论文部分内容阅读
【摘 要】本文从建筑电气设计角度阐述了节能的重要性，提出了几种在工程设计中行之有效又切实可行的节能措施。
【关键词】节能 功率损耗 功率因素 节能灯
电能作为二次能源，其供需矛盾越加突出。能源短缺严重制约着国民经济的发展，世界能源危机已迫在眉睫。我国作为一个能源消费大国，能源相对短缺，然而能源浪费却相当严重。节能问题一直是我国发展国民经济的一项长远战略方针，各行各业对节能都有所要求，节约电能就成为民用建筑电气设计的焦点。建筑电气节能应坚持以下三个原则：
1、满足照明的照度、色温、显色指数；
2、满足舒适性空调的温度及新风量，也就是舒适卫生；满足上下、左右的运输通道畅通无阻；
3、满足特殊工艺要求。
一、建筑电气设计中节能技术的基本原则
1、使浪费得到遏制
在对建筑电气进行设计时，应该对节能措施进行相应的采用，并将建筑实施过程中产生的损耗进行充分考虑，例如变压器的消耗以及线路中能量的消耗等。与此同时应该采取有效并且先进的技术对其进行调控，在保证建筑基本功能得到充分发挥的前提下，使能源得到节约。
2、使经济环保的目标得以实现
在对建筑电气方案进行设计的过程中，应该以节能性、合理性以及适用性作为目标。通过让计算结果以及方案能够精准并且切实可行，使控制方法以及电气设备的应用效率有所提高。同时应该以对投资额进行控制作为前提，使环保目标以及节能效果得到实现和提高。
3、使经济效益符合建筑的要求
在对电气设备进行安装时，既要对经济因素进行考虑也要与实际情况进行结合。但是不能一味的将安装以及施工成本进行压低，不然会使投入之后的能量消耗较高。在对电气进行设计时，应该对节能材料以及设备进行优先选择，从而使运行以及施工费用得到节约。
4、能使基本功能得到实现
在对建筑的电气设施进行设计时，应该先对人们的工作以及生活用电进行保障，使用电的可靠性以及安全性得到确保，所以对电气设备进行选择是非常重要的。使电气设施的性能得到保障对于建筑施工来说是非常重要的，也是最基本的环节。其主要的措施包括对灯光的照明度进行调节、对空调温度进行调节以及对新风量进行调节等。
二、变压器的节能设计
减少变压器的有功损耗。变压器的有功损耗按下式计算：
1、 Ρo作为变压器的空载损耗又称铁损，它是由铁芯涡流损耗及漏磁损耗组成，其值与铁芯材料及制造工艺有关，与负荷大小无关，所以在选用变压器时最好选择节能型变压器如S9，SL9，SC8等。它们采用优质冷轧取向矽钢片，由于“取向”处理，使矽钢片的磁畴方向接近一致，减少铁芯涡流损耗，45度全斜度接缝结构使接缝密合性好，减少了漏磁损耗。
2、Ρκ是变压器额定负载传输的损耗又称变压器线损，它取决于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小，并与负荷率平方成正比。因此在选择变压器时应选用阻值较小的绕组，如铜芯变压器。β？Ρκ用微分求它极值时，是在β=50%时每千瓦的负荷，此时变压器的能耗最小，但在β=50%负载率时仅减少变压器的线损，并未减少变压器的铁损，因此也不是最节能的。综合初装费，变压器、高低压柜、土建投资及运行费用，又要使变压器在使用期内预留适当的余量，变压器最经济节能运行的负载率一般在75%--85%之间。
3、在选择变压器容量和台数时，应根据负荷情况，综合考虑投资和年运行费用，对负荷合理分配，选取容量与电力负荷相适应的变压器，使其工作在高效低耗区内。
三、减少线路损耗
由于配电线路有电阻，有电流通过时就会产生功率损耗，其公式为：
