由于人口的 快速增長，工業(yè)的迅速發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，能源的消耗也呈現(xiàn)出急劇增加的趨勢，能源供應(yīng)壓力越來越大。近些年，黨中央、國務(wù)院高度重視能源的節(jié) 約問題，并出臺了一系列關(guān)于節(jié)約能源的政策，提出了建設(shè)“資源節(jié)約型”社會的偉大目標(biāo)，大力推廣“節(jié)能省地”型建筑。在“十一五”規(guī)劃綱要中，首次將建筑 節(jié)能工程列入國家十大節(jié)能工程，節(jié)約能源已成為每位公民應(yīng)盡的責(zé)任和義務(wù)。
1. 供配電系統(tǒng)的節(jié)能
供 配電系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)在滿足可靠性、經(jīng)濟性及合理性的基礎(chǔ)上，提高整個供配電系統(tǒng)的運行效率，并盡量降低建筑物的單位能耗和系統(tǒng)損耗。根據(jù)負(fù)荷容量、供電距離及 分布、用電設(shè)備特點等因素合理設(shè)計供配電系統(tǒng)，做到系統(tǒng)盡量簡單可靠、操作方便，同一電壓供電系統(tǒng)變配電級數(shù)不宜多于兩級。變配電所應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心， 以縮短配電半徑減少線路損耗。合理選擇變壓器的容量和臺數(shù)，以適應(yīng)由于季節(jié)變緩造成負(fù)荷變化時能夠靈活投切變壓器， 實現(xiàn)經(jīng)濟運行，減少由于輕載運行造成的不必要電能損耗。
1.1 供電方案
針對電氣系統(tǒng)構(gòu)成做全方位的節(jié)能分析，在安全、可靠的前提下，供配電系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)將節(jié)能作為主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)進(jìn)行多方案比較，優(yōu)化設(shè)計方案，改進(jìn)機電設(shè)備經(jīng)濟運行方式，提高變配電系統(tǒng)節(jié)能運行的實效性。
圖1和圖2所示是一個住宅小區(qū)的供配電方案比較。第一方案是采用兩臺1 000kVA的 變壓器集中設(shè)置變電所，變電所距用電負(fù)荷較遠(yuǎn)，外部低壓電纜出線回路多，線路長，投資高，運行費用大，高低壓設(shè)備一次投資較??；第二方案是將兩臺大容量的 變壓器分解為若干容量較小的變壓器，以箱式變電站的型式供電，使變配電設(shè)施盡可能地接近負(fù)荷中心。該方案高低壓設(shè)備一次投資大，供電可靠性高，且運行費用 低。其運行時間越長，節(jié)能效果就越明顯，但該方案由于箱變接近用電負(fù)荷中心，布置分散，管理起來不太方便，且占地多。綜合比較以上兩方案，建議在條件允許 時優(yōu)先選用第二方案。
圖1 某住宅小區(qū)的供配電方案一
圖2 某住宅小區(qū)的供配電方案二
1.2 負(fù)荷計算的合理性
電氣設(shè)計一般根據(jù)工程使用性質(zhì)，設(shè)備選用情況等進(jìn)行負(fù)荷計算，得出計算負(fù)荷后，選擇相應(yīng)的電氣產(chǎn)品。計算負(fù)荷是一個假想的持續(xù)性負(fù)荷，其熱效應(yīng)與同一時間內(nèi)實際變動負(fù)荷所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等。
負(fù)荷計算的方法有很多種，配電房的負(fù)荷計算一般采用需要系數(shù)法，需要系數(shù)取值是否合理對計算結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。
1.3 變配電設(shè)備的選擇
在 現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范中已對變配電設(shè)備節(jié)能等方面做出規(guī)定，應(yīng)遵照執(zhí)行。人們通常容易追求狹義上的節(jié)能，而能源是各種資源中的一種，如果從廣義上追求節(jié)能，應(yīng)該 與節(jié)約自然資源、社會資源、節(jié)約投資相統(tǒng)一。除了應(yīng)該從系統(tǒng)使用周期內(nèi)分析如何選擇電氣產(chǎn)品以外，還應(yīng)該從使用期前和使用期后的不同角度進(jìn)行更加全面的分 析。如選擇的變壓器絕緣材料在生產(chǎn)和回收時是否更加節(jié)能環(huán)保，利用程度等方面是否合理。
主要變配電設(shè)備必須通過電力負(fù)荷、電能損耗、無功功率補償計算確定。避免出現(xiàn)“大馬拉小車”等浪費現(xiàn)象，并且要在追求節(jié)能的同時，充分利用有限的投資更加切合實際地提高系統(tǒng)的可靠性。
1)變配電設(shè)備的選擇原則
（1）選擇自身功耗低的變配電設(shè)備。
（2）選擇國家認(rèn)證機構(gòu)確認(rèn)的節(jié)能設(shè)備。
（3）選擇符合國家節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的變配電設(shè)備。
（4）變壓器的選擇
據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，我國變壓器的總損耗占系統(tǒng)發(fā)電量的10%左右，10kV供配電系統(tǒng)中，配電變壓器的損耗占80%以上。因此，合理選擇節(jié)能型變壓器對整個供配電系統(tǒng)的節(jié)能起著至關(guān)重要的作用。
變壓器的選擇應(yīng)做到：
（1）應(yīng)選用低損耗、低噪音的節(jié)能變壓器。
（2）根據(jù)各種用電設(shè)備的性質(zhì)，正確進(jìn)行負(fù)荷計算，合理選擇變壓器容量、臺數(shù)、接線方式及運行方式。變壓器負(fù)荷率不應(yīng)低于３０％，宜在７０％~８０％的范圍，并保持三相負(fù)荷平衡分配。
（3）單臺變壓器的容量不宜過大，以避免供電線路過長，增加線路損耗。
變壓器的有功功率損耗如下式表示：△Ｐｂ＝Ｐｏ＋Ｐｋβ２ 其中：
△Ｐｂ——變壓器有功損耗（kＷ）；
?。?sub>ｏ——變壓器的空載損耗（kＷ）；
?。?sub>ｋ——變壓器的有載損耗（kＷ）；
β——變壓器的負(fù)載率。
?。?sub>ｏ部分為空載損耗，又稱鐵損，它是由鐵芯的渦流損耗及漏磁損耗組成，是固定不變的部分，大小隨矽鋼片的性能及鐵芯制造工藝而定。所以，變壓器應(yīng)選用節(jié)能型的，如S11、SL11、SH15及SC10、SCRBH15等型油浸式變壓器或干式變壓器，它們都是采用優(yōu)質(zhì)冷軋取向矽鋼片，由于“取向”處理，使矽鋼片的磁疇方向接近一致，以減少鐵芯的渦流損耗；４５°全斜接縫結(jié)構(gòu)，使接縫密合性好，以減少漏磁損耗。
