论文部分内容阅读
摘要：随着国家提倡“节能环保”的宣传，而建筑电气的能源损耗较大，因此，做好建筑电气节能降耗，是每一位电气人员所关注的重点。本文根据笔者多年的工作经验，对电气节能技术进行分析，供同行借鉴参考。
Probe into electrical energy-saving technology of building
Abstract: With the country to promote "green energy" propaganda , and the construction of electrical energy being large loss, so doing a good job building electrical energy savingm,is the focus of every electrician. According to the author of many years working experience , analysis of electrical energy-saving technology for peer learning reference .
Keywords: Electrical Building ; energy-saving technologies
关键词：建筑电气；节能技术
中图分类号： TU201.5 文献标识码： A 文章编号：
前言
节能，应根据建筑的实际情况进行节能降耗，从性能及技术经济上进行全面的分析，把握好“满足功能，经济合理的设计，先进的技术”的原则。不以牺牲使用建筑功能的费用，减少需求为代价，不能盲目增加投资，节能。
一、提高建筑供配电系统的功率因数
（一）提高功率因数的意义
为了满足智能功能需求的建筑，传输功率是必须的，但传输线将有功和无功功率损耗。一些电气设备，如电机，变压器，镇流器灯和许多家用电器，无功电流会产生延迟，并从系统通过高压输电线路的电气设备终端，可能增加线路的无功损耗。为了减少功率损耗，提高功率因数，通常是与电容产生滞后无功功率补偿装置的无功电流偏置电器待机电流，从而提高降低整体的无功电流的功率因数，从而达到节约能源的目的。
提高功率因数具有如下意义：①可以减少电压损失。②可以减少线路电能损失。③可以降低变压器损耗。④可以增加变压器输出功率。
（二）提高功率因数的途径
①减少用电设备无功消耗
a.对于交流电机调速，采用变频调速装置，使电机在负载下降时，自动调节转速，从而与负载的变化相适应，即提高了电机在轻载时的效率，达到节能的目的。在设计中，根据变频的种类和具体的电机设备，来选用适合的变频调速装置，如普通晶闸管、GTR、GTO、IGBT等电力电子器件组成的静止变频器。
b.正确设计和选用变流装置。对直流设备的供电和励磁，应采用硅整流或晶闸管整流装置，取代变流机组、汞弧整流器等直流电源设备。
c.与普通 电机相比，高效电动机的效率要高3-6％，平均功率因数高7-9％，总损耗减少20～30％，故具有很好的节能效果。条件允许时，采用功率因数较高的电动机，如Y、YZ、YZR等系列高效电动机：也可以用等容量同步电动机代替异步电动机，在经济合算的前提下也可采用异步电机同步化运行。
d.荧光灯选用高次谐波系数低于 15％的电子镇流器；气体放电灯的电感鎮流器，单灯安装电容器就地补偿等，都可使 自然功率因数提高到0．85～0．95。
②用电容器进行无功补偿
目前智能建筑无功补偿方案一般有以下几种方式：
a.固定补偿。固定补偿一般适合大规模的建筑集群，主要综合整个智能建筑集群的各项年平均参数，根据无功的分布情 况选取若干个补偿点，每个点投入若干单位的电容量 ，使得全年节能效益与经济投入之比达到最佳。这种方法的优点是能综合考虑整个建筑集群的运行特点，既取得了最佳经济效益，又兼顾了全局无功补偿的平衡。缺点是补偿容量不能跟随建筑物的实时运行状况，其最佳值是年平均意义上的，当某个建筑物负荷发生变化时，这种方法就无能为力了。
