电气工程师论文发表浅谈工业厂房的电气节能设计

　　摘要：随着社会和科学技术不断发展，工业建筑也日益兴起，为推动工业生产的发展发挥着重要的作用。现代工业厂房建筑要求舒适、安全、节能、高效。作为二次能源的电能，如何降低损耗、高效利用，如何将节能技术合理运用到工程项目当中，已成为工业厂房建筑电气设计的焦点。本文首先分析了工业厂房电气设计的必要性，然后阐述了其节能设计应遵循的原则，最后从变压器、照明设计、低压配电设计和电气设备本身能耗四方面详细探讨了工业厂房电气节能设计的要点。

　　关键词：工业厂房,电气节能,变压器,照明,配电系统

　　一、工业厂房电气节能设计的必要性

　　(一)改善能源短缺现状的现实要求

　　想要减轻能源供需不足矛盾，解决能源短缺对我国社会经济发展带来的压力，实现工业生产低成本持续发展，就必须采取有效的节能减排技术措施，改变工业生产现有的能源消耗模式，减少日常生产中对资源的浪费量，有效提高有限能源资源的利用效率，充分发挥能源应用的应用价值。

　　(二)工业企业自身耗能大的特征

　　工业企业作为我国典型的能耗大户，如何在工业生产中推广节能减排设计，已成为工业厂房电气设计工程师研究的重点。在工业厂房的电气设计过程中，合理规划设计和采取有效节能减排设计方案，可以在确保工业生产线上所有电气设备发挥较高性能的基础上，减少工业厂房生产过程中的用电量，降低单位产品的综合能耗，有效推动工业领域生产发展的节能减排效果，为工业企业又好又快可持续发展提供重要的技术支撑。

　　二、工业厂房电气节能设计应遵循的原则

　　(一)满足工业厂房的建筑需求

　　应满足建筑物的使用功能，即满足照明的照度、色温、显色指数，满足空调的舒适性温度及新风量，也就是舒适卫生;满足厂区的运输道路畅通无阻;满足特殊工艺要求，如电子厂房或太阳能厂房的一些电气设备的用电，厂房的工艺照明及电力用电等。

　　(二)考虑实际经济效益

　　节能应考虑实际经济效益，不能因为节能而过高的消耗投资，增加运行费用。而是应该让增加的部分投资，能在几年或较短的时间内用节能减少的运行费用进行回收。

　　(三)以减少不必要的能量消耗为着眼点

　　节能的着眼点，应是节省无为损耗的能量。首先找出哪些地方的能量消耗是发挥建筑物的功能无关的，再考虑采取相应的措施节能。如变压器的功率损耗，传输电能线路上的有功损耗都是无用的能量损，如量大面广的照明容量，采用先进技术成果使其能量降低。因此，节能措施也应该贯彻实施。

　　三、工业厂房电气节能设计中的要点

　　(一)变压器方面的节能设计

　　1、选择高效节能变压器，提高资源利用率

　　配电用变压器是配电系统常用的主要电源设备，又是其自身消耗一定电源的设备，通电运行后长期在电网上运行，一般只在检修时才退出电网。选择不当其本身耗电量的累积值将很大，因此要选择空载、负载损耗相对小的节能变压器。例如S7系列与S9相比，铁损高出11%，铜损高出28%;新型非晶合金变压器比S9还要节能，10kV非晶合金变压器比S9的空载损耗低75%～80%。

　　变压器一般使用寿命长达几十年，用高效节能型变压器替代高能耗电变压器，不但可提高能源转换效率，而且在寿命期节电效果相当可观。同时，还可带来少建电厂的良好的环保效益，少向大气排放温室气体，减少对环境的直接污染。

　　2、合理计算，选择变压器的容量

　　变压器额定容量应能满足全部用电负荷的需要，但不应使变压器长期处于过负载状态下运行，理论上，变压器的经常性负载应为变压器额定容量的60%，这时运行效率最高。变压器“大马拉小车”不仅使变压器的容量没有充分利用，而且降低了变压器的运行效率(增加了损耗)，这对变压器的运行和投资来说都是一种浪费。因此，变压器容量不能按照变压器的最佳负荷率来选择，而应略高于变压器的最佳负荷率，一般设75%～85% 较为合理。

　　3、合理选择无功补偿策略

　　在对工业厂房电气设计时，对配电系统选择合理无功补偿策略，可以有效提高配电系统功率因数，降低系统线损，达到节能降耗的目的。随着工业企业生产速度和规模水平的进一步扩大，大功率高压电气设备、照明灯具在工业厂房中得到广泛采用，配电系统三相不平衡度大大增大。由于“单相分补”投资较大，通常要比“三相共补”增加投资约20%～30%。因此，工业厂房电气节能设计过程中，要根据厂房三相用电实际情况，并从技术经济等方面进行综合考虑，合理设计“单相分补”或“单相、三相相互结合共补”无功补偿方式。目前，“单相、三相相互结合共补”与谐波治理一体化无功补偿装置，在工业企业中应用节能效果和经济效益较为优越，是节能设计中广泛推广使用的一种无功补偿模式。

