建筑电气设计中的节能措施

　　摘要：从建筑电气节能设计入手，充分利用资源，合理设计，尽量采用节能产品，并提出了在供配电系统的节能设计中应注意的几个问题。结果表明，对空载率大于50％的电动机和电焊机可安装空载断电装置；用静电电容器进行无功补偿，可采用高、低压电容器、分散与集中、固定与自动等三种补偿相结合方式，提高功率因数，减少电能损耗。
　　关键词：建筑，电气设计，节能措施
　　一、节能设计
　　（1）合理设计供配电系统。根据负荷容量、供电距离及分布、用电设备特点等因素，合理设计供配电系统，做到系统尽量简单可靠，操作方便。变配电所应尽量靠近负荷中心，以缩短配电半径，减少线路损耗。
　　（2）合理选择变压器的容量。根据负荷情况合理选择变压器的容量和台数，以适应由于季节性造成的负荷变化时，能够灵活投切变压器，实现经济运行，减少由于轻载运行造成的不必要的电能损失。若有较大的季节性负荷如空调用电，可单独设立变压器；当备用电源容量受到限制时，应将重要负荷及维持正常工作必需的负荷集中在一台或几台变压器中，其他不重要负荷另设变压器，以便使用备用电源时切除方便；对分期投产企业的规划设计时，宜采用多台变压器方案。
　　（3）合理选择导线的经济截面。按电缆的经济载流量(经济电流密度)合理选择导线的经济截面，减少线路损耗，并使得电缆在寿命周期内总费用最低。总费用包括电缆的初始费用(含电缆成本和安装费用)和电缆运行中的电能损耗费用两部分。传统上电力电缆的选择，设计人员往往是按温升即发热载流量、短路电流或电压来选择的，往往认为在满足安全的条件下，截面选得越小越节约，这是设计中的一个误区，这样会造成电能损耗费用增大，远远大于初始投资的节约，增大了运行成本。在技术上，按经济载流量来选择经济截面要进行发热载流量的校验，但大多数情况下，经济截面比发热截面大，这使得电缆运行更加安全，消除了许多安全隐患，建议采用经济电流密度来选择电缆的经济截面。另外，减少线路损耗，应尽量选用电阻率较小的导线，尽可能减少导线长度。在设计中线路应尽量短，变电所应尽量靠近负荷中心，以减少供电距离。
　　（4）提高功率因数，减少电能损耗。提高功率因数可以减少线路损耗。如果输电线路导线每相电阻为R()，则三相输出线路的功率损耗为：
　　P1=3I2R×10-3
　　式中：P1—三相输电线路的功率损耗(kw)；U—相电压(V)；I—相电流(A)，I=P/(cos)；P—电力线路输送的有功功率(kW)；COS—电力线路输送负荷的功率因数。
　　公式表明，功率因数提高了，可以减少线路的损耗，从而达到节能的目的。输电线路的损耗P1包括了线路的传输有功功率时而引起的线损和线路传输无功功率时引起的线损。传输有功功率是为了满足建筑物所必需的，是不变的，而线路的无功损耗是可以减少甚至避免的。
　　二、节能措施
　　（1）减少供用电设备的无功损耗，提高供用电设备的功率因数。对空载率大于50％的电动机和电焊机可安装空载断电装置对大中型连续运行的胶带运输机，可采用空载自停控制装置；条件允许时，用同等容量的同步电动机代替异步电动机。
　　（2）用静电电容器进行无功补偿。在工程设计中，可采用高、低压电容器补偿相结合，分散与集中补偿相结合，固定与自动补偿相结合等方式。
　　三、变压器节能设计
　　变压器损耗包括有功功率损耗和无功功率损耗两部分。变压器有功功率损耗可用下式计算
　　P2=P0+2PK
　　式中：P2—变压器有功功率损耗(kW)；P0—变压器空载损耗(kW)；PK—变压器短路损耗(kW)；—变压器负载率(％)。
