浅谈电气设计中的节能设计

摘要:阐述建筑电气设计中节约能源的思想和原理,从变压器节能、照明节能、电动机节能,以及如何减少线路上的能量损耗、提高系统的功率因数等几个方面,论述建筑电气设计中的节能原则和方法。

关键词:建筑电气设计;变压器节能;照明节能

中图分类号： TU855文献标识码：A 文章编号：

Abstract: the article discusses building electrical design idea and principle of managing the sources of energy, energy saving, from transformer illumination energy conservation, motor energy saving, and how to reduce the energy loss in the line, and improve the power factor of system, etc, this paper discusses the design of the building electric energy saving principles and methods.

Keywords: building electrical design; Transformer energy saving; Illumination energy conservation

一、变压器节能

变压器的有功功率损耗用公式表示为Pb =Po + Pkβ2。

式中: Pb ———变压器的有功损耗( kW) ;

Po ———变压器的空载损耗( kW) ;

Pk ———变压器的有载损耗( kW) ;

β———变压器的负载率。

Po 部分为空载损耗又称铁损,它由铁芯的涡流损耗及漏磁损耗组成,是固定不变的部分,大小随矽钢片的性能及铁芯制造工艺而定。所以,变压器应选用节能型的,如S11 型等油浸变压器或SC系列干式变压器。它们都采用优质冷轧取向矽钢片,由于采用了“取向”处理,使矽钢片的磁场方向接近一致,减少了铁芯的涡流损耗;同时45 °全斜接缝结构,使接缝密合性更好,也减少了漏磁损耗。

Pk 是传输功的损耗,即变压器的线损,由变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小决定,与负载率β的平方成正比。因此,应选用阻值较小的绕组,可采用铜芯变压器。

用微分求Pkβ2 的极值,在β = 50%时,变压器的能耗最小。因此,在以往的建筑电气设计中,变压器的负载率绝大部分在50%左右。而事实上50%的负载率仅减少了变压器的线损,并没有减少变压器的铁损,因此50%的负载率不是最节能的。如果计算初装费和变压器、低压柜、土建的投资及各项运行费用,同时使变压器在使用期内预留适当的容量,变压器的负载率在75%～85%为宜。

另外,为减小变压器自身的损耗,当容量大而需要选用多台变压器时,可在合理分配负荷的情况下,尽可能减少变压器的台数,选用大容量的变压器。例如:需要装机容量为2 000 kVA 时可选用2 台1 000 kVA的变压器,而不选用4台500 kVA。

变压器的选用应掌握好以上几点原则,这样既能满足节约能源的要求,又符合经济合理的原则。

二、照明节能

据统计,我国照明用电量已占总用电量的10%～12%。按照我国提出的“中国绿色照明工程”规划,照明节电已成为建筑电气设计中节能的重要方面。

照明节能,是在保证照度标准和照明质量的前提下,力求减少照明系统中能量损失,最有效地利用电能。

2. 1选用优质的电光源

科学选用电光源是照明节能的首要工作。节能的电光源发光效率高,每瓦电能发出更多光通量。过去用得最广泛的是白炽灯,因为它便宜,安装维护简单,但其致命的弱点是发光率太低。白炽灯泡发光效率一般为7～10 lm /W,寿命一般为1 000 h,特殊的为2 000 h。单端的紧凑型荧光灯(俗称节能灯)其光通量一般为55 lm /W,采用一只寿命为3000～5 000 h的8W节能灯完全可以替代40 W 的白炽灯泡。T10双端直管荧光灯的光通量为55 lm /W,寿命为3 000～5 000 h。而现在的T5型细管荧光灯的光通量则达到80～90 lm /W,寿命达到8 000～10000 h。一只28W的T5型细管荧光灯相当于40 W的T10型荧光灯,因此选用T5型细管荧光灯相比选用T10双端直管荧光灯可以节约大约30%的电能。

科学技术的发展,使新型节能电光源层出不穷。除以上光源外,还有高强度气体放电灯,如高压钠灯、金属卤化物灯,还有微波灯、无极灯、LED 发光二极管和半导体照明灯等都可以节约电能。

2. 2选择节电的照明电器配件

各种电光源中均需要有电器配件,其中镇流器就是一个高耗能器件。例如,以往广泛应用的直管荧光灯电感镇流器,其自身功耗为光源功率的20%左右,这是一个相当高的比例,意味着40 W 的灯,其镇流器就耗电约8 W,其功率因数也只有0. 5;而节能的电感镇流器电能损耗率小于10%,更节能的电子镇流器,电能损耗率只有3% ～5% ,其功率因数能达到0. 9。在量大面广的照明设计中,采用节能电子镇流器,节能的效果就非常明显。