Ｐｋ是傳輸功率的損耗，即變壓器的線損，決定于變壓器繞組的電阻及流過繞組電流的大小，即與負(fù)載率β的平方成正比。因此，應(yīng)選用阻值較小的繞組，可采用銅芯變壓器。從Ｐｋβ２用微分求它的極值，在β＝５０％處每千瓦的負(fù)載，變壓器的能耗最小。因此，在上世紀(jì)80年代中期設(shè)計的民用建筑，變壓器的負(fù)載率絕大部分在５０％左右，在實際使用中有一半變壓器沒有投入運行，有的設(shè)計人員一直沿襲這種做法。但是，這僅是為了節(jié)能，而沒有考慮經(jīng)濟價值。舉下例可看出其不可取的程度。
SC10-2 000kVA的變壓器，當(dāng)β＝50％時相對于β＝85％時可節(jié)能為Ｐ＝１６．０１×（０．８５２－０．５２）＝７．５６kＷ，按商場最高用電小時計：每天１２h，３６５天全營業(yè)，則總節(jié)約電能：Ｗ＝７．５６×１２×３６５＝３３ １１３kＷ·ｈ。按營業(yè)性電價每度０．７８元計，則每年節(jié)約：33 113×0.78＝25 828元。
按每千瓦的初裝費投資：２ ０００kＶＡ變壓器應(yīng)用于大型民用建筑，必然雙電源進(jìn)線，則初裝費每kＶＡ為２ ２４０元，每年節(jié)能省下的電費只能提供（２５ ８２８／２ ２４０＝１１．５３）１１．５３kＶＡ的初裝費。還有９８８．５kＶＡ的初裝費，加上由于加大變壓器容量而多付的變壓器價格，由于變壓器增加而使出線開關(guān)柜、母聯(lián)柜增加引起的設(shè)備購置費，安裝上述設(shè)備使土建面積增加而引起的土建費用，這是筆相當(dāng)可觀的投資，還沒有計及折舊維護(hù)等費用。由此可見，取變壓器負(fù)載率為５０％是得不償失的。
事實上５０％負(fù)載率僅減少了變壓器的線損，并沒有減少變壓器的鐵損，因此也不是最節(jié)能的措施。計及初裝費、變壓器、低壓柜、土建的投資及各項運行費用， 又要使變壓器在使用期內(nèi)預(yù)留適當(dāng)?shù)娜萘浚儔浩鞯呢?fù)載率應(yīng)在７５％～８５％為宜。這樣也可以做到物盡其用，因為變壓器絕緣的使用年限滿負(fù)荷計為２０ 年，２０年后可能有更好的變壓器問世，這樣就可以有機會更換新的設(shè)備，才能使該建筑總趨技術(shù)領(lǐng)先地位。
在變壓器選擇中，能掌握好上述幾點原則，即滿足節(jié)約能源，又經(jīng)濟合理的原則。
下面再簡單介紹一種正在被積極推廣并將被廣泛應(yīng)用的新型節(jié)能變壓器——非晶合金變壓器。
從上世紀(jì)70年代發(fā)展起來的非晶合金，作為一種高效節(jié)能材料，進(jìn)入90年代后，在配電變壓器上進(jìn)入了實用階段。迄今為止，全球已有200萬臺非晶合金鐵芯變壓器在電網(wǎng)上運行，其中運行時間最長的已達(dá)30余年。實踐證明，非晶合金變壓器性能穩(wěn)定可靠，節(jié)能效果顯著，是配電變壓器理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品。
非晶合金是一種厚度約0.025mm的 特殊軟磁材料，它是一定比例的合金原料在熔融狀態(tài)下經(jīng)過超速冷卻而形成的帶狀金屬。它具有極低的損耗，特別適合用作變壓器的鐵芯。目前非晶合金變壓器分為 油浸式和干式兩種，干式又分為環(huán)氧和浸漬式。非晶合金干式變壓器繼承了傳統(tǒng)干式變壓器的難燃、阻燃、可靠性高及免維護(hù)等優(yōu)點，還具備空載損耗低（比普通S9硅鋼片變壓器低80%左右，比常規(guī)干式變壓器低70%以上）、空載電流下降約80%，且對輸電線路無特殊要求，無論是用電高峰或低谷它都可以連續(xù)節(jié)能。
現(xiàn)以一臺10型1 000kVA普通干式變壓器（售價約為18萬元）為例，相應(yīng)一臺非晶合金變壓器的價格大約為24萬元左右，根據(jù)其節(jié)能效果，經(jīng)綜合比較，大約6年左右即可收回多余成本。考慮銀行利息為6%，不考慮通貨膨脹因素，多投資的部分含利息為7.8萬元，變壓器正常壽命30年，剩余24年節(jié)約費用12.6萬元?？梢姡蔷Ш辖鹱儔浩鞴?jié)能效果和經(jīng)濟性都十分顯著。
1.4 功率因數(shù)補償
功率因數(shù)的補償應(yīng)做到：
1）在配電設(shè)計時，應(yīng)正確選擇變壓器容量、照明燈具等，提高用電單位的自然功率因數(shù)。
2） 當(dāng)自然功率因數(shù)偏低，達(dá)不到電網(wǎng)合理運行的要求時，應(yīng)采用并聯(lián)電容器作為無功補償裝置。
3）低壓部分的無功功率宜由低壓電容器補償，高壓部分的采用高壓無功補償裝置。
4）配電系統(tǒng)中基本無功補償宜在變電所內(nèi)集中進(jìn)行。
5）容量較大，負(fù)荷平穩(wěn)且經(jīng)常使用的用電設(shè)備宜就地補償。
6） 10kV，35kV供電的單位，進(jìn)戶點功率因數(shù)應(yīng)不低于0.9；低壓供電的單位，在進(jìn)行無功補償時，其功率因數(shù)應(yīng)不低于0.85。
有功功率是滿足建筑物 功能所必須的，因此是不可變的。系統(tǒng)中的用電設(shè)備，如電動機、變壓器、線路、氣體放電燈中的整流器都具有電感，會產(chǎn)生滯后的無功功率，需要從系統(tǒng)中引入超 前的無功功率相抵消，這樣超前的無功功率就從系統(tǒng)經(jīng)高、低壓線路傳輸?shù)接秒娫O(shè)備，產(chǎn)生了有功損耗，而這部分損耗是可以想辦法改變的，其措施是，提高設(shè)備的 自然功率因數(shù)，以減少對超前無功的需求，可采用功率因數(shù)較高的同步電動機；采用電感鎮(zhèn)流器的氣體放電燈，單燈安裝電容器等，都可使自然功率因數(shù)提高到 ０．８５～０．９５，這就可減少系統(tǒng)的超前無功功率。
由于感抗產(chǎn)生的是滯后的無功，可采用電容器補償，因為電容器產(chǎn)生的是超前的無功，兩者可以相互抵消，即Ｑ＝ＱＬ－ＱＣ，因此無功補償，可以提高功率因數(shù)，因而也減小了無功的需求量。
目前，建筑設(shè)計中，絕大部分采用變壓器低壓側(cè)集中補償，這種做法僅減少了區(qū)域變電站至用戶處 的高壓線路上的無功傳輸，提高了用戶處的功率因數(shù)，可以不受或少受電業(yè)局的罰款。而對用戶，無功仍由變壓器低壓母線經(jīng)傳輸線路輸送到各用戶點，低壓線路上 的無功傳輸并沒有減少，那么無功補償也就達(dá)不到節(jié)能的目的。對容量超過１０kＷ的風(fēng)機、水泵、傳送帶等電動機端宜設(shè)置就地補償裝置，空調(diào)主機及冷凍泵等常在其附近設(shè)有變配電所，可以集中補償，但若供電距離超過２０ｍ時也最好采用就地補償。
負(fù)荷平穩(wěn)的電動機可采用就地補償是因為負(fù)荷變動時電機端電壓也變化，使電容器沒有放完電又充 電，這時電容器會產(chǎn)生無功浪涌電流，使電機易產(chǎn)生過電壓而損壞。因此，斷續(xù)負(fù)載，如電梯、自動扶梯、自動步行道等不應(yīng)在電動機端加裝補償電容器；另外，如 星三角起動的異步電動機也不能在電動機端加裝補償電容器，因為它起動過程中有開路閉路瞬時轉(zhuǎn)換，使電容器在放電瞬間又充電，也會使電機過電壓而損壞。
