基于节能视角的工业厂房电气设计

摘要：本文基于节能视角考虑，对工业厂房电气节能设计的原则及具体的措施进行了分析探讨，具有较强的实用性和价值，供借鉴。

关键词：节能；工业厂房；电气设计

现代工业厂房建筑要求舒适、安全、节能、高效。工业厂房建筑电气的发展也随着时代的进步不断发展。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。

工业厂房不同于一般民用建筑，其具有主要是以工艺生产设备及动力设备为主要用电负荷，有别于民用建筑以空调负荷为主的特点，笔者总结了这些年来工业厂房建筑电气设计工作经验，从以下几个方面对工业厂房电气节能提出一些具体的措施。

1 基于节能视角的工业厂房电气设计的原则

工业厂房建筑电气节能应坚持以下三个原则：

(1)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，如汽车工业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。

(2)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。

(3)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。

2 基于节能视角的工业厂房电气设计中基本的措施

2.1 提高变压器的效能

2.1.1 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，一般只有在检修时才退出电网，选择不当，其本身耗电量的累计值将很大，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，10K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损耗电变压器，不但可以提高能源转换效率，而且在寿命期节电效果相当可观。同时还能带来少建电厂的良好的环保效果，少向大气排放温室气体，减少对环境的直接污染。

2.1.2 合理地计算，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。

2.1.3 采用无功功率补偿，提高功率因素

提高功率因数可减少线路无功功率的损耗，从而达到节约电能的目的。提高功率因数的措施包含提高用电设备的自然功率因数和进行人工无功功率补偿，降低无功损耗。人工补偿措施一般采用固定的静电电容补偿。补偿装置的设置为集中补偿和分散补偿。

一般民用建筑主要配电设施集中于变配电所，照明、空调等用电设备功率因数较高，因此以变配电所集中补偿为主。对于汽车工厂而言，一些加工设备、焊机、起重机等功率因数都较低，而且一些工厂面积较大，变配电所由于工艺需要不能深入负荷中心，造成设备供电线路较长。根据电流计算公式，功率因数的低下将直接导致电流的上升，开关和线缆的选用就会加大，不符合节能减耗原则。在这种情况下，就很有必要在厂房内根据设备容量及性质分散设置就地补偿电容，实行变配电所集中补偿和车间分散补偿相结合的方式。

2.2 工业工厂照明节能设计

工业厂房是根据工艺生产产品不同而定的生产重要地，由于有些厂房其结构高大、灯具悬挂高、照明空间大等诸多特点决定了其照明的基本要求。由于识别对象的特殊性，所以照明方式要合理，照明质量要高，包括显色指数和光效，照明分布要均匀合理。

目前，照明设计节能评价指标采用照明功率密度(LPD)来衡量，实际计算的照明功率密度值应符合 GB50034-2004《建筑照明设计标准》目标值的要求。照明节能设计应主要包括以下几个方面。

2.2.1 节能光源的选用

照明光源的选用应符合国家现行相关标准的规定。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，以达到照明节能的效果。

按发光效率的数据比较，高强度气体放电灯最高。在工厂照明中，厂房空间多数大于5m，且对显色性有一定要求时，应优先选择金属卤化物灯；当一种光源不能满足色温或显色性要求时，可采用两种光源，混光光源能充分发挥强气体放电灯优点，达到节约能耗、提高照度、改善光色的照明效果。

现在大规模开始推广应用的LED灯具也是今后的一个节能的发展方向，LED灯具已有工矿灯，路灯，投光灯，T8灯管等各种品种。其优点有：1、节能，白光LED的能耗仅为白炽灯的 1/10，节能灯的1/4；2、长寿命；3、可以工作在高速状态.节能灯如果频繁的启动或关断灯丝就会发黑很快的坏掉；4、固态封装，属于冷光源类型；更多内容请访问久久建筑网
5、LED技术正日新月异的在进步，它的发光效率正在取得惊人的突破，价格也在不断的降低。6、环保，没有汞的有害物质。

LED灯具自身还是有一些不太理想的地方：1、光效仍然不高，现今之LED节能光效普遍在60-70lm/W。2、需要相对应的散热器，在LED芯片本身发热量没有大的改善情况下，需要在散热器的结构，热管技术的应用上，进一步的发展。

3、价格还相对偏高，LED单体价格，铝制散热器，高效恒流电源，高透光率柔和灯罩，四者成本集体推高LED成本。4、显色指数不高，大部分LED节能灯显色指数没有过80，相比节能灯，还有差距。更多内容请访问久久建筑网
5、远距离光衰比较快；眩光感比较强。

LED作为新兴的下一代光源，随着技术进步，应用更加广泛，还是大有发展前途的。目前在已设计的太阳能电池车间已有业主开始试用LED节能灯，节能效果还是比较明显的。

2.2.2 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。

2.2.3 合理的节能照明设计

在厂房照明设计中，应根据使用场所的使用功能，而不能一味追求灯具的均匀布置。应根据工艺设备布置及了解工艺操作人员的工作面，采用一般照明和局部照明的混合照明方式。既要满足一般照明的最基本照度要求，又要满足有特殊要求的场所，多设置局部照明，既能够节省电能，又能够达到较高的照度要求，也避免了因亮度分布不均匀而影响视觉的弊端。另一方面，充分利用自然光，正确选择自然采光。

在厂房的建筑中，应尽可能增大采光窗面积，使光从不同的角度射入厂房。与此同时，充分利用室内受光面的反射性，能有效地提高光的利用率，如白色墙面的反射系数可达到70％～80％，能起到很好的节能作用。

另外，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。

2.2.4 合理的供电方式和线路选择

合理的供电方式和线路选择也是节能的一大措施。照明线路的损耗约占输入电能的4％左右，影响线路损耗的主要因素是供电方式和导线截面。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。设单相二线制损耗为100％，在供电距离和导线截面相等时，两种接线方式的线损比较结果见表1。

表1 不同供电方式下的线路损耗

由表1中得知，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。

结语

综上所述工厂电气的节能潜力很大，应在设计中精心考虑。同时在选用节能的新设备上，应具体了解其原理、性能、效果，从技术、经济上进行比较后，再选定节能设备，以达到真正节能的目的。

参考文献：

[1] 张广平.从节能角度探讨工业厂房电气设计方法[J].科技创新导报，2012

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