1 前言

　　我國是能源短缺的國家，近年來，隨著高等學(xué)校教育事業(yè)的迅速發(fā)展，致使用電量迅猛增長，如何合理地利用能源，降低能耗，積極開展和推進(jìn)高等學(xué)校電氣節(jié)能具有十分重要的意義。

　　2 高等學(xué)校用電的特點(diǎn)

　　高等學(xué)校是集教學(xué)和科研為一體的單位，在用電方面和機(jī)關(guān)、企事業(yè)單位有很大的不同，具有以下特點(diǎn)：

　　2.1校園面積較大，功能分區(qū)較多，出現(xiàn)負(fù)荷中心點(diǎn)多，其中有些是一級負(fù)荷;10/0.38kV電壓等級供配電半徑過大。

　　2.2 大型試驗設(shè)備臺(套)數(shù)較多，但實(shí)際使用率較低，對應(yīng)配備的變壓器大部分時間處于輕載運(yùn)行，功率因數(shù)偏低，電能損耗大。

　　2.3圖書館、實(shí)驗樓、教學(xué)樓、科研中心、多媒體教室、綜合辦公樓等建筑場所的空調(diào)、開水器長時間滿負(fù)荷的運(yùn)行。

　　2.4圖書館、實(shí)驗樓、教學(xué)樓的照明器具在電壓偏高的不良環(huán)境下長時間運(yùn)行，導(dǎo)致耗電量大，燈具過熱易損壞。

　　2.5教學(xué)區(qū)、實(shí)驗中心大部分照明器具老舊，節(jié)電效果較差，不利于節(jié)能。

　　3 合理設(shè)計電氣系統(tǒng)

　　高等學(xué)校按功能分為教學(xué)區(qū)、實(shí)驗中心、科研中心、綜合辦公區(qū)、學(xué)生宿舍區(qū)和教職工生活區(qū)等。各功能區(qū)對用電需求的多樣性和系統(tǒng)供電能力的要求不同，但要求提供安全可靠、保證電能質(zhì)量的要求是一致的。這就要求在具體的設(shè)計過程中根據(jù)用電負(fù)荷容量及其分布、用電設(shè)備特點(diǎn)及負(fù)荷等級，合理設(shè)計供配電系統(tǒng)，同時從系統(tǒng)可靠性、經(jīng)濟(jì)性及節(jié)能等多方面進(jìn)行綜合考慮，合理選擇運(yùn)行方案以減少不必要的能源損耗，最終達(dá)到電氣系統(tǒng)節(jié)能的目的。

　　3.1合理的供配電系統(tǒng)

　　3.1.1高等學(xué)校供配電系統(tǒng)應(yīng)盡量簡單可靠，同一電壓等級供電系統(tǒng)變配電級數(shù)不宜多于兩級，盡量減少變電級數(shù)過多產(chǎn)生的電能損耗，宜采用10/0.38kV電壓等級配電。結(jié)合校園各功能分區(qū)的用電要求，各功能區(qū)的變電所應(yīng)靠近負(fù)荷中心，低壓供電半徑控制在200米范圍以內(nèi)，以減少線路電壓損失，提高供電質(zhì)量和系統(tǒng)運(yùn)行效能。

　　3.1.2根據(jù)負(fù)荷情況合理選擇變壓器容量、臺數(shù)，變壓器負(fù)載率宜為0.75～0.85。為提高對教學(xué)、實(shí)驗中心、科研中心等重要場所供電的可靠性，通常安裝容量參數(shù)相同的兩臺雙卷變壓器，其接線應(yīng)適應(yīng)負(fù)荷變化要求，使變壓器按實(shí)際使用負(fù)荷經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，從而減少損耗。

　　3.1.3合理提高供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)。若自然功率因數(shù)達(dá)不到接入電網(wǎng)要求，應(yīng)進(jìn)行無功功率的補(bǔ)償，提高功率因數(shù)可以減少線路及變壓器的損耗。對高校實(shí)驗中心應(yīng)根據(jù)負(fù)荷輕、重時段的不同，由無功補(bǔ)償設(shè)備自動投、切電容組數(shù)，保持負(fù)荷功率因數(shù)在0.9以上運(yùn)行。

