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摘要：随着经济的发展，我国电气企业也在高速向前发展，电能的使用和损耗也在不断增加，电气节能也成为了企业经济发展的影响因素，而且电气节能是民用建筑节能的重要组成部分。本文结合作者在工作中的实际经验，主要从动力系统、照明系统、供配电系统等方面分析民用建筑电气的节电潜力, 对民用建筑电气节能技术进行了初步探讨。
关键词: 电气节能技术; 导体；动力系统; 照明; 供配电
中图分类号：S210.4文献标识码： A 文章编号：
2、导体截面的合理设计
导体会因为导体电阻的存在，在传输的过程当中损耗能源，因此在设计当中，要选取允许温升、电压损耗、机械强度等要求较大的截面，而不是按最佳导体截面来选择。因为选取较大的导体截面，前期投资虽然较大，但线路的损耗较小使整个寿命使用期中节约了电能和费用，选用最小则相反。
3 动力系统节能技术
由于动力用电设备通常容量较大, 故其消耗的电能亦较大, 据统计约占整个建筑耗电的40%～60%,如此大容量的动力用电设备, 无疑使我们在节电方面大有所为。动力系统节电应在满足工艺要求的前提下, 尽可能提高电能的有效利用率, 其节电技术如下:
3.1 选择节能型电动机
节能型电动机能全面降低电动机本身的功率损耗, 提高电动机的效率, 从而达到节能目的, 如新型Y 系列电动机比JO2 系列可提高效率0.413%, 如果全年按产量20×106kW、工作时间4000h 计算, 则全年可节电20×106×4000×0.413%≈3.3×108kW·h。
3.2 选择适当的电动机功率
电动机的效率一般为0.8 以上, 如果选择恰当,则可提高电动机及其拖动负载的运行效率, 减小损耗, 为此应尽量使电动机满载运行, 减少或避免轻载和空载, 因低负荷运行时效率低, 功率因数亦低, 消耗的电能并不与负载的下降成正比。
3.3 选择正确的起动方式
对于需频繁起动的电动机设备, 正确选择起动方式将直接影响节电效果, 如常用的直接起动方式起动电流大, 一般为额定电流的4～7 倍, 不利于节电, 故建议除特别小容量(<0.75kW) 的电动机外, 应尽量不予采用。减压起动则能降低起动电流, 有利于节电,故适用于容量较大的电动机。近年在民用建筑中采用变频器起动的越来越多, 但选择时必须慎重, 因其原理是根据负载变化自行调节电动机转速使两者相适应, 从而提高电动机运行效率来达到节电目的。但仅为起动而选用变频器则不经济, 且其产生的谐波会污染电网, 因此选择时大容量电动机可尽量选用软起动, 其原理是根据起动时间逐步调节可控硅的导通角, 以控制电压变化, 因电压可连续调节, 所以起动平稳, 起动完毕后全压投入运行, 同时其价格亦比变频器要低。
3.4 选择合理的控制系统
对于纳入建筑设备监控系统管理的动力设备,可根据系统设计需要由程序控制其起动和运行( 如自动扶梯根据搭乘人员多少自動调速或停转等) , 同时还可通过控制系统的负载来达到节能目的; 其余动力系统的控制则可通过调节风管或水管上等末端的执行器来起动设备, 通过可编程控制器来实现对其的控制以及起动、运行的节能。
4 照明系统节能技术
4.1 优选启动设备
照明节能不应忽视启动设备的耗电问题, 节能光源只有配有节能型启动设备才能使照明节能, 节能型启动设备自身的能耗低、功率因素高、谐波分量低, 如果功率因数低, 则会加大无功损耗, 造成电能浪费; 如果谐波分量高, 就会使电网供电质量下降,造成无形的能耗浪费。
4.2 在设计中合理选用灯具