　　(二)电气照明方面的节能设计

　　1、采用高效节能的光源

　　采用高效光源和使用低能耗性能优的光源用电附件，如电子镇流器、节能型电感镇流器、电子触发器以及电子变压器等，公共建筑场所内的荧光灯宜选用带有无功补偿的灯具，紧凑型荧光灯优先选用电子镇流器，气体放电灯宜采用电子触发器。

　　2、节能型镇流器的选用

　　推广使用低损耗、性能优的光源电子附件，高压钠灯、金属卤化物灯应配用节能型电感镇流器;因气体放电光源功率因数低，应采用单灯电容补偿的方式，将功率因数提高到0.9以上。

　　3、合理的照明控制方式

　　在照明设计中，除了采用高效节能的光源和照明灯具外，还要在照明控制方面合理控制。如厂区内应在必要情况下实行照明分区或采用多开关控制，每个开关控制4～6只灯管;对于户外路灯照明可分多路控制，设置全夜灯和半夜灯，以节约用电。公共场所及室外照明可采用程序控制或光电、声控开关。走道、楼梯等人员短暂停留的公共场所可采用人体红外感应节能自熄开关。办公区域靠窗户的灯具可以利用照度感应器来调节其开关。

　　4、选择配光合理的照明设施

　　在对工业厂房照明设备进行设计时，应该结合生产环境对光照的需求，合理的确定光源的照明强度，避免了过分追求照明条件而产生的资源浪费,达到了照明节能的效果。灯具的照明效率是评价灯具性能的重要指标,而灯具的配光曲线、反射面的材质、外形以及加工精度都对灯具的效率有着直接的影响。在选择工业厂房的照明灯具时,首先应该保证灯具的配光曲线在深照和广照之间取得良好的平衡。其次，应当根据灯具使用方法和使用环境的不同,选用安装方便、维护简单的灯具，降低建筑的照明能耗。

　　5、加大对照明设备的维护，减少损耗

　　照明设备在运行一段时间之后，便会产生照度值下降的现象，而定期的对照明设备进行清洁，并按照正常的程序对光源进行更换，使照明设备维持一个良好的运行状态，对于提高照明设备的透光率、保证厂房的照明度有着重要的作用，可以有效的节约厂房对电能的消耗。

　　(三)低压配电系统的节能设计

　　1、合理选择电缆经济截面

　　根据现行的供配电设计手册，对于低压电缆配电线路截面的选择大多认为由于输送容量小、线路不长，如按经济电流密度选择导线截面，往往造成截面偏大。所以，低压电缆线路是按发热(温升)条件选择导体截面。按电压损失校验所选截面，往往忽略了经济电流密度对低压线路截面选择的重要性。新出版的《建筑节能设计统一技术措施》中指出:供配电线路在满足电压损失和短路热稳定的前提下，年最大负荷运行时间Tmax<4000h,可按导体载流量选择导线截面;4000h≤Tmax <7000h，宜按经济电流密度选择导线截面;Tmax≥7000 h，应按经济电流密度选择导线截面。

　　2、合理的供电方式

　　大多数照明电压为220伏，采用的供电方式包括单相二线制、两相二线制和三相四线制接线方式，不同的供电方式其线损也不一样。三相四线制方式供电比其他方式损耗要小得多，因此照明系统应优先采用三相四线制方式供电，尽可能使照明回路三相负荷平衡，以减少线路和变压器的损耗。

　　(四)减少电气设备本身的能耗

　　在厂房电气的使用过程中，用电设备老化，绝缘强度以及电气性能降低可能

　　会产生漏电现象，也会带来损耗的增加。老型号电气设备在工作时的铁损耗、铜损耗、涡流损耗以及噪声等指标相比较而言都更大，而且能量转换的效率也比较低，还会产生额外的电能消耗。

　　在这方面，在电气设计时的基本解决方案是尽可能的采用新型的节能的低耗高效的电气设备，变压器、电动机、电焊机等重要换能设备要安装在通风良好的地方，注意散热和冷却，电加热的设备设施加强保温措施。

　　结语

　　综上，虽然工业厂房是重要的耗能建筑，但其节能潜力也同样巨大。在对工业厂房进行设计时，应采取合理的电气节能技术措施对工业厂房电气设计进行优化，可以取得有效节能降耗效果，不仅能给企业带来巨大经济效益，同时还可以实现有效资源的高效利用。对促进我国经济增长方式的转变、实现人与自然地可持续发展、创建社会主义和谐社会有着重要的意义。

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