)出的光作二次分配，選擇燈具的時候應該盡量選用控光性能良好、直射光通量比例高的燈具。在實踐應用中，還要關(guān)注燈具的配光曲線，它是照明設(shè)計最為重要的依據(jù)之一，以此明確照度值，保證燈具配光的合理性，提高光的利用率，起到良好的節(jié)能降耗效果。

2.1.3照明控制

在進行照明設(shè)計的過程中，所采用的控制方式同樣對照明節(jié)能起到?jīng)Q定性作用，常見的控制方式主要包括單燈控制、多燈控制、總線控制、探測器控制與雙控開關(guān)控制等。面對這些控制方式，在照明設(shè)計活動中必須做到貼合實際，兼顧其便利性和節(jié)能性，具體如下。（1）針對大型公共建筑，如體育館、公園以及劇場等，可以使用智能照明控制系統(tǒng)，通過高效統(tǒng)一的管理，實現(xiàn)節(jié)約電能的作用。（2）針對一般的小型建筑，在進行設(shè)計與技術(shù)應用的過程中要注意每個開關(guān)控制燈具的數(shù)量不應該過多。在公共走道和樓梯等位置，使用聲控、光控節(jié)能開關(guān)。室外照明控制則采用光電控制替代傳統(tǒng)照明開關(guān)[3]。而房間內(nèi)如果有多列燈具，可以采取分組控制方式，所控制燈列跟側(cè)窗保持平行。

2.2供配電系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)

電源與供配電系統(tǒng)節(jié)能降耗意義重大，相關(guān)研究顯示，對新型變壓器節(jié)能技術(shù)的推廣應用，使空載與短路損耗分別下降約8%與24%[4]。在實施供配電系統(tǒng)設(shè)計活動的過程中，應該具體就變電所位置選擇、變壓器選用、線路損耗控制、供配電系統(tǒng)功率因數(shù)提升等方面采取具有針對性的措施，以提高其整體節(jié)能降耗效果。

2.2.1供配電系統(tǒng)

具體依據(jù)負荷容量、用電設(shè)備特征、供電距離及其分布等因素對供配電系統(tǒng)進行合理設(shè)計，盡可能使系統(tǒng)表現(xiàn)出簡單可靠的特征，同時操作簡便。要讓變配電所盡可能靠近負荷中心，從而縮減配電半徑，起到降低線路損耗的效果。還要對變壓器容量與數(shù)量進行合理選擇，充分適應季節(jié)更替帶來的負荷變化，實現(xiàn)對變壓器的靈活投切，形成高效運行，最大程度上避免輕載運行對電能的不必要消耗。

2.2.2變壓器節(jié)能設(shè)計

要縮減變壓器有功損耗，具體按式（1）進行計算：

其中，△P表示變壓器有功損耗;PO表示變壓器空載損耗;Pk表示變壓器短路損耗;β表示變壓器負載率[1]。

PO作為空載損耗，亦可稱之為鐵損，主要由鐵芯渦流損耗與漏磁損耗構(gòu)成，相應數(shù)值大小主要跟鐵芯材料及其制造工藝直接相關(guān)，跟負荷大小并無直接關(guān)聯(lián)，因此在選擇變壓器的時候應該選擇具有良好節(jié)能性效果的變壓器。

Pk則屬于變壓器的額定負載傳輸損耗，也可稱之為變壓器線損，其大小主要取決于變壓器繞組中的電阻以及流經(jīng)電流的大小，并且跟負荷率的平方之間為正比例關(guān)系。所以，在選用變壓器的時候，應該盡可能選擇電阻值比較小的繞組，比如銅芯變壓器等。在工程實踐中，要對設(shè)備投資、運行費用等進行綜合考量，讓變壓器在其使用期之內(nèi)預留出一定余量，以最低的項目投資獲得最好的運行效果。通常情況下，變壓器最具經(jīng)濟性和節(jié)能性的運行負載率在75%～85%之間。