處理好上述幾部分，即減少自然無功、無功補償及補償裝置的安裝地點，就可以實現(xiàn)合理的選擇無功補償方式而達(dá)到節(jié)能的目的。
1.5 諧波的治理
隨著科技的迅速發(fā)展，電子技術(shù)和產(chǎn)品被大量使用，在給人們的生活帶來便捷的同時，也因其使用大量的非線性、高動態(tài)負(fù)荷，從而給電網(wǎng)注入了大量的諧波，對電能質(zhì)量造成了很大的影響。
諧波的危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
1）諧波對旋轉(zhuǎn)電機的影響
諧波對旋轉(zhuǎn)電機的主要影響是引起附加損耗，其次是產(chǎn)生機械振動、噪聲和諧波過電壓。
2）諧波對供電變壓器的影響
諧波電流不但引起變壓器繞組附加損耗，也引起外殼、外層硅鋼片和某些緊固件發(fā)熱，并且有可能引起局部的嚴(yán)重過熱。諧波使變壓器噪聲增大，諧波源造成的流經(jīng)變壓器的諧波電流在諧振條件下可能損害變壓器。
3）諧波對換流裝置的影響
交流電網(wǎng)的電壓畸變可能引起常規(guī)變流器控制角觸發(fā)脈沖間隔不等，并通過正反饋而放大系統(tǒng)的電壓畸變，使整流器的工作不穩(wěn)定；而對逆變器則可能發(fā)生連續(xù)的換相失敗而無法正常工作，甚至損壞換相設(shè)備。
4）諧波對并聯(lián)補償電容器和電纜的影響
諧波會引起電容器局部放電，加速電容器介質(zhì)老化，縮短使用壽命。在一定條件下諧波極易與無功補償電容器組引起諧振或諧波放大，從而導(dǎo)致電容器因過負(fù)荷或過電壓而損壞；對電力電纜也會造成電纜的過負(fù)荷或過電壓擊穿。
為預(yù)防和有效的治理諧波，在電氣設(shè)計時，應(yīng)采取以下措施：
（1）在供配電系統(tǒng)中，變壓器的繞組宜采用D,Yn-11型聯(lián)結(jié)。
（2） 對于某次諧波特別嚴(yán)重的場所，可采用專用的變壓器供電。
（3）根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)，在變電所低壓側(cè)補償電容器回路串接適當(dāng)配比的消諧電抗器。
（4） 當(dāng)設(shè)計過程中對諧波難以預(yù)測時，宜預(yù)留必要的濾波設(shè)備空間。
（5）盡可能使用電負(fù)荷三相平衡。
（6）采用無源和有源濾波裝置。
（7）建筑物內(nèi)的低壓配電系統(tǒng)采用TN-S型。
1.6 減少線路損耗
據(jù)資料統(tǒng)計，在我國的10kV供配電系統(tǒng)中，線路損失占到20%左右。低壓配電系統(tǒng)中，在線路上的總電能損耗，一般為用電設(shè)備總額定功率的5%~8%，其所占比例是相當(dāng)可觀的。
當(dāng)電網(wǎng)輸送電能時，在網(wǎng)絡(luò)中就產(chǎn)生功率損耗，其線路參數(shù)和負(fù)荷大小密切相關(guān)。提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，減少電網(wǎng)的無功功率及導(dǎo)線中的電阻等,均能降低電網(wǎng)中的線損。具體途徑如下:①合理選擇線路路徑；②合理確定電氣功能用房的位置，變壓器盡量接近負(fù)荷中心，以減少供電半徑；③增大導(dǎo)線截面，充分利用季節(jié)性負(fù)荷線路；④提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，提高設(shè)備的自然功率因數(shù),以減少對超前無功的需求，安裝無功補償裝置，容量大且平穩(wěn)的負(fù)荷實行就地補償方式，容量較小或斷續(xù)的負(fù)荷宜采用變壓器低壓側(cè)集中補償方式。
線路損耗的公式展開后得下列計算式：
△Ｐ＝３ＩΦ２Ｒ×１０－３
＝（ＲＰ２／ＵＬ２＋ＲＱ２／ＵＬ２）１０－３ （kＷ）
式中：ＵＬ——線電壓（Ｖ）
?。?mdash;—有功功率（kＷ）
?。?mdash;—無功功率（kＶａｒ）
ＩΦ——相電流（Ａ）
?。?mdash;—線路電阻（Ω）
前項ＲＰ２／ＵＬ２為線路上傳輸有功功率而引起的功率損耗，后項ＲＱ２／ＵＬ２為線路上傳輸無功功率而引起的功率損耗。
例如，在Ｌ＝100ｍ的ＶＶ－３×５０＋２×２５的電纜上傳輸６０kＷ，ｃｏｓφ＝０．８的電能，其有功損耗量，可由以下步驟求得：ＩΦ＝６０×１０３／（
×３８０×０．８）＝１１３．６Ａ。
芯線溫度70℃的50mm２銅芯線每公里電阻Ｒ０＝０．44，則Ｒ＝０．１×０．４４＝０．０４４（Ω）。
△Ｐ＝３×１１３．６２×０．０４４×１０－３＝1.704kＷ
從以上可看到，線路上的功率損耗相當(dāng)于每6ｍ的線路上裝一個100Ｗ的燈泡。
在一個工程中，線路左右上下縱橫交錯，小工程線路全長不下萬米，大工程更是不計其數(shù)，所以線路上的總有功損耗是相當(dāng)可觀的，減少線路上的能耗必須引起設(shè)計重視。
線路上的電流是不能改變的，要減少線路損耗，只有減小線路電阻。線路電阻Ｒ＝Ｐ×Ｌ／ｓ，即線路電阻與電導(dǎo)Ｐ成正比，與線路截面Ｓ成反比，與線路長度Ｌ成正比，因此減少線路的損耗應(yīng)從以下幾方面入手：
（1）應(yīng)選用電導(dǎo)率較小的材質(zhì)做導(dǎo)線：銅芯最佳，但又要貫徹節(jié)約用銅的原則。因此，在負(fù)荷較大的二類、一類建筑中采用銅導(dǎo)線，在三類或負(fù)荷量較小的建筑中采用鋁芯導(dǎo)線。
（2）減小導(dǎo)線長度：首先，線路盡可能走直線，少走彎路，以減少導(dǎo)線長度；其次，低壓線路應(yīng)不走或少走回頭線，以減少來回線路上的電能損失；第三，變壓器盡量接近負(fù)荷中心，以減少供電距離，低壓線路的供電半徑一般不超過200m，由最末一級照明配電箱至最末端一個燈具的支線長度，一般要求不宜超過40m，直線距離不宜大于30m。當(dāng)建筑物每層面積在10 000ｍ２左 右時（這種情況一般少見），至少要設(shè)兩個變配電所，以減少干線的長度；第四，在高層建筑中，低壓配電室應(yīng)靠近豎井，而且由低壓配電室提供給每個豎井的干 線，不至于產(chǎn)生支線沿著干線倒送的現(xiàn)象。即低壓配電室與豎井位置的布局上應(yīng)使線路都分向前送，盡可能減少回頭送電的支線。
（3）增大導(dǎo)線截面：首先，對于比較長的線路，除滿足載流量、熱穩(wěn)定、保護(hù) 的配合及電壓損失所選定的截面，應(yīng)再加大一級導(dǎo)線截面，所增加的費用為Ｍ，由于節(jié)約能耗而減少的年運行費用為ｍ，則Ｍ／ｍ為回收年限，若回收年限為幾個月 或一、二年，則應(yīng)加大一級導(dǎo)線截面。一般而言，導(dǎo)線截面小于70ｍｍ２，線路長度超過100ｍ 的增加一級導(dǎo)線截面比較容易實現(xiàn)上述條件。其次，利用某些季節(jié)性負(fù)荷的線路，這些用戶不用時，可提供給常期用戶作供電線路使用，以減少線路和電阻。例如， 將空調(diào)風(fēng)機、風(fēng)機盤管與照明、電開水等計費相同的負(fù)荷，集中在一起，采用同一干線供電，既可便于用一個火警命令切除非消防用電，又可在春秋兩季空調(diào)不用 時，使同樣大的干線截面?zhèn)鬏斴^小的電流，從而減小了線路損耗，這就相當(dāng)于充分利用了季節(jié)負(fù)荷的線路。
