浅析电气设计中的节能(修改版)

浅析电气设计中的节能张彧（昆明官房建筑设计有限公司云南昆明650233）摘要：电气节能是电气设计工作者面前的一个重要课题，本文对目前我国电气节能的现状进行了分析，从电气专业的角度针对供配电系统的节能，照明的节能，使用新材料等一系列的节能措施进行了分析。提高能源的利用率，以达到有效节能的目的。关键词：电气节能节能措施照明节能新能源1、引言在中国的经济高速发展的同时，能源的消耗也在高速的增长，而且社会对能源的需求越来越大。能源的短缺已经影响到了经济发展。电力资源的紧缺更成为制约经济发展的一个瓶颈。为了解决这一瓶颈,国家近几年投入大量资金兴建和改造电厂、电网,增加发供电量,但是由于线损率高,终端设备陈旧,技术落后,管理滞后等原因，这些措施并未使电能的短缺得到有效的解决。供电缺口在高峰期时达到数千万千瓦。其中建筑物对能源的消耗是巨大的，有研究表明，建筑耗能越占全社会耗能的30%。[1]随着建筑智能化的发展，这一比重还将不断的提高。建筑节能已成为建筑业发展的必然结果。民用建筑电气设计工作者如何尽量做到电气节能设计是放在所以电气设计工作者面前的一个课题。2、电气节能现状虽然随着国家倡导节约型社会方针的提出，节能的理念越来越多的被人们接受和重视，但在实际的应用中因为存在的诸多问题导致电气节能并没有达到预期的效果。例如在建设工程中设计人员用电数据收集不全面、不充分，导致负荷计算不合理，选择过大的变压器，使变压器运行效率低；选择照明光源时照度计算不合理、未考虑节能控制方式等，使照明浪费较大；导线的选择不合理导致线路损耗较大；建筑电气设备未考虑节能控制模式等。[2]这诸多的因素就导致了节能效果的不明显。还有许多大型的公共建筑及智能建筑中的一些大功率用电设备经常是24小时运转的，使得这类建筑耗电又比普通建筑增加了30%以上。如空调设备的运行就是能耗大户之一，空调温度偏低，装机冷量过大，都在无形中增加了空调的负荷，加大了电能的消耗。所以电气节能是建筑节能中必不可少的一部分。3、电气节能措施3.1降低线路损耗线损率高是电能利用率低下的重要原因之一。从导线材料、导线截面及导线长度入手考虑设计时尽量减少线路的损耗。第一、选择使用高导电率的导体，在一般用电场合铜芯导线和铝芯导线比较，应尽量采用铜芯导线；第二、设计中对于没有特殊要求的场所，应尽量避免采用单相供电，而应采用三相供电，减小线路电流，降低无功损耗。第三、变电所应尽量设置在负荷中心，减少线路敷设的长度。近些年经过城市电网和农村电网改造，线损率已经得到了明显的降低。3.2功率因数补偿在供配电系统中有大量感性负载的存在，产生无功电流，增加线路功率损耗，采用合理的补偿措施可以提高功率因数，改善电压质量。第一、供配电设计应通过正确选择电动机、变压器的容量以及照明灯具启动器，降低线路干抗，提高用电单位的自然功率因数。第二、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作为无功补偿装置。第三、容量较大、负载稳定且长期运行的用电设备的无功功率宜单独就地补偿。[5]在实际中可采用三相集中补偿或单相智能补偿。但如果三相负荷不平衡时，三相补偿的方式可能会造成某项过补或欠补，这时采用单相智能无功补偿可以解决这一问题。根据实验检测，自动投切单相电容器就地补偿，有利于提高效率。3.3照明节能“光”是人们对电的最原始、最基本的要求的体现，照明用电占全国总用电量的11%，[3]甚至更多。照明用电的节约尤为重要，但这里所说的照明的节约并不是要人们把灯都关掉，而是在照明设计时应当选用高效节能的光源。照明节能是要在保证不降低作业面视觉要求、不降低照明质量的前提下，减少照明系统中光能的损失，从而最大限度的利用光能。