b.手动补偿。手动补偿通过若干电容器组的组合，达到改变补偿容量的作用，适用于时间上呈一定规律变化的建筑负荷 。缺点是分组过于粗糙，设备体积庞大，需专人守护，并且只针对采样点参数进行补偿，不能达到最佳补偿效果。
c.自动补偿。自动补偿是电子技术在智能建筑上的应用。控制器根据传感器的数据 ，计算出当前建筑集群所需的无功补偿量并控制电容器组的投切，达到实时补偿的目的。近几年，由于电脑技术的应用，功率因数自动补偿系统的发展进入了一个新阶段。
检测单元通过 电压、电流互感器采得 电压和 电流信号，并利用运放电路、门电路得到反映相位差的方波信号，传给控制单元。微处理器接收到检测信号，经过逻辑运算得到实coscp,分别送到显示和比较单元 。在比较单元中与设定值进行比较，确定是否发 出投切命令。同时控制单元还具有过压、过流、欠补及振荡报警和保护功能。执行单元接到命令后，通过投切装置完成电容器组的投切。微计算机技术 的应用进一步加强了控制单元的功能，集成化程度大大提高了，自诊能力、扩充能力都得到了加强。
二、抑制建筑电力谐波
建筑电力系统谐波产生的原因是整流器、UPS电源、电子调速装备、荧光灯系统、计算机、微波炉等电力、电子设备的使用。民用建筑，尤其现代智能建筑中存在的大量三次谐波污染，不仅会严重影响 电能质量，还将增加功率损耗，造成 电能的浪费。治理谐波的措施主要有两种：①主动治理，即从谐波源本身出发，使谐波源不产生谐波或降低谐波源产生的谐波。②被动治理，即外加滤波器，阻止谐波源产生的谐波注入电网，或者阻止电力系统的谐波流入负载端。
（一）主动治理
主动治理主要是从谐波源着手，从源头上减小谐波及进行无功补偿提高功率因数，主要途径有：
(1)改善配电系统。选用D，Ynll接线组别的三相配电变压器，为 3次谐波 电流提供环流通路；尽可能保持三相电压平衡；对谐波源负荷采用专用回路供电，减少谐波对其它负荷的影响，也有助于集中抑制和消除谐波。
(2)降低谐波源的谐波含量。在谐波源设备选型上，尽量选用谐波含量少的设备，最大限度地避免谐波的产生。
采用主动治理方式可有效 限制谐波的产生，但由于谐波源 的多样性，要完全消除谐波是不可能的。
（二）被动治理、被动治理措施主要有几种
(1)采用无源滤波器 PF(PassiveFilter)。PF利用电感、电容元件的谐振特性，在阻抗分流回路中形成低阻抗支路，从而减小流向电网的谐波电流 ，同时还可以补偿无功功率。它具有结构简单、成本低和维护方便的优点。但由于其结构原理上的缺点，在应用中存在以下难以克服的缺点：①只能对特定谐波进行滤波。谐振频率依赖于元件参数，因此单调谐滤波器 只能消除特定次数的谐波，高通滤波器只能消除截止频率 以上的谐波。②滤波器参数影响滤波性能。由于调谐偏移和残余电阻的存在，调谐滤波器的阻抗等于零的理想条件是不可能出现的，阻抗 的变化大大妨碍 了滤波效果。LC参数的漂移将导致滤波特性改变，使滤波性能不稳定。③对于谐波次数经常变化的负载滤波效果不好。当滤波器投入运行之后，如果谐波的次数和大小发生 了变化，便会影响滤波效果。并且要根据高次谐波次数的多少，需设置多个LC滤波电路。
(2)采用有源滤波器APF(ActivePowerFilter)。APF的基本工作原理是将系统中所含有害电流 (电压)检出，并产生与其相反的补偿 电流 (电压)，以抵消输 电线路中的有害 电流 (电压)。与PF相比，APF具有以下一些优点：①滤波性能不受系统阻抗的影响。②不会与系统阻抗发生串联或并联谐振，系统结构 的变化不会影响治理效果。③原理上比PF更为优越，用一台装置就能完成各次谐波的治理。④实现了动态治理，能够迅速响应谐波的频率和大小发生的变化。⑤由于装置本身能完成输 出限制，因此即使谐波含量增大也不会过载。⑥可以对多个谐波源进行集中治理。
