小議民用建筑電氣中的主要節(jié)能措施

秦俊強(qiáng)+郭子源

摘 要：文章從民用建筑中影響節(jié)能的幾個(gè)主要方面闡述了節(jié)能理念和節(jié)能措施。

關(guān)鍵詞：變壓器；無功功率補(bǔ)償；照明節(jié)能

一、選擇更先進(jìn)更節(jié)能的配電變壓器

1.油浸式變壓器：國家從1999年起國家規(guī)定淘汰并停止生產(chǎn)S7系列油浸式配電變壓器，2001年在S9基礎(chǔ)上我國又開發(fā)出S11系列變壓器，使空載損耗進(jìn)一步降低。S11型變壓器適應(yīng)范圍廣，性能水平優(yōu)于S9，節(jié)約能源，與S9變壓器比，它的空載損耗平均降低百分之三十，空載電流平均下降百分之七十，而且噪音水平也下降了，減少了城市的噪音污染。

2.干式變壓器：近年隨著高層及大中型建筑的增多，以前用量較少的干式變壓器因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，安全性能好等優(yōu)點(diǎn)已得到很大發(fā)展。目前SC9型為國內(nèi)干式新型節(jié)能變壓器，損耗比老產(chǎn)品大大降低，比老SC8干式變壓器空載損耗平均降低百分之八十七，負(fù)載損耗平均降低百分之十，另外變壓器的噪音水平也明顯降低。

3.箱式變壓器：箱式變壓器即為高低壓預(yù)制式變電站，由變壓器制造廠生產(chǎn)。因?yàn)檎嫉孛娣e較小而且就近設(shè)于負(fù)荷中心，可降低線損，也屬于節(jié)能變壓器，現(xiàn)在在民用住宅小區(qū)中應(yīng)用非常多。

綜上所述，目前適合國內(nèi)需求的節(jié)能產(chǎn)品是S9型及S11型配電變壓器，有防火要求的地方，可采用環(huán)氧樹脂澆注的干式變壓器，住宅小區(qū)多為箱式變壓器。而配電變壓器的節(jié)能原理主要體現(xiàn)在減少變壓器的有功功率損耗變壓器的有功功率損耗如下式表示：△Pb=Po+Pkβ2其中：△Pb——變壓器有功損耗（KW）；Po——變壓器的空載損耗（KW）；Pk——變壓器的有載損耗（KW））；β——變壓器的負(fù)載率。Po部分為空載損耗又稱鐵損，它是由鐵芯的渦流損耗及漏磁損耗組成，是固定不變的部分，大小隨矽鋼片的性能及鐵芯制造工藝而定。所以，變壓器應(yīng)選用節(jié)能型的，如S9、及SC9等型油浸變壓器或干式變壓器，它們都是采用優(yōu)質(zhì)冷軋取向矽鋼片，由于“取向”處理，使矽鋼片的磁疇方向接近一致，以減少鐵芯的渦流損耗；45°全斜接縫結(jié)構(gòu)，使接縫密合性好，以減少漏磁損耗。Pk是傳輸功率的損耗，即變壓器的線損，決定于變壓器繞組的電阻及流過繞組電流的大小，即負(fù)載率β的平方成正比。因此，應(yīng)選用阻值較小的繞組，可采用銅芯變壓器。從Pkβ2用微分求它的極值，在β=50%處每千瓦的負(fù)載，變壓器的能耗最小。因此，在80年代中期設(shè)計(jì)的民用建筑，變壓器的負(fù)載率絕大部分在50%左右，在實(shí)際使用中有一半變壓器沒有投入運(yùn)行，這種做法有的一直沿襲至今。但是，這僅是為了節(jié)能，而沒有考慮經(jīng)濟(jì)價(jià)值。舉下例可看出其不可取的程度。

SC3-2000KVA的變壓器，當(dāng)β=50%時(shí)相對于β=85%時(shí)可節(jié)能為P=16.01×（0.852-0.52）=7.56KW，按商場最高用電小時(shí)計(jì)：每天12小時(shí)，365天全營業(yè)，則總節(jié)約電能：W=7.56×12×365=33113KW·h。按營業(yè)性電價(jià)每度0.78元計(jì)，則每年節(jié)約：33113×0.78=25828元。按每千瓦的初裝費(fèi)投資： 2000KVA變壓器應(yīng)是大型民用建筑，必然雙電源進(jìn)線，則初裝費(fèi)每KVA為2240元，每年節(jié)能省下的電費(fèi)只能提供（25828/2240=11.53）11.53KVA的初裝費(fèi)。還有988.5KVA的初裝費(fèi)，加上由于加大變壓器容量而多付的變壓器價(jià)格，由于變壓器增加而使出線開關(guān)柜、母聯(lián)柜增加引起的設(shè)備購置費(fèi)，安裝上述設(shè)備使土建面積增加而引起的土建費(fèi)用，這是筆相當(dāng)可觀的投資，還沒有計(jì)及折舊維護(hù)等費(fèi)用。由此可見，取變壓器負(fù)載率為50%是得不償失的。

