电气节能设计的考虑.docx
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电气节能设计的考虑
电气节能设计的考虑
一、有关电气节能的法律、法规与标准的学习与执行
·法律文件《中华人民共和国电力法》，1996年4月1日生效。
·《中华人民共和国节约能源法》，1998年1月1日生效。
·《中华人民共和国可再生资源法》，2006年1月1日生效。
·部门法规：
国家电力监管委员会，《供电营业规则》，2005年2月28日起执行。
·中华人民共和国建设部《民用建筑工程质量监督管理办法》，2006年7月31日起执行。
·《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2005）。
·《绿色建筑评价标准》，（GB／T50378-2006-10-6）。
·《建筑照明设计标准》，（GB50034—2004）。
·《民用建筑节能设计标准》，（JGJ26—95，采暖居住部分）。
·《民用建筑电气设计标准》，（JGJ／T16—92）。
·《城市道路照明设计标准》，（GJJ45—91）。
·《全国民用建筑工程设计技术措施》，电气节能篇2007年。
注：
6、8、9、10、11、12等标准为常用标准。
二、节能标准的特点与要求
1、《节能法》在二十六条条文中规定：
“生产节能产品的单位，应当在产品说明书和产品标志上，如实地注明能耗指标。
”按产品节能制造标准又规定了三部分能效、限定、评价的要求。
（1）能效等级：
有国际先进产品等级，国内先进产品等级，或高效等级的。
产品能效达到2级及以上的产品可以取得“节能认证”标志；能效低于限定值以下为淘汰产品。
（2）能效限定值：
这是国家对生产厂家的产品最低能效值的要求。
能效值低就属于国家的淘汰产品，禁止在市场上出售。
（3）节能评价要求：
是属于推荐性的指标，是开展节能产品认证的技术依据。
2、在《建筑照明设计标准》内订出了照明节能设计的评价标准，这个标准是以照明功率密度值（LPD）来计算，单位是W／m2。
照明功率密度值又分“现行值”和“目标值”来执行。
现行值是从本标准实施之日起执行，为“能效限定指标”，具有施行的强制性。
它决定评价在照明设计节能方面是否“合格”或达标。
目标值执行日期由主管部门决定，它为节能“推荐性指标”，是目前要求比较高一些的节能标准，是评价优秀节能设计的依据。
（1）LPD值的计算：
它是规定一个房间或场所的照明功率密度最大允许值，设计中实际计算的LPD值不应超过标准规定值。
计算如下：
LPD=∑P/S=∑（PL+PB）/S（W/m2）····························
（1）
中：
P——单个光源的输入功率（包括配套的镇流器）（W）；
PL——单个光源的额定功率（W）；
PB——光源配套镇流器的功率损耗（W）；
S——房间或场所的面积（㎡）。
照明设计时，应逐个房间或场所按使用条件确定照明标准，选出光源、灯具、镇流器类型、规格、计算平均照度，使之符合规定的照度标准值，并使计算照度偏差不超过±10％，再按
（1）式计算LPD值，和规定的LPD值（现行值）对比，不超过规定值即符合要求。
如果超过规定，应调整方案，直至符合规定为止。
有的设计人不作照度计算，将规定的值LPD限值当作单位面积安装功率，算出光源数量，是不对的。
这样设计的结果，虽然符合LPD限值标准，但却不知道照度是多少。
有两种情况是必须说明的：
一种是选择的光源器材效率低，照度达不到标准，另一种是选择了很高效的光源器材，计算的照度可能超过标准值较多，这样又浪费了电能。
（2）引用平均照度Eav的计算来降低LPD值的情况
Eav=N·Ф·UF·K/δ（LX）···························
（2）
式中：
N——光源个数；
