电气及照明节能技术

1、配电及照明节能技术提纲电气节能电气节能供配电系统的节能自动化系统与节能实施绿色照明节约能源，保护环境，是我国的重大国策，也是全球共节约能源，保护环境，是我国的重大国策，也是全球共同关注的问题同关注的问题煤、油等不可再生能源，地球大气环境恶化煤、油等不可再生能源，地球大气环境恶化2005年年“节能中长期专项规划节能中长期专项规划”所列十项重点工程包括：所列十项重点工程包括：n电机系统节能工程n建筑节能工程n绿色照明工程“十一五十一五”期间住宅和公共建筑严格要求节能期间住宅和公共建筑严格要求节能50%的标准，加的标准，加大既有建筑的综合节能改造大既有建筑的综合节能改造“绿色建筑绿色建筑”的探索的探

2、索n“十一五”城市绿色照明工程规划纲要2006n“公共建筑节能设计标准” (GB50189-2005)电气节能的特点电气节能的特点应在保证用电安全、为使用提供最佳的服务条件应在保证用电安全、为使用提供最佳的服务条件应运用科技手段、采用高效设备和器材应运用科技手段、采用高效设备和器材注重健康、环保注重健康、环保能够有效的降低运行成本能够有效的降低运行成本是绿色建筑的最重要部分之一是绿色建筑的最重要部分之一涉及的领域涉及的领域n供配电系统n楼宇自动化系统n照明提纲建筑电气节能的内容供配电系统的节能供配电系统的节能自动化系统与节能实施绿色照明供配电系统的三大要素：安全、可靠性、节约用电供配电系统的三

3、大要素：安全、可靠性、节约用电安全用电安全用电n避免发生人身触电的防护n防止引发电气火灾供电的可靠性：不应发生突然断电供电的可靠性：不应发生突然断电n避免导致对人身安全的威胁n避免导致设备损坏n避免导致运营的混乱节约用电节约用电n用最少的电满足使用需求n使用者满意节能措施节能措施1：合理设置变电所位置：合理设置变电所位置目标：变压器尽可能靠近负荷中心，缩短低压（220/380V）配电线路长度，降低线路损耗。在送电功率(P)不变条件下，线路电流(I)与电压(U)成反比，见式(1):低压380V为中压10kV的线路电流的26.3倍，而线路的电功率损耗又与电流的平方成正比，见式(2):则用380V送

4、电为10kV的功率损耗的690倍因此，使10kV线路深入、靠近负荷中心(如制冷机、泵等)，对大型建筑可降低年损耗约几万千瓦时。) 1 (cos3UIP)2(32RIP 节能措施节能措施2：提高线路功率因数：提高线路功率因数一般建筑的用电设备的功率因数较低，如：冷冻机、水泵、送排一般建筑的用电设备的功率因数较低，如：冷冻机、水泵、送排风机等，功率因数约为风机等，功率因数约为0.5-0.65，电梯约为，电梯约为0.4-0.5，照明用气，照明用气体放电灯约为体放电灯约为0.5-0.6。功率因数低的后果功率因数低的后果n供电部门不允许，要求不低于0.9n将使线路电流加大，从而大大增加线路损耗n同理，电

5、流加大，将增加变压器损耗，降低变压器利用率提高功率因数的措施提高功率因数的措施n合理选择电动机类型和容量（见后述）n选用低谐波、高功率因数的放电灯镇流器（见后述）n对负荷变化大的风机、泵等设备的电动机设置变频调速n设置一定容量的补偿电容装置n设置适当的滤波装置，治理谐波cos节能措施节能措施3：变压器选用与节能：变压器选用与节能一座大中型建筑，变压器容量可达一座大中型建筑，变压器容量可达5000-10000kVA，年用电总，年用电总量达几百万至千多万千瓦时，变压器年损耗达几万至十几万千瓦量达几百万至千多万千瓦时，变压器年损耗达几万至十几万千瓦时。如选用变压器得当，可产生降低变损时。如选用变压器