我国启动的“绿色照明工程”目的就是实现照明系统的高效节能、安全可靠、有益环境等。所谓高效就是利用更少的电能就能达到需要的照度，根据表3.1我们可以看出各种光源的节能效果。白炽灯的效率是最低的，但居民照明约有90%仍然采用的是白炽灯，原因就在于它价格低廉，安装维护简单，如果将这些白炽灯全部换成耗电量比白炽灯低75%的高效节能灯，那么对能源的节约将会是十分可观的3.3.1灯具的合理选择在设计时应根据不同场所选择不同类型的灯具，以达到满足照度和节能的双重要求，另外，根据国际照明委员会（CIE）的建议，灯具按光通量在上下空间分布比例分为五类：直接形、半直接型、全漫射型、半间接型和间接型。选择时应考虑安装和维护的便利，合理的灯具配光。以提高灯具的利用系数。表3.1常用各类光源的效率及节能效果[4]光源名称功率（W）光效率（lm/w）电力消耗与白炽灯的比值节能百分比（%）白炽灯402008.7514.6高压汞灯5010002750荧光灯304035501/41/67583紧凑型荧光灯7364062.71/4.51/77786高压钠灯35100054.9117.11/41/87587金属卤化物灯175100066.7162.81/51/7886例如，在云绣小学的阶梯教室的照明设计中，阶梯教室照度要求300lx，工作面高度0.5～0.8。根据查阅设计手册，教室是教师和学生长时间教学与学习的场所，应选择冷白色的和日光色的荧光灯，色温在4500—6500K左右，具有明亮略带温暖感的气氛。那么在日光色光源灯具中，荧光灯符合设计要求，但荧光灯种类繁多，应该选择何种系列的作为照明设备呢。在设计时以常用的T8、新型的T5型荧光灯做如下比较：如表3.2表3.2T5灯具T8灯具产品比较表方案产品名称规格镇流器灯具功率光通量功率因数照度提高节电率相同照度节电率AT5电子格栅盘灯2x28wT5电子镇流器56w2x25000.959%22%(A/B)40%(A/C)31%(A/B)49%(A/C)BT8电子格栅盘灯2x36T8电子镇流器72w2x22850.92——22%(B/C)22%(B/C)CT8电感格栅盘灯2x36T8电感镇流器94w2x22850.48——根据灯具产品比较，T5系列灯具在光通量、照度要求、节电率等方面性能优于T8系列产品，在要求照度300Lx的条件下，灯具使用情况比较见表3.3，使用较少数量T5节能型荧光灯具就能满足设计要求，而且，T5管具有管径更细，制造灯具材料更省，特别是有害物质的耗量的降低，比Ｔ8灯具节省电能30%,更是比早期的T12灯管节省电能50%左右。所以在设计时推荐使用T5系列的灯具。高效节能灯管的使用较少的灯具数量达到了更好的照明效果，不仅节省了大量的能源，同时也节约了大量的室内空间。该阶梯教室灯具布置设计如图3.1所示。3.3相同照度灯具使用数量比较表灯具型号T5T8（电子）T8（电感）灯具功率28w36w47w灯具光通量2x25002x22852x2285相同照度使用数量33套38套38套图3.1某小学阶梯教室灯具布置图使用T5型节能荧光灯不但可以节约大量的能源，其最直观的体现是在用电费用上的节约。计算如下：不同灯管年耗费用：（以每天使用8小时，每度电0.8元计）A：T5系列：8小时×56W×365天/1000×0.8元×33套=4316.92元B：T8系列（电子）：8小时×72W×365天/1000×0.8元×38套=6391.29元C：T8系列（电感）：8小时×94W×365天/1000×0.8元×38套=8344.19元T5系列灯具全年节电费用：B-A=2074元C-A=4027.27元由上面设计中的各数据可知，随着节能型荧光灯具的使用，大大降低了能源的消耗量，为使用者和国家经济的发展带来了更多的好处。