基于节能角度下的工业厂房电气设计

张玲燕 徐磊

摘要：工业厂房的电气设计不同于一般厂房，在设计中应对其负荷、防雷接地、线路及照明设计进行特殊考虑、另外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。本文对基于节能角度下的工业厂房电气设计进行了阐述。

关键词：工业厂房 电气设计电气节能设计

中图分类号：S611文献标识码： A

一、工业厂房电气节能设计的必要性

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。石油化工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的原则

1、所谓的适用性原则就是在满足为建筑物内的良好的人工环境提供必要的能源，为建筑设备提供必须的动力，为用电设施提供可靠的负荷容量等条件的情况下，优化供配电设计，从而促进电能的合理化运用。也就是说不能因为节能而影响建筑物的整体功能。要保证建筑物照明的照度、色度及显色指数；要满足建筑物舒适卫生的良好环境；满足各处运输通道的畅通无阻等等。

2、所谓节能性原则就是要节省无谓消耗的能量。首先要找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物的功能无关的，在考虑采取什么措施节约能源。如着眼于电气设备自身的电能消耗、变压器的功能损耗、传输线上的电能损耗等方面，节能设计应该把握“满足功能、经济合理、技术先进的原则”。

3、所谓的节约性原则就是指在电气节能设计中要充分考虑到实际的经济效益，不能因为节能而过高的消耗投资，增加运行费用。而是要科学合理的选用节能设备和材料，争取实现用较低的投资得到最大的经济效益。使因节能而增加的投资可以在最短的时间内用节能减少下来的运行费用收回。

三、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》（GB50034-2013）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：

1）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。

2）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。

3）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。

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价格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。

四、工业厂房电气节能措施

1、优化设计 设计人员针对每项电气分项工程，都有较详细的电气负荷计算书和采取相应的节能措施。在确定设计方案时，按照“以人为本"的设计思路，深入现场，通过与业主进行有效沟通，了解工程的具体情况；根据负荷特点、建筑使用功能要求、建筑物的结构特征和周围环境特点等多方面因素的综合考虑，进行全面的技术分析比较，力求最佳的设计方案。还要掌握各种节能新技术，并在设计中适当采用可获得巨大的经济效益和社会效益。政府有关职能部门也应加强对建筑电气设计项目的审核管理，可以委托相关技术部门如学会等对设计图纸文件进行严格审查。

2、对建筑电气系统运行加以强化管理

加强对建筑电气系统运行的管理，同样可达到节能的效果。主要管理措施有：设备管理：电气节能在很大程度上取决于设备的运行状况。如果使各种设备安全、有效、稳定地运行，出现故障能快速排除，则可以节约能量。

1）控制管理：开发并利用功能强大、界面友好的控制软件也是保证电气系统节能运行的有效措施。

2）人员技术培训管理：加强对电工的培训，提高管理人员素质，以保证电气设备的正常运行和设备的使用效率，才能在电气节能中有所作为。

3、选用先进的节能设备、器具

首先，选用节能型变压器、节能型电动机。其次，照明用电为建筑物用电量的20％-40％，降低照明用电尤为重要，其主要途径包括：发展高效光源、采用高效灯具、改进照明控制。目前荧光类高效节能灯已广泛普及，国外普遍看好的发展方向是LED光源，比目前的节能灯效率更高，发光光谱可在大范围选择，使用寿命可大大延长。尽管目前led的成本、效率都无法与荧光类节能灯相比，但在最近10-20年内预计将有重大突破。

结束语：工业建筑电气设计的节能潜力很大，在工程设计中应精心考虑，并从安全性、可靠性及经济性等多方面反复比较设计方案，拿出一套符合各种技术指标，满足功能需求的， 行之有效的而又最节能的方案，从而达到真正节约电能的目的。

参考文献

[1]黄明霞，高宇.对选煤厂设计中电气节能的探讨[J].煤炭加工与综合利用，2007.3.

[2]王志祥.工业与民用建筑电气设计节能办法[J].应用能源技术，2006.7.

[3]黄红兵.试论建筑电气节能设计[J].科技致富向导，2011.17.