1、1工业电气设计中节能技术的应用摘要：经济发展依赖于能源的发展，能源的短缺，是对我国的经济发展一个根本性的制约因素，因而国家经济要发展，就必须依赖于对能源的综合利用。而工业建筑也是能耗大户，如何在工业电气设计中应用合理的节能技术，以降低工业建筑中的电气能耗，是当前应着重研究的问题。这需要设计人员在设计过程中，进行方案比较，从安全性、可靠性、经济性及节能等方面进行综合考虑。本文首先分析了目前我国工业建筑电气节能设计的现状，然后分贝从供配电、变压器、控制系统和照明系统四大方面详细探讨了工业电气设计中节能技术的应用要点。 关键词：工业建筑；电气设计；节能；变压器；照明 Abstract: the de
2、velopment of economy development depends on the energy, the shortage of energy, is a fundamental to our economic development restriction factor, and therefore to the development of national economy, it must depends on the comprehensive utilization of energy. , high energy consumption and industrial
3、construction is how to reasonable energy saving technologies applied in the industrial electrical design, in order to reduce the electric energy consumption in the industrial building, is the research question should be paid. This requires designers in the design process, scheme 2comparison, from th
4、e aspects such as safety, reliability, economy and energy saving make a comprehensive consideration. This article first analyzes the present situation of the industrial building electrical energy saving in our country, then db from the power supply, transformers, control system and lighting system f
5、our aspects discusses the application of industrial electric energy-saving technology in the design of the point. Keywords: industrial building; Electrical design; Energy saving; Transformer; lighting 中图分类号：S210.4 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 目前我国工业建筑电气节能设计的现状 在发达国家建筑电气节能早就引起了人们的关注，早在上世纪 70 年代，欧洲一些国
6、家就已经对建筑电气节能非常重视，制订了一系列有法律效率的规定来约束电气节能。而直到 80 年代末我国的第一个建筑节能标准还停留在试点阶段，1991 年，北京市以行政命令的方式决定所有在该市区内的新建居住建筑都必须执行该标准，这才使该标准的执行取得了突破。随后，其它省市也提出相应的措施，我国的建筑节能工作才取得了实质性的进展。 1998 年 1 月 1 日全国节能的大法-中华人民共和国节约能源法3颁布实施，标志着我国把对能源的节约利用上升到法律的高度。从此，建筑节能作为一则法律程序必须考虑。今天，建筑节能在民用建筑方面已经得到了广泛的认同和应用。建筑节能设计已经象建筑、结构、排水、电气一样成为一
