低功耗设计论文范文第1篇

关键词:低功耗;SoC;CMOS;功耗估计;

The Application of Low-Power Methods in SoC Design

Abstract: SOC design occupies an important position in IC design market. The low-power design is an important part in SoC design process. This paper firstly gives a comprehensive analysis of the composed of CMOS circuit power consumption and the related theory of power estimation, then analyzes the SoC low-power design theory of various design levels in detail.

Keywords: low-power,SoC,CMOS,power estimation

1引言

随着工艺水平的不断发展,集成电路设计已经进入超深亚微米(Deep Sub-Micron,DSM)和纳米的SoC时代,设计规模越来越大,单一SoC芯片的集成度已经达到了上亿门。在之前的集成电路设计中,设计者首要关心的芯片性能往往是面积与速度,然后才是功耗。到了深亚微米阶段,功耗设计在芯片设计中所占的比重开始上升到与面积和速度同等重要的程度,设计人员需从功耗、性能和成本三者之间取得折衷。据统计数据分析,目前市场上的一些功能强大的微处理器芯片功耗可达100-150 W,平均功耗密度可达50-75 W/cm2。而芯片上某些热点(hot spots)的功耗更是数倍于这一数值。功耗问题的重要性在便携式数码产品芯片的设计中显现的尤为突出。便携式产品要求重量轻、电池续航时间长,而电池技术发展不能跟上这一要求,这就间接使芯片的低功耗设计面临更严峻的挑战。

2集成电路功耗组成

对SoC芯片进行低功耗设计,首先必须从各个方面弄清集成电路的功耗组成,然后采用适当的方法,有针对性地对设计从系统方案到物理版图各个设计阶段进行低功耗分析。由于在当前芯片设计制造中,CMOS电路仍然占据主要位置,以下将从CMOS电路的特点入手讨论数字集成电路的功耗组成。

2.1 功耗组成

SoC中的功耗大致可分为三个部分,即处理器功耗、通讯功耗以及存储器功耗。处理器功耗和通讯功耗又可统称为逻辑电路功耗。

CMOS逻辑电路功耗主要有两部分组成,即动态功耗与静态功耗。动态功耗是指当芯片处于激活(active)状态时,也即信号发生跳变时的功耗;静态功耗是指芯片处于未激活状态或者说没有信号的跳变时的功耗。

2.2 动态功耗

在CMOS电路中,动态功耗主要由交流开关功耗和直流开关功耗两部分组成。交流开关功耗又称为负载电容功耗,是指电路对负载电容充放电形成电流所引起的功耗;直流开关功耗又称短路功耗,是指输出电压变化时由PMOS管和NMOS管在同一时间导通产生的瞬态电流所引起的功耗。

2.2.1 交流开关功耗

交流开关功耗由门的输出电容充放电形成,是CMOS电路动态功耗的首要来源。以CMOS反相器为例,设电源电压为Vdd,输出端负载电容为CL。当输入信号电平分别由高向低或由低向高转换时,对应输出端情况分别为Vdd对电容CL的充放电,从而形成了交流开关功耗,如图1所示。交流开关功耗表示如下。

PD =αCLfVdd2

式中,α为节点的翻转概率,f为电路时钟频率。

2.2.2 直流开关功耗

由于在实际电路中,输入信号的跳变过程总是需要一定的时间,因此当输入电压落到VTn和Vdd-|VTp|的区间内时(VTn和VTp 分别为NMOS管和PMOS管的阈值电压),两管会同时处于导通状态,从而在电源与地之间产生了一条电流通路。由此短路电流产生的功耗就叫做直流开关功耗,也称为短路功耗,如图2所示。

2.3 静态功耗

静态功耗主要是指泄漏电流所引起的功耗,又称泄漏功耗。CMOS电路中主要存在有四种泄漏电流:亚阈值泄漏电流(IDS)、栅泄漏电流(IGATE)、门栅感应漏极泄漏电流(IGIDL)以及反偏结泄漏电流(IREV)。芯片的静态功耗就是由总的泄漏电流引起的功耗之和。可表示为:

Pleakage =Vdd*(IDS +IGATE +IGIDL +IREV)

短路功耗和静态泄漏功耗在深亚微米工艺下占总功耗的比例很小,基本达到可以忽略的程度,此时开关功耗是主要因素。然而,随着工艺技术发展到纳米工艺水平时,泄漏电流造成的功耗将会大大地增加,在某些65 nm工艺中,泄漏电流大小已经达到接近动态电流的水平。