Ф——单个光源额定光通量（1m）；
UF——照明器的利用系数，一般取0.4—0.6；
K——维护系数，一般取0.6—0.8（也称减光系数）；
UF和K，因房间的大小，光源的高度，灯具的型式，光源的配光，使用场所等的不同而异，在具体设计时，可依据厂家的样本，按各个照明灯具求出；对一般办公室、起居室等大致可取UF=0.4～0.6，K=0.6～0.8，UF×K≠1.0～1.3进行计算。
S——房间或场所的面积（m2）。
光源的光效ns（含镇流器）为：
ηS=Ф/P···································（3）
将
（1）式和（3）式代入
（2）式，经变换得出：
LPD=Eav/ηS·UF·K··································（4）
从（4）式可以清楚地看出，要降低LPD值应采取以下措施：
①首先要提高光源的光效ns，包括降低镇流器功率；
②是提高利用系数帅，就是要选用效率高的灯具，以及房间室形相适应的灯具配光，并注意房间顶棚、墙壁的反射比；
③合理确定照度标准值。
设计中，计算照度尽量控制在标准值范围内，不要超过110％。
只要精心设计，优化设计方案，定能实现规定的LPD指标，为节能做出贡献。
三、照明节能的具体考虑
照明节能是电气设计中节能的重点，建筑照明设计标准中提出将照明功率密度作为照明节能的评价标准，并规定办公、商店、旅馆、医院、住宅以及工业建筑的照明以功率密度作为强制性的规定，设计时必须执行，设计时可以从光源、灯具或光源配件，灯具安装的布置和控制等方面按节能要求作出选择或提出限制性要求。
1、细管径直管荧光灯的选用
（1）使用于层高不高的房间（4.5m以下），如办公楼、商店、教室、会议室、图书馆、公共场所以及仪表、电子等生产车间；
（2）直管荧光灯选用细管径型（≤26mm），有条件时选用直管稀土三基色细管荧光灯，以达到光效高、寿命长、显色性好的要求；
（3）在照度相同的条件下，可采用紧凑型荧光灯取代白炽灯，以节约电能。
下列场所可采用白炽灯，但尽量减少白炽灯的使用量：
①要求瞬时启动和连续调光的场所，或使用其它光源技术不经济时；
②对防止电磁波干扰要求严格的场所；
③开关灯频繁的场所；
④照度要求不高，且照明时间较短的场所；
⑤对装饰有特殊要求的场所。
按照建筑照明设计标准规定，选用细管径直管荧光灯，灯管直径26mm的T5及T8灯管，而不是传统的管径38mm的T12灯管，因为T8、T5比T12光效高，节能，特别是降低了荧光粉用量，延长了寿命，符合环保要求。
三基色荧光灯是用稀土元素作为发光材料，研制出稀土三基色荧光粉并根据红、绿、蓝三种基本色，配制出可见光普范围内所有的颜色，根据照明条件的要求，调节荧光粉的比例，可以生产不同色温的灯管。
目前，稀土三基色荧光粉主要用于生产紧凑型节能灯和细管径荧光灯，其发光效率高达110Lm／w。
这种新光源与金属卤化物灯和高压钠灯已成为当今人类的第三代光源。
稀土元素一般是指元素周期表中原子序数为57到71的15个镧系金属元素。
采用稀土元素作为发光材料，是根据稀土元素谱线特征，将稀土金属元素生成碘化物，填充到气体放电灯发光管内，使管灯达到理想的发光效果。
在稀土金属元素中，如镝、钬、铥、铒、铈、钕等元素的光谱在整个可见光区域内具有十分密集的谱线，这些谱线的间隙非常小，看起来光谱似乎是连续的。
因此，采用稀土元素作为发光材料制成的金属卤化物灯，能产生很好的显色性和较高的发光效率。
但是，三基色灯管价格高，比卤粉灯管大约贵1.2—1.4倍，成为推广应用的主要障碍。
然而，由于三基色灯管光效高，在相同房间和相同照度要求下，同功率卤粉管要高75％，就初建投资来说，虽然灯管费用增加了，而使经常维护费有所降低。
所以，应该无条件使用三基色灯管取代卤粉灯管。
表一四种T8直管荧光灯的主要参数和经济技术比较
