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【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。无功功率补偿主要提高供配电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗。
3 照明的节能
照明是电气节能设计里，最直观的一项内容，在做节能计算时，照度的计算不可或缺。设计应在不降低作业面视觉要求、不降低照明质量的前提下，最大限度地减少照明系统中的光能损失，最大限度地发挥电能的最高效率。照明节能受照度标准，光源的选用、安装方式的选择等因素影响，需要根据建筑的使用条件和天然采光状况采用合理有效的照明控制装置来实施。下面从几个方面简述照明节能的设计内容
3.1 灯光布置形式和环境条件。应充分利用自然光。照明的最佳光源是阳光，不需电力，也不造成污染。无论是什么场合，在设计时可以引入自然光源，在写字楼里，如果在设计时能在大楼内部引入自然光线，不止节省了灯具的造价，办公环境更舒适。现在有些窗户可以对光谱进行选择，引入日光的同时还可保持舒适。有一些创新的技术如侧窗、天窗、光栅板和光线管道等，可将日光引入大楼内部。在灯具布置时，将所控灯列与侧窗平行，跟据日照强弱来进行灯具控制也是照明节能的有效手段。
3.2 节能光源和灯具的选择。应根据不同的使用场合，选用合适的照明光源，所选用的照明光源应具有尽可能高的光效。荧光灯应选用细管径型（d<26mm），有条件时应选用直管稀土十三基色细管荧光灯，以达到光效高、寿命长、显色性好的要求，并选择电子镇流器或节能型高功率因数电感镇流器以提高功率因数。一般室内空间高度大于4.5m且对显色性有一定要求时，宜采用金属卤化物灯.如体育场馆、高大工业厂房、商业场所等。发光二极管（LED）被称为“绿色光源”，白光LED理论发光光效可达2001m/W，目前实验室里已经达到1001m/W，501m/W的产品已进入市场，其较同等亮度的白炽灯耗电减少约80%，节能潜力巨大。
3.3 照明控制方式的选择。合理的是实现舒适照明的有效手段，也是节能的有效措施。手动控制是可以按照使用者的个人意愿来控制所属区域的照度水平，劣势在于无法在不需要灯光时避免电能的浪费。智能化照明控制系统体现出了强大的优越性。目前智能照明控制系统多数采用现场总线技术，借助各种不同的“预设置”控制方式和控制元件，对不同时间不同环境的光照度进行精确设置和合理管理，实现节能。
4 可再生能源利用
提倡可再生能源，采用先进的电能储备装置。其中包括风能、太阳能、水力、海洋能、地热和生物质能等可再生能源，也包括天然气等不可再生的清洁能源。这些属于一次再生能源。二次能源为分布在用户端的热电冷联产，实现以直接满足用户多种需求的能源梯级利用。如：燃气轮机或燃气内燃机燃烧洁净的天然气发电，对做功后的余热进一步回收，用来制冷，供热和供生活热水。这些新能源的广泛应用，将对节能产生更积极的意义。
5 采用建筑设备自动化管理控制系统
自动控制、监视和测量是自动化管理控制系统的三大要素。通过应用信息通信、计算机网络、自动化控制等智能化技术，对建筑物内采暖、通风和空气调节系统、给排水及热水供应系统、照明和其他各类用电设备系统的运行实施能效管理，确保各类设备系统运行稳定、安全可靠，从而达到提高能效、降低能耗的目的。
6 结束语
电气节能已成为电气设计中的必须内容，在实际项目的设计过程中，注重于节能在各个环节的实际实施，采用切实可行的节能措施，真正把节能理念落到实处，促进资源节约型社会的更好建立。
参考文献：
[1]《建筑照明设计标准》（GB 50034-2004）中国建筑工业出版社2013
[2]《全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇》中国建筑标准设计研究院 2009
论文作者:王庆梅
论文发表刊物:《低碳地产》2015年第9期
论文发表时间:2016/8/16
标签：节能论文; 谐波论文; 变压器论文; 功率因数论文; 设备论文; 负荷论文; 方式论文; 《低碳地产》2015年第9期论文;