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北京中外建建筑设计有限公司深圳分公司 广东 深圳 518000
【摘 要】文章从建筑电气设计过程会有关节能的内容出发，就电气节能设计应遵循的原则，从供配电系统方案制定、节能设备的选择、功率因数补偿、谐波治理、照明灯具及控制方式的选型、再生能源利用、能源管理等方面，论述节能技术在建筑电气领域的实际应用。
【关键词】电气节能，功率因数，谐波治理，照明节能，能源管理
我国要实现可持续发展能力不断增加、生态环境得到改善，资源利用效率显著提高，促进人和自然的和谐，推动整个社会的全面发展。建筑电气节能设计现阶段已涉及的且能够实现的内容如下图所示：
本文除以上内容外，着重论述以下内容：
1 供配电系统节能方案
根据不同项目的侧重点、项目规模、用电容量、工程特点等合理设计供配电系统，在确定供电系统时，优先考虑节能方案。
1.1负荷的计算系数取值
在确定用电系统方案时，首先要计用电算负荷，但影响用电负荷实际变化因素较多，不可能给出准确的高的计算值，需要加强调查研究，了解各种设备，工艺运行工况以及设备负荷情况，才有可能尽量使计算结果接近实际。同时还应根据具体情况适当考虑后续发展的可能。常用的负荷计算方式是需要系数法，需要系数Kx的合理取值，是整个系统是否节能的重要因素。
1.1.1应根据不同地域选择Kx值，几遍是同样业态的建筑，而三线城市和一线城市闹市区取值完全不同。
1.1.2根据工程实际用电设备的使用状况，相应调整取值，不建议直接照搬规范或者措施中的数据。
1.1.3不同的建筑物，应灵活选用负荷计算的方式，如工厂用电中有大量的用电设备及大容量设备，建议选用利用系数法计算。
1.2 配电线路路径的选择：根据用电负荷的容量及分布，使变、配电所尽量靠近负荷中心，减小低压供电半径，降低线路损耗，减少电压损失，既提高了供电质量，又减少电缆的用量。根据南方电网实施细则要求，供配半径一般不超过400米，其中市区供电半径为250米，繁华地区为150米。
1.3 供配电系统的确定：无论从使用的角度还是后期运营维护，简单可靠，配电级数不宜过多的系统，更有利于供电的稳定，同一项目内，高压配电级数不宜多于两级；变压器二次侧至用电设备间的低压配电级数不宜超过三级，尽量减少电能损耗。如无法满足配电级数的要求，可采用前段增加隔离开关、熔断器再加断路器的形式或者，前端采用断路器。后端采用复合开关等形式，有效实现极差配合。
1.4 供电电压的选择：用户的供电电压应根据用电容量，用电设备的特性、供电距离、供电线路的回路数，当地公共电网现状及其发展规划等因素经技术经济比较确定。供电电压为35kv及以上的用电单位的配电电压应采用10kv；如6kv用电设备（主要指高压电动机）的总容量较大，其配电电压选用6kv。当企业有3kv电动机时，应配用10/3kv专用变压器。如能减少配变电级数，简化接线，节约了电能和投资，提高了电能质量时，供电电压为35kv及以上的用电单位，配电电压宜采用35kv。也存在很多用电单位，采用10kv供电，会出现因为其容量的限制，不得不增加回路数，如采用35kv，又因为不能满负荷运行而浪费，此时采用20kv供电，既能满足多回路供电，又可以减少损耗，提高供电可靠性。
1.5 根据不同的用电负荷情况，可将用户分为三类：Ⅰ类：二级负荷超过50%以上的用户，Ⅱ类：20%≤二级及以上负荷≤50%，Ⅲ类：普通用户。Ⅰ类用户容量>12000kvA时，采用“三路进线两用一备”结线，用户容量在4000～8000kvA时，采用两进线单母线结线方式，4000kvA以下采用具备双电源互投功能的环网柜单母线结线。Ⅱ类用户容量>12000kvA时，采用两进线单母线结线方式，用户容量在4000～8000kvA时，采用两进线单母线环网柜结线方式，4000kvA以下采用两套环网柜分别接入两环网回路的双开式结线。采取合理的接线方式，大大减少事故率的同时，更减少电缆及开关柜的投入。
2.电气节能设备的选择
2.1. 变压器的选择。选用高效低耗变压器。尽量选择节能型的变压器.通常来讲，变压器的损耗可以分为有功和无功功率损耗两种，在选择变压器时应该尽量选择那些阻值较小的铜芯作为绕组。变压器在选择时应该尽量选择那些SC9、SC10、S11等高导磁的优质冷轧晶粒取向硅钢片，从而使变压器的有功和无功功率损耗降到最低。另外，近些年来发明的S11-M-R型的变压器，它空载情况下的电流可以下降七到八成，其空载损耗可以下降两到三成，而且这种变压器还能够在规定的使用期限内留有一定的余量，而变压器按照正常来讲应该负载率在75%-85%之间较为合适，所以这种变压器更加显得经济和实用。