6、得当，可产生降低变损20%-30%的潜力。的潜力。措施措施n采用新型节能变压器n合理确定变压器的容量：使变压器负载率不低于0.3,也不应高于0.85，最好在0.5-0.7n提高变压器的功率因数，降低谐波含量采取上述措施的经济原则采取上述措施的经济原则n选用变压器增加的费用，应经过全寿命期技术经济比较(TOC法，计入利息和通胀率，以及考虑能源价格增长率)n无论是新建或是节能改造，一般能在2-5年内回收增加的成本为宜节能措施节能措施4：适当加大配电线路导体截面，降低线路损耗：适当加大配电线路导体截面，降低线路损耗电线、电缆截面选取原则电线、电缆截面选取原则n通常是按技术因素（发热、电压损失等）确定

7、n按经济性原则，还应考虑按 “经济电流”来确定截面。即适当加大截面，以降低损耗采取上述措施的经济原则采取上述措施的经济原则n用TOC法比较，证明运行中节省的电费能合理补偿增加的投资n新建工程，应在2-4年内回收增加的投资为宜 节能措施节能措施5：电动机应用与节能：电动机应用与节能电动机是耗电量最大的设备之一，其节电潜力大电动机是耗电量最大的设备之一，其节电潜力大电动机节能的技术措施电动机节能的技术措施n应选择或配套高效、超高效电动机，按照中小型异步电动机的能效限定值和能效等级（GB18613-2006）要求选择n提高电动机负载率，要求达到0.8-0.9以上，不要“大马拉小车”，可以提高效率和功

8、率因数n对负载变化比较大的，可采用变频调速（不宜用风门、阀门调节），可以不同程度提高效率和功率因数电动机节能的难点电动机节能的难点n电动机多半由被拖动的机械（如风机、泵）所配套带来，往往达不到上述要求，建设方、设计院、承包方都未予注意。因此必须提出配套电动机节能要求。电动机节能举例电动机节能举例如新型YX2型电动机，比Y型、Y2型提高效率2-3个百分点，损耗降低20%-30%，增加15%-30%投资，可在1-2年回收。04,0008,00012,00016,000Y电机效率：89.3%YX2电机效率：92.0%电机价格能耗费用人民币人民币3000小时/年,全负荷, 0.5元/度10% 贴现率节

9、能措施节能措施6：谐波治理与节能：谐波治理与节能谐波来源谐波来源n主要来自电视机、计算机、UPS、整流器、变频调速、放电灯的电子镇流器等谐波的危害谐波的危害n波形的畸变，造成对电网的污染，对微电子设备的干扰n降低了线路的功率因数n增加了线路电流，加大了变压器及线路的损耗n导致线路中性线（N）电流加大，是引起电气火灾的不可忽视的因素治理措施治理措施n选择低谐波的设备、器材（如电子镇流器）n设置滤波装置提纲建筑节能的内容供配电系统的节能自动化系统与节能自动化系统与节能实施绿色照明自动化系统主要内容自动化系统主要内容建筑自动化系统（BAS）电力监控管理系统照明控制调节系统通信与信息系统消防和安防监控

10、系统系统集成自动化系统的作用自动化系统的作用节约能源，降低成本提高管理水平，节省人力，从系统中的数据，总结经验，指导机电系统运营提高机电系统运行安全性和可靠性为使用者营造更安全、方便、舒适的工作和生活环境自动化系统的节能分析自动化系统的节能分析 - BASBAS：主要是对空调、冷冻、给排水的监控，这个系统是耗能大：主要是对空调、冷冻、给排水的监控，这个系统是耗能大户，节能潜力大户，节能潜力大n控制送冷水（热水）温度n调节新风比例n利用自然风n合理设定公共场所温度n提高控制温度精度n提高能源利用效率n是人力难以达到的自动化系统的节能分析自动化系统的节能分析 - 电力监控管理系统电力监控管理系统电

11、力监控管理系统电力监控管理系统n提高供电安全性、可靠性n提高电能质量n合理投切变压器的运行n提高和调节功率因数，降低无功损耗n监视和治理谐波n合理节能自动化系统的节能分析自动化系统的节能分析 - 照明控制调节系统照明控制调节系统照明控制调节系统：节能，并延长光源使用寿命照明控制调节系统：节能，并延长光源使用寿命n对楼梯间、走廊、电梯厅、大堂、夜景照明、定时开关或减半亮灯n对公共场所、通道等按天然光状况开关灯n对走廊按后半夜调光或按人动静调光或开关灯n对报告厅、多功能厅、娱乐场所作多场景设置调光和开关灯自动化系统的节能分析自动化系统的节能分析 客房或办公控制系统客房或办公控制系统n功能：主要是空

