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【摘 要】随着我国社会经济的快速发展，城市化进程的加快，我国已成为能源消耗大国，建筑能耗在总能耗中的比重日益增大，约占社会总能耗的27%以上，是发达国家平均建筑能耗的3～4倍，而且还在以每年1个百分点的速度增加。因此，合理利用电能并采取切实有效的节电措施势在必行。本文在阐述了工业厂房电气节能设计的必要性后，基于节能角度，从配电系统、照明节能、电机拖动系统等多个方面入手对工业厂房电气节能设计的主要内容进行归纳总结。
【关键词】节能设计；配电系统；照明系统；电气设备
工业厂房电气节能设计主要内容：○1配电系统节能设计，包括详细负荷统计计算、无功动态补偿策略和谐波综合治理方案设计、以及变配电设备优化节能选型设计等；○2照明系统节能设计，包括照明系统设计、照明灯具匹配节能设计、照明控制系统系统、以及照明联动节能控制系统设计等；○3电气设备节能设计，包括电机拖动系统、空调系统、给排水系统、升级电梯等电气设备的节能设计；○4新能源综合利用节能设计，包括太阳能发电、风力发电、水源热泵、热电冷三联供系统等节能系统设计。
据统计，2011年我国总用电量约46900亿千瓦时，其中照明耗能占到电力总能耗的1/6。面对这个庞大的数字，适时开展照明节能工作显得尤为重要。作为一项系统工程，工业建筑照明能效的提高不仅能较大幅度地降低能源消耗，有效缓解电力供应紧张局面，而且还会在一定程度上降低企业的用电支出成本。一般工业厂房具有大柱网、大跨度、内含无自然采光空间等特点，基于工业厂房的特殊性，选择合适的照明方式，做到建筑电气照明设计的合理优化对工业厂房照明节能而言至关重要。
为衡量建筑各功能分区照明节能评价指标，《建筑照明设计标准》（GB50034-2004）引入了照明功率密度指标，即LPD，并将其规定为强制性条文。工业厂房的照明系统节能设计首先要满足厂房高度、色温和显色指数的要求，然后从以下几个方面综合考虑：
其一，优选高效节能型变压器，实现变压器的经济运行。工业厂房配电系统中，配电变压器是重要的电能转换和分配设备，但其自身又是一个能源消耗设备，不仅为配电系统提供电能，而且变压器自身也存在空载损耗和负载损耗，在配电变压器在实际运行过程中会吸收一部分能耗。因此，合理选择变压器的容量和型号是提高配电变压器电能转换率、降低运行能耗的重要措施。对于高效节能型变压器而言，其空载损耗和负载损耗也
其二，合理选择无功补偿策略。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。随着化工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。由于单相分补的投资较大，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、三相相互结合共补的无功补偿方式。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，在石化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。
其三，合理选择电缆经济截面。在《建筑节能设计统一技术措施（电气）》一书中明确指出供配电线路在满足电压损失和短路热稳定的前提下，如果其年最大负荷运行时间Tmax<4000h时，可以按照导体载流量选择导线截面；如果4000h≤Tmax<7000h时，宜按电缆经济电流密度进行电缆截面选择；如果Tmax≥7000h时，电缆截面应严格按照经济电流密度进行合理选择。在电缆型号选择时，应优选电阻率较小的铜芯线；应合理布设电缆走向，建设导线敷设长度。另外，在电气节能设计时，对于长期处于载流工况的电缆截面应适当放大一级，以便于与保护装置配合和为工厂后期扩容扩建提高便捷有利条件。
②照明系统节能设计