三、优化能源配置避峰用电
从1995年起供电企业实行了峰谷电价，在建筑电气设计中推广应用峰谷 电表 ，鼓励用户避峰用电，更要大力推廣冰蓄冷空调、蓄热式电锅炉等蓄能技术，避开高峰用电。虽然利用电力系统的低谷电能，实行避峰用电．不是智能建筑 电气设计上的直接节能，但是对国家提倡的节能政策有重大的意义。
智能建筑要达到以优化 能源配置来避峰用 电，应从以下三个方面着手：
(1)在满足使用要求的前提下，尽可能减小负荷，同时将负荷 昼夜均摊，比如：夜间用 电负荷低谷时，进行建筑物内的换热、通风等工作，以避免白天高峰用电。
(2)对建筑物的空调通风系统、给排水系统、室内温度、相对湿度、CO，浓度、照度、窗户开启状态、辐射板控制、照 明开关、调光、户外遮阳板、室内百叶窗控制和风速等进行自动化集中管理。通过先进的建筑技术集成化设计和结构设计，控制运行、监测及管理等各个环节，实现 能源高效利用 。BEMS(建筑能源管理系统)系统通过传感器、变送器 、控制器等设备，使各功能模块之间组成一个局域网。这样随时可更新、扩展和维护系统都不会影响建筑物的 良好运行状态，所有的现场控制器以对等的方式通过 BACneUIP网络相连，并由高度智能化、专家化的中央管理器统一管理、调度。
(3)冰蓄冷技术实际上是不节能的，其主要特点是调节用电负荷 。根据大量的统计数据得知，民用公共建筑的空调用电量约占整个建筑用电量的40～50％。冰蓄冷空调就是制冷机组利用低谷时段(夜间)电力制冰，将冷量蓄存起来。而在用电高峰时段(白天)化冰取冷，以供空调系统之需要。冰蓄冷“削峰填谷”效果十分 明显，同时由于电价的差异，也降低了运行费用。
四、结束语
建筑能耗约占全社会能耗的三分之一左右，随着工业化和城镇化的快速发展，这个比例还在不断上升。做好建设领域节能降耗工作，已经成为国家战略的重要组成部分，而电气消耗能量非常巨大，因此作好电气节能，助力国家经济快速发展具有重要意义。
Probe into electrical energy-saving technology of building
Abstract: With the country to promote "green energy" propaganda , and the construction of electrical energy being large loss, so doing a good job building electrical energy savingm,is the focus of every electrician. According to the author of many years working experience , analysis of electrical energy-saving technology for peer learning reference .
Keywords: Electrical Building ; energy-saving technologies
关键词：建筑电气；节能技术
中图分类号： TU201.5 文献标识码： A 文章编号：
前言
节能，应根据建筑的实际情况进行节能降耗，从性能及技术经济上进行全面的分析，把握好“满足功能，经济合理的设计，先进的技术”的原则。不以牺牲使用建筑功能的费用，减少需求为代价，不能盲目增加投资，节能。
一、提高建筑供配电系统的功率因数
（一）提高功率因数的意义
为了满足智能功能需求的建筑，传输功率是必须的，但传输线将有功和无功功率损耗。一些电气设备，如电机，变压器，镇流器灯和许多家用电器，无功电流会产生延迟，并从系统通过高压输电线路的电气设备终端，可能增加线路的无功损耗。为了减少功率损耗，提高功率因数，通常是与电容产生滞后无功功率补偿装置的无功电流偏置电器待机电流，从而提高降低整体的无功电流的功率因数，从而达到节约能源的目的。