目前我国使用高压钠灯和金卤灯等气体放电灯，有利于减少电能的损耗。由于高压汞灯光效偏低、显色较差在现代道路照明中已经很少采用。高压钠灯的光效一般为80～130 lm /W,显色指数30,色温2000K;金卤灯的光效一般为67～110 lm /W,显色指数65,色温5000K。根据高压钠灯和金卤灯的区别,在道路照明设计中,高压钠灯是首选方案,因为在相同的电功率下,高压钠灯光能量要比金卤灯高40%左右,且钠灯的透雾性能比较好;而在同样照度标准的道路照明要求下,金卤灯光源的电耗则多于高压钠灯。
4.3 照明设计合理
照明节能设计作为一个重要环节, 照明设计应根据工作面的分布情况选取合理的照度标准值, 正确考虑照度标准的高、中、低三档的照度值; 根据视觉作业特点选择合适的照明方式, 并根据建筑物结构形式充分利用自然光, 室内应尽量采用白色或浅色装修以增大光的反射系数, 从而提高光的利用率。
4.4 优化照明控制
合理的照明控制有利于省电, 选择手动或自动时应充分利用自然光的照度变化, 决定电气照明点亮范围, 同时根据照明使用特点, 采取分区控制灯光和适当增加照明开关点。如建筑物房间进深较浅、开窗面积较大时, 在白天可尽量采用自然采光; 如房间进深和面积较大, 照明开关控制方式就应分组分片平行采光窗设置; 如是公共场所照明、室外照明,可采用集中控制遥控管理或自动控光装置。
5 供配电系统节能技术
供配电系统是建筑电气工程的重要组成部分, 主要由高、低压配电和控制装置、变压器等组成。但由于受到电气设备材料、制造技术和设备选型、电源点和负荷点分布等影响,其自身能耗也较大, 主要是电流在输变电设备和线路中流动产生的线损, 由线路和变压器的损耗组成。
5.1 合理布置电源点, 减少线路上的能量损耗。
电力在导线上传输会产生损耗, 有功功率损耗主要以热的形式散发于空气中, 而无功功率损耗主要供给导线周围的交变电磁场。民用建筑低压配电线路由于输电线间距较短, 线路电阻值比电抗值要大得多, 故一般可忽略电抗的作用, 通常线路损耗可认为就是有功功率损耗△PWL( kW) , 仅与线路电阻R( Ω) 和输送电流I(A) 有关, 也即与线路电流I2、电阻R、电导r ( Ω·mm2 km) 和线路长度L( km) 成正比, 而与导线截面S(mm2) 成反比, 即:
△PWL=3I 2R×10- 3=3I 2( PL∕S) ×10- 3
对于某一特定的配电线路来说, 因线路上的传输电流无法改变, 故要减少线路损耗, 就要缩短线路来减小损耗, 电源点应靠近负荷中心,线路应尽可能走直线, 尽可能减少迂回。同时, 在导线截面进行选择计算并经技术经济比较后, 可适当增大导线特别是主干线的截面, 以减少损耗。
5.2 重视变压器的选型, 减少其能量损耗。
电力变压器是供配电系统的核心设备, 其自身损耗占线损的60%以上, 因此减少其损耗就能达到节能的目的。目前使用的变压器还存在着一些问题,如高能耗变压器使用量较大, 变压器未达到经济运行的要求, 都会严重影响变压器损耗的降低效果。
变压器的容量受负荷大小、负荷特点、变压器台数和接线方式等诸多因素影响, 确定其容量时应力求使变压器的实际负荷接近设计负荷, 同时从经济运行角度即最小损耗的运行方式来确定其容量。通过计算可知, 变压器运行负荷率在75%时为最佳经济运行点, 此时为变压器效率最高点。选用时应根据具体条件而定, 总的要求是选择技术特性好的产品, 即在相同负载条件下损耗较小的为优。
5.3 提高系统的功率因数, 合理进行无功补偿。
配电系统中的主要用电设备一般呈感性, 故功率因数角一般滞后, 即电流相量滞后于电压相量, 产生滞后的无功功率, 需要从系统中引入超前的无功功率相抵消。由于电容器产生的超前无功功率可与感性用电设备产生的滞后无功功率相抵消, 且电容器设备投资少、占位小、易安装、配置方便、事故率低, 因此最常用和简单方法是加装无功补偿装置即电力电容器。
6 结束语