另 外，我國銅礦資源較少，而鋁礦資源比較豐富。國內(nèi)配電導(dǎo)體所采用的銅主要依靠進(jìn)口，在國際銅價持續(xù)高漲的形勢下，如果設(shè)計人員只用銅導(dǎo)體而不用鋁導(dǎo)體，全 國將在導(dǎo)體材料上有更大的耗費，也必然多耗費能源，不利于我國的資源開發(fā)利用。節(jié)能設(shè)計不是為了追求單一化的節(jié)能目標(biāo)，而是必須要考慮能源與資源之間的關(guān) 系，提高全國大范圍的社會系統(tǒng)效率?，F(xiàn)在不是簡單地重提“以鋁代銅”的政策，而是要強調(diào)在設(shè)計中科學(xué)地使用導(dǎo)體材料，該用銅時就用銅、該用鋁時就用鋁，倡 導(dǎo)“以鋁節(jié)銅”。這樣的應(yīng)用方式符合我國具體的國情，符合建設(shè)節(jié)約型社會的發(fā)展方向，對在全國范圍內(nèi)相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)健康持續(xù)發(fā)展和長期節(jié)能有很大好處。
2 建筑電氣設(shè)備的節(jié)能控制
建筑電氣設(shè)備的節(jié)能控制主要包括：(1) 空調(diào)系統(tǒng)。其主要內(nèi)容包括： ①冷凍水與冷卻水系統(tǒng)的優(yōu)化控制； ②冰蓄冷系統(tǒng)的優(yōu)化控制，現(xiàn)行的冰蓄冷控制技術(shù)還很不成熟，冰蓄冷控制策略仍需作深入研究，尤其是在蓄冰裝置優(yōu)先方式下的融冰策略的研究，對于提高冰蓄冷系統(tǒng)的能源利用效率，促進(jìn)冰蓄冷技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用具有決定性的意義； ③熱交換系統(tǒng)溫差與流量的優(yōu)化控制； ④變風(fēng)量系統(tǒng)等控制技術(shù)。(2) 給排水系統(tǒng)的優(yōu)化控制。 (3) 電梯，包括電梯的合理選型(如速度、載重量、調(diào)速方式等) 、停層計劃及群控策略。(4) 電動門窗，包括門窗的節(jié)能控制、遮陽系統(tǒng)的自動控制等。
變頻技術(shù)在水泵、風(fēng)機等系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。它根據(jù)系統(tǒng)的運行情況，實時調(diào)整系統(tǒng)的運行參數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到最佳運行狀態(tài)，并最終達(dá)到節(jié)能的目的。它的缺點是給系統(tǒng)帶來了諧波污染。
3 動力設(shè)備的節(jié)能控制
作為動力源的電動機，從家用電器到民用建筑內(nèi)部以及各行各業(yè)中均用得比較普遍，其耗電量極大。減少電動機電能損耗的主要途徑是提高電動機的效率和功率因數(shù)，主要可以從以下幾個方面著手：
1） 采用高效率電動機。提高電動機的效率和功率因數(shù)，是減少電動機的電能損耗的主要途徑。與普通電動機相比，高效電動機的效率要高3％～6％，平均功率因數(shù)高7～9％，總損耗減少20％～30％，因而具有較好的節(jié)電效果。所以在設(shè)計和技術(shù)改造中，應(yīng)選用Y、YZ、YZR等新系列高效率電動機，以節(jié)省電能。另一方面要看到，高效電機價格比普通電機要高20％～30％，故采用時要考慮資金回收期，即能在短期內(nèi)靠節(jié)電費用收回多付的設(shè)備費用。一般符合下列條件時可選用高效電機：
（1）負(fù)載率在0.6以上；
（2）每年連續(xù)運行時間在3 000h以上；
（3）電機運行時無頻繁啟、制動(最好是輕載啟動，如風(fēng)機、水泵類負(fù)載)；
（4）單機容量較大。
2） 根據(jù)負(fù)荷特性合理地選擇電動機容量。首先要了解負(fù)荷的特性，然后根據(jù)電機的工作環(huán)境及負(fù)載特點選用合適的電動機，避免“大馬拉小車”的現(xiàn)象出現(xiàn)，以提高電動機運行的效率和功率因數(shù)。
3） 輕載電動機采取降壓運行，對經(jīng)常處于輕負(fù)荷運行的電動機，應(yīng)采用三角-星切換裝置。當(dāng)負(fù)荷系數(shù)低于0.13時，將三角形接法的電動機改為星形接法，可以達(dá)到良好的節(jié)電效果。對于經(jīng)常輕載(負(fù)載率小于0.14)的生產(chǎn)機械，也可采用具有啟動功能的輕載節(jié)電器，以達(dá)到“輕載降壓運行節(jié)點”的目的。條件允許時，可采用比 變頻器價格便宜的另一種節(jié)能措施是采用軟起動器。軟啟動器設(shè)備是按啟動時間逐步調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角，以控制電壓的變化。由于電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)，因此起動平 穩(wěn)，起動完畢，則全壓投入運行。軟啟動器也可采用測速反饋、電壓負(fù)反饋或電流正反饋，利用反饋信息控制可控硅導(dǎo)通角，以達(dá)到轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的變化而變化。
軟啟動器通常用在電機容量較大、且又頻繁啟動的水泵設(shè)備以及附近用電設(shè)備對電壓的穩(wěn)定 要求較高的場合。因為它從啟動到運行，其電流變化不超過三倍，可保證電網(wǎng)電壓的波動在所要求的范圍內(nèi)。但由于它是采用可控硅調(diào)壓，正弦波未導(dǎo)通部分的電能 全部消耗在可控硅上，不會返回電網(wǎng)。因此，它要求散熱條件較好、通風(fēng)措施完善。
4） 改進(jìn)控制方式，提高運行效率。對需要根據(jù)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)的設(shè)備采用調(diào)速電機，是節(jié)電的有效方法。交流電動機調(diào)速分為變極調(diào)速、變頻調(diào)速和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速三種方 式，節(jié)電效果以變頻調(diào)速最為明顯。在水泵、風(fēng)機、壓縮機、電梯等機械上應(yīng)用變頻器不但可以節(jié)約大量電能，還可以提高控制質(zhì)量，是實現(xiàn)機電一體化的重要手 段。
4 結(jié)束語