提高功率因数具有如下意义：①可以减少电压损失。②可以减少线路电能损失。③可以降低变压器损耗。④可以增加变压器输出功率。
（二）提高功率因数的途径
①减少用电设备无功消耗
a.对于交流电机调速，采用变频调速装置，使电机在负载下降时，自动调节转速，从而与负载的变化相适应，即提高了电机在轻载时的效率，达到节能的目的。在设计中，根据变频的种类和具体的电机设备，来选用适合的变频调速装置，如普通晶闸管、GTR、GTO、IGBT等电力电子器件组成的静止变频器。
b.正确设计和选用变流装置。对直流设备的供电和励磁，应采用硅整流或晶闸管整流装置，取代变流机组、汞弧整流器等直流电源设备。
c.与普通 电机相比，高效电动机的效率要高3-6％，平均功率因数高7-9％，总损耗减少20～30％，故具有很好的节能效果。条件允许时，采用功率因数较高的电动机，如Y、YZ、YZR等系列高效电动机：也可以用等容量同步电动机代替异步电动机，在经济合算的前提下也可采用异步电机同步化运行。
d.荧光灯选用高次谐波系数低于 15％的电子镇流器；气体放电灯的电感鎮流器，单灯安装电容器就地补偿等，都可使 自然功率因数提高到0．85～0．95。
②用电容器进行无功补偿
目前智能建筑无功补偿方案一般有以下几种方式：
a.固定补偿。固定补偿一般适合大规模的建筑集群，主要综合整个智能建筑集群的各项年平均参数，根据无功的分布情 况选取若干个补偿点，每个点投入若干单位的电容量 ，使得全年节能效益与经济投入之比达到最佳。这种方法的优点是能综合考虑整个建筑集群的运行特点，既取得了最佳经济效益，又兼顾了全局无功补偿的平衡。缺点是补偿容量不能跟随建筑物的实时运行状况，其最佳值是年平均意义上的，当某个建筑物负荷发生变化时，这种方法就无能为力了。
b.手动补偿。手动补偿通过若干电容器组的组合，达到改变补偿容量的作用，适用于时间上呈一定规律变化的建筑负荷 。缺点是分组过于粗糙，设备体积庞大，需专人守护，并且只针对采样点参数进行补偿，不能达到最佳补偿效果。
c.自动补偿。自动补偿是电子技术在智能建筑上的应用。控制器根据传感器的数据 ，计算出当前建筑集群所需的无功补偿量并控制电容器组的投切，达到实时补偿的目的。近几年，由于电脑技术的应用，功率因数自动补偿系统的发展进入了一个新阶段。
检测单元通过 电压、电流互感器采得 电压和 电流信号，并利用运放电路、门电路得到反映相位差的方波信号，传给控制单元。微处理器接收到检测信号，经过逻辑运算得到实coscp,分别送到显示和比较单元 。在比较单元中与设定值进行比较，确定是否发 出投切命令。同时控制单元还具有过压、过流、欠补及振荡报警和保护功能。执行单元接到命令后，通过投切装置完成电容器组的投切。微计算机技术 的应用进一步加强了控制单元的功能，集成化程度大大提高了，自诊能力、扩充能力都得到了加强。
二、抑制建筑电力谐波
建筑电力系统谐波产生的原因是整流器、UPS电源、电子调速装备、荧光灯系统、计算机、微波炉等电力、电子设备的使用。民用建筑，尤其现代智能建筑中存在的大量三次谐波污染，不仅会严重影响 电能质量，还将增加功率损耗，造成 电能的浪费。治理谐波的措施主要有两种：①主动治理，即从谐波源本身出发，使谐波源不产生谐波或降低谐波源产生的谐波。②被动治理，即外加滤波器，阻止谐波源产生的谐波注入电网，或者阻止电力系统的谐波流入负载端。
（一）主动治理
主动治理主要是从谐波源着手，从源头上减小谐波及进行无功补偿提高功率因数，主要途径有：
(1)改善配电系统。选用D，Ynll接线组别的三相配电变压器，为 3次谐波 电流提供环流通路；尽可能保持三相电压平衡；对谐波源负荷采用专用回路供电，减少谐波对其它负荷的影响，也有助于集中抑制和消除谐波。
