第五章 建筑供配电与照明节能 主讲：郑则炯主要内容5.1 电气照明系统节能5.2 建筑供配电系统节能5.1 电气照明系统节能5.1.1 电光源与灯具节能5.1.2 优优化设计设计 方案节节能1.常见电光源及节能光源的选择：选择光源时，应根据不同光照环境要求，综合考虑光源 的发光效率、使用寿命、色温、显色性、光源表面亮度、起辉时间、 频闪效应等诸多因素。 光源的发光效率：是指光源将单位电能转化为光能的数值，即光源发 出的总光通量（流明）与该光源所消 耗的总功率（瓦）之比。光源的发光 效率越高，说明照明器将电能转化为 光能的能力越强，即在同等光照效果 下节能性更优，在同等功率下照明性 更好。下面，我们对常见光源的应用 进行简单介绍。光源：电能转化为光能的器件，是照明用电的核心，也是照明节能的根本。5.1.1 电光源与灯具节能白炽炽灯卤钨卤钨 灯荧荧光灯高压压汞灯高压钠压钠 灯金属卤卤化物灯LED新型光源 常见光源白炽灯 优点：结构简单、使用方便、易于安装维护、色温为暖色、显色性能好、应用广泛。缺点：发光时产生大量热辐射，其中不可见光高达8090，可见光部分只占1020，发光效率低、使用寿命短。目前，白炽灯已被各种发光效率高、光色柔和、显色性能良好的新型光源所代替。 卤钨灯 卤钨灯是在白炽灯充填的惰性气体中加入微量卤素或卤化物所制成的一种改进型白炽灯。优点：卤钨灯具有体积小、发光效率高、色温稳定、寿命长等优点。按其用途分为以下几类：照明型：又分为双端型与单端型、多面冷反射定向照明 型，广泛用于商店、橱窗、展厅等照明场所；汽车型：用于汽车前灯、近光灯、转弯灯、刹车灯等；辐射灯：用于红外线辐射加热设备或复印机；摄影型：用于舞台、影视、新闻、摄影；仪用型：用于显微镜、投影仪、彩照扩印等。 荧光灯 荧荧光灯是利用汞蒸气在外加电压电压作用下发发出大量紫外线线，紫外线线激发发管内壁上荧荧光粉发发出可见见光。 优优点：发发光效率是白炽炽灯的5倍，使用寿命最高可达5000h，并且其光线线柔和、显显色性能良好、色温为为冷色。 应应用：广泛用于民用建筑照明。如商场场、写字楼、机场场候车车室、医院、车间车间 、图书馆图书馆 、阅览阅览 室、设计设计 室、办办公楼、教学楼等。 高压汞灯 高压汞灯是由高压汞蒸气放电，从而获得高发光效率。 优点：具有寿命长、光效高、光线柔和等优点。 应用：适用于工业照明、广场照明，以及车站、码头 、公路、体育馆等场所的照明。同时由于高压汞灯光 谱成分中青绿较多，故多用于与绿色相关的夜景照明 。 高压钠灯 高压钠灯是利用高压钠蒸气放电的高压气体放电光源。 优点：发光效率高于所有高压气体放电光源；透雾性极好；使用寿命是所有高压气体放电光源之最。 应用：室外高大照明场所使用高压钠灯，既符合绿色照明宗旨，又可达到节能效果。 金属卤化物灯 金属卤化物灯是在高压汞灯的汞电弧中加入其它金属或金属卤化物，改善了高压汞灯。 优点：有良好的显色性。 应用：多应用于美术馆、展厅、印刷车间、油 画室等高大照明场所。LED新型光源近年来发展最快、前途最广的一种新型光源，具有安全、长寿命、颜色丰富、耐震动、耐气候、可调光等优点，光效也在不断提高，但目前用于室内照明还有不少问题待解决。适应场所：适应于建筑装饰、轮廓灯、园林美化、 喷水池灯、广告牌、标志牌等需要彩色 光、调光、动感光的场所。还可用于客房调光床头灯、夜灯、走廊 及电梯厅墙壁灯等，但要求用高显色 (Ra80)、低色温(GB50034-2004)对对常用房间间或场场所的照明功率密度要求检查检查 照明设计设计 是否符合节节能要求。4.系统导线的选择在实际实际 系统统中，三大类导线类导线 大多情况下均用铜铜芯线线， 铜铜表面上价格高于铝铝，但论论其综综合效应应，在电专业电专业 中却远优远优 于铝铝。 