灯管主要技术参数
同房间、同照度时设计的
灯管数
初建费用（元）（不含配电部分）
年运行维护费（元）
类型
功率
（W）
相关
色温
（K）
Ra
光通量
（lm）
平均
寿命
（h）
灯管费用
灯具
（含镇流器）
费用
合计
比较
（%）
电费
（元）
灯管
更换费
合计
（元）
比较
（%）
卤粉
灯管
36
6200
72
2500
8000
100
800
15000
15800
100
8640
400
9040
100
同上
36
4100
63
2850
8000
88
704
13200
13904
88
7603
352
7955
88
三基色灯管
36
4000
85
3350
12000
75
1350
11400
12750
80.7
6480
450
6930
76.7
同上
18
4000
85
1350
12000
185
2405
18600
21005
132.9
8436
806
9242
102.2
注：
本表编制条件（参考值）；
①灯管价：
卤粉管每支8元，36W三基色管18元，18N三基色管13元；
②按双管灯具，含电子镇流器及安装费，每套300元，2×18W的每套200元；
③电价（含基本电费）：
0.6元/kW·h；
④年利用小时数：
4000h；
⑤灯管加电子镇流器功率：
36W管按36W，18N管按19W。
表二T5型高效荧光灯与T8型荧光灯特性比较
型号
灯管直径
（mm）
平均寿命
（h）
光通量
（lm）
灯管+
镇流器功率
（W）
功率因数
（COSФ）
频闪
深度
显色
指数
工作电流
（A）
T5（28W）
16
12000
2700
28+4=32
≥0.98
≤10%
85
0.15
T8（36W）
28
8000
2400
36+7=43
0.5
55%
70
0.5
T12（40W）
38
2400
40+8=48
0.5
70
0.4
2、金属卤化物灯的选用
（1）一般室内空间高度高于5m且对显色性有一定要求时，宜采用金属卤化物灯；
（2）体育馆的比赛场地，因对照明质量与照度水平及光效有较高的要求，宜采用金属卤化物灯，商场的营业厅也可用小功率的金属卤化物灯；
（3）陶瓷金属卤化物灯比石英金属卤化物灯有更好的显色性、寿命长、光效高，是用于商业场所的重点照明，但要根据工作位置的水平和垂直空间选择合适类型的灯具。
金属卤化物灯它与高压汞灯类似，区别在于玻璃壳上没有荧光粉涂层，放电管中除有汞和氩气之外，还加了某些金属卤化物。
当放电管工作时，管壁温度很高（700—1000℃），管内金属卤化物被气化，并向电弧中心扩散，在接近电弧中心高温（约6000K）处，被分解为金属和卤素原子。
金属卤化物灯尺寸小，功率大，发光效率高（70—100Lm/w），光色好，它可以制成白色、日光色，或蓝、绿、红彩色灯。
但寿命比高压汞灯低，具体性能参数详见产品说明。
3、高压钠灯的选用
（1）高度较高的工业厂房，应按照生产使用要求，采用高压钠灯或金属卤化物灯，也可采用大功率细管径荧光灯。
（2）高压钠灯的发兴特性与灯内的钠蒸气压有关。
标准高压钠灯光效高，显色性较差，适用于显色性无要求的场所。
（3）有调光要求时，高压钠灯也可进行调光，光输出可以调至正常值的一半，系统的功率减少到正常值的65%。
高压钠灯在发光管内除了充有适量的汞和惰性气体氩或氙以外，并加入过量的钠，工作时钠的激发电位比汞低得多，故放电管以钠的放电发光为主，发光效率较高。
随着钠蒸气加力增高，共振谱线加宽，光色也得到改善，呈全白色。
低压钠灯以黄色为主，显色性很差，但它透雾性较好。
发光效率很高可达130—150Lm/w，而高压钠灯光谱较为连续，显色性稍好些。
各种常用照明电光源特性比较如下表：
表三常用照明电光源的主要特征比较
特性参数
白炽灯
卤钨灯
荧光灯
荧光高压汞灯
高压钠灯