事實(shí)上50%負(fù)載率僅減少了變壓器的線損，并沒有減少變壓器的鐵損，因此也不是最節(jié)能的措施。計(jì)及初裝費(fèi)、變壓器、低壓柜、土建的投資及各項(xiàng)運(yùn)行費(fèi)用，又要使變壓器在使用期內(nèi)預(yù)留適當(dāng)?shù)娜萘浚儔浩鞯呢?fù)載率應(yīng)在75%～85%為宜。這樣也可以做到物盡其用，因?yàn)樽儔浩鹘^緣的使用年限滿負(fù)荷計(jì)為20年，20年后可能有更好的變壓器問世，這樣就可以有機(jī)會(huì)更換新的設(shè)備，才能使該建筑總趨技術(shù)領(lǐng)先地位。為減小變壓器損耗，當(dāng)容量大而需要選用多臺變壓器時(shí)，在合理分配負(fù)荷的情況下，盡可能減少變壓器的臺數(shù)，選用大容量的變壓器。例如需要裝機(jī)容量為2000KVA，可選2臺1000KVA，不選4臺500KVA。因?yàn)檫x用前者可節(jié)能：△P=4×（1.6+4.44）-2×（2.45+7.45）=4.36KW（全按β=100%計(jì)，同等條件，SC3變壓器）。

二、減少線路上的能量損耗

在一個(gè)工程中，線路左右上下縱橫交錯(cuò)，小工程線路全長不下萬米，大工程更是不計(jì)其數(shù)，所以線路上的總有功損耗是相當(dāng)可觀的，減少線路上的能耗必須引起重視。由于線路上存在電阻，有電流流過時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生有功功率損耗。其公式如下：△P=3IΦ2R×10-3KW）式中：IΦ——相電流（A）R——線路電阻（Ω）。

線路上的電流是不能改變的，要減少線路損耗，只有減小線路電阻。線路電阻R=P×L/s，即線路電阻與電導(dǎo)P成正比，與線路截面S成反比，與線路長度L成正比，因此減少線路的損耗應(yīng)從以下幾方面入手。①應(yīng)選用電導(dǎo)率較小的材質(zhì)做導(dǎo)線。②減小導(dǎo)線長度。③增大導(dǎo)線截面。

三、采用合適的無功補(bǔ)償裝置，提高功率因素

1.目前，民用建筑設(shè)計(jì)中，絕大部分采用變壓器低壓側(cè)集中補(bǔ)償，這種做法僅減少了區(qū)域變電站至用戶處的高壓線路上的無功傳輸，提高了用戶處的功率因數(shù)，可以不受或少受供電局局的罰款。而對用戶，無功仍由變壓器低壓母線經(jīng)傳輸線路輸送到各用戶點(diǎn)，低壓線路上的無功傳輸并沒有減少，那么無功補(bǔ)償也就達(dá)不到節(jié)能的目的。 在民用建筑中應(yīng)改變電容器集中安裝的做法，對容量超過10KW的風(fēng)機(jī)、水泵、傳送帶等電動(dòng)機(jī)端設(shè)置就地補(bǔ)償裝置，空調(diào)主機(jī)及冷凍泵等常在其附近設(shè)專用變配電所，可以集中補(bǔ)償，但若供電距離超過20m時(shí)也最好采用就地補(bǔ)償。這樣才能使線路上的無功傳輸減少，達(dá)到節(jié)能目的。

2.提高設(shè)備的自然功率因數(shù)，以減少對超前無功的需求，可采用功率因數(shù)較高的同步電動(dòng)機(jī)；熒光燈可采用高次諧波系數(shù)低于15%的電子鎮(zhèn)流器；采用電感鎮(zhèn)流器的氣體放電燈，單燈安裝電容器等，都可使自然功率因數(shù)提高到0.85～0.95，這就可減少系統(tǒng)高、低壓線路傳輸?shù)某盁o功功率。 由于感抗產(chǎn)生的是滯后的無功，可采用電容器補(bǔ)償，因?yàn)殡娙萜鳟a(chǎn)生的是超前的無功，兩者可以相互抵消，即Q=QL-QC，因此無功補(bǔ)償，可以提高功率因數(shù)，因而也減小了無功的需求減少自然無功、無功補(bǔ)償及補(bǔ)償裝置的安裝地點(diǎn)，就可以實(shí)現(xiàn)合理的選擇無功補(bǔ)償方式而達(dá)到節(jié)能的目的。

四、照明節(jié)能

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國照明用電量已占總用量的10%～12%。按照我國提出的“中國綠色照明工程”，照明節(jié)電已成為節(jié)能的重要方面。2004年12月1日國家正式實(shí)施《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50034-2004）該標(biāo)準(zhǔn)不僅有“照明節(jié)能”，同時(shí)整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都貫穿了綠色照明的宗旨和理念。該標(biāo)準(zhǔn)要求了設(shè)計(jì)著運(yùn)用科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方法，正確選用優(yōu)質(zhì)和高效的照明器材，以及合理的配電系統(tǒng)，控制方式獲得更好的節(jié)能效果。

五、結(jié)語

總之，隨著經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，如何節(jié)約能源是保證可持續(xù)發(fā)展的必要條件，民用建筑節(jié)能特別電氣節(jié)能也是非常重要組成部分。本文所涉及的內(nèi)容只是論述了民用建筑配電節(jié)能的主要途徑和措施，供供配電設(shè)計(jì)和施工中作為基本點(diǎn)考慮。

參考文獻(xiàn)：

[1]《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GBB50034-2004.

[2]《建筑電氣設(shè)計(jì)手冊》中國建筑工業(yè)出版社.

[3]JGJ/T 16-92《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》.