综上所述, 民用建筑电气节能潜力巨大, 节能总原则是消除供用电过程中不必要的电能损耗和提高电能的利用率。目前民用建筑电气节能技术尚未深入研究并形成体系, 本文亦仅从民用建筑电气节能的技术层面进行初步探讨, 以引起同行的重视。
关键词: 电气节能技术; 导体；动力系统; 照明; 供配电
中图分类号：S210.4文献标识码： A 文章编号：
2、导体截面的合理设计
导体会因为导体电阻的存在，在传输的过程当中损耗能源，因此在设计当中，要选取允许温升、电压损耗、机械强度等要求较大的截面，而不是按最佳导体截面来选择。因为选取较大的导体截面，前期投资虽然较大，但线路的损耗较小使整个寿命使用期中节约了电能和费用，选用最小则相反。
3 动力系统节能技术
由于动力用电设备通常容量较大, 故其消耗的电能亦较大, 据统计约占整个建筑耗电的40%～60%,如此大容量的动力用电设备, 无疑使我们在节电方面大有所为。动力系统节电应在满足工艺要求的前提下, 尽可能提高电能的有效利用率, 其节电技术如下:
3.1 选择节能型电动机
节能型电动机能全面降低电动机本身的功率损耗, 提高电动机的效率, 从而达到节能目的, 如新型Y 系列电动机比JO2 系列可提高效率0.413%, 如果全年按产量20×106kW、工作时间4000h 计算, 则全年可节电20×106×4000×0.413%≈3.3×108kW·h。
3.2 选择适当的电动机功率
电动机的效率一般为0.8 以上, 如果选择恰当,则可提高电动机及其拖动负载的运行效率, 减小损耗, 为此应尽量使电动机满载运行, 减少或避免轻载和空载, 因低负荷运行时效率低, 功率因数亦低, 消耗的电能并不与负载的下降成正比。
3.3 选择正确的起动方式
对于需频繁起动的电动机设备, 正确选择起动方式将直接影响节电效果, 如常用的直接起动方式起动电流大, 一般为额定电流的4～7 倍, 不利于节电, 故建议除特别小容量(<0.75kW) 的电动机外, 应尽量不予采用。减压起动则能降低起动电流, 有利于节电,故适用于容量较大的电动机。近年在民用建筑中采用变频器起动的越来越多, 但选择时必须慎重, 因其原理是根据负载变化自行调节电动机转速使两者相适应, 从而提高电动机运行效率来达到节电目的。但仅为起动而选用变频器则不经济, 且其产生的谐波会污染电网, 因此选择时大容量电动机可尽量选用软起动, 其原理是根据起动时间逐步调节可控硅的导通角, 以控制电压变化, 因电压可连续调节, 所以起动平稳, 起动完毕后全压投入运行, 同时其价格亦比变频器要低。
3.4 选择合理的控制系统
对于纳入建筑设备监控系统管理的动力设备,可根据系统设计需要由程序控制其起动和运行( 如自动扶梯根据搭乘人员多少自動调速或停转等) , 同时还可通过控制系统的负载来达到节能目的; 其余动力系统的控制则可通过调节风管或水管上等末端的执行器来起动设备, 通过可编程控制器来实现对其的控制以及起动、运行的节能。
4 照明系统节能技术
4.1 优选启动设备
照明节能不应忽视启动设备的耗电问题, 节能光源只有配有节能型启动设备才能使照明节能, 节能型启动设备自身的能耗低、功率因素高、谐波分量低, 如果功率因数低, 则会加大无功损耗, 造成电能浪费; 如果谐波分量高, 就会使电网供电质量下降,造成无形的能耗浪费。
4.2 在设计中合理选用灯具
目前我国使用高压钠灯和金卤灯等气体放电灯，有利于减少电能的损耗。由于高压汞灯光效偏低、显色较差在现代道路照明中已经很少采用。高压钠灯的光效一般为80～130 lm /W,显色指数30,色温2000K;金卤灯的光效一般为67～110 lm /W,显色指数65,色温5000K。根据高压钠灯和金卤灯的区别,在道路照明设计中,高压钠灯是首选方案,因为在相同的电功率下,高压钠灯光能量要比金卤灯高40%左右,且钠灯的透雾性能比较好;而在同样照度标准的道路照明要求下,金卤灯光源的电耗则多于高压钠灯。
