浅谈高等学校电气节能措施及应用

浅谈高等学校电气节能措施及应用
黄斌雯
【摘要】本文针对高等学校的用电特点，阐述了通过电气系统设计节能、电气产品的选用节能、以及科学合理的运行管理节能等方面出发，介绍了实现高等学校电气节能措施及应用。
【关键词】 电气节能 系统 运行 高等学校

1 前言
我国是能源短缺的国家，近年来，随着高等学校教育事业的迅速发展，致使用电量迅猛增长，如何合理地利用能源，降低能耗，积极开展和推进高等学校电气节能具有十分重要的意义。
2 高等学校用电的特点
高等学校是集教学和科研为一体的单位，在用电方面和机关、企事业单位有很大的不同，具有以下特点：
2.1校园面积较大，功能分区较多，出现负荷中心点多，其中有些是一级负荷；10/0.38kV电压等级供配电半径过大。
2.2 大型试验设备台（套）数较多，但实际使用率较低，对应配备的变压器大部分时间处于轻载运行，功率因数偏低，电能损耗大。
2.3图书馆、实验楼、教学楼、科研中心、多媒体教室、综合办公楼等建筑场所的空调、开水器长时间满负荷的运行。
2.4图书馆、实验楼、教学楼的照明器具在电压偏高的不良环境下长时间运行，导致耗电量大，灯具过热易损坏。
2.5教学区、实验中心大部分照明器具老旧，节电效果较差，不利于节能。
3 合理设计电气系统
高等学校按功能分为教学区、实验中心、科研中心、综合办公区、学生宿舍区和教职工生活区等。各功能区对用电需求的多样性和系统供电能力的要求不同，但要求提供安全可靠、保证电能质量的要求是一致的。这就要求在具体的设计过程中根据用电负荷容量及其分布、用电设备特点及负荷等级，合理设计供配电系统，同时从系统可靠性、经济性及节能等多方面进行综合考虑，合理选择运行方案以减少不必要的能源损耗，最终达到电气系统节能的目的。
3.1合理的供配电系统
3.1.1高等学校供配电系统应尽量简单可靠，同一电压等级供电系统变配电级数不宜多于两级，尽量减少变电级数过多产生的电能损耗，宜采用10/0.38kV电压等级配电。结合校园各功能分区的用电要求，各功能区的变电所应靠近负荷中心，低压供电半径控制在200米范围以内，以减少线路电压损失，提高供电质量和系统运行效能。
3.1.2根据负荷情况合理选择变压器容量、台数，变压器负载率宜为0.75～0.85。为提高对教学、实验中心、科研中心等重要场所供电的可靠性，通常安装容量参数相同的两台双卷变压器，其接线应适应负荷变化要求，使变压器按实际使用负荷经济运行，从而减少损耗。
3.1.3合理提高供配电系统的功率因数。若自然功率因数达不到接入电网要求，应进行无功功率的补偿，提高功率因数可以减少线路及变压器的损耗。对高校实验中心应根据负荷轻、重时段的不同，由无功补偿设备自动投、切电容组数，保持负荷功率因数在0.9以上运行。
3.1.4合理进行谐波的预防和治理。谐波能使变压器产生附加损耗，谐波电压会使电缆绝缘局部放电增加，谐波电流会引起电气设备及配电线路过载从而导致能耗增加。因此，要采取措施有效治理谐波。具体方法：用户配电变压器采用DYnll型接线；功率因数补偿电容器串接消谐电抗器；采用有源或无源滤波装置；谐波较严重且功率较大的设备采用专线供电等。
3.1.5以电力为主要能源的空调机组、锅炉、开水器等大负荷应设专用电能计量装置。成组装备大型试验用电设备的无功补偿容量大于100 kvar且远离变电所时，还应采用就地无功补偿。同时，与上述设备相配套的动力源基本都是电动机，其节能非常关键，由于电动机在轻载和空载运行情况下，效率很低，可采用变频调速器，使其在负载下降时，采用变频的方式，自动调节转速，使其与负载的变化相适应以达到节能的目的。