我國加入WTO 后， 在建筑電氣節(jié)能設(shè)計領(lǐng)域中面臨著新的挑戰(zhàn)，因為國外的設(shè)計公司在設(shè)計過程中十分重視節(jié)能和環(huán)保，如果我們在設(shè)計過程中不重視節(jié)能，就有可能被淘汰出局。而 節(jié)能工作牽涉的方面又十分廣泛，從發(fā)電廠開始到線路末端的用戶都應(yīng)該高效地使用電能以減少損失。對于設(shè)計者而言，就是要正確的確定供電方案、合理的選用電 器設(shè)備（變壓器，電動機，電纜，照明光源等），為人類提供健康、舒適、安全的居住、工作和生活空間的同時，又能行之有效地節(jié)約能源。
1. 供配電系統(tǒng)的節(jié)能
供 配電系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)在滿足可靠性、經(jīng)濟性及合理性的基礎(chǔ)上，提高整個供配電系統(tǒng)的運行效率，并盡量降低建筑物的單位能耗和系統(tǒng)損耗。根據(jù)負(fù)荷容量、供電距離及 分布、用電設(shè)備特點等因素合理設(shè)計供配電系統(tǒng)，做到系統(tǒng)盡量簡單可靠、操作方便，同一電壓供電系統(tǒng)變配電級數(shù)不宜多于兩級。變配電所應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心， 以縮短配電半徑減少線路損耗。合理選擇變壓器的容量和臺數(shù)，以適應(yīng)由于季節(jié)變緩造成負(fù)荷變化時能夠靈活投切變壓器， 實現(xiàn)經(jīng)濟運行，減少由于輕載運行造成的不必要電能損耗。
1.1 供電方案
針對電氣系統(tǒng)構(gòu)成做全方位的節(jié)能分析，在安全、可靠的前提下，供配電系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)將節(jié)能作為主要技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)進(jìn)行多方案比較，優(yōu)化設(shè)計方案，改進(jìn)機電設(shè)備經(jīng)濟運行方式，提高變配電系統(tǒng)節(jié)能運行的實效性。
圖1和圖2所示是一個住宅小區(qū)的供配電方案比較。第一方案是采用兩臺1 000kVA的 變壓器集中設(shè)置變電所，變電所距用電負(fù)荷較遠(yuǎn)，外部低壓電纜出線回路多，線路長，投資高，運行費用大，高低壓設(shè)備一次投資較??；第二方案是將兩臺大容量的 變壓器分解為若干容量較小的變壓器，以箱式變電站的型式供電，使變配電設(shè)施盡可能地接近負(fù)荷中心。該方案高低壓設(shè)備一次投資大，供電可靠性高，且運行費用 低。其運行時間越長，節(jié)能效果就越明顯，但該方案由于箱變接近用電負(fù)荷中心，布置分散，管理起來不太方便，且占地多。綜合比較以上兩方案，建議在條件允許 時優(yōu)先選用第二方案。
圖1 某住宅小區(qū)的供配電方案一
圖2 某住宅小區(qū)的供配電方案二
1.2 負(fù)荷計算的合理性
電氣設(shè)計一般根據(jù)工程使用性質(zhì)，設(shè)備選用情況等進(jìn)行負(fù)荷計算，得出計算負(fù)荷后，選擇相應(yīng)的電氣產(chǎn)品。計算負(fù)荷是一個假想的持續(xù)性負(fù)荷，其熱效應(yīng)與同一時間內(nèi)實際變動負(fù)荷所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)相等。
負(fù)荷計算的方法有很多種，配電房的負(fù)荷計算一般采用需要系數(shù)法，需要系數(shù)取值是否合理對計算結(jié)果的準(zhǔn)確性至關(guān)重要。
1.3 變配電設(shè)備的選擇
在 現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范中已對變配電設(shè)備節(jié)能等方面做出規(guī)定，應(yīng)遵照執(zhí)行。人們通常容易追求狹義上的節(jié)能，而能源是各種資源中的一種，如果從廣義上追求節(jié)能，應(yīng)該 與節(jié)約自然資源、社會資源、節(jié)約投資相統(tǒng)一。除了應(yīng)該從系統(tǒng)使用周期內(nèi)分析如何選擇電氣產(chǎn)品以外，還應(yīng)該從使用期前和使用期后的不同角度進(jìn)行更加全面的分 析。如選擇的變壓器絕緣材料在生產(chǎn)和回收時是否更加節(jié)能環(huán)保，利用程度等方面是否合理。
主要變配電設(shè)備必須通過電力負(fù)荷、電能損耗、無功功率補償計算確定。避免出現(xiàn)“大馬拉小車”等浪費現(xiàn)象，并且要在追求節(jié)能的同時，充分利用有限的投資更加切合實際地提高系統(tǒng)的可靠性。
1)變配電設(shè)備的選擇原則
（1）選擇自身功耗低的變配電設(shè)備。
（2）選擇國家認(rèn)證機構(gòu)確認(rèn)的節(jié)能設(shè)備。
（3）選擇符合國家節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的變配電設(shè)備。
（4）變壓器的選擇
據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，我國變壓器的總損耗占系統(tǒng)發(fā)電量的10%左右，10kV供配電系統(tǒng)中，配電變壓器的損耗占80%以上。因此，合理選擇節(jié)能型變壓器對整個供配電系統(tǒng)的節(jié)能起著至關(guān)重要的作用。
變壓器的選擇應(yīng)做到：
（1）應(yīng)選用低損耗、低噪音的節(jié)能變壓器。
（2）根據(jù)各種用電設(shè)備的性質(zhì)，正確進(jìn)行負(fù)荷計算，合理選擇變壓器容量、臺數(shù)、接線方式及運行方式。變壓器負(fù)荷率不應(yīng)低于３０％，宜在７０％~８０％的范圍，并保持三相負(fù)荷平衡分配。
（3）單臺變壓器的容量不宜過大，以避免供電線路過長，增加線路損耗。
變壓器的有功功率損耗如下式表示：△Ｐｂ＝Ｐｏ＋Ｐｋβ２ 其中：
△Ｐｂ——變壓器有功損耗（kＷ）；
?。?sub>ｏ——變壓器的空載損耗（kＷ）；
?。?sub>ｋ——變壓器的有載損耗（kＷ）；
β——變壓器的負(fù)載率。
?。?sub>ｏ部分為空載損耗，又稱鐵損，它是由鐵芯的渦流損耗及漏磁損耗組成，是固定不變的部分，大小隨矽鋼片的性能及鐵芯制造工藝而定。所以，變壓器應(yīng)選用節(jié)能型的，如S11、SL11、SH15及SC10、SCRBH15等型油浸式變壓器或干式變壓器，它們都是采用優(yōu)質(zhì)冷軋取向矽鋼片，由于“取向”處理，使矽鋼片的磁疇方向接近一致，以減少鐵芯的渦流損耗；４５°全斜接縫結(jié)構(gòu)，使接縫密合性好，以減少漏磁損耗。