2.4 存储器功耗

存储器是SoC系统的重要组成部分。随着视频、音频等多媒体芯片上存储应用的迅速发展,存储系统功耗日益增加,已经成为SoC系统功耗的重要组成部分。由于在SoC系统设计中,要实现设计功能,往往需要对存储器频繁读写,这样势必会增加大量存储器系统功耗,因此,需要研究可行的设计方案来降低由于存储系统引起的功耗,以提高系统性能,保证系统能够稳定工作。

3低功耗设计方法及实现

在SoC芯片设计流程的各个阶段都需要进行低功耗设计的分析,并采用合适的方法进行低功耗设计。根据集成电路的设计流程由高到低具体包括体系结构级、电路级、寄存器传输(RTL)级以及门级与晶体管级设计。而在进行低功耗设计之前,则首先要进行功耗估计,从整体了解设计的功耗信息以及把握功耗优化的效果。

3.1 功耗估计技术

功耗估计技术是进行系统芯片功耗优化的重要环节,设计过程中如果没有对设计准确迅速的功耗估计,就无法把握所使用的功耗优化技术的效果,低功耗设计也就无从谈起。另外,通过功耗估计能尽早发现电路设计中存在的一些功耗问题,从而尽量避免可能出现的由功耗问题引起的重复设计。功耗估计的方法分为概率分析法和仿真分析法。

概率分析法可以快速估算功率,但精确度有限。目前使用较多的是基于矢量输入的动态仿真方法,即使用仿真工具利用综合或是布局布线阶段得到的门级网表进行动态仿真,得到电路的开关活动性信息,再进行反标,然后根据工艺库的数据从而得到具体功耗。利用动态仿真方法进行功耗分析的关键因素有两个:一是要能够提供合适的输入信号矢量;二是需要足够长的时间进行动态仿真以确保其覆盖率。

3.2 体系结构级设计

进行体系结构设计时,首先可以利用并行处理的技术,在不影响电路基本工作性能的基础上尽量降低其工作频率,从而大大降低功耗。其次,流水线技术也是降低功耗的重要途径之一。其核心思想就是将系统中相同或者相似的一系列操作通过时间上串行,空间上并行的方式实现,其时空图如图3所示。

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图中以五级流水线为例,运算总共分成完成时间近似相等的五个步骤,和之前相比,路径长度缩短为原来的,这样,在一个时钟周期t内,充放电电容变为原来的。因此,在相同的电路速度下,可以采用较低的电源电压来驱动系统工作,从而降低了系统功耗。

3.3 电路级设计

通常在SoC电路设计中往往会包含较多的总线,而总线一般都会给电路带来长连线、大电阻和大负载等效应。由此引起的功耗约占总功耗的15%～20%以至更高,因此电路总线的低功耗设计技术也成为SoC设计重点考虑的问题之一。目前比较成熟的总线低功耗设计技术是减摆幅设计Vswing 。定义输出电压高电平为,那么跳变功耗表示如下:

Ps =AVCVswing f

由此可见,降低Vswing 可以达到降低功耗的目的。

另外,电荷再循环总线结构(Charge Recycling Bus)是另外一种降低总线功耗的技术,它把整个电势差分成几等份,利用总线各数据位电容上存储的电荷电势的变化来传输数据,其本质上也是利用了减摆幅技术。

3.4 RTL级设计

3.4.1门控时钟设计

门控时钟是一种应用较为广泛的低功耗设计技术。它是通过减少电路中冗余状态翻转,即让一些暂时不工作的单元处于非触发状态,当需要这些单元工作时,再用使能信号进行触发。借助门控时钟插入技术可以减小由于不必要的时钟跳变而产生的动态功耗。如图4所示,使用控制信号en来完成门控。门控后的时钟信号gclk送到寄存器中。这样,当en为“0”时,该时钟被关掉;en为“1”时,clk被传送给gclk,寄存器正常工作。

在实际的设计过程中,可以借助DC中Power Compiler工具中的相关命令,实现门控单元的插入。

3.4.2 操作数隔离

操作数隔离主要是针对系统中的算术、逻辑运算模块进行低功耗设计,其核心思想是增加额外的数据选择器,通过控制选择器的使能端,在不需要进行算术以及逻辑运算时,使这些模块的输入保持为“0”,从而不让操作数进来,输出结果不会翻转;而如果需要进行这方面的运算时,再将它们打开。

如图5所示为利用操作数隔离设计一个简单加法器的例子。当系统不需要加法运算的时候,adder_en信号为“0”,则加法器的两个输入端都保持“0”,其输出不会发生任何翻转,不会产生动态功耗,而如果需要进行加法运算时,adder_en变成“1”,数据端a,b信号被送入加法器进行加法运算。