2.2.3控制線路損耗

因為配電線路中電阻的存在，使電流經(jīng)過的過程中產(chǎn)生功率損耗，可表達為式（2）：

其中△P表示三相輸出電路功率損耗;I表示線路電流;R表示線路相電阻[5]。

當通電電流不變的情況下，線路長度越大，則電阻值就越大。在工程實踐中，線路縱橫交錯，單個工程的線路總長便能超過一萬米，所引發(fā)的電能損耗是巨大的，必須從縮減線路的電阻值入手，具體措施如下。（1）盡可能選擇電阻率比較小的導線，如銅芯導線、鋁芯導線等。（2）結(jié)合工程實際，盡量縮減導線長度。在工程設(shè)計中，要讓線路盡可能走直線，在低電壓配電中避免走回頭路。要讓變電所與負荷中心之間盡可能靠近，從而縮減供電半徑。（3）針對比較長的線路，在充分滿足載流量、熱穩(wěn)定及保護配合等要求的基礎(chǔ)之上，選擇使用截面更大導線，此種做法雖然會使線路費用增加，但其所帶來的節(jié)能降耗效果將十分明顯，具有較強的經(jīng)濟性。

2.2.4提高功率因數(shù)

提高配電系統(tǒng)的功率因數(shù)，可以縮減線路中的無功功率損耗，繼而達到節(jié)能降耗的效果。供電系統(tǒng)中的部分用電設(shè)備，如電動機、變壓器等均具有電感性，能形成具有滯后性的無功電流，經(jīng)由高低壓線路實現(xiàn)向設(shè)備終端的傳輸，會在無形中提高了線路功率損耗。針對這一問題可采取如下措施。（1）若想降低用電設(shè)備的無功損耗，必須提升功率因數(shù)，在工程設(shè)計中盡量選用功率因數(shù)更高的設(shè)備。（2）通過靜電電容器實施無功補償。電容器能夠產(chǎn)出超前無功電流，以抵消用電設(shè)備產(chǎn)出的滯后無功電流，在提升功率因素的同時縮減系統(tǒng)整體無功電流效果。在工程設(shè)計實踐中，可以采取分散就地補償或者高低壓柜集中補償?shù)确椒ㄟM行處理，具體按照工程實際需求進行選擇[6]。

2.3動力節(jié)能設(shè)計

在電氣設(shè)備節(jié)能中，動力節(jié)能具有非常大的潛力，僅適用變頻調(diào)速設(shè)計，便可讓空調(diào)節(jié)約電量約30%～60%，讓電梯節(jié)約電量約20%～30%，風機和水泵等也有十分良好的節(jié)能效果。

2.3.1使用變頻調(diào)速器

建筑電氣系統(tǒng)中，電動機與給排水、暖通等各種設(shè)備配套出現(xiàn)，由相應設(shè)備廠商統(tǒng)一供給。所以，所采取的節(jié)能措施一般只能實施于其運行過程，控制電機輕載與空載運行情況。這是由于在上述工況之下，電機運行效率非常低，所消耗電能并不能與負載的降低之間成正比。應用變頻調(diào)節(jié)，可以在負載下降的過程中，采取變頻方式對轉(zhuǎn)速進行自動調(diào)節(jié)，與負載變化之間相互適應，以達到提高電機輕載工況下工作效率的目的，節(jié)能降耗效果明顯。

2.3.2使用軟啟動器

軟啟動器是依據(jù)啟動時間對可控硅導通角進行逐步調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)對電壓變化的控制效果。因為可以針對電壓實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，所以啟動平穩(wěn)，在完成啟動之后，便可全壓投入運行。也可使用測速反饋、電流正反饋與電壓負反饋等，結(jié)合反饋信息對可控硅導通角進行控制，使其速度隨著負載變化而變化[5]。軟啟動器一般可以用在電動機容量比較大，并且需要頻繁進行啟動的設(shè)備，或者附近用電設(shè)備對于電壓穩(wěn)定性具有較高要求。

2.4智能控制技術(shù)的應用

通過智能控制技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能降耗，主要體現(xiàn)在對建筑設(shè)備、變配電所與照明系統(tǒng)等的監(jiān)控方面。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的各種相關(guān)技術(shù)逐漸完善，性能也更加優(yōu)異，已經(jīng)成為促進建筑節(jié)能最為有效的一種手段，針對各類電氣設(shè)備實現(xiàn)最佳控制，在充分滿足實際應用需求的前提下，實現(xiàn)最大限度地節(jié)約。

2.4.1變配電所監(jiān)控系統(tǒng)