Ｐｋ是傳輸功率的損耗，即變壓器的線損，決定于變壓器繞組的電阻及流過繞組電流的大小，即與負(fù)載率β的平方成正比。因此，應(yīng)選用阻值較小的繞組，可采用銅芯變壓器。從Ｐｋβ２用微分求它的極值，在β＝５０％處每千瓦的負(fù)載，變壓器的能耗最小。因此，在上世紀(jì)80年代中期設(shè)計的民用建筑，變壓器的負(fù)載率絕大部分在５０％左右，在實際使用中有一半變壓器沒有投入運行，有的設(shè)計人員一直沿襲這種做法。但是，這僅是為了節(jié)能，而沒有考慮經(jīng)濟價值。舉下例可看出其不可取的程度。
SC10-2 000kVA的變壓器，當(dāng)β＝50％時相對于β＝85％時可節(jié)能為Ｐ＝１６．０１×（０．８５２－０．５２）＝７．５６kＷ，按商場最高用電小時計：每天１２h，３６５天全營業(yè)，則總節(jié)約電能：Ｗ＝７．５６×１２×３６５＝３３ １１３kＷ·ｈ。按營業(yè)性電價每度０．７８元計，則每年節(jié)約：33 113×0.78＝25 828元。
按每千瓦的初裝費投資：２ ０００kＶＡ變壓器應(yīng)用于大型民用建筑，必然雙電源進(jìn)線，則初裝費每kＶＡ為２ ２４０元，每年節(jié)能省下的電費只能提供（２５ ８２８／２ ２４０＝１１．５３）１１．５３kＶＡ的初裝費。還有９８８．５kＶＡ的初裝費，加上由于加大變壓器容量而多付的變壓器價格，由于變壓器增加而使出線開關(guān)柜、母聯(lián)柜增加引起的設(shè)備購置費，安裝上述設(shè)備使土建面積增加而引起的土建費用，這是筆相當(dāng)可觀的投資，還沒有計及折舊維護(hù)等費用。由此可見，取變壓器負(fù)載率為５０％是得不償失的。
事實上５０％負(fù)載率僅減少了變壓器的線損，并沒有減少變壓器的鐵損，因此也不是最節(jié)能的措施。計及初裝費、變壓器、低壓柜、土建的投資及各項運行費用， 又要使變壓器在使用期內(nèi)預(yù)留適當(dāng)?shù)娜萘浚儔浩鞯呢?fù)載率應(yīng)在７５％～８５％為宜。這樣也可以做到物盡其用，因為變壓器絕緣的使用年限滿負(fù)荷計為２０ 年，２０年后可能有更好的變壓器問世，這樣就可以有機會更換新的設(shè)備，才能使該建筑總趨技術(shù)領(lǐng)先地位。
在變壓器選擇中，能掌握好上述幾點原則，即滿足節(jié)約能源，又經(jīng)濟合理的原則。
下面再簡單介紹一種正在被積極推廣并將被廣泛應(yīng)用的新型節(jié)能變壓器——非晶合金變壓器。
從上世紀(jì)70年代發(fā)展起來的非晶合金，作為一種高效節(jié)能材料，進(jìn)入90年代后，在配電變壓器上進(jìn)入了實用階段。迄今為止，全球已有200萬臺非晶合金鐵芯變壓器在電網(wǎng)上運行，其中運行時間最長的已達(dá)30余年。實踐證明，非晶合金變壓器性能穩(wěn)定可靠，節(jié)能效果顯著，是配電變壓器理想的更新?lián)Q代產(chǎn)品。
非晶合金是一種厚度約0.025mm的 特殊軟磁材料，它是一定比例的合金原料在熔融狀態(tài)下經(jīng)過超速冷卻而形成的帶狀金屬。它具有極低的損耗，特別適合用作變壓器的鐵芯。目前非晶合金變壓器分為 油浸式和干式兩種，干式又分為環(huán)氧和浸漬式。非晶合金干式變壓器繼承了傳統(tǒng)干式變壓器的難燃、阻燃、可靠性高及免維護(hù)等優(yōu)點，還具備空載損耗低（比普通S9硅鋼片變壓器低80%左右，比常規(guī)干式變壓器低70%以上）、空載電流下降約80%，且對輸電線路無特殊要求，無論是用電高峰或低谷它都可以連續(xù)節(jié)能。
現(xiàn)以一臺10型1 000kVA普通干式變壓器（售價約為18萬元）為例，相應(yīng)一臺非晶合金變壓器的價格大約為24萬元左右，根據(jù)其節(jié)能效果，經(jīng)綜合比較，大約6年左右即可收回多余成本。考慮銀行利息為6%，不考慮通貨膨脹因素，多投資的部分含利息為7.8萬元，變壓器正常壽命30年，剩余24年節(jié)約費用12.6萬元?？梢姡蔷Ш辖鹱儔浩鞴?jié)能效果和經(jīng)濟性都十分顯著。
1.4 功率因數(shù)補償
功率因數(shù)的補償應(yīng)做到：
1）在配電設(shè)計時，應(yīng)正確選擇變壓器容量、照明燈具等，提高用電單位的自然功率因數(shù)。
2） 當(dāng)自然功率因數(shù)偏低，達(dá)不到電網(wǎng)合理運行的要求時，應(yīng)采用并聯(lián)電容器作為無功補償裝置。
3）低壓部分的無功功率宜由低壓電容器補償，高壓部分的采用高壓無功補償裝置。
4）配電系統(tǒng)中基本無功補償宜在變電所內(nèi)集中進(jìn)行。
5）容量較大，負(fù)荷平穩(wěn)且經(jīng)常使用的用電設(shè)備宜就地補償。
6） 10kV，35kV供電的單位，進(jìn)戶點功率因數(shù)應(yīng)不低于0.9；低壓供電的單位，在進(jìn)行無功補償時，其功率因數(shù)應(yīng)不低于0.85。
有功功率是滿足建筑物 功能所必須的，因此是不可變的。系統(tǒng)中的用電設(shè)備，如電動機、變壓器、線路、氣體放電燈中的整流器都具有電感，會產(chǎn)生滯后的無功功率，需要從系統(tǒng)中引入超 前的無功功率相抵消，這樣超前的無功功率就從系統(tǒng)經(jīng)高、低壓線路傳輸?shù)接秒娫O(shè)備，產(chǎn)生了有功損耗，而這部分損耗是可以想辦法改變的，其措施是，提高設(shè)備的 自然功率因數(shù)，以減少對超前無功的需求，可采用功率因數(shù)較高的同步電動機；采用電感鎮(zhèn)流器的氣體放電燈，單燈安裝電容器等，都可使自然功率因數(shù)提高到 ０．８５～０．９５，這就可減少系統(tǒng)的超前無功功率。
由于感抗產(chǎn)生的是滯后的無功，可采用電容器補償，因為電容器產(chǎn)生的是超前的無功，兩者可以相互抵消，即Ｑ＝ＱＬ－ＱＣ，因此無功補償，可以提高功率因數(shù)，因而也減小了無功的需求量。
目前，建筑設(shè)計中，絕大部分采用變壓器低壓側(cè)集中補償，這種做法僅減少了區(qū)域變電站至用戶處 的高壓線路上的無功傳輸，提高了用戶處的功率因數(shù)，可以不受或少受電業(yè)局的罰款。而對用戶，無功仍由變壓器低壓母線經(jīng)傳輸線路輸送到各用戶點，低壓線路上 的無功傳輸并沒有減少，那么無功補償也就達(dá)不到節(jié)能的目的。對容量超過１０kＷ的風(fēng)機、水泵、傳送帶等電動機端宜設(shè)置就地補償裝置，空調(diào)主機及冷凍泵等常在其附近設(shè)有變配電所，可以集中補償，但若供電距離超過２０ｍ時也最好采用就地補償。
負(fù)荷平穩(wěn)的電動機可采用就地補償是因為負(fù)荷變動時電機端電壓也變化，使電容器沒有放完電又充 電，這時電容器會產(chǎn)生無功浪涌電流，使電機易產(chǎn)生過電壓而損壞。因此，斷續(xù)負(fù)載，如電梯、自動扶梯、自動步行道等不應(yīng)在電動機端加裝補償電容器；另外，如 星三角起動的異步電動機也不能在電動機端加裝補償電容器，因為它起動過程中有開路閉路瞬時轉(zhuǎn)換，使電容器在放電瞬間又充電，也會使電機過電壓而損壞。
處理好上述幾部分，即減少自然無功、無功補償及補償裝置的安裝地點，就可以實現(xiàn)合理的選擇無功補償方式而達(dá)到節(jié)能的目的。
1.5 諧波的治理