3.4.3 存储器分块访问

一个系统中往往需要引入片上存储器,用来存储特定的指令集或运算的中间结果,而片上存储器的加入则会引起功耗的增加。如前所述,SoC设计中存储器带来的功耗已经越来越不容忽视,必须采用适当的设计方法降低存储器的功耗。

存储器分块访问方法是指根据电路中存储器的工作情况,将系统所需要的一定容量的存储器分成相同容量大小的两块或多块,然后通过适当的片选译码实时决定哪片存储器处于工作状态。当然,利用这一方法降低功耗的同时也会不可避免的增加芯片的面积,因此设计中要权衡考虑。

3.5 门级与晶体管级设计

门级与晶体管级是在芯片功耗、性能之间进行折中的最直接的设计层次。在门级设计阶段,主要方法是将节点翻转率比较高的逻辑门合并到复杂的门电路中,从而降低节点的等效电容,以达到降低功耗的目的。另外,逻辑门驱动能力大小的选择也会影响到功耗,一般尽量选择节点电容较小的逻辑门以降低功耗,但这样做也可能会对电路的时序产生相应影响。

晶体管级设计阶段,一般采取先进的制造工艺来降低功耗。比如,采用更小的晶体管特征尺寸使电路负载电容减小,从而使电路的开关功耗随之减小。另外还可以采用低阈值电压器件降低功耗,由于高阈值电压可以有效地减少电路的亚阈值漏电流功耗,减小阈值电压会导致静态功耗呈指数级增加。因此,可以在电路的非关键路径上采用高阈值电压的逻辑器件,在关键路径上采用低阈值电压器件以取得电路性能和功耗的折中。

4 总结

随着工艺的发展,芯片集成度的规模与日俱增,单一SoC芯片的功耗也逐渐达到让人难以接受的

(下转第46页)

程度。功耗问题在深亚微米及纳米工艺条件下系统设计中的瓶颈效应日益加剧,低功耗设计也成为新一代SoC设计方法学的重要内容。低功耗设计贯穿于SoC设计的各个层次中,从最顶层的体系架构设计到最底层的晶体管级设计,都有低功耗设计思想的体现。

参考文献

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低功耗设计论文范文第2篇

关键词 输配电；电能损耗；分配方法

中图分类号 TM 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)012-0099-01

当今世界，电力工业的改革使传统垄断的电力行业向开放化、竞争化转变。开放、公平的输电网络是电力市场公平竞争的必要条件。输配电系统在正常运行的同时，输电产生的电能损耗占到整个输电量的5%-10%，配电量的电能损耗更是达到一定规模。在公平竞争的电力市场环境下，需要将这些电能损耗公平的分配给所有的输配电网的用户。而如何公正合理的分配，在近年来引起了国内外学者的广泛关注，成为电力市场研究的热点。

1 输配电系统电能损耗的产生原因分析

输配电系统的电能损耗是指输电系统和配电系统运行过程中产生的网络损耗电量的总称。电能损耗的种类主要有技术损耗和管理损耗两部分组成。管理损耗量不好估计，是有输配电企业的人为或管理因素造成的，需要通过完善管理体制较少损耗。本文探讨的主要指技术损耗，输配电系统的电能技术损耗主要包括输电线路的损耗和变压器的损耗，根据损耗是否变动，又可以分为由于线路和变压器串联阻抗产生的变动损耗和与电压有关的固定损耗。

1.1 线路功率损耗

电力线路的电能损耗为相应的功率损耗与时间的乘积，线路的功率损耗与输电电路的有功功率的平方、无功功率的平方，线路线阻和输电电压有关。其中，有功功率和无功功率的平方和越大，线路线阻越大，功率损耗越大，输电电压越高，功率损耗越小。具体关系可以用以下公式表示：

其中：ΔPL指线路功率损耗；P1和Q1分别表示有功功率和无功功率；U1表示输电电压；R为线路线阻。

1.2 变压器功率损耗

变压器的功率损耗由于有双绕组变压器、三绕组变压器等种类不同，计算功率损耗的公式也不尽相同。由于电力传输过程中，有功功率和无功功率都造成功率损耗，因此在配电变压器过程中，功率损耗也可以分为有功损耗和无功损耗。变压器的功率损耗与功率因素成反比，与变压器的空载损耗、负载损耗、空载电流百分比、阻抗电压百分比成正比。

已知输配电线路的功率损耗ΔP后，一段时间内的电能损耗即为从时间0到t上对于功率损耗的定积分，表示为：

2 输配电系统电能损耗主要分配方法

输配电系统电能损耗的分配一直是国内外学者研究的热点之一，从算法上看，主要分为潮流追踪和分配系数两大类。目前，主要的分配方法有比例分配法、分配系数法、功率分解方法、基于博弈理论的Shapley值法等。