12、调及灯光控制、调节n节能：- 客人离房自动延时断电（不包括空调）- 入夜客人进房时，自动开启1-2个灯-客房空调控制按无人入住、有人入住在使用、有人入住未使用三种工况，分别设定温度调节范围，保证客人舒适居住环境，也有利于节能n办公室则按工作、 午休和下班后分别 调节和开关282726252423222120191817未入住入住，客人不在 入住，使用中夏季工况冬季工况 oC提纲建筑电气节能的内容供配电系统的节能自动化系统与节能实施绿色照明实施绿色照明1 1 照明节能是照明设计的首要任务照明节能是照明设计的首要任务 评价照明工程设计的优劣，应考虑五个要素。 第一、安全：主要是防电击、防火安全。

13、第二、适用：满足使用要求，必要的照度水平和良好的照明质量，满意的视觉环境。 第三、节能、环保：提高照明系统能效。 第四、经济：合理的初建费用和运行维护费用，良好的性价比。 第五、美观：高等级公共建筑、景观照明更重要。 五个要素是一个系统的、完整的概念，必须有机结合。安全是基本保证，适用是通常应满足的要求，节能、环保则是重要方针。当前，主要偏向是忽视节能，特别是高档宾馆等公共建筑，在装饰设计中缺乏节能意识的问题比较突出。2 推广应用高效光源取代低效光源推广应用高效光源取代低效光源2.1 2.1 严格限制（乃至禁止）使用白炽灯严格限制（乃至禁止）使用白炽灯 (1) 白炽灯有很多优点，显色性好，起点

14、简单快捷，调光方便等，但光效太低，不适应当前节能减排的方针，逐步淘汰白炽灯，是世界各国共同关注的任务，是必然趋势。如澳大利亚于2007年初确定在5年禁止使用白炽灯；2008年10月欧盟成员国要求年底前制订计划，从2010年起禁止销售白炽灯等高耗能家用照明器材；美国在2007年底修订的能源法，确定于2012、2014年前分两批淘汰白炽灯；日、加等国都相应提出了类似的方针。我国已于年月发布淘汰白炽灯路线图。年最终淘汰普通照明白炽灯。 (2) 我国2004年颁布了建筑照明设计标准（GB50034-2004），规定了严格限制的白炽灯应用及要求； 多年来我国十分重视绿色照明，制订了实施计划； 2007年

15、财政部和发改委制订了高效照明产品推广财政补贴资金管理办法，确定在2008年到2010年三年中，每年推广5000万只高效光源替代白炽灯等。预计可节能290108 kWh，确定13家企业提供高效光源，国家给予补贴（城乡居民按50%，大宗用户按30%补贴）。 (3) 当前，应用白炽灯（除特殊需要外）最多的是宾馆、农村和家庭等。宾馆的客房、餐厅、大堂等，白炽灯使用过多。 (4) 要减少以至逐步淘汰白炽灯，对农村、家庭，除宣传、教育外，主要靠政策性措施；对宾馆，则应对照明工程设计师、装饰设计师、宾馆建设者和管理者进行必要的宣传、培训，增强节能环保意识，提高照明技术水平。有人说，高级宾馆照明要用白炽灯，才

16、能营造舒适的光环境。当今有多种高效光源，可满足显色性、暖色温、调光以及装饰性等要求，能营造满意的视觉环境。 2.2 2.2 限制荧光高压汞灯应用限制荧光高压汞灯应用 (1) 荧光高压汞灯光效低，显色性不好，不利于照明节能和照明质量，所以国标GB50034-2004规定不宜采用，特别是不应使用光效更低的自镇流汞灯。 由于汞灯价格较低，仍有很多城市支路，工厂区及居住区道路，以及老企业的车间等场所使用，节能改造仍是很艰巨的任务。 (2) 在高大建筑及工业厂房和道路照明，应推广使用金卤灯和高压钠灯。 有显色要求的选用金卤灯； 显色要求高的应选用陶瓷金卤灯，其光效也更高； 没有显色要求的场所，以及道路照