隨著科技的迅速發(fā)展，電子技術(shù)和產(chǎn)品被大量使用，在給人們的生活帶來便捷的同時，也因其使用大量的非線性、高動態(tài)負(fù)荷，從而給電網(wǎng)注入了大量的諧波，對電能質(zhì)量造成了很大的影響。
諧波的危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
1）諧波對旋轉(zhuǎn)電機的影響
諧波對旋轉(zhuǎn)電機的主要影響是引起附加損耗，其次是產(chǎn)生機械振動、噪聲和諧波過電壓。
2）諧波對供電變壓器的影響
諧波電流不但引起變壓器繞組附加損耗，也引起外殼、外層硅鋼片和某些緊固件發(fā)熱，并且有可能引起局部的嚴(yán)重過熱。諧波使變壓器噪聲增大，諧波源造成的流經(jīng)變壓器的諧波電流在諧振條件下可能損害變壓器。
3）諧波對換流裝置的影響
交流電網(wǎng)的電壓畸變可能引起常規(guī)變流器控制角觸發(fā)脈沖間隔不等，并通過正反饋而放大系統(tǒng)的電壓畸變，使整流器的工作不穩(wěn)定；而對逆變器則可能發(fā)生連續(xù)的換相失敗而無法正常工作，甚至損壞換相設(shè)備。
4）諧波對并聯(lián)補償電容器和電纜的影響
諧波會引起電容器局部放電，加速電容器介質(zhì)老化，縮短使用壽命。在一定條件下諧波極易與無功補償電容器組引起諧振或諧波放大，從而導(dǎo)致電容器因過負(fù)荷或過電壓而損壞；對電力電纜也會造成電纜的過負(fù)荷或過電壓擊穿。
為預(yù)防和有效的治理諧波，在電氣設(shè)計時，應(yīng)采取以下措施：
（1）在供配電系統(tǒng)中，變壓器的繞組宜采用D,Yn-11型聯(lián)結(jié)。
（2） 對于某次諧波特別嚴(yán)重的場所，可采用專用的變壓器供電。
（3）根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)，在變電所低壓側(cè)補償電容器回路串接適當(dāng)配比的消諧電抗器。
（4） 當(dāng)設(shè)計過程中對諧波難以預(yù)測時，宜預(yù)留必要的濾波設(shè)備空間。
（5）盡可能使用電負(fù)荷三相平衡。
（6）采用無源和有源濾波裝置。
（7）建筑物內(nèi)的低壓配電系統(tǒng)采用TN-S型。
1.6 減少線路損耗
據(jù)資料統(tǒng)計，在我國的10kV供配電系統(tǒng)中，線路損失占到20%左右。低壓配電系統(tǒng)中，在線路上的總電能損耗，一般為用電設(shè)備總額定功率的5%~8%，其所占比例是相當(dāng)可觀的。
當(dāng)電網(wǎng)輸送電能時，在網(wǎng)絡(luò)中就產(chǎn)生功率損耗，其線路參數(shù)和負(fù)荷大小密切相關(guān)。提高電網(wǎng)的功率因數(shù)，減少電網(wǎng)的無功功率及導(dǎo)線中的電阻等,均能降低電網(wǎng)中的線損。具體途徑如下:①合理選擇線路路徑；②合理確定電氣功能用房的位置，變壓器盡量接近負(fù)荷中心，以減少供電半徑；③增大導(dǎo)線截面，充分利用季節(jié)性負(fù)荷線路；④提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，提高設(shè)備的自然功率因數(shù),以減少對超前無功的需求，安裝無功補償裝置，容量大且平穩(wěn)的負(fù)荷實行就地補償方式，容量較小或斷續(xù)的負(fù)荷宜采用變壓器低壓側(cè)集中補償方式。
線路損耗的公式展開后得下列計算式：
△Ｐ＝３ＩΦ２Ｒ×１０－３
＝（ＲＰ２／ＵＬ２＋ＲＱ２／ＵＬ２）１０－３ （kＷ）
式中：ＵＬ——線電壓（Ｖ）
?。?mdash;—有功功率（kＷ）
?。?mdash;—無功功率（kＶａｒ）
ＩΦ——相電流（Ａ）
?。?mdash;—線路電阻（Ω）
前項ＲＰ２／ＵＬ２為線路上傳輸有功功率而引起的功率損耗，后項ＲＱ２／ＵＬ２為線路上傳輸無功功率而引起的功率損耗。
例如，在Ｌ＝100ｍ的ＶＶ－３×５０＋２×２５的電纜上傳輸６０kＷ，ｃｏｓφ＝０．８的電能，其有功損耗量，可由以下步驟求得：ＩΦ＝６０×１０３／（
×３８０×０．８）＝１１３．６Ａ。芯線溫度70℃的50mm２銅芯線每公里電阻Ｒ０＝０．44，則Ｒ＝０．１×０．４４＝０．０４４（Ω）。
△Ｐ＝３×１１３．６２×０．０４４×１０－３＝1.704kＷ
從以上可看到，線路上的功率損耗相當(dāng)于每6ｍ的線路上裝一個100Ｗ的燈泡。
在一個工程中，線路左右上下縱橫交錯，小工程線路全長不下萬米，大工程更是不計其數(shù)，所以線路上的總有功損耗是相當(dāng)可觀的，減少線路上的能耗必須引起設(shè)計重視。
線路上的電流是不能改變的，要減少線路損耗，只有減小線路電阻。線路電阻Ｒ＝Ｐ×Ｌ／ｓ，即線路電阻與電導(dǎo)Ｐ成正比，與線路截面Ｓ成反比，與線路長度Ｌ成正比，因此減少線路的損耗應(yīng)從以下幾方面入手：
（1）應(yīng)選用電導(dǎo)率較小的材質(zhì)做導(dǎo)線：銅芯最佳，但又要貫徹節(jié)約用銅的原則。因此，在負(fù)荷較大的二類、一類建筑中采用銅導(dǎo)線，在三類或負(fù)荷量較小的建筑中采用鋁芯導(dǎo)線。
（2）減小導(dǎo)線長度：首先，線路盡可能走直線，少走彎路，以減少導(dǎo)線長度；其次，低壓線路應(yīng)不走或少走回頭線，以減少來回線路上的電能損失；第三，變壓器盡量接近負(fù)荷中心，以減少供電距離，低壓線路的供電半徑一般不超過200m，由最末一級照明配電箱至最末端一個燈具的支線長度，一般要求不宜超過40m，直線距離不宜大于30m。當(dāng)建筑物每層面積在10 000ｍ２左 右時（這種情況一般少見），至少要設(shè)兩個變配電所，以減少干線的長度；第四，在高層建筑中，低壓配電室應(yīng)靠近豎井，而且由低壓配電室提供給每個豎井的干 線，不至于產(chǎn)生支線沿著干線倒送的現(xiàn)象。即低壓配電室與豎井位置的布局上應(yīng)使線路都分向前送，盡可能減少回頭送電的支線。
（3）增大導(dǎo)線截面：首先，對于比較長的線路，除滿足載流量、熱穩(wěn)定、保護(hù) 的配合及電壓損失所選定的截面，應(yīng)再加大一級導(dǎo)線截面，所增加的費用為Ｍ，由于節(jié)約能耗而減少的年運行費用為ｍ，則Ｍ／ｍ為回收年限，若回收年限為幾個月 或一、二年，則應(yīng)加大一級導(dǎo)線截面。一般而言，導(dǎo)線截面小于70ｍｍ２，線路長度超過100ｍ 的增加一級導(dǎo)線截面比較容易實現(xiàn)上述條件。其次，利用某些季節(jié)性負(fù)荷的線路，這些用戶不用時，可提供給常期用戶作供電線路使用，以減少線路和電阻。例如， 將空調(diào)風(fēng)機、風(fēng)機盤管與照明、電開水等計費相同的負(fù)荷，集中在一起，采用同一干線供電，既可便于用一個火警命令切除非消防用電，又可在春秋兩季空調(diào)不用 時，使同樣大的干線截面?zhèn)鬏斴^小的電流，從而減小了線路損耗，這就相當(dāng)于充分利用了季節(jié)負(fù)荷的線路。