2.1 直接比例分配法

比例分配法是目前电能损耗分配最常用的方法之一，是将输电网分为若干节点，按照每个节点的发电负荷有功大小的比例分配。按比例分配的方法没有考虑负荷在输电网中的相对位置和无功对耦合影响和交易间的作用，并且需要专人指定相应的发电和负荷比例。

2.2 分配系数法

边际网损系数法是分配系数法的典型方法，是根据注入功率的单位变化引起的全部输配电网的网损变化量的大小来对各个节点进行电能损耗的分摊。该方法基于监测和灵敏度分析，同时考虑到了有功功率和无功功率对网络损耗的影响。

2.3 功率分解法

功率分解的潮流算法是将不同电源在同一线路流经的功率以及产生的功率损耗进行分解。这种分解基于电网的总损耗表达式或者支路的损耗表达式，结合按照电路定理推导的阻抗或导纳矩阵方程，进一步计算损耗的分解表达式。在数学上，这种分配不是唯一的。

2.4 基于博弈理论的Shapley值法

基于博弈理论的Shapley值法不同于以往的分配方法，这种方法不仅仅基于电路理论，而是被赋予了新的经济学意义。它从市场竞争的角度将各个交易对输配电网电能损耗的影响平等地考虑在内，分配结果不考虑交易追加次序和电网功率因数，因此可以适用于任意功率因数和任意交易次序的输配电网络，有很好的应用前景。但方法的缺点在于需要计算各个交易模式下的潮流，计算的工作量大，随着计算技术的发展，这一难题有望得到改进。

通过对现有的分配方法进行总结，在我国现代的损耗分配中普遍存在着以下问题。使用比例分配法的，需要指定专人对电源和负荷的分配比例，在复杂的电力市场模式下就难以适用。基于电路理论推导的分配系数法和功率分解法，在市场竞争条件下缺乏相应的经济学意义，而具有经济学意义的博弈论的分配方法又有计算量大的缺点。如何进一步汇总各种分配方法的优点，开发合理科学可行的分配方案，是输配电系统的电能损耗分配的研究趋势。

3 对降低输配电网电能损耗的建议

通过对输配电网的电能损耗的产生原因进行分析，可以得出减少电能损耗，就是要减少输电线路中的损耗和变压器的损耗。降低电能损耗的具体工作可以从以下几个方面开展。

3.1 加强输配电网升压和设备改造

在分析电网的电能损耗产生原因时已知，电能损耗的产生与电压成反比，与电阻成反比。因此，要降低电能损耗，可以对配电网进行升压改造，如将6 kV改造为10 kV供电电压，将35 kV变电站（所）改造为110 kV或220 kV变电站等。更换原有的小截面导线，在经济条件允许的情况下换成大截面的导线，从而使线路电阻变小，降低网络电能损耗。采用节能变压器，节能的型配电变压器的有功、无功需求均小于一般变压器，从而使变压器部分的功率损失降低。

3.2 优化输配电网的网络结构

科学合理的电网结构，对于降低电能损耗至关重要。一个设计理想，结构优化，布局合理的输配电网络，可以提高整个电网的运行效率，减少不必要的电能输送，降低电能损耗。主要措施可以有在设备选型方面，选择与负荷侧适当超前的设计，变压器的位置尽量处在负荷中心以缩短供电半径，针对农村和城区选择不同的电源点配置方式，在接线是尽量多采用辐射式的接线方式进行网络架设，避免采用单边供电的接线方式等。

4 结束语

电力产业改革过程中，输配电系统的电能损耗问题一直是国内外学者关注的焦点。本文在分析了电能损耗的主要产生原因的基础上，对现有的电能损耗分配方法进行了分析，并提出了降低电能损耗的主要途径，为输配电企业进行节能减排工作提供了一定的参考。

参考文献

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低功耗设计论文范文第3篇

摘 要 县供电企业降损节电分为技术措施和管理措施，从技术方面所采用的措施有加强调度，推行移峰填谷、采用无功补偿、提高电网运行的电压水平等；从管理角度所采用的降低损耗措施有进行理论线损工作，进行线损考核、加强计量管理、加强抄表管理、开展营业普查工作等，为县供电企业降损节电，提高经济效益提供有益的帮助。

关键词 配电网 降损 技术 措施 管理

随着电力体制改革的进行和城乡居民用电结构的变化，电力企业在生产经营上面临新的挑战。在这种情况下，线损管理水平的高低，将直接影响和制约电力企业效益的增长。强化线损管理，不断降低损耗，也是电力企业生产经营管理的重点。