　　3.1.4合理進(jìn)行諧波的預(yù)防和治理。諧波能使變壓器產(chǎn)生附加損耗，諧波電壓會使電纜絕緣局部放電增加，諧波電流會引起電氣設(shè)備及配電線路過載從而導(dǎo)致能耗增加。因此，要采取措施有效治理諧波。具體方法：用戶配電變壓器采用DYnll型接線;功率因數(shù)補(bǔ)償電容器串接消諧電抗器;采用有源或無源濾波裝置;諧波較嚴(yán)重且功率較大的設(shè)備采用專線供電等。

　　3.1.5以電力為主要能源的空調(diào)機(jī)組、鍋爐、開水器等大負(fù)荷應(yīng)設(shè)專用電能計量裝置。成組裝備大型試驗用電設(shè)備的無功補(bǔ)償容量大于100 kvar且遠(yuǎn)離變電所時，還應(yīng)采用就地?zé)o功補(bǔ)償。同時，與上述設(shè)備相配套的動力源基本都是電動機(jī)，其節(jié)能非常關(guān)鍵，由于電動機(jī)在輕載和空載運(yùn)行情況下，效率很低，可采用變頻調(diào)速器，使其在負(fù)載下降時，采用變頻的方式，自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使其與負(fù)載的變化相適應(yīng)以達(dá)到節(jié)能的目的。

　　3.1.6合理選擇電纜、導(dǎo)線截面。在滿足允許載流量、運(yùn)行電壓損失等各種技術(shù)指標(biāo)的前提下，應(yīng)按經(jīng)濟(jì)電流密度合理選擇電纜及導(dǎo)線的截面，從而降低電能損耗。

　　3.2合理的照明系統(tǒng)

　　照明節(jié)能主要是提高光源、燈具、啟動裝置、照明控制的總效率，需從照明方式及其控制，天然光利用，加強(qiáng)維護(hù)管理等方面綜合實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

　　3.2.1選擇正確、合適的照度標(biāo)準(zhǔn)是照明節(jié)能的基礎(chǔ)。

　　新的國家標(biāo)準(zhǔn)GB50034—2004《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》修訂了原標(biāo)準(zhǔn)的低、中、高三檔照度規(guī)范值，在新的照明標(biāo)準(zhǔn)中，根據(jù)視覺工作的特殊要求以及建筑等級和功能的不同，可按照度標(biāo)準(zhǔn)值分級只能提高或降低一級的規(guī)定，即選用的照度值貫徹該高則高或該低則低的原則。

　　3.2.2選擇合理的照明方式。

　　高等學(xué)校以教學(xué)、實(shí)驗樓居多，照明方式相比較而言較為單一，基本上采用均勻布置。但一些特殊試驗臺、實(shí)驗設(shè)備、圖書館的開架閱覽室、科研展示臺等部位可采用照明燈具安裝在設(shè)備上或家具上，近距照射提高照度，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

　　3.2.3合理進(jìn)行照明控制。

　　(1)體育館、圖書館、多功能廳、學(xué)術(shù)報告廳、教室、實(shí)驗室等公共場所應(yīng)采取集中控制，并按需要設(shè)置調(diào)光或降低照度的控制措施。

　　(2)學(xué)生宿舍或公寓樓的樓梯間、走廊的照明、衛(wèi)生間，除應(yīng)急照明外，應(yīng)設(shè)置節(jié)能自熄開關(guān)。

　　(3)對天然采光良好的場所或建筑，應(yīng)按場所照度設(shè)置自動開關(guān)燈或調(diào)光裝置;綜合辦公樓的個人辦公室可采用人體感應(yīng)或動靜感應(yīng)等方式自動開關(guān)燈;電梯廳和宿舍走廊等場所，應(yīng)設(shè)置夜間定時降低照度的自動調(diào)節(jié)裝置。