《建筑照明设计标准》(GB 50034 - 2004) 3. 3. 5节对照明设计的镇流器选择原则做出了明确的规定。电子镇流器或节能型电感镇流器的能效优于普通电感镇流器,电子镇流器对提高照明系统能效和质量有明显优势,是国际推荐应用的产品,也是未来发展的趋势。

2. 3选择控制开关以充分利用自然光

自然光是免费的光源。充分利用自然光,就是要结合射入室内的自然光情况,合理地设置照明开关,使照明控制灵活、方便、合理。充分利用室内受光面的反射性,也能有效地提高光的利用率,起到节电的作用。

2. 4合理地选择照明方式

在满足照度标准的条件下,为节约电能,应选用一般照明、局部照明和混合照明相结合的照明方式。例如,工厂高大的机械加工车间,只用一般照明的方式,因为用很多灯也很难达到精细视觉作业所要求的照度值,如果要想达到精细视觉作业所要求的照度,在每个车床上安装一个局部照明光源即可,这样既满足了照度要求,又达到了节电的目的。

2. 5合理地选择照度值

选择照度是照明设计需要考虑的重要问题。照度太低,会损害工作人员的视力,影响产品质量和生产效率。不合理的高照度则会浪费电力。选择照度必须与所进行的视觉工作相适应。照明设计应按国家颁布的照明设计标准来选择照度,合理的照度值和优良的照明质量形成的光环境可以提高工作效率和改善人们的心情,因此,要综合考虑照明系统的总效率。

三、减少线路上的能量损耗

由于配电线路上存在电阻,有电流通过时,就会产生有功功率损耗。

其公式为P = 3 I2 R ×10- 3( kW) 。

式中: I———相电流(A) ;

R ———线路电阻(Ω) 。

在一个工程项目中,配电线路左右上下纵横交错,小工程线路全长不下万米,大工程更是不计其数,所以线路上的总有功损耗是相当可观的,因此减少线路上的能耗必须予以足够重视。

线路上的电流是不能改变的,要减少线路损耗,只有减小线路电阻。线路电阻R = P ×L /S ,即线路电阻与电导率P 成正比,与线路截面S 成反比,与线路长度L 成正比,因此减少线路的损耗应从以下几方面入手。

3. 1选用电导率较小的材质做导线

在所有电导率较小的材质中铜芯是最佳选择,但铜比一般材质的单价要高。因此,在负荷较大的二类、一类建筑中采用铜导线,在三类或负荷量较小的建筑中可适当选用铝芯导线以减小成本。

3. 2减小导线长度

照明线路的设计应尽可能走直线,以减少导线长度;其次,低压线路应不走或少走回头线,以减少来回线路上的电能损失;第三,变压器尽量接近负荷中心,以减少供电距离,当建筑物每层平面在10000m2 左右时,至少要设2个变配电所,以减少干线的长度;第四,在高层建筑中,低压配电室应靠近竖井,由低压配电室直接提供干线至每个竖井,不产生支线沿着干线倒送的现象。

3. 3增大导线截面

对于比较长的线路,除满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面外,可视情况再加大一级导线截面。假设因增大截面而增加的费用为M ,节约能耗而减少的年运行费用为m, 则M /m为回收年限。若回收年限为几个月或一二年,则可加大一级导线截面。一般而言,导线截面小于70mm2、线路长度超过100 m的输电线路增加一级导线截面比较容易实现上述条件。

3. 4合理地选择照明线路

照明线路的损耗约占输入电能的4% ,影响照明线路损耗的主要因素是供电方式和导线截面积。在目前国内大多数照明电压为220 V的情况下,照明系统有单相二线、两相三线、三相四线3种供电方式。三相四线式供电比其他供电方式线路损耗小得多。因此,照明系统应尽可能采用三相四线制供电。

四、结束语

建筑电气的节能潜力很大,应在设计中精心考虑。在选用节能的新设备上,应具体了解其原理、性能、效果,从技术、经济上进行比较后,再选定节能设备,以达到真正节能的目的。

参考文献

[1]《民用建筑电气设计规范》（JGJ 16-2008）建设部

[2]《电工学》秦曾煌 高等教育出版社

[3]GB 50034 - 2004,建筑照明设计标准[ S].

[4]赵振民. 实用照明工程设计[M ]. 天津:天津大学出版社, 2003.