一、配电网线损的组成

配电网的线损主要构成包括固有损耗及人为损耗，固有损耗包括由中低压线路本身的电能损耗、电力变压器的电能损耗、漏电保护器的电能损耗，用户电能表的电能损耗以及用户电动机及其他用电设备的电能损耗。人为损耗是指人为原因造成的不必要的损耗，包括抄表时的少抄、漏抄，计量装置的准确度不够而得不到校正，电费该收不收等跑、冒、滴、漏现象。

二、降低损耗采用的技术措施

1.加强调度管理，推行移峰填谷，促进降损节能

移峰填谷即在电网运行中，将大功率设备用电躲过负荷高峰，移到谷段用电，或有计划地科学安排各企业生产班次实行轮流厂休制，从而错开峰期用电。

假设线路在输送某负荷下运行，运行期T内的某时刻电流为i，则线路的损耗为

A=∑P0T+ 3iRdzdt

平均电流 Ip= idt

令i = Ip+i

式中i为某时刻电流i对平均电流的增量。

则：

A=∑P0T+ 3iRdzdt=∑P0T+ 3 （Ip+i ）Rdzdt

由于Ip= idt

所以A=∑P0T+3 Ip2Rdz T+ 3i 2Rdzdt

其中Rdz为线路等值电阻

上式中∑P0T+3 Ip2Rdz T是线路以平均电流均衡运行时的损耗。

由于 3i 2Rdzdt 大于零，所以线路损耗不均衡时的损耗大于负荷均衡下运行的损耗。据此，电力调度应充分利用调度自动化系统，制定出各变电站的经济运行曲线，通过有效手段调整控制用电负荷，实现移峰填谷，降低线路损耗。

2.采用无功补偿，提高功率因数，减少功率损耗。无功补偿一般有四种方式：集中补偿、分散补偿、随机补偿、随器补偿。

（1）集中补偿方式，即在35KV变电站的高低压母线上安装使用无功补偿装置。无功集中补偿容量为Qc=（20%―30%）Sn。无功补偿装置由测量单元连续地采样变电站运行时的无功功率、功率因数和电压等值，由主控单元根据运行方式和控制方案作出合理的判断，通过自动投退电容器组，使系统实现无功就地平衡。其优点是利用率高，稳定可靠，能减少变电所主变及供电线路的无功负载。

（2）分散补偿，即将电容器组安装在10（6）KV中压线路上，以补偿中压网络及配电变压器的无功功率。其补偿容量可按线路上配电变压器总励磁无功功率进行补偿。同时为了避免配电变压器空载时的过补偿或在线路非全相运行时容易产生铁磁谐振，按运行经验公式，补偿容量可由式Qc=（0.95―0.98）I0% SNi确定。式中I0%为线路所有配电变压器空载电流百分数的加权平均数，SNi为单台变压器的容量。

（3）随机补偿，即个别补偿，就是将低压电容器组与电动机并联，通过控制、保护装置与电机同时投切。单个电动机随机补偿容量按下式计算：Qc< I0UN（Kvar），式中UN为电动机的额定电压KV，I0为电动机的空载电流A。对于惯性较小的电动机，其补偿容量为Qc=（0.95―0.98） I0UN（Kvar）；对于惯性较大的电动机，其补偿容量为Qc=（0.9―0.95） I0UN（Kvar）。随机补偿是用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备退出，不需频繁调整补偿容量，具有投资少，占位小，安装容易，配置方便灵活，维护简单，事故率低等优点。

（4）随器补偿

随器补偿是指将低压电容器组通过低压熔丝接在配电变压器二次侧，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。

随器补偿由于补在低压侧，故而接线简单，维护管理方便，且可有效地补偿配变空载无功，使该部分无功就地平衡，从而提高配变利用率，降低无功网损，它是目前补偿配变无功的有效手段之一。

随器补偿应用于补偿配变空载无功，属于固定补偿方式，补偿容量不宜超过配变空载无功。此种补偿方式可削减农网无功基荷。对于容量在50kVA及以上的专用变、综合变，均应提倡采用随器补偿。

3.提高电网运行的电压水平

配电变压器功率损耗由空载损耗和负载损耗两部分组成。其中空载损耗与电压平方成正比，当电压高于额定电压时，空载损耗随电压升高而迅速增加。电压对于线路损耗来说，线路损耗与电压平方成反比，同时电压影响无功，而无功又影响电压。因此，电压对线损的影响有着复杂的关系。提高电网运行的电压水平就是任何时候都应在目标电压下达到无功平衡，实现无功的就地平衡，以减少无功在电网中的流动。在负荷高峰时，提高电压能够收到降损节电的效果，反之，在负荷低谷时，降低配电网电压至额定电压的上限范围内，对于降低配电网损耗也有明显效果。