进行照明设计要充分考虑对自然光的合理利用。在满足建筑节能设计的同时，加大建筑外窗和单层厂房屋面安装采光板就很好地解决了这个问题。对于一些高大的工业厂房可以采用一般照明加局部照明的设计方案，既满足了建筑对一般照明的基本要求，又能照顾到局部加工作业队照明的需求。在工业厂房电气节能设计时，应优选高效节能的照明光源，如T5显色性能好的新式节能荧光灯和紧凑型荧光灯，并配装电子镇流器或节能型电感镇流器。近些年，LED照明技术发展迅速，其没有频闪、显色性高，同样亮度下LED耗能仅为普通白炽灯的1/10，荧光灯管的1/2。从已投产的工程案例来看，这种新型的照明设施已取得了良好的经济效益。常规电感镇流器其耗电量大约在灯具功率的20%以上，且其功率因数仅为0.4～0.5。新型节能型电子镇流器不仅其自身运行能耗较低，而且其功率因数高达0.9以上，大大降低了照明灯具线损，同时灯具在运行过程中无功损耗较小，配电系统供电质量得到有效提高。另外，照明控制系统优化设计也是工业厂房电气节能设计的研究重点，采取智能节能照明控制系统可以根据厂房实际用电需求，灵活控制照明灯具组合方案，按照时控、光控、自控、手控等多种组合方案，达到灯具的合理调节控制，达到降压限压幅度，节能效果十分明显。
③电气设备节能设计
电机耗电大约占整个工业厂房耗电的90%以上，而且大多数电机其电能利用效率较低，存在很大的节能降耗潜力。对于200kW以下从经济角度应优选低压电机，对于355kW以上只有高压电机；而对于200kW～355kW范围的电机应从技术、经济、运行能耗等多个角度进行综合评估，以选取合适的电机功率。另外，随着电力电子元器件不断降低以及变频调速控制技术日趋完善，应结合工业厂房电机拖动系统的实际情况采用变频调速、软启动等先进控制措施对电机拖动系统进行节能降耗技术升级改造，以达到节能降耗的目的。
参考文献：
邹苗：《工业厂房电气节能设计探析》[J]科技资讯，2011（36）
王鑫：《论述建筑电气设计中的节能措施及安全性》[J]商品与质量，2011（S2）
[3]刘憬新：《工业电气设计在电气节能方面应注意的一些问题》[J]现代建筑电气，2011（08）
【关键词】节能设计；配电系统；照明系统；电气设备
一、工业厂房电气节能设计的意义及内容
想要减轻能源供需不足的矛盾、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的可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，有效提高有限能源资源的利用率，充分发挥能源的应用价值。石化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师研究的重要课题。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，为企业又好又快发展提供重要的技术支撑。工业厂房电气节能设计主要内容：○1配电系统节能设计，包括详细负荷统计计算、无功动态补偿策略和谐波综合治理方案设计、以及变配电设备优化节能选型设计等；○2照明系统节能设计，包括照明系统设计、照明灯具匹配节能设计、照明控制系统系统、以及照明联动节能控制系统设计等；○3电气设备节能设计，包括电机拖动系统、空调系统、给排水系统、升级电梯等电气设备的节能设计；○4新能源综合利用节能设计，包括太阳能发电、风力发电、水源热泵、热电冷三联供系统等节能系统设计。
二、基于节能角度下的工业厂房电气设计要点
①配电系统节能设计据统计，2011年我国总用电量约46900亿千瓦时，其中照明耗能占到电力总能耗的1/6。面对这个庞大的数字，适时开展照明节能工作显得尤为重要。作为一项系统工程，工业建筑照明能效的提高不仅能较大幅度地降低能源消耗，有效缓解电力供应紧张局面，而且还会在一定程度上降低企业的用电支出成本。一般工业厂房具有大柱网、大跨度、内含无自然采光空间等特点，基于工业厂房的特殊性，选择合适的照明方式，做到建筑电气照明设计的合理优化对工业厂房照明节能而言至关重要。
为衡量建筑各功能分区照明节能评价指标，《建筑照明设计标准》（GB50034-2004）引入了照明功率密度指标，即LPD，并将其规定为强制性条文。工业厂房的照明系统节能设计首先要满足厂房高度、色温和显色指数的要求，然后从以下几个方面综合考虑：
其一，优选高效节能型变压器，实现变压器的经济运行。工业厂房配电系统中，配电变压器是重要的电能转换和分配设备，但其自身又是一个能源消耗设备，不仅为配电系统提供电能，而且变压器自身也存在空载损耗和负载损耗，在配电变压器在实际运行过程中会吸收一部分能耗。因此，合理选择变压器的容量和型号是提高配电变压器电能转换率、降低运行能耗的重要措施。对于高效节能型变压器而言，其空载损耗和负载损耗也