(2)降低谐波源的谐波含量。在谐波源设备选型上，尽量选用谐波含量少的设备，最大限度地避免谐波的产生。
采用主动治理方式可有效 限制谐波的产生，但由于谐波源 的多样性，要完全消除谐波是不可能的。
（二）被动治理、被动治理措施主要有几种
(1)采用无源滤波器 PF(PassiveFilter)。PF利用电感、电容元件的谐振特性，在阻抗分流回路中形成低阻抗支路，从而减小流向电网的谐波电流 ，同时还可以补偿无功功率。它具有结构简单、成本低和维护方便的优点。但由于其结构原理上的缺点，在应用中存在以下难以克服的缺点：①只能对特定谐波进行滤波。谐振频率依赖于元件参数，因此单调谐滤波器 只能消除特定次数的谐波，高通滤波器只能消除截止频率 以上的谐波。②滤波器参数影响滤波性能。由于调谐偏移和残余电阻的存在，调谐滤波器的阻抗等于零的理想条件是不可能出现的，阻抗 的变化大大妨碍 了滤波效果。LC参数的漂移将导致滤波特性改变，使滤波性能不稳定。③对于谐波次数经常变化的负载滤波效果不好。当滤波器投入运行之后，如果谐波的次数和大小发生 了变化，便会影响滤波效果。并且要根据高次谐波次数的多少，需设置多个LC滤波电路。
(2)采用有源滤波器APF(ActivePowerFilter)。APF的基本工作原理是将系统中所含有害电流 (电压)检出，并产生与其相反的补偿 电流 (电压)，以抵消输 电线路中的有害 电流 (电压)。与PF相比，APF具有以下一些优点：①滤波性能不受系统阻抗的影响。②不会与系统阻抗发生串联或并联谐振，系统结构 的变化不会影响治理效果。③原理上比PF更为优越，用一台装置就能完成各次谐波的治理。④实现了动态治理，能够迅速响应谐波的频率和大小发生的变化。⑤由于装置本身能完成输 出限制，因此即使谐波含量增大也不会过载。⑥可以对多个谐波源进行集中治理。
三、优化能源配置避峰用电
从1995年起供电企业实行了峰谷电价，在建筑电气设计中推广应用峰谷 电表 ，鼓励用户避峰用电，更要大力推廣冰蓄冷空调、蓄热式电锅炉等蓄能技术，避开高峰用电。虽然利用电力系统的低谷电能，实行避峰用电．不是智能建筑 电气设计上的直接节能，但是对国家提倡的节能政策有重大的意义。
智能建筑要达到以优化 能源配置来避峰用 电，应从以下三个方面着手：
(1)在满足使用要求的前提下，尽可能减小负荷，同时将负荷 昼夜均摊，比如：夜间用 电负荷低谷时，进行建筑物内的换热、通风等工作，以避免白天高峰用电。
(2)对建筑物的空调通风系统、给排水系统、室内温度、相对湿度、CO，浓度、照度、窗户开启状态、辐射板控制、照 明开关、调光、户外遮阳板、室内百叶窗控制和风速等进行自动化集中管理。通过先进的建筑技术集成化设计和结构设计，控制运行、监测及管理等各个环节，实现 能源高效利用 。BEMS(建筑能源管理系统)系统通过传感器、变送器 、控制器等设备，使各功能模块之间组成一个局域网。这样随时可更新、扩展和维护系统都不会影响建筑物的 良好运行状态，所有的现场控制器以对等的方式通过 BACneUIP网络相连，并由高度智能化、专家化的中央管理器统一管理、调度。
(3)冰蓄冷技术实际上是不节能的，其主要特点是调节用电负荷 。根据大量的统计数据得知，民用公共建筑的空调用电量约占整个建筑用电量的40～50％。冰蓄冷空调就是制冷机组利用低谷时段(夜间)电力制冰，将冷量蓄存起来。而在用电高峰时段(白天)化冰取冷，以供空调系统之需要。冰蓄冷“削峰填谷”效果十分 明显，同时由于电价的差异，也降低了运行费用。
四、结束语
建筑能耗约占全社会能耗的三分之一左右，随着工业化和城镇化的快速发展，这个比例还在不断上升。做好建设领域节能降耗工作，已经成为国家战略的重要组成部分，而电气消耗能量非常巨大，因此作好电气节能，助力国家经济快速发展具有重要意义。