三、降低损耗采用的管理措施

1.搞好理论线损的计算工作，进行线损考核

理论线损计算是线损管理的基础，通过理论线损计算能充分地认识到电网经济运行的薄弱环节，从而有针对性地制定、实施降损管理。因此，针对电力网络及负荷情况，进行理论线损计算，并进行一段时间的实践检验。用电部门根据理论计算的线损值，结合以往的完成情况，对各电所下达线损指标，每月进行考核。

2.加强计量管理

计量管理是线损管理的关键环节，必须严格把关：①按照《计量法》的规定严格依法行事，按程序按规程确保三个合格率；②对明文禁止或淘汰的电能表，限期更换；③对大中用户及可疑用户安装高、低压计量装置各一套，互为考核；④建立校表员档案卡，出了问题追究其责任；⑤校表室必须配一名专职技术人员，严格校验技术把关和表计事故处理把关，同时负责组织实施计量表计的定期检查、轮换、校验工作，确保售出的电量足额收回。

3.加强抄表管理，强化抄收人员管理

①为了线损统计的准确性，各乡镇电所专门制定“抄表管理制度”，要求抄表人员按照规定日期完成抄收工作，杜绝抄表不同步、漏抄、估抄或不抄现象；②加强抄收人员的职业道的教育和业务技术培训，提高抄收人员的思想素质和业务技术水平，确保抄表及时准确，核算细致无误。

4.积极开展营业普查工作

电业局每季度组织一次营业普查，贯彻内查和外查相结合的原则，内查电业局管理程序、台帐、表卡是否完备准确，外查用电现场的用电管理是否到位，计量装置是否准确可靠，抄表质量、违章用电及电费店家执行情况等，重点以查偷漏、查帐卡、查倍率、查电表及接线为主，做到“情况明、计量准、按时抄、全部收、服务好”，堵塞营业漏洞，把由于管理不善损失的电量补回来。

总之，降损节电是一项系统工程，其中既有技术方面的因素，也有管理方面的因素，因此，既要抓技术，又要抓管理，只有两者密切配合整体联动，才能取得最佳效果，才能给企业带来经济效益。

参考文献：

低功耗设计论文范文第4篇

【关键词】建筑电气节能；技术；措施；分析；探讨

【中图分类号】TU85

【文献标识码】A

【文章编号】1672—5158（2012）10-0339-01

目前，建筑电气节能技术的应用已形成了一系列规范化的体系。因此，研究在不降低建筑功能标准的前提下，通过合理配置电气设备，选择节能的电气原件、提高设备利用效率等方式是提高现代建筑电气节能效率是很有必要的。

1　现代建筑电气节能相关理论

1.1　现代建筑节能技术基本概念建筑节能技术起源于20世纪70年代，主要原因是能源危机在世界范围内的蔓延，导致建筑节能技术研究在全世界全面展开，而通过节能设计和降低建筑自身能耗达到节能效果也被逐渐被认同和确信。现代建筑节能技术就是在充分满足、完善建筑物功能要求的前提下，通过对建筑物的冷热源系统、空调系统、送排风系统、供配电系统、给排水系统、电梯、照明等机电设备进行实时监视和优化管理，提高设备利用率和管理水平，使设备始终处于最佳运行状态，减少不必要的浪费，从而达到有效节约电能的目的。

1.2　现代建筑能耗的主要来源调查及统计资料显示，现代建筑能耗占据全社会能耗的27％，成为节能减排的新重点。通过分析建筑能源的消耗发现，能耗主要产生在如下几个方面：

1.2.1　现代建筑中的电力变压器能耗根据建筑的规模和功能不同，现代建筑中都需要选择不同类型、规格、数量的变压器，统计显示，发变电系统中，变压器电能损耗占总发电量的10％，同时，变压器的损耗占建筑电能线损的50％，变压器的损耗主要包括有功功率损耗、无功功率损耗、综合功率消耗三种类型。因此，研究节能型变压器，提高变压器的运行效率和经济性，对降低建筑物电气能耗是十分重要的。

1.2.2　现代建筑中电力电缆的能耗由于电线内部电阻的缘故，电力在传输过程中会以热的形势消耗一部分，这部分能耗与电缆的长度、电力的传输距离、线缆的型号、品牌、导体截面等直接相关，因此，在综合考虑线缆的造价成本、施工成本与节能效率的前提下，可有效减低建筑能耗。