2.2 线缆截面的选择。在满足允许载流量、电压损失、短路电流热稳定等技术指标前提下，应按经济电流密度合理校验、选择导线截面，从而达到降低电能损耗、减少投资和节约有色金属的目的。
2.3 提高系统功率因数措施
在供配电设计过程中，正确选择电动机，变压器的容量，并降低线路感抗等措施，对于提高用电单位的自然功率因数，有着很重要的作用。当采用提高自然功率因数措施后，仍达不到电网合理运行要求时，应采用并联电力电容器作为无功补偿装置。采用并联电力电容器作为无功补偿时，宜就地平衡补偿，并应符合下列要求：
1）低压部分的无功功率，应由低压电容器补偿；高压部分的无功功率，宜由高压电容器补偿
2）容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备的无功功率，宜单独就地补偿；
3）补偿基本无功功率的电容器组，应在配变电所内集中补偿；
4）在环境正常的建筑物内，低压电容器宜分散补偿
不同的补偿方式，需要根据补偿负荷的性质，设备运行的工况、过补偿是否会造成损失、手动投切和自动补偿的经济比较等条件，来确认采用何种方式进行投切。民用建筑设计主要是以节能为主来进行补偿，此时宜采用无功功率参数调节；当三相负荷平衡时，亦可采用功率因数参数调节。
2.4 谐波治理
随着日益增多的非线性负载的使用，所产生大量高次谐波电流注入电网中，使电压波形产生畸变。谐波的影响在实际工程中，增加无功功率，降低功率因数，增加变压器的损耗，如果零序谐波电流汇集到零线，严重时烧毁零线，造成事故。治理谐波显得非常重要。
在电气设计过程中，可通过选用D，yn11等接线方式的三相整流变压器，消除注入供电网络的3次及3次整数倍次的谐波电流。合理选择三相整流变压器是抑制谐波的最基本方法。目前较常用的消除谐波的方式为三种，无源滤波、有源滤波、无功补偿。其中无源滤波装置成本较低，经济简便，被广泛使用。有源滤波的特点是能做到适时补偿，且不增加电网的容性原件，滤波效果好，在其额定的无功功率范围内，滤波效果是百分百。可是有源滤波装置的缺点是，由于受到电力电子原件的耐压能力、额定电流的发展限制，瞬间电流有时很大，有源滤波装置无法解决瞬间电流极大元件就损坏的情况，由于成本高，更多用户认为谐波没必要滤的那么干净，不影响其他设备运行即可，所以更多用在有大量计算机系统等的建筑里，对谐波有较高要求的场所。无功功率补偿
【摘 要】文章从建筑电气设计过程会有关节能的内容出发，就电气节能设计应遵循的原则，从供配电系统方案制定、节能设备的选择、功率因数补偿、谐波治理、照明灯具及控制方式的选型、再生能源利用、能源管理等方面，论述节能技术在建筑电气领域的实际应用。
【关键词】电气节能，功率因数，谐波治理，照明节能，能源管理
我国要实现可持续发展能力不断增加、生态环境得到改善，资源利用效率显著提高，促进人和自然的和谐，推动整个社会的全面发展。建筑电气节能设计现阶段已涉及的且能够实现的内容如下图所示：
本文除以上内容外，着重论述以下内容：
1 供配电系统节能方案
根据不同项目的侧重点、项目规模、用电容量、工程特点等合理设计供配电系统，在确定供电系统时，优先考虑节能方案。
1.1负荷的计算系数取值
在确定用电系统方案时，首先要计用电算负荷，但影响用电负荷实际变化因素较多，不可能给出准确的高的计算值，需要加强调查研究，了解各种设备，工艺运行工况以及设备负荷情况，才有可能尽量使计算结果接近实际。同时还应根据具体情况适当考虑后续发展的可能。常用的负荷计算方式是需要系数法，需要系数Kx的合理取值，是整个系统是否节能的重要因素。
1.1.1应根据不同地域选择Kx值，几遍是同样业态的建筑，而三线城市和一线城市闹市区取值完全不同。
1.1.2根据工程实际用电设备的使用状况，相应调整取值，不建议直接照搬规范或者措施中的数据。
1.1.3不同的建筑物，应灵活选用负荷计算的方式，如工厂用电中有大量的用电设备及大容量设备，建议选用利用系数法计算。
1.2 配电线路路径的选择：根据用电负荷的容量及分布，使变、配电所尽量靠近负荷中心，减小低压供电半径，降低线路损耗，减少电压损失，既提高了供电质量，又减少电缆的用量。根据南方电网实施细则要求，供配半径一般不超过400米，其中市区供电半径为250米，繁华地区为150米。
1.3 供配电系统的确定：无论从使用的角度还是后期运营维护，简单可靠，配电级数不宜过多的系统，更有利于供电的稳定，同一项目内，高压配电级数不宜多于两级；变压器二次侧至用电设备间的低压配电级数不宜超过三级，尽量减少电能损耗。如无法满足配电级数的要求，可采用前段增加隔离开关、熔断器再加断路器的形式或者，前端采用断路器。后端采用复合开关等形式，有效实现极差配合。