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相对较小，SCB10-630KVA/10KV变压器的铁损和铜损比S7-1250KVA/10KV变压器分别低8%和25%。而变压器的经济运行是指变压器负载最大时，变压器的有功损耗降到最低，此时负载率成为经济负载率（一般≤85%），变压器工作最为经济节能，效率最高。其二，合理选择无功补偿策略。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。随着化工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。由于单相分补的投资较大，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、三相相互结合共补的无功补偿方式。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，在石化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。
其三，合理选择电缆经济截面。在《建筑节能设计统一技术措施（电气）》一书中明确指出供配电线路在满足电压损失和短路热稳定的前提下，如果其年最大负荷运行时间Tmax<4000h时，可以按照导体载流量选择导线截面；如果4000h≤Tmax<7000h时，宜按电缆经济电流密度进行电缆截面选择；如果Tmax≥7000h时，电缆截面应严格按照经济电流密度进行合理选择。在电缆型号选择时，应优选电阻率较小的铜芯线；应合理布设电缆走向，建设导线敷设长度。另外，在电气节能设计时，对于长期处于载流工况的电缆截面应适当放大一级，以便于与保护装置配合和为工厂后期扩容扩建提高便捷有利条件。
②照明系统节能设计
进行照明设计要充分考虑对自然光的合理利用。在满足建筑节能设计的同时，加大建筑外窗和单层厂房屋面安装采光板就很好地解决了这个问题。对于一些高大的工业厂房可以采用一般照明加局部照明的设计方案，既满足了建筑对一般照明的基本要求，又能照顾到局部加工作业队照明的需求。在工业厂房电气节能设计时，应优选高效节能的照明光源，如T5显色性能好的新式节能荧光灯和紧凑型荧光灯，并配装电子镇流器或节能型电感镇流器。近些年，LED照明技术发展迅速，其没有频闪、显色性高，同样亮度下LED耗能仅为普通白炽灯的1/10，荧光灯管的1/2。从已投产的工程案例来看，这种新型的照明设施已取得了良好的经济效益。常规电感镇流器其耗电量大约在灯具功率的20%以上，且其功率因数仅为0.4～0.5。新型节能型电子镇流器不仅其自身运行能耗较低，而且其功率因数高达0.9以上，大大降低了照明灯具线损，同时灯具在运行过程中无功损耗较小，配电系统供电质量得到有效提高。另外，照明控制系统优化设计也是工业厂房电气节能设计的研究重点，采取智能节能照明控制系统可以根据厂房实际用电需求，灵活控制照明灯具组合方案，按照时控、光控、自控、手控等多种组合方案，达到灯具的合理调节控制，达到降压限压幅度，节能效果十分明显。
③电气设备节能设计
电机耗电大约占整个工业厂房耗电的90%以上，而且大多数电机其电能利用效率较低，存在很大的节能降耗潜力。对于200kW以下从经济角度应优选低压电机，对于355kW以上只有高压电机；而对于200kW～355kW范围的电机应从技术、经济、运行能耗等多个角度进行综合评估，以选取合适的电机功率。另外，随着电力电子元器件不断降低以及变频调速控制技术日趋完善，应结合工业厂房电机拖动系统的实际情况采用变频调速、软启动等先进控制措施对电机拖动系统进行节能降耗技术升级改造，以达到节能降耗的目的。
参考文献：
邹苗：《工业厂房电气节能设计探析》[J]科技资讯，2011（36）
王鑫：《论述建筑电气设计中的节能措施及安全性》[J]商品与质量，2011（S2）
[3]刘憬新：《工业电气设计在电气节能方面应注意的一些问题》[J]现代建筑电气，2011（08）