铜铜芯导线载导线载 流量大于相同截面铝铝芯导线导线 1.3倍； 在相同应应力下，铝铝排变变形而铜铜排完好无缺。机械强度 及对对短路电电流产产生破坏力的承受能力，铜铜是铝铝的2倍； 铜铜的阻燃性优优于铝铝； 用铜铜芯导线导线 可以减少输电线输电线 路的损损耗。选择选择 最适宜的敷设设方式，就近敷设导线设导线 ，可大大减少供电导线电导线 用量，节节省有色金属，相应应减少线线路的输输送损损耗 。5.电源设在负荷中心在实际工程设计中，无论是变电所位置的确定，还是建筑体内电井或配电箱位置的确定，均应设在系统负荷中心。负荷中心：是指由电源至所有终端负荷用户，所产生的系统输电线路损耗总量最小。线路损耗与电网输电线路长度、通过电网的电流和输电网导线单位长度电阻值直接相关。分别别以S电电源为为中心，求出电电源至A、B、C、D、E、F各终终端负负荷产产生的线线路输输送损损耗总总量。不断调调整S电电源位置求出对应损对应损 耗，直至损损耗最小，这时这时 的电电源位置对节对节 能而言为为最佳，即为为真正的负负荷中心。负荷中心的确定:6.设计中做到负荷三相平衡电电气照明系统统中，终终端用户户的供电电形式均为为三相五线线制的工作方式，因此三相越接近，管线电线电 材使用越经济经济 ，且能耗也最小。而在实际实际 用电过电过 程中，零线线中通过过系统统三相负负荷运行中的不平衡电电流，三相负负荷越是对对称，零线线上的三相不对对称电电流就越小，对应对应 系统输电线统输电线 路电电能的损损耗也就越小。建筑供配电节能主要着眼于以下几个方面： 提高功率因数 抑制谐谐波 实现变压变压 器经济经济 运行 提高需用系数取值的科学性与合理性5.2建筑供配电系统节能5.2建筑供配电系统节能5.2.1 提高功率因数5.2.2 治理谐波5.2.3 变压器节能5.2.4 提高需用系数取值的科学性与合理性有功功率：用电设备电设备 将电电能转转化为为其他能，用P表示 ，单单位为为“瓦”（W）。无功功率：感性用电设备工作时必须取用的一种电路内电场与磁场的交换功率，用Q表示，单位为“乏”（Var）。视视在功率：用电设备向电源取用的总功率，用S表示，单位为伏安（VA）。它由有功功率和无功功率两部分组成。功率因数cos=P/S ,cos越大，说说明总视总视 在功率中有功成分越大，电电源的利用效率就越高。5.2.1 提高功率因数例题：一台100KVA的变压器，带P=10KW， cos =0.5电动机，可带5台。若cos提 高为0.9，则可带9台。计算过程如下：可见，提高功率因数，可充分挖掘电源的利用效率。1.谐波对电气设备的危害（共9点）： 谐波电流通过变压器，可使变压器铁芯损耗明显增加，进而使变压器发热，降低其过载能力，缩短其使用寿命。 谐波电流通过电动机，不仅会使电动机铁心损耗增加，而且严重时，会使电动机转子发生震动现象，影响机械加工产品的质量。 谐波对电容器影响更为突出，由于容抗与频率成反比，电容器对谐波阻抗很小，因此电容器容易发生过负荷甚至烧坏。 谐波电流可使电力系统电能损耗与电压损耗增加。 可能使二次计量出现误差，二次继电保护装置发生误动作。5.2.2 治理谐波 在三相四线线制系统统中，零线线会由于流过过大量的3次及其倍数次谐谐波电电流，造成零线过热线过热 。 谐谐波会产产生额额外的热热效应应，从而引起用电设备发热电设备发热 ，使绝绝缘缘老化，降低设备设备 的使用寿命。 谐谐波容易使电电网与补偿电补偿电 容器之间发间发 生并联谐联谐 振或串联谐联谐振，使谐谐波电电流放大几倍甚至数十倍，造成过电过电 流，引起电电容器和与之相连连的电电抗器、电电阻器的损损坏。 