金属卤化物灯
额定功率（W）
15～1000
5002000
6～125
50～1000
35～1000
125～1000
光效（lm/W）
7～19
2025
40～90
32～53
70～100
55～110
平均寿命（h）
1000
10001500
1500～5000
3500～6000
16000～24000
3000～10000
一般显色指数
99～100
70～90
30～40
20～25
60～85
色温（K）
2400～2900
3000～3200
3000～6500
4400～5500
2000～4000
4300～7000
功率因数
1.0
0.33～0.7
0.440.67
0.44
0.44～0.6
频闪效益
不明显
明显
4、发光二极管LED的选用
（1）用于景观照明：
在城市休闲空间，如路径、楼梯、园艺、滨水地带进行照明。
对于花卉或矮小灌木可以使用LED作为光源进行照明以及建筑物照明等。
与城市街道、广场能很好的有机结合，也能方便进行调节。
（2）标识与指示性照明：
需要进行空间限定和引道的场所，如紧急出口的指示照明，用于埋地或嵌入垂直墙的示灯，购货中心内楼层的引导灯，影剧院观众厅内的地面引导灯或座椅侧面的指示灯。
（3）为室内装修作为辅助照明：
由于光源设有热量，紫外线和红外线辐射，对展品或商品不会产生损害，在餐饮建筑中及其他彩色装饰墙面应用的不少。
（4）照明领域采用LED作为光源在很大程度上是因为LED本身节能，使整个照明工程达到节约能源的目的。
它是一种新型节能光源，与传统光源相比有许多优点：
①效率高由于LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，效率可达到80%—90%
②光线质量高由于光谱中几乎没有紫外线和红外线，故设有热量也设有辐射，LED属于典型的“绿色照明光源”。
③光色纯它与白炽灯全频光谱不同，典型的LED光谱狭窄，发出的光线很纯。
④能耗低单体LED的功率一般在0.05—1W，通过集群方式可以满足不同要求，很少浪费。
⑤寿命长理论上，光通量衰减到70%的标称寿命为10万小时。
⑥可靠耐用LED设有钨丝等容易损坏的部件，非正常报废的很少，维护费用低。
⑦应用灵活LED体积小，可平面封装，易开发成轻薄短小的产品及做成点、线、面等各种形式的产品。
⑧绿色环保不像荧光灯含有汞，它的废弃物可回收，没有污染。
因有上述优点，使得LED在照明领域应用越来越多。
（5）LED的电气特性：
将LED应用于照明领域，还必须考虑到LED的电气特性。
从它的工作原理和电参数可知该器件具有？
下电气特性：
①LED是直流器件，必须直流电源供电，LED工作时，其压降很低（10V以下）：
②LED是非线性的负阻器件，必须用具有线性特性的正阻器限制并稳定它的工作电流，否则，将会影响其性能和使用寿命，它对温度非常敏感，当温度升高时，其性能、寿命将会降低；
③LED的功率较低，作为灯具光源，必须首先将交流电降低并变成稳定的直流电，再由适当的器件组成控制电路向LED提供稳定的直流工作电流。
这套转换电路叫做驱动电路。
（驱动电路主要功能是将交流电压转变为直流电压，同时完成与LED的电压和电流的匹配）。
④LED驱动电路稳定性，LED作为光源应用在照明领域中，往往是由几十只甚至几百只发光二级管通过并联、串联组合成一个照明系统。
因此，在设计LED灯具时，驱动电路的选择至关重要。
驱动电路不稳定将引起LED的电流过强或过弱的现象，电流过强会引起LED的衰减，电流过弱会影响LED印的发光强度。
所以，只有采用恒流驱动电路才能保证LED印灯具的可靠性和寿命。
四、灯具的选择
灯具效率的高低以及灯具配光的合理配置，对提高照明能效同样有不可忽视的影响。