3.1.6合理选择电缆、导线截面。在满足允许载流量、运行电压损失等各种技术指标的前提下，应按经济电流密度合理选择电缆及导线的截面，从而降低电能损耗。
3.2合理的照明系统
照明节能主要是提高光源、灯具、启动装置、照明控制的总效率，需从照明方式及其控制，天然光利用，加强维护管理等方面综合实现节能。
3.2.1选择正确、合适的照度标准是照明节能的基础。
新的国家标准GB50034—2004《建筑照明设计标准》修订了原标准的低、中、高三档照度规范值，在新的照明标准中，根据视觉工作的特殊要求以及建筑等级和功能的不同，可按照度标准值分级只能提高或降低一级的规定，即选用的照度值贯彻该高则高或该低则低的原则。
3.2.2选择合理的照明方式。
高等学校以教学、实验楼居多，照明方式相比较而言较为单一，基本上采用均匀布置。但一些特殊试验台、实验设备、图书馆的开架阅览室、科研展示台等部位可采用照明灯具安装在设备上或家具上，近距照射提高照度，以实现节能。
3.2.3合理进行照明控制。
（1）体育馆、图书馆、多功能厅、学术报告厅、教室、实验室等公共场所应采取集中控制，并按需要设置调光或降低照度的控制措施。
（2）学生宿舍或公寓楼的楼梯间、走廊的照明、卫生间，除应急照明外，应设置节能自熄开关。
（3）对天然采光良好的场所或建筑，应按场所照度设置自动开关灯或调光装置；综合办公楼的个人办公室可采用人体感应或动静感应等方式自动开关灯；电梯厅和宿舍走廊等场所，应设置夜间定时降低照度的自动调节装置。
3.2.4采用智能化控制校园路灯，提高节能效率。
高校校园面积大，路灯数量多，长时间（特别是后半夜）在电压偏高状态下使用，消耗电能约占全校用电的3～5%，同时灯具极易损坏。应对校园路灯集中控制，通过在路灯控制柜内设置智能化控制器，控制路灯稳压器输出电压在190～220伏范围。经测试，校园路灯在电压190伏工作时消耗的功率比在220伏时消耗的功率降低约34.3%。智能式集中控制柜既能调节路灯电压，又能定时自动开启和关闭路灯，使用后可节电30%，又能延长光源使用寿命5～8倍。
4 选用节电型产品
选用节电型用电设备，是电气节能的关键环节之一。这就要求电气、给排水、暖通等相关专业在用电设备选型时本着节能的原则，选用高效率、低损耗的节电型产品。
4.1选用节能变压器，有效降低损耗。变压器是供配电系统的主要用电设备，据有关资料统计，变压器总电能损耗占总发电量的2％一3％，占配网损耗的60%，为减少电网损耗，节能变压器的使用尤为重要。变压器经历了由油浸式变压器转向干式变压器的发展过程，如今具有损耗低、重量轻、噪声低、效率高、抗冲击、节能显著的新型变压器也已产生。如S10型、S11型的干式变压器与S9型的干式变压器相比，空载损耗平均降低8％，负载损耗平均降低5％。变压器噪声水平下降7～10 dB，而且价格与s9型相当。另外，非晶合金变压器具有空载损耗小、经济运行负荷率相对较低的特点，其空载损耗较用硅钢片的s9产品系列下降70％～80％，空载电流较S9系列下降20％，但是其价格较贵。
在高校配电系统新建或改造中，要克服在购置变压器时不估算损耗，认为变压器效率高损耗可以忽略不计的错误看法，一定要投入专项资金，采用节能新设备、新产品，节电效果是十分显著的。
4.2根据负荷特性合理选择高效率电动机，采用高效率电机的耗电量与普通标准电动机相比，其总损耗可减少20%～30%，效率可以提高3%～6%。
4.3选择高光效光源，提高照明系统效率。