3.3.2照明控制不仅光源的选择能达到照明节能，而且灯具的合理控制也是照明节能的重要手段。笔者认为其中最重要的一点就是充分利用好自然光，自然光的无耗能的光源，在建筑的设计中，电气设计人员应和建筑专业相互配合，在建筑结构上注重自然采光，最大限度的增加采光口的面积和数量，提供对自然光的利用率。另外在灯具布置上，根据自然光的强弱，分档设计控制线路，做到自然光和人工照明的有机结合，从而大大节约人工照明的能耗。照明的控制还应根据房间的使用内容，使用时间等来设计采用何种控制方式，对于一些使用内容及使用时间经常发生变化的场所，可以通过安装人体活动感应开关或红外传感器来探测人们的活动情况，随时调整照明时间及照度大小，应对不能预知的情况，使照明既能满足要求又能节约电能。3.3.3新能源，新技术的使用新能源的使用也是今后照明节能设计的一个十分重要的方向。目前随之LED技术的发展其高效、节能、环保等突出的优点正在被越来越多的人认识和接受。极具发展与应用前景的白光LED用作固体照明器件的经济性显著，且有利于环保，正逐步取代传统的白炽灯，开始走入日常照明的行列，LED在同样亮度的情况下耗电量仅为白炽灯的十分之一，而寿命却是白炽灯的100倍。伴随着国家“节能减排”“绿色照明”等诸多政策的出台LED必将得到广泛的应用。还有太阳能光伏技术的发展使得人们越来越重视对太阳能这一能量充足，无污染能源的利用。利用太阳能电池板将光能转换为电能，不但可以为照明系统供电，还可以带动电机工作，节能效果良好。国家已将其提上议事日程，广泛推广。在国外已经有一些节能示范房建成，这些“零能耗的住宅”就是充分利用了太阳能和其它的节能措施，让住宅不再需要外来能源的供应。这些都是值得我们认真学习的。3.4提高电能的综合利用率电能的综合利用率是衡量用电单位合理用电程度的主要标志。它可以分为设备电能利用率和管理电能利用率两个部分。这二者是密不可分的，一个设备先进但管理落后，生产效率低下的企业，其电能的利用率往往也是很低的。设备的损耗是电流在设备中传递、转换能量、做功时，要克服电、磁、机械和其他原因造成的阻力，在设备中产生的损耗。而管理损耗是由于一些企业员工素质不高操作水平低，工艺不合理，工序不协调，定额管理不达标，以及一些其它原因造成的电能损耗。因此加强管理，预测企业的合理用电程度，找出各项电能损耗的原因，有针对性地提出节约的具体措施，才能有效的提高电能的综合利用率。4结论建立资源节约型社会是我们每一个人的责任，是一项系统的工程，实现电气节能对能源的节约，保持社会的可持续发展具有重要的意义。电气节能还具有很多实现的空间，我们在设计中应当认真对待，努力掌握新技术，新设备的使用，合理的选择高效节能的设备，提高能源的利用率，真正达到有效的节能目的。参考文献[1]钱俊、夏远.智能建筑的节能问题及对策研究[J]智能建筑与城市信息.2006(5):35-37[2]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年代发展研究报告[M].北京：中国建筑工业出版社，2007[3]曹玉亭.对电气节能技术的思考[J].山西建筑，2007，33（7）：239-240[4]北京照明学会照明设计委员会.照明设计委员会[M].北京：中国电力出版社1998[5]全国民用建筑工程设计技术措施—节能专篇（电气）.中国建筑标准设计研究院.北京：中国计划出版社2007姓名：张彧性别：男民族：汉职务：职称：工作单位：昆明官房建筑设计有限公司主要工作：电气设计