谐谐波会对对附近的通信系统产统产 生干扰扰，轻轻者引入噪声，降低通话质话质 量，重者导导致信号丢丢失，使通信系统统无法正常工作。1.谐波对电气设备的危害（续）：2.谐波治理可采取以下措施（共8点）： 三相整流变压器采用Yd 或Dy接线。 增加整流变压器二次侧的相数。 使各台整流变压器的二次侧互有相位差。 设置滤波或隔离谐波的装置。 选用无源/有源滤波器。 产品自带滤波设备。 选用D yn11连接配电变压器。高压侧为接法，低压侧为Y接法，中性点接零。结线相位为11点（即二次电流相位滞后330度）。 串联适当参数的电抗器。1.减少变压器的有功损耗变压变压 器的有功损损耗按下式计计算: P=P0+2PK 式中：P变压器的有功损耗(KW)P0变压器的空载损耗(KW) ，又称铁损铁损 ，它是由铁铁芯涡涡流 损损耗及漏磁损损耗组组成，其值值与铁铁芯材料及制造工艺艺有关，与负负 荷 大小无关。PK变压器的短路损耗(KW) ，即变压变压 器额额定负载传输负载传输 的 损损 耗又称变压变压 器线损线损 ，多称为铜损为铜损 ，它取决于变压变压 器绕组绕组 的电电 阻及 流过绕组电过绕组电 流的大小.变压器的负载率可见，要减少变压器的有功损耗，应减小变压器的空载损耗，降低负载损耗，选择适宜的变压器负载率。5.2.3 变压器节能的计算公式如下： =S/Sn （5-1）式中:Sn变压器额定容量S变压器运行中的实际容量由于变压器在运行过程中，外界负荷经常变化，所以应采取一段时间内的平均负荷率。变压器最经济的节能运行负载率一般在75%85%之间。 2.实施电容器组无功补偿对变压器所在系统实施电容器组无功补偿，提高系统功率因数，在变压器容量一定的情况下，提高其利用效率。积极治理系统谐波，减小变压器铁芯损耗，减小变压器输出端不平衡电流，提高变压器过载能力，延长其使用寿命，实施变压器经济、合理、科学运行。1.需用系数法需用系数法是以设备容量为基本量，以需用系数为关键系数，以发热安全为依据，综合考虑安全、科学、经济、合理等诸多因素的一种统计负荷量的方法。5.2.4 提高需用系数取值的科学性与合理性2.需用系数的物理意义在统计系统负荷量时引入一科学的计算系数Kx，称为需用系数。其定义为：(52） 式中：Pjs系统实际运行最大有功负荷（W）Ps系统设备容量（W）Kx系统需用系数其物理意义：式中：K系统用电设备同时系数KL负荷系数，运行设备并非全满载，设备组在系统出现最大负荷时运行设备实际功率与设备组总PS 之比，一般情况下KL1L供电线路传输效率N电气设备额定效率 （53） 需用系数与系统电气设备工作的同时率、系统电气设备的负荷情况、系统电气设备的工作效率、系统电网传输效率有关。 在实际工程设计中应充分考虑到需用系数取值因不同建筑功能间的用电同时率而不同。 在不同的用电场所如建筑工地电气设备群、车间的电气设备群、酒店与办公楼空调等，应对电气设备的负荷率给予着重考虑。 实际工程中力求提高电气设备的工作效率。 实际工程设计中 ，由系统负荷实际分布情况确定系统供电负荷中心，即系统电源位置。3.提高需用系数的科学性与合理性对于电气照明系统节能：一是要以绿色照明为宗旨，最大效率地节省能耗；二是优化设计方案。建筑供配电节能主要体现在:提高功率因数、抑制谐波、实现变压器经济运行、提高需用系数取值的科学性与合理性等四个方面。本 章 小 结思 考 题1、说明电气照明系统节能措施主要包括哪些内容？2、说明如何通过优化电气照明系统设计方案实现节能？3、说明提高系统功率因数意义？4、说明谐波对供电系统的危害及治理谐波的方法？5、说明需用系数在实际工程中的作用？如何实现需用系数 合理取值？