建筑电气供配电系统节能设计研究

建筑电气供配电系统节能设计研究

刘静

孝感市城乡规划建筑设计研究院，湖北 孝感 432000

摘要：本文针对电气节能设计原则，结合工作中实际情况,就建筑电气节能措施的分析和研究,论述了建筑从供配电系统的设计、电动机的合理使用、功率因数补偿、谐波治理、照明节能、可再生能源利用、能源管理系统等方面在电气节能方面的合理应用。

关键词：建筑电气节能；供配电系统；可再生能源

1电气节能设计原则

电气节能是建筑节能的重要组成部分，电气设计人员在设计过程中应从适用性、安全性、可靠性及经济性多方面综合考虑，通过合理设计及优化运行方案减少不必要的能源损耗。

2电气节能设计内容

电气节能设计内容包括供配电系统、电动机部分、供配电系统功率因数、谐波治理、照明节能、可再生能源利用和建筑设备自动化。

2.1供配电系统

供配电系统应根据用户的重要性、负荷性质、用电容量、工程特点、系统规模等进行合理设计，使系统工作在最佳运行状态下。

2.1.1合理布置变电所、配电所的地理位置

应根据用户用电负荷容量及分布情况，尽量将变电所、配电所靠近用户负荷中心，以缩短低压供电半径，降低线路损耗，减少电压损失，满足供电质量要求。具体为供配电线路长度不宜超过250m。

2.1.2合理采用配电系统级数

供配电系统应简单可靠，尽量减少电能损耗，配电级数不宜过多。同一用户内，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；由两路进线供电的系统，宜采用两路电源同时运行的方式，以减少正常运行时的线路损耗。

2.1.3合理选择供电电压

根据同等情况下，电压越高，损耗越小的原理，供电电压等级的确定应考虑技术合理性、经济合理性及电力公司相关规定等因素。当用电设备总容量在250kW及以上、或变压器容量在160kVA及以上时，宜采用10(6)kV供电。对准备使用空调冷水机组的大型公共建筑，经分析和比较，应尽量采用10(6)kV的冷水机组。除上述因素外，还应考虑大容量电动机启动时对变压器的影响。

2.1.4合理选择变压器

电力变压器应选用10型及以上等级、非晶合金、低损耗、低噪声等的节能环保变压器。变压器长期工作负载率不宜大于0.85。在选择变压器容量和台数时，应灵活根据负荷变化情况综合考虑投资和年运行费用。对负荷进行合理分配，选择容量与电力负荷相匹配的变压器，以减少由于轻载运行造成的不必要的电能损耗，实现经济运行。此外，降低变压器环境温度、平衡三相负荷、合理选择变压器接线方式、灵活投切变压器以弥补季节造成的负荷变化等也是降低能耗的有效途径。

2.1.5减少线路能量损耗

在满足允许载流量、电压损失、短路电流热稳定等技术指标的前提下，应按经济电流密度来合理校验、选择导线截面，以达到降低电能损耗、减少投资和节约有色金属的目的。

2.2电动机部分

电动机部分的节能主要为降低电动机电能损耗、提高电动机使用效率。

根据负荷特性合理选择高效率电动机，提高电动机运行效率和功率因数。

功率较大的电动机可以采用变频调速器(消防设备除外)，以提高电机在轻载时的效率，达到节能的目的。

采用软启动器，使电机启动平稳，保证电网电压的波动在要求范围内。

2.3供配电系统功率因数

合理提高供配电系统中的功率因数。设计时应通过正确选择电动机、变压器容量及照明灯具启动器降低线路感抗；采用正确的电线、电缆敷设方式，提高用电单位自然功率因数，当自然功率因数偏低，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。

2.4谐波治理

随着大量非线性负载的广泛使用，非线性负载产生的大量谐波电流注入至电网中，使电网电压波形产生畸变。为此，可通过选用D，yn11变压器、设置滤波或隔离滤波装置、合理选择中性线截面、使用功率因数补偿电容器组串联消谐电抗器等措施抑制谐波，提高电能质量。

2.5照明节能

照明节能的基本原则是在保证不降低生产、不降低作业视觉和照明质量的前提下，最大限度地减少照明系统中光能损失，最有效地使用照明用电。照明节能工作应注意以下几点：

2.5.1视觉作业要求

视觉作业要求应根据《建筑照明设计标准》确定合理的照明标准，不同场所应有有目的地进行照明。我国幅员辽阔，各地区经济条件差别较大，民族习惯不同，因此，应结合现场实际情况，根据标准中推荐的高、中、低照明值确定合理的标准。标准值的确定应掌握适度，并合理利用局部照明。

2.5.2充分利用自然光

照明的最佳光源是太阳光。太阳光是免费的，不需电力，也不造成污染。有研究表明，在写字楼里，如果有太阳光的话，员工情绪会更好，工作效率会更高；在医院，住在靠近窗户附近的病人康复得会更快。因此，充分利用自然光是建筑节能设计的重要环节。目前，有些玻璃可对光谱进行选择，引入太阳光的同时还保持光照的舒适性。另有一些创新的技术，如侧窗、天窗、光栅板和光线管道等，可将太阳光引入大楼内部。对灯具布置，将所控灯列与侧窗平行，根据日照强弱进行灯具控制也是照明节能的有效手段。

2.5.3合理选择光源和灯具

在满足照明质量的前提下，不同场合应尽可能选择高光效的光源。为充分利用光源发出的光通量，应注意选用配光合理、效率高、利用系数高的灯具，且优先选用开启式直接照明灯具，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。

2.5.4合理采用照明控制方式

合理采用照明控制方式是实现舒适照明的有效手段，也是节能的有效措施。照明控制方式分两大类：手动控制和自动控制。手动控制是指按照使用者的个人意愿控制所属区域的照度水平。在照明开关应用中，我们应注意：居住建筑有自然采光的楼梯间、走道的，其照明除应急照明外，宜采用节能自熄开关。每个照明开关所控的光源数不宜太多，每个房间灯的开关数不宜少于2个(只设置一只光源的除外)。手动控制最不利的一点是：当人们意识到自然光线不足时会开灯，但当自然光线恢复充足时，人们不把灯关掉，且工作结束后还开着灯，这将浪费大量的电能。只有在必需时才把灯点亮并点到要求的亮度，才能利用最少的能源且保证所需的照度水平，以使节电效果达到最佳。为此，照明自动控制应运而生。与传统手动照明控制方式相比，近年来逐步发展的智能化照明控制系统体现了强大的优越性十分显著。目前，智能照明控制系统多采用现场总线技术，借助各种不同的“预设置”控制方式和控制设备，对不同时间、不同环境的光照度进行精确设置和合理管理，实现了节能最大化。

2.6可再生能源利用

在条件允许的场所，尽可能的利用太阳能、风能等可再生资源，有利于节能减排、改善能源结构、保护环境。

2.7建筑设备自动化

应对建筑内的电气设备采用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。

结束语

电气节能已成为电气设计中的重中之重，作为建筑电气设计人员，应结合项目自身特点，精心设计、精心比较，采用切实可行的节能措施，把节能贯穿于整个电气设计过程中，真正把节能理念落到实处，促进资源节约型社会的更好建设。

参考文献

［1］建筑照明设计标准［J］.GB50034-2004.中国建筑工业出版社，2014

［2］建筑节能设计统一技术措施［J］.上海现代建筑设计(集团)有限公司，

2019