另 外，我國銅礦資源較少，而鋁礦資源比較豐富。國內(nèi)配電導(dǎo)體所采用的銅主要依靠進(jìn)口，在國際銅價持續(xù)高漲的形勢下，如果設(shè)計人員只用銅導(dǎo)體而不用鋁導(dǎo)體，全 國將在導(dǎo)體材料上有更大的耗費，也必然多耗費能源，不利于我國的資源開發(fā)利用。節(jié)能設(shè)計不是為了追求單一化的節(jié)能目標(biāo)，而是必須要考慮能源與資源之間的關(guān) 系，提高全國大范圍的社會系統(tǒng)效率?，F(xiàn)在不是簡單地重提“以鋁代銅”的政策，而是要強調(diào)在設(shè)計中科學(xué)地使用導(dǎo)體材料，該用銅時就用銅、該用鋁時就用鋁，倡 導(dǎo)“以鋁節(jié)銅”。這樣的應(yīng)用方式符合我國具體的國情，符合建設(shè)節(jié)約型社會的發(fā)展方向，對在全國范圍內(nèi)相關(guān)聯(lián)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)健康持續(xù)發(fā)展和長期節(jié)能有很大好處。
2 建筑電氣設(shè)備的節(jié)能控制
建筑電氣設(shè)備的節(jié)能控制主要包括：(1) 空調(diào)系統(tǒng)。其主要內(nèi)容包括： ①冷凍水與冷卻水系統(tǒng)的優(yōu)化控制； ②冰蓄冷系統(tǒng)的優(yōu)化控制，現(xiàn)行的冰蓄冷控制技術(shù)還很不成熟，冰蓄冷控制策略仍需作深入研究，尤其是在蓄冰裝置優(yōu)先方式下的融冰策略的研究，對于提高冰蓄冷系統(tǒng)的能源利用效率，促進(jìn)冰蓄冷技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用具有決定性的意義； ③熱交換系統(tǒng)溫差與流量的優(yōu)化控制； ④變風(fēng)量系統(tǒng)等控制技術(shù)。(2) 給排水系統(tǒng)的優(yōu)化控制。 (3) 電梯，包括電梯的合理選型(如速度、載重量、調(diào)速方式等) 、停層計劃及群控策略。(4) 電動門窗，包括門窗的節(jié)能控制、遮陽系統(tǒng)的自動控制等。
變頻技術(shù)在水泵、風(fēng)機等系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。它根據(jù)系統(tǒng)的運行情況，實時調(diào)整系統(tǒng)的運行參數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到最佳運行狀態(tài)，并最終達(dá)到節(jié)能的目的。它的缺點是給系統(tǒng)帶來了諧波污染。
3 動力設(shè)備的節(jié)能控制
作為動力源的電動機，從家用電器到民用建筑內(nèi)部以及各行各業(yè)中均用得比較普遍，其耗電量極大。減少電動機電能損耗的主要途徑是提高電動機的效率和功率因數(shù)，主要可以從以下幾個方面著手：
1） 采用高效率電動機。提高電動機的效率和功率因數(shù)，是減少電動機的電能損耗的主要途徑。與普通電動機相比，高效電動機的效率要高3％～6％，平均功率因數(shù)高7～9％，總損耗減少20％～30％，因而具有較好的節(jié)電效果。所以在設(shè)計和技術(shù)改造中，應(yīng)選用Y、YZ、YZR等新系列高效率電動機，以節(jié)省電能。另一方面要看到，高效電機價格比普通電機要高20％～30％，故采用時要考慮資金回收期，即能在短期內(nèi)靠節(jié)電費用收回多付的設(shè)備費用。一般符合下列條件時可選用高效電機：
（1）負(fù)載率在0.6以上；
（2）每年連續(xù)運行時間在3 000h以上；
（3）電機運行時無頻繁啟、制動(最好是輕載啟動，如風(fēng)機、水泵類負(fù)載)；
（4）單機容量較大。
2） 根據(jù)負(fù)荷特性合理地選擇電動機容量。首先要了解負(fù)荷的特性，然后根據(jù)電機的工作環(huán)境及負(fù)載特點選用合適的電動機，避免“大馬拉小車”的現(xiàn)象出現(xiàn)，以提高電動機運行的效率和功率因數(shù)。
3） 輕載電動機采取降壓運行，對經(jīng)常處于輕負(fù)荷運行的電動機，應(yīng)采用三角-星切換裝置。當(dāng)負(fù)荷系數(shù)低于0.13時，將三角形接法的電動機改為星形接法，可以達(dá)到良好的節(jié)電效果。對于經(jīng)常輕載(負(fù)載率小于0.14)的生產(chǎn)機械，也可采用具有啟動功能的輕載節(jié)電器，以達(dá)到“輕載降壓運行節(jié)點”的目的。條件允許時，可采用比 變頻器價格便宜的另一種節(jié)能措施是采用軟起動器。軟啟動器設(shè)備是按啟動時間逐步調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角，以控制電壓的變化。由于電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)，因此起動平 穩(wěn)，起動完畢，則全壓投入運行。軟啟動器也可采用測速反饋、電壓負(fù)反饋或電流正反饋，利用反饋信息控制可控硅導(dǎo)通角，以達(dá)到轉(zhuǎn)速隨負(fù)載的變化而變化。
軟啟動器通常用在電機容量較大、且又頻繁啟動的水泵設(shè)備以及附近用電設(shè)備對電壓的穩(wěn)定 要求較高的場合。因為它從啟動到運行，其電流變化不超過三倍，可保證電網(wǎng)電壓的波動在所要求的范圍內(nèi)。但由于它是采用可控硅調(diào)壓，正弦波未導(dǎo)通部分的電能 全部消耗在可控硅上，不會返回電網(wǎng)。因此，它要求散熱條件較好、通風(fēng)措施完善。
4） 改進(jìn)控制方式，提高運行效率。對需要根據(jù)負(fù)荷變化調(diào)節(jié)的設(shè)備采用調(diào)速電機，是節(jié)電的有效方法。交流電動機調(diào)速分為變極調(diào)速、變頻調(diào)速和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速三種方 式，節(jié)電效果以變頻調(diào)速最為明顯。在水泵、風(fēng)機、壓縮機、電梯等機械上應(yīng)用變頻器不但可以節(jié)約大量電能，還可以提高控制質(zhì)量，是實現(xiàn)機電一體化的重要手 段。
4 結(jié)束語
我國加入WTO 后， 在建筑電氣節(jié)能設(shè)計領(lǐng)域中面臨著新的挑戰(zhàn)，因為國外的設(shè)計公司在設(shè)計過程中十分重視節(jié)能和環(huán)保，如果我們在設(shè)計過程中不重視節(jié)能，就有可能被淘汰出局。而 節(jié)能工作牽涉的方面又十分廣泛，從發(fā)電廠開始到線路末端的用戶都應(yīng)該高效地使用電能以減少損失。對于設(shè)計者而言，就是要正確的確定供電方案、合理的選用電 器設(shè)備（變壓器，電動機，電纜，照明光源等），為人類提供健康、舒適、安全的居住、工作和生活空間的同時，又能行之有效地節(jié)約能源。