7、个设计项目。如果一栋建筑的设计没有考虑节能，这个设计将不会被批准建造。 但是工业建筑的电气节能设计一直没有得到重视和普及应用，其中的原因有很多。 首先，各种工业的生产工艺区别很大，难以有一个统一的标准。 其次，工业电气的设计首先要满足生产工艺的要求。建筑的电气设计以经济实用为主，业主考虑的是工程的先期投入，也就是把有限的资金花在能创造价值的方面，而考虑长远利益较少。因此工业建筑电气节能的推广不如住宅、民用建筑这样普遍。但是电气节能在工业建筑的推广也有其重要意义，长远来看，节能设计虽然先期投入较多，但是投入生产之后很短的时间就能收回多投入的成本，远期效果非常可观。 工业电气设计中节能技术应用的要
8、点 （一）供配电系统中的节能技术应用 工业电气与普通民用电气的主要区别是：用电负荷等级高，用电设备相对密集，对连续性供电的要求较高。为达到节能的效果，从以下几方面进行考虑。 供配电系统的环节不宜过多，尽量做到简单可靠 过多的配电环节会造成额外的能量损耗。这也是规范规定“同一电压等级供电系统配电级数不宜多于两级”的原因。 4应合理选择设备的供电电压水平 同等情况下，电压水平高，损耗相对较小。如工业、企业大量使用的压缩机、循环水泵等，常采用 6/10 kV 供电，既降低了供电线路上的电流，又减少了铜损耗，还能减少铜材的浪费。 3、变电所应尽量深入负荷中心 大多数情况下，工业、企业内的负荷多为低压交
9、流 380 V，若距离过远，为满足起动压降和运行压降的要求，增加电缆的截面，势必造成铜材的大量浪费。所以，如果厂区面积过大时，应采用合理的供电半径统一筹划，设置多个变配电装置，缩小线路的距离，降低损耗。有些工程项目在初期规划时并不十分合理前期电气专业人员往往没有介入总体规划，而参与时才发现变配电所的位置设置不合理，这时再调整总图会影响整体布局。所以，在设计初期时可与总图专业协商，尽量将变电所设置在负荷中心。万不得已时，可设置多个变配电所，每个变配电所应在相应的负荷中心。如果有爆炸危险区存在，在满足规范的前提下，可将变电所设置在爆炸危险区外并临近，将室内外地坪高度差提高至 0.6m，就能达到降低
10、能耗的效果。 采用功率因数补偿 在工业企业中大多数用电负荷为机泵。由于电机为感性负载，会产生功率因数滞后，如果不进行补偿，会造成线路损耗和变压器损耗增大。在 SH30382000石油化工企业生产装置电力设计技术规范推出后，石化装置设计人员将低压补偿取消，这种做法有欠妥当。如果补偿只设置在 6/10 kV 侧，低压侧不进行补偿，负荷较多时配电变压器的数量会5相应增加或变压器容量会相应增大，很容易造成额外的电能浪费。所以，应采取就地补偿原则，从设计上保证节能，可即变压器后侧进行相应的补偿，在同样负荷率的情况下，使变压器的效率提高。 （二）变压器选择的节能应用 工业厂区选择变电所的地点时，应尽量设置
11、在负荷中心点，这样可减小变电所低压出线线路的长度，减少线路的损耗。 2、变压器的有功功率损耗包括变压器空载损耗和有载损耗，即: Pb= P0+2Pk 其中，Pb 为变压器的有功损耗；P0 为变压器的空载损耗；Pk 为变压器的有载损耗； 为变压器的负载率。 P0 又称铁损，它是由铁芯涡流损耗及漏磁损耗组成，是固定不变的部分，它的大小取决于矽钢片的性能及铁芯制造工艺。所以变压器应选用节能型的，如 S10 型、S11 型等油浸变压器及干式变压器，可减少损耗，提高效率。 Pk 是传输功率的损耗，即变压器的线损，决定于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小，与负载率 2 成正比。因此，应选用阻值较小的绕组
12、，可采用铜芯变压器。 从 2Pk 用微分求它的极值，在 = 50%处每千瓦的负载，变压器的能耗最小，但在 = 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措施。在实际 使用中有一半变压器没有投入运行，这无疑是在节约了电能的同时浪费了由于变压器容量加大而白白消耗掉的其他资源。所以在综合了各6种费用，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。 （三）控制系统节能设计的应用 在工业企业生产装置和生产线上往往有集散控制系统（Distribution Control System，DCS）或者可编程逻辑控制器（Progra