　　3.2.4采用智能化控制校園路燈，提高節(jié)能效率。

　　高校校園面積大，路燈數(shù)量多，長時間(特別是后半夜)在電壓偏高狀態(tài)下使用，消耗電能約占全校用電的3～5%，同時燈具極易損壞。應(yīng)對校園路燈集中控制，通過在路燈控制柜內(nèi)設(shè)置智能化控制器，控制路燈穩(wěn)壓器輸出電壓在190～220伏范圍。經(jīng)測試，校園路燈在電壓190伏工作時消耗的功率比在220伏時消耗的功率降低約34.3%。智能式集中控制柜既能調(diào)節(jié)路燈電壓，又能定時自動開啟和關(guān)閉路燈，使用后可節(jié)電30%，又能延長光源使用壽命5～8倍。

　　4 選用節(jié)電型產(chǎn)品

　　選用節(jié)電型用電設(shè)備，是電氣節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。這就要求電氣、給排水、暖通等相關(guān)專業(yè)在用電設(shè)備選型時本著節(jié)能的原則，選用高效率、低損耗的節(jié)電型產(chǎn)品。

　　4.1選用節(jié)能變壓器，有效降低損耗。變壓器是供配電系統(tǒng)的主要用電設(shè)備，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，變壓器總電能損耗占總發(fā)電量的2%一3%，占配網(wǎng)損耗的60%，為減少電網(wǎng)損耗，節(jié)能變壓器的使用尤為重要。變壓器經(jīng)歷了由油浸式變壓器轉(zhuǎn)向干式變壓器的發(fā)展過程，如今具有損耗低、重量輕、噪聲低、效率高、抗沖擊、節(jié)能顯著的新型變壓器也已產(chǎn)生。如S10型、S11型的干式變壓器與S9型的干式變壓器相比，空載損耗平均降低8%，負(fù)載損耗平均降低5%。變壓器噪聲水平下降7～10 dB，而且價格與s9型相當(dāng)。另外，非晶合金變壓器具有空載損耗小、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)荷率相對較低的特點(diǎn)，其空載損耗較用硅鋼片的s9產(chǎn)品系列下降70%～80%，空載電流較S9系列下降20%，但是其價格較貴。

　　在高校配電系統(tǒng)新建或改造中，要克服在購置變壓器時不估算損耗，認(rèn)為變壓器效率高損耗可以忽略不計的錯誤看法，一定要投入專項資金，采用節(jié)能新設(shè)備、新產(chǎn)品，節(jié)電效果是十分顯著的。

　　4.2根據(jù)負(fù)荷特性合理選擇高效率電動機(jī)，采用高效率電機(jī)的耗電量與普通標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)相比，其總損耗可減少20%～30%，效率可以提高3%～6%。

　　4.3選擇高光效光源，提高照明系統(tǒng)效率。

　　照明設(shè)備是高校中應(yīng)用最為廣泛的一種用電設(shè)備，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，高校照明耗電量約占學(xué)校用電量的30%，由此可見，照明節(jié)能是高校電氣節(jié)能的重要環(huán)節(jié)。若將燈具利用能源作為100%，則改進(jìn)后的節(jié)電率可大大提高，其中光源更新后為75%，燈具改良后為30%，換用電子鎮(zhèn)流器后為50%。表1所示為光源更新后的節(jié)電率，以及緊湊型熒光燈取代白熾燈的效益。

　　表1　常用各類光源的效率及節(jié)能效果

　　光源名稱功率/W光效率(m/W)電力消耗與白熾燈比值節(jié)能百分比%

　　白熾燈40～2008.75～14.6

　　熒光高壓汞燈50～100027～50

　　熒光燈30、4035、501/4～1/675～83

　　緊湊型熒光燈7～3640～62.71/4.5～1/777～86

　　高壓鈉燈35～100054.9～117.11/4～1/875～87

　　金屬鹵化物燈175～100066.7～102.81/5～1/780～86

　　由上表可知，高壓鈉燈的光效為是最高的，但熒光燈和金屬鹵化物燈次之，高壓汞燈較低，而白熾燈為最低。從節(jié)能考慮，選用光源應(yīng)盡量少用白熾燈，推廣使用細(xì)管徑熒光燈(T5高頻燈管)和緊湊型熒光燈，逐步減少高壓汞燈的使用量，大力推廣高效、壽命長的高壓鈉燈和金屬鹵化物燈。