1.4 供电电压的选择：用户的供电电压应根据用电容量，用电设备的特性、供电距离、供电线路的回路数，当地公共电网现状及其发展规划等因素经技术经济比较确定。供电电压为35kv及以上的用电单位的配电电压应采用10kv；如6kv用电设备（主要指高压电动机）的总容量较大，其配电电压选用6kv。当企业有3kv电动机时，应配用10/3kv专用变压器。如能减少配变电级数，简化接线，节约了电能和投资，提高了电能质量时，供电电压为35kv及以上的用电单位，配电电压宜采用35kv。也存在很多用电单位，采用10kv供电，会出现因为其容量的限制，不得不增加回路数，如采用35kv，又因为不能满负荷运行而浪费，此时采用20kv供电，既能满足多回路供电，又可以减少损耗，提高供电可靠性。
1.5 根据不同的用电负荷情况，可将用户分为三类：Ⅰ类：二级负荷超过50%以上的用户，Ⅱ类：20%≤二级及以上负荷≤50%，Ⅲ类：普通用户。Ⅰ类用户容量>12000kvA时，采用“三路进线两用一备”结线，用户容量在4000～8000kvA时，采用两进线单母线结线方式，4000kvA以下采用具备双电源互投功能的环网柜单母线结线。Ⅱ类用户容量>12000kvA时，采用两进线单母线结线方式，用户容量在4000～8000kvA时，采用两进线单母线环网柜结线方式，4000kvA以下采用两套环网柜分别接入两环网回路的双开式结线。采取合理的接线方式，大大减少事故率的同时，更减少电缆及开关柜的投入。
2.电气节能设备的选择
2.1. 变压器的选择。选用高效低耗变压器。尽量选择节能型的变压器.通常来讲，变压器的损耗可以分为有功和无功功率损耗两种，在选择变压器时应该尽量选择那些阻值较小的铜芯作为绕组。变压器在选择时应该尽量选择那些SC9、SC10、S11等高导磁的优质冷轧晶粒取向硅钢片，从而使变压器的有功和无功功率损耗降到最低。另外，近些年来发明的S11-M-R型的变压器，它空载情况下的电流可以下降七到八成，其空载损耗可以下降两到三成，而且这种变压器还能够在规定的使用期限内留有一定的余量，而变压器按照正常来讲应该负载率在75%-85%之间较为合适，所以这种变压器更加显得经济和实用。
2.2 线缆截面的选择。在满足允许载流量、电压损失、短路电流热稳定等技术指标前提下，应按经济电流密度合理校验、选择导线截面，从而达到降低电能损耗、减少投资和节约有色金属的目的。
2.3 提高系统功率因数措施
在供配电设计过程中，正确选择电动机，变压器的容量，并降低线路感抗等措施，对于提高用电单位的自然功率因数，有着很重要的作用。当采用提高自然功率因数措施后，仍达不到电网合理运行要求时，应采用并联电力电容器作为无功补偿装置。采用并联电力电容器作为无功补偿时，宜就地平衡补偿，并应符合下列要求：
1）低压部分的无功功率，应由低压电容器补偿；高压部分的无功功率，宜由高压电容器补偿
2）容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备的无功功率，宜单独就地补偿；
3）补偿基本无功功率的电容器组，应在配变电所内集中补偿；
4）在环境正常的建筑物内，低压电容器宜分散补偿
不同的补偿方式，需要根据补偿负荷的性质，设备运行的工况、过补偿是否会造成损失、手动投切和自动补偿的经济比较等条件，来确认采用何种方式进行投切。民用建筑设计主要是以节能为主来进行补偿，此时宜采用无功功率参数调节；当三相负荷平衡时，亦可采用功率因数参数调节。
2.4 谐波治理
随着日益增多的非线性负载的使用，所产生大量高次谐波电流注入电网中，使电压波形产生畸变。谐波的影响在实际工程中，增加无功功率，降低功率因数，增加变压器的损耗，如果零序谐波电流汇集到零线，严重时烧毁零线，造成事故。治理谐波显得非常重要。
在电气设计过程中，可通过选用D，yn11等接线方式的三相整流变压器，消除注入供电网络的3次及3次整数倍次的谐波电流。合理选择三相整流变压器是抑制谐波的最基本方法。目前较常用的消除谐波的方式为三种，无源滤波、有源滤波、无功补偿。其中无源滤波装置成本较低，经济简便，被广泛使用。有源滤波的特点是能做到适时补偿，且不增加电网的容性原件，滤波效果好，在其额定的无功功率范围内，滤波效果是百分百。可是有源滤波装置的缺点是，由于受到电力电子原件的耐压能力、额定电流的发展限制，瞬间电流有时很大，有源滤波装置无法解决瞬间电流极大元件就损坏的情况，由于成本高，更多用户认为谐波没必要滤的那么干净，不影响其他设备运行即可，所以更多用在有大量计算机系统等的建筑里，对谐波有较高要求的场所。无功功率补偿