其中“R”线路电阻在通过电流不变时，线路长度越长则电阻值越大。如果在一个工程中由于线路上下纵横交错，一般工程线路总的不下万米，大工程更是不计其数，造成电能损耗是相当可观的，所以减少线路能耗必须引起设计人员的足够重视。在具体工程中，线路上电流一般是不变的，那么要减少线损，只能尽量减少线路电阻。而线路的电阻R=ρL/S，即与导线电阻率ρ、导线长度L成正比，与导线截面S成反比。要减少电阻值应从以下几个方面考虑：
1、尽量选用电阻率ρ较小的导线，如铜芯导线较佳，铝线次之。
2、尽可能减少导线长度，在设计中线路应尽量走直线少走弯路，另外在低压配电中尽可能不走或少走回头路。变电所应尽可能地靠近负荷中心，以减少供电半径。
3、增大导线截面积，对于较长的线路，在满足载流量，热稳定，保护配合及电压降要求的前提下，在选定线截面时加大一级线截面。这样增加的线路费用，由于节约能耗而减少了年运行费用，综合考虑节能经济时还是合算的。
四、提高供配电系统的功率因数
功率因数提高了可以减少线路无功功率的损耗，从而达到节能目的。前面提到的输电线路损耗ΔP中包含了线路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功能所必须的，是不变的。而在供配电系统中的某些用电设备如电动机、变压器、灯具的镇流器以及很多家用电器等都具有电感性，会产生滞后的无功电流，它要从系统中经过高低压线路传输到用电设备末端，无形中又增加了线路的功率损耗。然而这部分损耗是可以避免的，具体方法有：
1、减少用电设备无功损耗，提高用电设备的功率因数。在设计中尽可能采用功率因数高的用电设备如同步电动机等，电感性用电设备可选用有补偿电容器的用电设备（如配有电容补偿的荧光灯）等。
2、用静电电容器进行无功补偿，电容器可产生超前无功电流抵消用电设备的滞后无功电流从而达到提高功率因数同时又减少整体无功电流。在具体工程设计中有采用分散就地补偿和高低压柜集中补偿等方式，可根据具体情况具体分析。
五、电动机节能设计
减少电动机能损耗的主要途径是提高电动机的工作效率和功率因数。 高建筑电气中的电动机都与暖通、给排水、消防、建筑等工种的设备配套，由设备制造厂商统一供应（如高层无负压供水、消防设施等）。因此，其节能措施只能贯彻在运行过程中，除采用就地补偿电容器以减少线路由于输送超前无功而引起的有功损耗外，我们还应减少电机轻载和空载运行的状况。因为在这种情况下，电机的效率很低，消耗的电能并不与负载的下降成正比。所以，我们可采用变频调速器，使其在负载下降时采用变频的方式自动调节转速，并使其与负载的变化相适应。这种方式，可提高电机在轻载时的效率，从而达到节能的目的。随着人们生活质量的提高与行业规范要求的不断强化，此类设施在民用建筑中得到了广泛的应用。另一种节能方式是采用软起动器。软起动器设备是按起动时间逐步调节可控硅的导通角，以控制电压的变化。由于电压可连续调节，因此起动平稳，起动完毕后该设备则全压投入运行。此设备也可采用测速反馈、电压负反馈或电流正反馈，利用反馈信息控制可控硅导通角，以达到速度随负载的变化而变化。它可用于电动机容量较大又需要频繁起动的设备，以及附近用电设备对电压的稳定要求较高的场合。从起动到运行，其电流变化不超过三倍，这样可以可保证电网电压的波动在所要求的范围内。它采用可控硅调压，正弦波未导通部分的电能全部消耗在可控硅上而不会返回电网，因此它要求散热、通风措施完善。其价格比变频器便宜，可用于水泵系统中的大容量电动机的控制设备中。
结语
总之，建筑电气节能设计潜力很大，电气设计人员在设计中应精心考虑，反复比较设计方案，拿出一套符合各种技术指标且满足功能需求的前提下，行之有效而又切实可行的节能措施，从而达到真正节约电能的目的。