17、明，可用光效更高的高压钠灯。 2.3 2.3 积极推广和合理应用荧光灯积极推广和合理应用荧光灯 (1) 荧光灯以其高光效及各种优异性能，在公共建筑、居住建筑以及较低的工业场所获得广泛应用。稀土三基色直管荧光灯光效已达100105 lm/W，显色指数（Ra）达8085，有各种色温（27008000K）可满足不同需要。 (2) 荧光灯的类型及发展 a 管径变细：上世纪70年代末研制出T8（管径26mm），90年代又研制出T5（管径16mm）灯管，其光效提高约10%，耗材更少，更符合节能、环保要求。 b 使用稀土三基色荧光粉，逐步取代卤磷酸钙荧光粉。 c 除直管（双端）外，有紧凑型（CFL）、环形等

18、。 d 还有高频电磁感应原理制成的无极荧光灯。 (3) 根据不同要求合理选择荧光灯 a 三基色直管荧光灯能效高，适应于所有功能性照明场所，如办公室、教室、医院、一般商场、较低的工业用房间等。 b CFL灯接近点光源，主要用于装饰要求较高的公共建筑，自镇流荧光灯适合于取代白炽灯。 c 无极荧光灯最主要特点是使用寿命长，主要适用于难以更换光源的场所。 (4) 直管荧光灯应用要求 a 必须选用细管径（26mm）灯管，即T8、T5管，光效更高，节能、节材，更环保。 b 必须选用稀土三基色荧光灯，其光效更高、显色性好（Ra80），寿命更长，虽然其价高，但光效高，所需要的灯管数减少15%25%，所减少的灯

19、具和镇流器费用足以弥补灯管增加的费用，甚至有多，不仅节能，还降低了建设投资。 c 选用功率较大的灯管：功能性照明场所应选用不小于4呎长灯管（即T8-36W，T5-28W）；除装饰要求特殊外，不应选用2呎长的灯管（即T8-18W，T5-14W）。这种小灯管耗电要增加35%40%。 d 对多数功能性照明场所，照度多在300750 lx左右，宜选用中色温荧光灯。2.4 2.4 关于关于LEDLED的应用的应用 (1) 十多年前白光发光二极管（LED）的问世，使其进入照明领域成为可能。 (2) LED的主要特点和优点：寿命长，颜色丰富，起点快捷，可调光，耐震动，耐气候性能好，使用安全。其前景十分广阔。

20、预计在若干年后，将会广泛应用于室内外照明领域。 (3) LED最具优势的应用场所： a 交通信号灯：有更换维护光源及颜色优势。 b 建筑和构筑物的景观照明，包括园林、绿地、雕塑、喷水等景观，特别是要求多色彩变化、动感强的商业场所。 c 广告牌及其他显示照明。 d 建筑内标志灯、应急疏散标志灯等。 e 汽车尾灯。 (4) 开始应用和可以创新开发应用LED的场所 a 机动车较少的支路、乡村道路、居住区道路等。 b 需要装设节能自熄开关的灯，如住宅及类似建筑的楼梯间、走道、雨蓬灯等。 c 宾馆及类似公共建筑要求装饰性的厅堂照明，宾馆客房需调光的床头灯，夜灯，客房的开门灯等。 d 台灯，生产用局部照明

21、灯。 LED应用场所不限于此，随时间推进，逐步扩大范围。 (5) 关于LED的发展，寄语照明界同行：LED是一个发展很快、很有前景的新光源，照明界同行应致力于研究、解决应用于照明领域的技术问题，不断完善促进其发展，切忌浮躁、夸张和炒作。 LED是一个半导体器件，需要经组合、封装，配套驱动控制电路，解决散热问题，组成符合照明要求的完整灯具，是一项涉及光、热、机、电等多学科的系统工程，需要解决很多技术难题，如降低光通衰减，降低色温，提高显色性，处理好散热和对各种参数的影响，以及灯具的各类光分布等，都需要更多工作，潜心、致力、务实、低调，努力成就一个新兴的优质照明产品。 切忌夸大之词，不要轻易宣称比

22、谁节能50%、60%不要轻言几年内取代传统光源，要用切实的科技成果，产品数据，赢得市场。LED必将在照明领域中占有重要地位。3 3 灯具是保证照明安全，提高能效的重要因素灯具是保证照明安全，提高能效的重要因素3.1 3.1 合理选用灯具是照明安全的重要保证合理选用灯具是照明安全的重要保证 照明安全最主要的防电击、防火，还有防爆、防尘、防水、防腐、防机械损伤等。 按灯具的一般安全要求与试验（GB7000.1-2002）（等同IEC60598-11999）规定灯具的防电击分类为四类：0类 仅依靠基本绝缘，能适应正常条件下电击防护， 但绝缘失效时，则只能依赖于环境条件。类 除基本绝缘外，还有附加措施