1.2.3　现代建筑中照明部分的节能资料统计显示，我国电力消耗中的1／6是被照明消耗的，提高照明系统的能效水平无疑将较大幅度降低照明能耗。建筑照明节能的原则就是在保证照明质量的情况下，通过照明节能设计，充分利用自然光、太阳能等一系列手段，减少建筑照明中的能量消耗。

2　现代建筑电气节能措施

2.1　对建筑电气系统的优化设计在建筑电气系统设计时，要根据各项电气系统的区别进行电气负荷计算和电气节能设计。在设计前，设计人员要深入现场，详细了解建筑自然环境、日照、光照条件等因素，加强与业主的沟通，仔细了解业主对建筑照明的要求，本着以人文本的原则，综合建筑物功能、结构、环境等方面的因素，选择最佳的技术和最优的技术方案，同时，设计人员要加强学习和沟通，及时掌握最新的节能技术，并将其应用到电气节能设计当中。对电气设计成果要引入第三方的检查和审核机构，对图纸的科学和合理性进行审核，提高图纸的设计质量水平。

2.2　合理选择建筑用变压器为降低变压器的有功功率损耗，提高变压器运行效率，降低变压器的总体能耗，必须综合考虑变压器的型号、规格、数量等参数以及工程前期投资的成本，科学合理的选择变压器，以降低建筑的整体能耗。首先，在配电侧应采用环形供电网络，在运行侧应采用并联的方式应对建筑用电荷载的季节性的变换；其次，在昼夜用电变化大建筑中，变压器应非晶态合金得铁芯，该类型同容量变压器可降低80％的电力损耗；第三，应根据负载选择变压器的负载率保持较高，在实际应用中发现，变压器负载率在75％-85％为时，其投入和产出比价格，既能有效的节能，同时也保证变压器的投入不会浪费；最后，尽量选用大容量的变压器，使变压器在运行时的负载率尽可能接近最佳负载率是提高变压器的技术经济效益和搞好变压器节能的根本性措施。

2.3　合理选择电线和电缆供电方式和线缆截面积是影响建筑内部线缆电力消耗的两大直接因素，实验表明，4％的输入电能在线缆环节被消耗，在电能通过线缆传输过程中，会产生有功功率和无功功率的损耗，因此，除了选用电阻率较小的铜芯导线做线缆外，还要从以下几个方面降低电线和电缆的电能损耗：首先是要减小建筑总线缆的使用长度，线路设计尽量点到点，走直线，同时避免线路走回头线。变压器的设计安放位置应尽量位于建筑的中心，使得从变压器到各个负载的距离均最短，高层建筑的低压配电间应尽量位于竖井附近，保证配电问到干线的距离最短，不会出现回头线；其次需要增大导线的截面积。在综合计算经济效益和节能效率的情况下，设计选用的长线路当增加一级截面所增加的线缆成本可通过增加后建筑解决在三年内平衡时，可将满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面再加大一级。

2.4　建筑用电动机节能的途径建筑用的电动机主要是风机、水泵等为建筑提供整体通风和高层输水的电动设备，根据建筑的功能不同，该部分设备的耗能比也有很大的区别。资料显示，高层星级酒店水泵的耗电量占总耗电量的30％左右。因此，降低该部分的能耗也是很有必要的。首先在电动机的选择是要高效率的电动机，以提高电动机的工作效率和功率因数；其次，要根据荷载的负荷特性，使得电动机的运行于电动机的负荷特性相匹配，保证电动机的工作效率；第三选用软起动器的电动机设备，软启动器在电动机启动过程中启动平稳，启动后可保证设备全压投入运行，可有效降低能耗，提高电能的转化效率和设备的使用效率。

2.5　提高功率因数在建筑电气设计中，对于容量超过10kw的大型设备和供电距高在20m的情况下，应采用就地补偿方式，选用就地补偿装置以减少无功功率流动引起的损耗。对直流设备的供电和励磁，应采用硅整流或晶闸，空载率大于50％的电气设备，应安装空载断电装置，降低不必要的电能损耗，对连续运行的大型电气设备，应安装空载自停控制装置，大型非连续运转电气设备，宜采用电动调节风量、流量的自动控制方式，以节省电能。