【关键词】节能 功率损耗 功率因素 节能灯
电能作为二次能源，其供需矛盾越加突出。能源短缺严重制约着国民经济的发展，世界能源危机已迫在眉睫。我国作为一个能源消费大国，能源相对短缺，然而能源浪费却相当严重。节能问题一直是我国发展国民经济的一项长远战略方针，各行各业对节能都有所要求，节约电能就成为民用建筑电气设计的焦点。建筑电气节能应坚持以下三个原则：
1、满足照明的照度、色温、显色指数；
2、满足舒适性空调的温度及新风量，也就是舒适卫生；满足上下、左右的运输通道畅通无阻；
3、满足特殊工艺要求。
一、建筑电气设计中节能技术的基本原则
1、使浪费得到遏制
在对建筑电气进行设计时，应该对节能措施进行相应的采用，并将建筑实施过程中产生的损耗进行充分考虑，例如变压器的消耗以及线路中能量的消耗等。与此同时应该采取有效并且先进的技术对其进行调控，在保证建筑基本功能得到充分发挥的前提下，使能源得到节约。
2、使经济环保的目标得以实现
在对建筑电气方案进行设计的过程中，应该以节能性、合理性以及适用性作为目标。通过让计算结果以及方案能够精准并且切实可行，使控制方法以及电气设备的应用效率有所提高。同时应该以对投资额进行控制作为前提，使环保目标以及节能效果得到实现和提高。
3、使经济效益符合建筑的要求
在对电气设备进行安装时，既要对经济因素进行考虑也要与实际情况进行结合。但是不能一味的将安装以及施工成本进行压低，不然会使投入之后的能量消耗较高。在对电气进行设计时，应该对节能材料以及设备进行优先选择，从而使运行以及施工费用得到节约。
4、能使基本功能得到实现
在对建筑的电气设施进行设计时，应该先对人们的工作以及生活用电进行保障，使用电的可靠性以及安全性得到确保，所以对电气设备进行选择是非常重要的。使电气设施的性能得到保障对于建筑施工来说是非常重要的，也是最基本的环节。其主要的措施包括对灯光的照明度进行调节、对空调温度进行调节以及对新风量进行调节等。
二、变压器的节能设计
减少变压器的有功损耗。变压器的有功损耗按下式计算：
1、 Ρo作为变压器的空载损耗又称铁损，它是由铁芯涡流损耗及漏磁损耗组成，其值与铁芯材料及制造工艺有关，与负荷大小无关，所以在选用变压器时最好选择节能型变压器如S9，SL9，SC8等。它们采用优质冷轧取向矽钢片，由于“取向”处理，使矽钢片的磁畴方向接近一致，减少铁芯涡流损耗，45度全斜度接缝结构使接缝密合性好，减少了漏磁损耗。
2、Ρκ是变压器额定负载传输的损耗又称变压器线损，它取决于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小，并与负荷率平方成正比。因此在选择变压器时应选用阻值较小的绕组，如铜芯变压器。β？Ρκ用微分求它极值时，是在β=50%时每千瓦的负荷，此时变压器的能耗最小，但在β=50%负载率时仅减少变压器的线损，并未减少变压器的铁损，因此也不是最节能的。综合初装费，变压器、高低压柜、土建投资及运行费用，又要使变压器在使用期内预留适当的余量，变压器最经济节能运行的负载率一般在75%--85%之间。
3、在选择变压器容量和台数时，应根据负荷情况，综合考虑投资和年运行费用，对负荷合理分配，选取容量与电力负荷相适应的变压器，使其工作在高效低耗区内。
三、减少线路损耗
由于配电线路有电阻，有电流通过时就会产生功率损耗，其公式为：