但是，提高灯具效率和光的利用系数，涉及的问题比较复杂，它和控制眩光、灯的防护（防水、防尘、防爆等）及装饰美观要求等有很大的矛盾，必须合理协调，兼顾各方面的要求。
对于提高照明系统的效率达到照明节能的目的，不仅要合理选用高效光源，同时也要选用高效灯具，灯具的选用应符合下列规定：
（1）灯具高挂时宜采用敞开式结构的灯具；而低吊的灯具可用封闭式结构。
（2）除装饰需要外，应优选用直射光通比例高、控光性能合理的高效灯具。
灯具的结构和材质应易于维护清洁和更换光源。
（3）除建筑装饰灯具外，室内用灯具效率不宜低于0.7，装有遮光格栅式不低于0.6。
室外用灯具效率不宜低于0.5，室外投光灯灯具效率不宜低于0.6。
（4）有吊顶的办公室将照明灯具与空调风口结合设置，以保证最佳的光通量输出。
（5）应按照室形指数（Ri）选用配光合理的灯具，可按下表选择：
表四按室形指数选择灯具
室形指数（Ri）
灯具最大允许距离比
灯具配光种类
0.5～0.8
0.5～1.0
窄配光
0.8～1.75
0.8～1.5
中配光
1.75～5.0
1.5～2.5
宽配光
（6）对于气体放电光源，电器附件的耗电量也不应该轻视。
一般经验估算在照明系统总耗电量的10%～20％。
气体放电灯的附件主要是指所用的电子镇流器和电感镇流器相互比较耗电情况。
对高性能电子镇流器的优点如下：
①功率因素高大于或等于0.95，只有3％左右的无功损耗，无功节电45%以上；谐波含量小，使输出电流波形畸变小，对电网无污染，还可减少供电设备容量。
②发光效率高电子镇流器是高频激励，使荧光灯发光效率一般在70Lm／w。
③启动快速可靠它是用高频高压气体产生辉光放电，即使在-25℃的低温，120v的低电压下，也能使灯管点燃，且可一次快速可靠地启动。
④无噪声、无频闪、体积小、重量轻。
⑤节电效果显著电子镇流器工作频率为25—50HZ，灯管在高频下发光效率比工频高10％，灯管的亮度就有所提高。
它的自身功率损耗仅为2—4W左右。
它的寿命约在1万小时。
造价每只50—60元。
电感镇流器有两类。
一类为传统电感镇流器，另一类为节能型电感镇流器。
传统的电感镇流器自身功率损耗约占灯功率的20％；节能型电感镇流器自身功率损耗约占灯功率的12％。
荧光灯用节能型电感镇流器按工作原理可分为带启动器的顶热式和不带启动器的快速启动式及瞬时启动式。
节能型电感镇流器型号规格、参数、外形尺寸详见各厂家产品介绍。
五、照明控制系统
1、照明控制系统的实用性：
照明控制系统根据需要确定控制功能，选择切实可行的要求，节能和节省设备投资。
这些功能包括：
（1）控制器能根据需要调控不同类型的光源灯，而且有良好的性能；
（2）能满足现场操作控制的各种控制界面；
（3）与其他设备进行互连的各种输入口输出接口；
（4）方便直接或直观的调试口监测软件。
2、系统的经济性：
照明控制系统的经济性反映在系统的初始投资和系统运行后的节省电能，降低维护运行费用方面。
（1）由于照明控制性能特点改善了照明灯的运行工作条件，从而延长了灯的使用寿命，减少换灯的数量，降低维护费用。
（2）通过对照明的工作状况做到科学的管理和控制，才可能节省电能。
六、有关电气设备节能的选择
1、选用低损耗变压器
目前，我国的10—35KV中小型变压器，其产品选用化质的硅钢片，450全斜接缝，粘带和刚带帮托，新材料和新工艺的绕组，大大降低了变压器的空载和负载损耗，并有体积小、重量轻等优点，应该首先采用。
过去几年里，由于增加变压器的容量就要增加“电费补贴”，故将变压器的负载设计在80％以上，无形中就加大了变压器的热能损耗。
为了保证变压器的经济运行，变压器负荷率一般其容量为65%～70％为好。
2、高压开关柜用弹簧操作机构
随着真空断路器和六氟化硫断路器的普遍应用及弹簧操作机构质量的提高，这两种断路器配备的弹簧机构得到了广泛运用，节省了很多的电能。