23、，即外露可导电部分应按地（通过PE线）。类 除基本绝缘外，还有附加措施，即双层或加强绝缘。类 采用安全特低电压（SELV）供电。 2007年11月最新修订的GB7000.1-2007（等同IEC60598-12003），取消了0类灯具，从2009年1月1日实施，从此时起，不能再生产、销售和使用0类灯具。由于实际应用中，选用类、类较少，大多数都选用类灯具。 因此，照明工程设计中，对大多数的类灯具，应按PE线，并按低压配电设计规范（GB50054-2011）要求作接地故障保护。3.2 3.2 合理选用灯具，提高照明能效合理选用灯具，提高照明能效 灯具对照明系统能效有重要影响，为此，应合理选择灯具：

24、 第一是选择灯具效率高的灯具，在满足限制眩光条件下，尽量选用不带遮光附件的直接型灯具。 第二是选择光通维护率高的灯具。 第三是按室形指数选择配光，室形指数较大时，应选择宽配光灯具。 第四是建筑条件，如墙壁、顶棚、地面应有较高反射比。4 4 镇流器是保证照明质量，提高能效不可忽视的镇流器是保证照明质量，提高能效不可忽视的因素因素4.1 镇流器对照明质量和能效的影响镇流器对照明质量和能效的影响(1)不同类型的镇流器的自身功耗不同 电感镇流器的功耗比较大，尤其是小功率放电灯之镇流器功耗占灯功率的百分比则更大； 高效节能型电感镇流器降低了自身功耗，HID灯更是显著； 荧光灯电子镇流器功耗更低，T8荧光

25、灯用电子镇流器时，用高频电流，光效约提高10%。 (2) 电感镇流器存在一定的频闪效应，对连续作业有不良影响，高频电子镇流器可降低频闪深度。 (3) 电感镇流器谐波较小，而电子镇流器谐波比较大，特别是功率25W的放电灯，其谐波（特别是3次谐波）太大，加大了对配电系统的污染。 (4) 线路功率因数：电感镇流器之功率因数很低，约为0.40.5左右；电子镇流器25W灯者可达0.95以上；而25W以下灯管，由于谐波之影响，功率因数仅0.50.6。4.2 4.2 镇流器的选用镇流器的选用(1) 按设计标准规定选型：a 自镇流荧光灯应配电子镇流器。b T8直管荧光灯应配电子式或节能电感式； T5灯管只能用

26、电子式。c HID灯应配节能电感式，小功率HID灯可用电子式；对于电压偏差较大，特别是道路照明，宜用恒功率型镇流器；对于道路照明，可用变功率（双功率）镇流器，以便在后半夜降低一半照度。 (2) 采用节能电感镇流器时，应提高功率因数；降低频闪效应的影响。 (3) 采用电子镇流器时，应选用优质产品，保证使用寿命和可靠性；更应重视谐波的不良影响。 按照国标电磁兼容 限值 谐波电流发射限值（GB17625.1-2003）规定的C类设备（即照明设备）谐波电流限值，对功率25W的放电灯，3次谐波电流为基波电流的百分数，不超过“30”（为电路功率因数），说明谐波比较大，对配电系统有一定影响。 对功率25W的

27、放电灯，3次谐波限值为86%，5次谐波为61%。不仅污染电网，且在三相四线系统的中性线（N线）上呈现3倍电流叠加，建议采取以下措施： a 一座建筑内不要大量使用25W的灯管。 b 如必须使用，设计提出技术要求，规定3次谐波或总谐波限值不大于20%（或30%）。 c 采取滤波措施。 d 加大配电线路，特别是N线截面。4.3 4.3 有有3 3次谐波时，配电线电流计算及截面选择次谐波时，配电线电流计算及截面选择 (1) 谐波效应的计算：当用电缆或绝缘线套管时，按建筑物电气装置 布线系统载流量（GB/T16895.15-2002）之附录C的方法，各相平衡的三相四线制系统，N线和相线截面相同，同一电缆内视为一个综合发热体原则