4.3 照明设计合理
照明节能设计作为一个重要环节, 照明设计应根据工作面的分布情况选取合理的照度标准值, 正确考虑照度标准的高、中、低三档的照度值; 根据视觉作业特点选择合适的照明方式, 并根据建筑物结构形式充分利用自然光, 室内应尽量采用白色或浅色装修以增大光的反射系数, 从而提高光的利用率。
4.4 优化照明控制
合理的照明控制有利于省电, 选择手动或自动时应充分利用自然光的照度变化, 决定电气照明点亮范围, 同时根据照明使用特点, 采取分区控制灯光和适当增加照明开关点。如建筑物房间进深较浅、开窗面积较大时, 在白天可尽量采用自然采光; 如房间进深和面积较大, 照明开关控制方式就应分组分片平行采光窗设置; 如是公共场所照明、室外照明,可采用集中控制遥控管理或自动控光装置。
5 供配电系统节能技术
供配电系统是建筑电气工程的重要组成部分, 主要由高、低压配电和控制装置、变压器等组成。但由于受到电气设备材料、制造技术和设备选型、电源点和负荷点分布等影响,其自身能耗也较大, 主要是电流在输变电设备和线路中流动产生的线损, 由线路和变压器的损耗组成。
5.1 合理布置电源点, 减少线路上的能量损耗。
电力在导线上传输会产生损耗, 有功功率损耗主要以热的形式散发于空气中, 而无功功率损耗主要供给导线周围的交变电磁场。民用建筑低压配电线路由于输电线间距较短, 线路电阻值比电抗值要大得多, 故一般可忽略电抗的作用, 通常线路损耗可认为就是有功功率损耗△PWL( kW) , 仅与线路电阻R( Ω) 和输送电流I(A) 有关, 也即与线路电流I2、电阻R、电导r ( Ω·mm2 km) 和线路长度L( km) 成正比, 而与导线截面S(mm2) 成反比, 即:
△PWL=3I 2R×10- 3=3I 2( PL∕S) ×10- 3
对于某一特定的配电线路来说, 因线路上的传输电流无法改变, 故要减少线路损耗, 就要缩短线路来减小损耗, 电源点应靠近负荷中心,线路应尽可能走直线, 尽可能减少迂回。同时, 在导线截面进行选择计算并经技术经济比较后, 可适当增大导线特别是主干线的截面, 以减少损耗。
5.2 重视变压器的选型, 减少其能量损耗。
电力变压器是供配电系统的核心设备, 其自身损耗占线损的60%以上, 因此减少其损耗就能达到节能的目的。目前使用的变压器还存在着一些问题,如高能耗变压器使用量较大, 变压器未达到经济运行的要求, 都会严重影响变压器损耗的降低效果。
变压器的容量受负荷大小、负荷特点、变压器台数和接线方式等诸多因素影响, 确定其容量时应力求使变压器的实际负荷接近设计负荷, 同时从经济运行角度即最小损耗的运行方式来确定其容量。通过计算可知, 变压器运行负荷率在75%时为最佳经济运行点, 此时为变压器效率最高点。选用时应根据具体条件而定, 总的要求是选择技术特性好的产品, 即在相同负载条件下损耗较小的为优。
5.3 提高系统的功率因数, 合理进行无功补偿。
配电系统中的主要用电设备一般呈感性, 故功率因数角一般滞后, 即电流相量滞后于电压相量, 产生滞后的无功功率, 需要从系统中引入超前的无功功率相抵消。由于电容器产生的超前无功功率可与感性用电设备产生的滞后无功功率相抵消, 且电容器设备投资少、占位小、易安装、配置方便、事故率低, 因此最常用和简单方法是加装无功补偿装置即电力电容器。
6 结束语
综上所述, 民用建筑电气节能潜力巨大, 节能总原则是消除供用电过程中不必要的电能损耗和提高电能的利用率。目前民用建筑电气节能技术尚未深入研究并形成体系, 本文亦仅从民用建筑电气节能的技术层面进行初步探讨, 以引起同行的重视。