供配電監(jiān)控系統(tǒng)主要依靠現(xiàn)場總線技術(shù)，使系統(tǒng)實現(xiàn)自動化。通常情況下，智能化供配電系統(tǒng)主要由計算機、智能開關(guān)、控制設(shè)備與通信網(wǎng)絡等部分構(gòu)成?？梢詫崿F(xiàn)數(shù)據(jù)采集與處理的集中化，同時還能起到集中控制效果，真正實現(xiàn)供配電系統(tǒng)遙測、遙控以及通信。該系統(tǒng)可以針對建筑物及建筑群中高壓供電系統(tǒng)、變壓器、備用發(fā)電機組與低壓配電系統(tǒng)運行狀態(tài)與故障報警進行監(jiān)測，實時檢測系統(tǒng)電壓、電流、功率與功率因數(shù)等各項數(shù)據(jù)，為建筑電氣設(shè)備節(jié)能與安全運行供給實時信息，為管理部門供給相應的運行數(shù)據(jù)，為建筑電氣設(shè)備管理工作提供良好的支持。

2.4.2智能照明控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要依靠計算機技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)與控制技術(shù)實現(xiàn)多點控制、定時控制和場景控制，以縮短燈具的工作時間，針對不同環(huán)境和時間條件下的光照度實施精準設(shè)置與管理，不僅可以起到節(jié)約電能的效果，還能實現(xiàn)統(tǒng)一管理。作為建筑智能系統(tǒng)中的重要組成部分，智能照明控制系統(tǒng)能針對建筑照明進行集中管理，提高其節(jié)能效果和舒適程度。

2.4.3建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)

（1）制冷系統(tǒng)。建筑當中制冷系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成包括冷水機組、冷卻水泵與冷卻塔等，針對制冷系統(tǒng)實施監(jiān)測與控制，要對其進行啟停控制和連鎖控制等。而對于冷水機組具體運行參數(shù)進行監(jiān)測可由監(jiān)控系統(tǒng)直接完成，也可利用第三方設(shè)備通信接口完成。

（2）空調(diào)系統(tǒng)。大部分建筑中空調(diào)機組的數(shù)量較多，其種類具體包括：全空氣處理系統(tǒng)（亦稱之為空調(diào)機組）、新風機+風機盤管、變風量空調(diào)機組+變風量末端。對于空調(diào)機組與新風機組，通常應該依據(jù)室外溫度的高低具體選擇系統(tǒng)工作模式;按照預定時間表對機組啟停進行控制;按照預設(shè)控制規(guī)律對溫濕度、風量等參數(shù)進行調(diào)節(jié)，使其符合工程設(shè)計要求;對系統(tǒng)實時運行狀態(tài)、各主要參數(shù)與故障報警信號等進行監(jiān)測。

（3）給排水系統(tǒng)。針對建筑中的給排水系統(tǒng)（其中包括雨水系統(tǒng)、污水系統(tǒng)與中水系統(tǒng)等）實施監(jiān)控，部分工程還包括水處理系統(tǒng)，如直飲水水處理、游泳池水處理等。給水系統(tǒng)一般由水池或者高位水箱進行供水，也可通過變頻恒壓進行供水。需要對水池、水箱等位置水位信號和管網(wǎng)壓力信號等進行監(jiān)測，并以此為依據(jù)按照工程設(shè)計方案控制水泵的啟停，實時監(jiān)測系統(tǒng)運行狀態(tài)與故障報警信號。而對于變頻恒壓供水系統(tǒng)，則要具體依據(jù)供水總管壓力控制設(shè)備中的變頻機組運行頻率，維持其壓力不變。

（4）電梯系統(tǒng)。建筑當中的電梯，不管是垂直升降電梯、自動扶梯，還是電動步道，通常都是由生產(chǎn)廠家進行成套供應的，其具體包括電梯群控器、控制器及樓層顯示器等。而建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)需要具體監(jiān)測上述部分的運行狀態(tài)（有時還要對運行樓層信息等進行顯示）與故障信息。電梯與自動扶梯系統(tǒng)的運行參數(shù)，也可以利用第三方設(shè)備通信機構(gòu)實現(xiàn)監(jiān)測[7]。

3 結(jié)語

總而言之，節(jié)能環(huán)保是推動當今社會發(fā)展一個不變的主題，人們在日常生產(chǎn)與生活中必須緊緊抓住節(jié)能降耗這一關(guān)鍵點，采取適合的技術(shù)措施降低電氣設(shè)備能源消耗，通過技術(shù)創(chuàng)新與管理優(yōu)化為國家經(jīng)濟建設(shè)注入源源不斷的活力。

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