　　P0作为变压器空载损耗又称铁损，它是由铁心涡流损耗及漏磁损耗组成，其值与铁心材料及制造工艺有关，与负荷大小无关，因此在选用变压器时应选用节能型变压器，如S10系列，它们选用高导磁硅钢片，采用先进的硅钢片剪切工艺，改进铁心叠片方式，最大限度地减少了铁心的涡流损耗和漏磁损耗。Pk是变压器额定负载传输的损耗，又称变压器的线损，它取决于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小，并与负载率平方成正比，因此选择变压器时应选用阻值较小的绕组，如铜心变压器。一般，在50％～60％时，变压器效率最高。在设计中，要正确选择变压器的负载率，以便合理选择变压器容量。
　　四、照明的节能设计
　　照明的节能设计应是在保证不降低作业面视觉要求，不降低照明质量的前提下，力求最大限度地减少照明系统中光能的损失，从而最大限度地利用光能。
　　4.1减少点灯时间
　　（1）加强管理工作，工作场所无人工作时，应及时关灯。
　　（2）增设照明灯的开关数量，以便管理和有效节能。
　　（3）对大型工作场所，应采取分区控制方式。
　　（4）当条件允许时，应尽量采用调光开关、定时开关以及节电开关等控制电气照明。
　　（5）室外照明最好采用光电控制、时间控制或智能控制，选用室外照明系统节能控制器，以利于节能。
　　4.2采用高效光源
　　（1）灯具悬挂比较高的场所如高大车间、厂房、体育场馆和露天工作场所等的一般照明应采用高压钠灯、金属卤化物灯等高效气体放电光源。对一般场所应采用高效发光的荧光灯及紧凑型荧光灯。
　　（2）合理选用优质高效的镇流器。优质高效镇流器包括节能型电感镇流器和电子镇流器。在设计中，气体放电灯应采用节能型镇流器并采用单灯就地补偿措施，单灯功率因数不应小于0.85；在连续作紧张的视觉作业场所和视觉条件要求高的场所(如设计、制图、打字等)，在要求特别安静的场所(如病房、诊所等)及青少年视看场所(如教室、阅览室等)应采用电子镇流器；在需要调光的场所可以采用三基色荧光灯配可调光电子镇流器，取代白炽灯或卤素灯，能大大节约电能。另外公共场所内的荧光灯宜选用带无功补偿的灯具，单灯功率因数不应小于0.9。
　　4.3采用高效灯具
　　在满足眩光限制的条件下，应优先选用灯具效率高的灯具及开启式直接照明灯具，一般室内灯具效率不宜低于70％，并且要求灯具的反射罩具有较高的反射比。一般装有遮光格栅的灯具，其效率不宜低于50％。
　　4.4选用合理的照明方案
　　（1）条件允许时，在有空调设施的房间应采用照明空调组合系统。
　　（2）设置一般照明和混合照明。
　　（3）在需要有高强度或有改善光色要求的场所，宜采用两种以上光源组成的混光照明。
　　五、电动机的节能设计
　　交流电动机的节能主要通过控制其端电压、转距、转速、功率因数及传动效率等节能，直流电动机通过控制其输出转距、电压及速度节能。
　　（1）应选用高效率的电动机。
　　（2）对经常处于轻负荷(<0.3)运行的电动机，应将三角形绕组的接法改为星形接法，可以达到良好的节电效果。
　　（3）根据负载情况对电动机采用无功功率补偿，对距供电点较远的大中容量连续运行工作制的电动机，应采用电动机的无功功率就地补偿装置。
　　（4）根据负荷变化情况采用变频调速控制电动机，使其在负载率变化时，自动调节转速，使得与负载变化相适应，以提高电动机轻载时的效率，从而达到节能的目的。
　　六、结束语
　　提高电动机的效率和功率因数是减少电动机电能损耗的主要途径。电气设计人员在设计过程中，在满足功能要求和各种技术指标、规范的前提下，应采用行之有效的节能措施，以达到节能的目的。
　　参考文献：
　　[1]李景文.高压内熔丝并联电容器组内部故障保护.电力电容器学会论文集[C]，1992.
　　[2]汪钧祥，陶梅.柱上式无功补偿装置带内熔丝高压并联电容器的几个问题.电力电容器学会论文集[C]，2000.
　　[3]靳龙章，丁毓山.电网无功补偿实用技术[M].中国水利水电出版社，1997.