其中“R”线路电阻在通过电流不变时，线路长度越长则电阻值越大。如果在一个工程中由于线路上下纵横交错，一般工程线路总的不下万米，大工程更是不计其数，造成电能损耗是相当可观的，所以减少线路能耗必须引起设计人员的足够重视。在具体工程中，线路上电流一般是不变的，那么要减少线损，只能尽量减少线路电阻。而线路的电阻R=ρL/S，即与导线电阻率ρ、导线长度L成正比，与导线截面S成反比。要减少电阻值应从以下几个方面考虑：
1、尽量选用电阻率ρ较小的导线，如铜芯导线较佳，铝线次之。
2、尽可能减少导线长度，在设计中线路应尽量走直线少走弯路，另外在低压配电中尽可能不走或少走回头路。变电所应尽可能地靠近负荷中心，以减少供电半径。
3、增大导线截面积，对于较长的线路，在满足载流量，热稳定，保护配合及电压降要求的前提下，在选定线截面时加大一级线截面。这样增加的线路费用，由于节约能耗而减少了年运行费用，综合考虑节能经济时还是合算的。
四、提高供配电系统的功率因数
功率因数提高了可以减少线路无功功率的损耗，从而达到节能目的。前面提到的输电线路损耗ΔP中包含了线路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功能所必须的，是不变的。而在供配电系统中的某些用电设备如电动机、变压器、灯具的镇流器以及很多家用电器等都具有电感性，会产生滞后的无功电流，它要从系统中经过高低压线路传输到用电设备末端，无形中又增加了线路的功率损耗。然而这部分损耗是可以避免的，具体方法有：
1、减少用电设备无功损耗，提高用电设备的功率因数。在设计中尽可能采用功率因数高的用电设备如同步电动机等，电感性用电设备可选用有补偿电容器的用电设备（如配有电容补偿的荧光灯）等。
2、用静电电容器进行无功补偿，电容器可产生超前无功电流抵消用电设备的滞后无功电流从而达到提高功率因数同时又减少整体无功电流。在具体工程设计中有采用分散就地补偿和高低压柜集中补偿等方式，可根据具体情况具体分析。
五、电动机节能设计
减少电动机能损耗的主要途径是提高电动机的工作效率和功率因数。 高建筑电气中的电动机都与暖通、给排水、消防、建筑等工种的设备配套，由设备制造厂商统一供应（如高层无负压供水、消防设施等）。因此，其节能措施只能贯彻在运行过程中，除采用就地补偿电容器以减少线路由于输送超前无功而引起的有功损耗外，我们还应减少电机轻载和空载运行的状况。因为在这种情况下，电机的效率很低，消耗的电能并不与负载的下降成正比。所以，我们可采用变频调速器，使其在负载下降时采用变频的方式自动调节转速，并使其与负载的变化相适应。这种方式，可提高电机在轻载时的效率，从而达到节能的目的。随着人们生活质量的提高与行业规范要求的不断强化，此类设施在民用建筑中得到了广泛的应用。另一种节能方式是采用软起动器。软起动器设备是按起动时间逐步调节可控硅的导通角，以控制电压的变化。由于电压可连续调节，因此起动平稳，起动完毕后该设备则全压投入运行。此设备也可采用测速反馈、电压负反馈或电流正反馈，利用反馈信息控制可控硅导通角，以达到速度随负载的变化而变化。它可用于电动机容量较大又需要频繁起动的设备，以及附近用电设备对电压的稳定要求较高的场合。从起动到运行，其电流变化不超过三倍，这样可以可保证电网电压的波动在所要求的范围内。它采用可控硅调压，正弦波未导通部分的电能全部消耗在可控硅上而不会返回电网，因此它要求散热、通风措施完善。其价格比变频器便宜，可用于水泵系统中的大容量电动机的控制设备中。
结语
总之，建筑电气节能设计潜力很大，电气设计人员在设计中应精心考虑，反复比较设计方案，拿出一套符合各种技术指标且满足功能需求的前提下，行之有效而又切实可行的节能措施，从而达到真正节约电能的目的。