照明设备是高校中应用最为广泛的一种用电设备，据相关数据统计，高校照明耗电量约占学校用电量的30%，由此可见，照明节能是高校电气节能的重要环节。若将灯具利用能源作为100％，则改进后的节电率可大大提高，其中光源更新后为75％，灯具改良后为30％，换用电子镇流器后为50％。表1所示为光源更新后的节电率，以及紧凑型荧光灯取代白炽灯的效益。
表1　常用各类光源的效率及节能效果
光源名称 功率/W 光效率(m/W) 电力消耗与白炽灯比值 节能百分比%
白炽灯 40～200 8.75～14.6
荧光高压汞灯 50～1000 27～50
荧光灯 30、40 35、50 1/4～1/6 75～83
紧凑型荧光灯 7～36 40～62.7 1/4.5～1/7 77～86
高压钠灯 35～1000 54.9～117.1 1/4～1/8 75～87
金属卤化物灯 175～1000 66.7～102.8 1/5～1/7 80～86
由上表可知，高压钠灯的光效为是最高的，但荧光灯和金属卤化物灯次之，高压汞灯较低，而白炽灯为最低。从节能考虑，选用光源应尽量少用白炽灯，推广使用细管径荧光灯（T5高频灯管）和紧凑型荧光灯，逐步减少高压汞灯的使用量，大力推广高效、寿命长的高压钠灯和金属卤化物灯。
采用荧光灯照明是高校教学楼、实验楼、图书馆、综合办公楼等建筑的主要光源，因此在新建项目或对原有建筑照明进行用电改造时，可采用高光效、使用寿命长的高频T5荧光灯配电子镇流器的方案，可使光效提高25%，功率因素达到0.9以上，节电达35%。
4.4积极推广使用新型光源。 发光二极管(LED) 被称为“绿色光源”，白光LED理论发光光效可达200 lm /W，目前实验室里已经达到100 lm /W， 50 lm /W 的产品已进入市场，其较同等亮度的白炽灯耗电减少约80% ,节能潜力巨大。随着LED的迅速发展，发光光纤得以广泛应用，与LED 光源结合，发光光纤现已在建筑物立面装饰、室内装饰及水下装饰广泛使用。室外照明可选用太阳能灯具。
5 科学合理的运行管理
一座大型的公共建筑，从设计到建成投入使用周期也就几年，合理的供配电系统、照明系统，和节电型产品的使用，以及与之对应的各种方法和手段这仅是从系统设置方面为电气节能打下的基础。而长期的运行管理能否在现有的基础上实现进一步的节能，这完全取决于科学合理的运行管理，即所谓的行为节能。科学合理的运行管理制度会起到事半功倍的作用，可以在具备节能系统的基础上达到更进一步的节能。
5.1利用建筑设备监控系统全方位地对建筑中各类机电设备进行最佳控制，从而在满足需求的前提下最大限度地节能。
5.2借助物联网平台对电气设备运行进行自动化的识别和管理，物联网是按照约定的协议进行信息的交换和分配，实现智能化的识别、定位、跟踪、监管和管理功能，从而实现节能。
5.3进行节能宣传，通过行为节能降低电耗。不合理的运行管理制度导致空调系统、开水器运行时间过长，下班后系统仍继续运行，或部分设备持续运行，消耗大量电力。此外，由于少部分建筑在夜间还要继续使用，导致整个系统24小时连续运行，造成巨大的浪费。
6 结束语
高等学校电气节能潜力很大，除了合理的电气系统，以及选用高效率的节电设备外，更重要的是在日常的运行管理中如何科学合理的利用电能、最低限度地减少损耗，杜绝浪费，将节能措施落实到单位和个人。随着电气节能新技术和新设备的采用，高校电气节能会取得更显著的进步。

参考文献
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[3] 赵　源,王　珂. 建筑节能技术措施的分析[J ] . 山西建筑,2005
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