　　采用熒光燈照明是高校教學(xué)樓、實(shí)驗樓、圖書館、綜合辦公樓等建筑的主要光源，因此在新建項目或?qū)υ薪ㄖ彰鬟M(jìn)行用電改造時，可采用高光效、使用壽命長的高頻T5熒光燈配電子鎮(zhèn)流器的方案，可使光效提高25%，功率因素達(dá)到0.9以上，節(jié)電達(dá)35%。

　　4.4積極推廣使用新型光源。 發(fā)光二極管(LED) 被稱為“綠色光源”，白光LED理論發(fā)光光效可達(dá)200 lm /W，目前實(shí)驗室里已經(jīng)達(dá)到100 lm /W， 50 lm /W 的產(chǎn)品已進(jìn)入市場，其較同等亮度的白熾燈耗電減少約80% ,節(jié)能潛力巨大。隨著LED的迅速發(fā)展，發(fā)光光纖得以廣泛應(yīng)用，與LED 光源結(jié)合，發(fā)光光纖現(xiàn)已在建筑物立面裝飾、室內(nèi)裝飾及水下裝飾廣泛使用。室外照明可選用太陽能燈具。

　　5 科學(xué)合理的運(yùn)行管理

　　一座大型的公共建筑，從設(shè)計到建成投入使用周期也就幾年，合理的供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)，和節(jié)電型產(chǎn)品的使用，以及與之對應(yīng)的各種方法和手段這僅是從系統(tǒng)設(shè)置方面為電氣節(jié)能打下的基礎(chǔ)。而長期的運(yùn)行管理能否在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的節(jié)能，這完全取決于科學(xué)合理的運(yùn)行管理，即所謂的行為節(jié)能。科學(xué)合理的運(yùn)行管理制度會起到事半功倍的作用，可以在具備節(jié)能系統(tǒng)的基礎(chǔ)上達(dá)到更進(jìn)一步的節(jié)能。

　　5.1利用建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)全方位地對建筑中各類機(jī)電設(shè)備進(jìn)行最佳控制，從而在滿足需求的前提下最大限度地節(jié)能。

　　5.2借助物聯(lián)網(wǎng)平臺對電氣設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行自動化的識別和管理，物聯(lián)網(wǎng)是按照約定的協(xié)議進(jìn)行信息的交換和分配，實(shí)現(xiàn)智能化的識別、定位、跟蹤、監(jiān)管和管理功能，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

　　5.3進(jìn)行節(jié)能宣傳，通過行為節(jié)能降低電耗。不合理的運(yùn)行管理制度導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)、開水器運(yùn)行時間過長，下班后系統(tǒng)仍繼續(xù)運(yùn)行，或部分設(shè)備持續(xù)運(yùn)行，消耗大量電力。此外，由于少部分建筑在夜間還要繼續(xù)使用，導(dǎo)致整個系統(tǒng)24小時連續(xù)運(yùn)行，造成巨大的浪費(fèi)。

　　6 結(jié)束語

　　高等學(xué)校電氣節(jié)能潛力很大，除了合理的電氣系統(tǒng)，以及選用高效率的節(jié)電設(shè)備外，更重要的是在日常的運(yùn)行管理中如何科學(xué)合理的利用電能、最低限度地減少損耗，杜絕浪費(fèi)，將節(jié)能措施落實(shí)到單位和個人。隨著電氣節(jié)能新技術(shù)和新設(shè)備的采用，高校電氣節(jié)能會取得更顯著的進(jìn)步。

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