13、mmable Logic Con-troller，PLC）参与逻辑控制，是为了提高系统自动化程度，减少人工成本。在以往的设计中，为了减少一次性生产成本投入而减少 DCS 点数，将应控制的起动和停止由一个继电器输出控制。但如只有一个控制点，则该接点需要一直保持才能达到起动并正常运行的要求。因此，该接点的继电器需要一直带电，造成大量的电损耗。如采用 1 个继电器接点控制，则 DCS 采用的不间断电源（Uninterrupted Power Source，UPS）容量往往会比采用 2 个继电器控制时的 UPS 容量大，即使增加了输出 I /O 卡件，也能达到很好的节能效果。 采用两个继电器的控制方式
14、（如图 1、图 2 所示）优点如下: 如果装置第一次是在开起现场，当顺利开起后，转换开关在旋转的过程中运行的设备不会停止；而选择 1 个继电器输出控制设备起停时，转换开关在旋转的过程中运行的设备会停止。 图 1DCS 或 PLC 有 2 个输出图 2DCS 或 PLC 仅 1 个输出 （四）照明系统节能设计的应用 7供电方式的节能 照明线路的损耗约占输入电能的 4左右，影响照明线路损耗的主要因素是供电方式和导线材质、长度及截面积。大多数照明电压为 220V。照明系统可由单相二线、两相三线、三相四线三种方式供电，三相四线式供电比其他供电方式线路损耗小得多。因此，照明系统应采用三相四线制供电，且尽
15、量保持三相平衡，满足最大不平衡相负荷不超过三相平均负荷的 15，最小相负荷不小于三相负荷平均值的 85。供电电源的质量也会影响照明灯具的性能，因此工业建筑设计中做到不与冲击性电力负荷及工艺负荷合用变压器，以有效地控制照明灯具的端电压。此外，导线材质、长度及截面积也应在设计中优化考虑。 2、照明光源的选择 （1）天然光 从照明节能方式选择光源，首选无需置疑肯定是天然光。天然光是取之不尽，用之不竭能源，充分利用天然光是最绿色环保节能的照明方式。随着人们对能源和环境保护的日益关注，工业建筑物中如何充分利用天然光源来节约照明用电已引起广泛重视。工业建筑物中露天的装置区及大面积的厂房，天然光都应当充分加
16、以利用，设计中将采光和照明有机地结合起来，可采取以下措施： 导光管法、采光搁板、反射高窗、棱镜窗等，此几种措施都可以充分利用各种导光和反光装置将天然光引入室内进行照明，这需要同建筑专业紧密配合，以达到建筑物照度要求，这是节约照明耗能的重要方式之一。如在大型化工仓库中，在棚顶设计中采用透光板，充分利用自然8光。 （2）工业建筑较民用建筑复杂，需注意环境温度、湿度、振动、污秽、尘埃、腐蚀、有爆炸和火灾危险介质等情况需综合考虑灯具及其光效、色温、显色指数、光源寿命和价格等因素。在设计中，根据工程的性质，使用的场所，人员的视觉要求等，选择不同的光源。 如：高度较低的室内场所（如办公室、会议室等） ，应
17、采用细管径直管形荧光灯、紧凑型荧光灯或小功率的金属卤化物灯等光源；高度较高的室内场所（如工业厂房等） ，应采用金属卤化物灯或高压钠灯。也可采用大功率细管径荧光灯；室外场所，应选用高压钠灯等使用时间较长的气体光源以及利用太阳能作为能源。选择的光源必须结合适合的灯具使用，在设计中，应注意选择控光效果好，效率高的节能灯具。保护罩，格栅等等都直接影响到照明的效率，会间接提高电能的损耗。此外，公共场所如厂区路灯等夜间照明采用的是白炽灯、水银灯，应改造成为紧凑型荧光灯，可节电 50左右。办公楼、操作间照明的老式灯具应改造成带电子镇流器和细管径灯管的节能型荧光灯，节电 15以上，还能延长灯管的使用寿命约 6
18、0，光效高达 50，还具有消除频闪效应及噪声等优点。 改善灯具控制方式 面积较小的房间宜采用一灯一控或两灯一控；面积较大的房间采用多灯一控的方式，但每个开关控制的灯数不宜太多，也应考虑适当数量的单控灯；建筑内的楼梯间、走廊等公共通道的灯具宜采用光电、声控开关控制；在远离侧窗的天然采光不足的区域内的电气照明，宜采用光9电控制的自动调光装置；室外宜采用程序控制或光电定时开关控制。 结语 综上，工业建筑电气设计的节能潜力很大，在工程设计中应精心考虑，并从安全性、可靠性及经济性等多方面反复比较设计方案，拿出一套符合各种技术指标，满足功能需求的， 行之有效的而又最节能的方案，从而达到真正节约电能的目的。 参考文献 1黄明霞，高宇.对选煤厂设计中电气节能的探讨J.煤炭加工与综合利用，2007.3. 2王志祥.工业与民用建筑电气设计节能办法J.应用能源技术，2006.7. 3黄红兵.试论建筑电气节能设计J.科技致富向导，2011.17.