CT12弹簧操作机构储能电动机功率只有450W，当电压110V时，合闸线圈电流小于9.5A；220V时合闸线圈电流小于弘，分励脱扣器电流分别小于2.5A和1.2A。
由此看来，弹簧操作机构节能效果显而易见。
七、电缆、电线
正确选择电缆、电线的线径的节能潜力也很大。
除了要遵守《低压配电设计规范》（GB50054—95）外，建议不能超过断路器整定电流值所对应电缆、电线截面的两极。
因为断路器接线端子是标准的，导线截面太大，端子压不下。
八、力求三相电流平衡，降低节能电热损耗
三相负荷不平衡，容易造成某一相电流过大，使其导线温度升高，特别是接线端子处过热，长期运行导线节点造成氧化、电阻增大，导电叫生能受影响，甚至使断路器频繁跳闸。
如果设计中仔细计算负荷，把三相负荷调至平衡，就可避免上述情况的发生。
九、消除电路里的高次谐波，开发利用新能源等。
具体迁涉到某工程需要考虑时，应做好方案比较。
注：
本表编制条件（参考值）；
①灯管价：
卤粉管每支8元，36W三基色管18元，18N三基色管13元；
②按双管灯具，含电子镇流器及安装费，每套300元，2×18W的每套200元；
③电价（含基本电费）：
0.6元/kW·h；
④年利用小时数：
4000h；
⑤灯管加电子镇流器功率：
36W管按36W，18N管按19W。
表二T5型高效荧光灯与T8型荧光灯特性比较
型号
灯管直径
（mm）
平均寿命
（h）
光通量
（lm）
灯管+
镇流器功率
（W）
功率因数
（COSФ）
频闪
深度
显色
指数
工作电流
（A）
T5（28W）
16
12000
2700
28+4=32
≥0.98
≤10%
85
0.15
T8（36W）
28
8000
2400
36+7=43
0.5
55%
70
0.5
T12（40W）
38
2400
40+8=48
0.5
70
0.4
2、金属卤化物灯的选用
（1）一般室内空间高度高于5m且对显色性有一定要求时，宜采用金属卤化物灯；
（2）体育馆的比赛场地，因对照明质量与照度水平及光效有较高的要求，宜采用金属卤化物灯，商场的营业厅也可用小功率的金属卤化物灯；
（3）陶瓷金属卤化物灯比石英金属卤化物灯有更好的显色性、寿命长、光效高，是用于商业场所的重点照明，但要根据工作位置的水平和垂直空间选择合适类型的灯具。
金属卤化物灯它与高压汞灯类似，区别在于玻璃壳上没有荧光粉涂层，放电管中除有汞和氩气之外，还加了某些金属卤化物。
当放电管工作时，管壁温度很高（700—1000℃），管内金属卤化物被气化，并向电弧中心扩散，在接近电弧中心高温（约6000K）处，被分解为金属和卤素原子。
金属卤化物灯尺寸小，功率大，发光效率高（70—100Lm/w），光色好，它可以制成白色、日光色，或蓝、绿、红彩色灯。
但寿命比高压汞灯低，具体性能参数详见产品说明。
3、高压钠灯的选用
（1）高度较高的工业厂房，应按照生产使用要求，采用高压钠灯或金属卤化物灯，也可采用大功率细管径荧光灯。
（2）高压钠灯的发兴特性与灯内的钠蒸气压有关。
标准高压钠灯光效高，显色性较差，适用于显色性无要求的场所。
（3）有调光要求时，高压钠灯也可进行调光，光输出可以调至正常值的一半，系统的功率减少到正常值的65%。
高压钠灯在发光管内除了充有适量的汞和惰性气体氩或氙以外，并加入过量的钠，工作时钠的激发电位比汞低得多，故放电管以钠的放电发光为主，发光效率较高。
随着钠蒸气加力增高，共振谱线加宽，光色也得到改善，呈全白色。
低压钠灯以黄色为主，显色性很差，但它透雾性较好。
发光效率很高可达130—150Lm/w，而高压钠灯光谱较为连续，显色性稍好些。
各种常用照明电光源特性比较如下表：
表三常用照明电光源的主要特征比较
特性参数
白炽灯
卤钨灯
荧光灯
荧光高
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