2.6　合理选择节能光源节能光源的选择是最直接也最明显也最方便的建筑节能措施，资料统计显示，荧光灯的发光效率是白炽灯的4-5倍，寿命是白炽灯的7-8倍，而且具有结构简单、光效高、发光柔和、寿命长、无频闪和无电磁辐射等优良性能，在现代建筑中得到广泛的应用，对提高建筑的节能效率起到重要的作用。同时高压汞灯、高压钠灯、高显钠灯、金属卤化物灯等高强气体灯近年来也在建筑中得到了广泛的应用和普及，对减低建筑物能耗，提高电能利用效率起到了重要的作用。

低功耗设计论文范文第5篇

从这么多年从事通信网络设计工作的经验中，笔者了解到传统的核心网络架构是相当复杂的，不仅一二级核心网络层次多，而且大量的网元导致网络复杂，整网能耗偏高。以笔者设计的机房为例：机房空间有限，服务器的能耗非常高，导致散热程度差，而且需要加装空调，再加上每年扩容的需要，交换机走线和设备布局的不合理，使机房无法实施更进一步的节能降耗措施。因此建立绿色核心网络势在必行。建立绿色核心网络首先应该优化核心网络架构，实行网络的扁平化管理，减少核心网中网元的数量，使核心设备上移，逐步使用集成度高，电信级别的平台代替传统的服务器，同时建立专业的机房散热管理方案，如采用自下而上的回风流方式提高冷风的利用率，尤其是在北方城市，这样就可以有效减少机房空调的使用。

笔者还要强调一下，在工程前期调研及初设阶段首先考虑选择拥有绿色基站技术的供应商和运营商，例如华为和Vodafone。他们拥有IP组网、分布式基站、先进功放、智能电源管理、多载频技术、统一架构等关键绿色技术。这样设计的基站稳定性、可靠性高，功耗能够得到进一步优化，而且更有利于网络的平稳升级。

二、充分利用软件技术降低能耗

除提高设计水平和利用硬件升级等手段降低能耗以外，充分利用软件技术实现节能降耗也越来越重要。随着软件技术的飞速发展，其应用领域也越来越广泛，大到网络转型，小到CPU超频。以笔者所在单位为例，通信网络转型的速度远远高于其他单位基础设施的更新换代，如果频繁地对网络转型，将造成大量在线设备的退网淘汰以及更多的资源消耗，那么利用软件技术提高现有网络设备的工作效率，从而降低能耗也是非常重要的手段。通过对上网用户在线时间的统计分析，全网在忙时和闲时网络负荷变换最大，那么就可以通过软件调整核心网络设备的主频，让它随网络负荷变化，在闲时自动将设备处理能力降低，减少电能的消耗。

三、提高空间利用率降低设备冗余度

随着通信产业的蓬勃发展，每年入网用户日益增多，基站和设备间能够利用的空间越来越小，设备密度也越来越大，电力消耗明显提高，因此采用高集成度或分布式设计方案来减少基站和设备间的空间占用，使用体积更小，重量更轻，支持端口更多的设备来有效降低设备冗余度，对于降低能耗也是重要的绿色手段。对于高端网络设备来讲，性能和功能无疑是最重要的，功耗降低会以性能的降低为代价。一般的情况下，为保证功能、性能、业务卡的数量和运行可靠，设备的功耗也会较大。这类设备数量较少，放置位置的环境情况也比较好。因此，在选择高端设备方面我们只是把功耗指标作为一个辅助的参考指标。

对于低端的网络产品，如数量巨大的接入层交换机，虽然他们的功能都很强大，但是我们实际应用时只会用到它的部分功能，完全可以通过牺牲一些我们不需要的性能来换取设备的功耗降低。现在有一些接入层交换机因为自身功耗小，已经实现了设备内部无风扇，这类产品就能很好地降低设备的功耗。对于低端网络设备来说，采购过程中会把功耗作为一个比较重要的指标来考虑

四、推崇绿色环保能源的使用

利用太阳能和风能等混合能源，可更好地保护环境，减少污染物排放。在有条件的地区充分利用太阳能、风能作为辅助能源，降低电能消耗，分解能源问题。在北方城市，利用季节明显，冬季日夜温差较大的特点，优化基站、核心机房、设备间的通风设计方案和温度控制方案，充分利用自然环境温度实现温控的目的，减少冷却系统和大功率空调的使用，降低能耗，建立更多能源使用的绿色通道，使能源利用率更高。

为了使通信产业向着更加绿色的方向发展，节能降耗势在必行，让我们共同努力，打造出更多的绿色通道，从技术上提高设备、能源的使用效率，减少不必要的损耗，以实际行动来保护环境，推动通信产业持续健康发展。

参考文献：

[1]梁文斌.通信机房节能降耗前景广阔[N].人民邮电,2008,03-06

[2]张炳华.通信局(站)电源系统节能降耗措施探讨[J].通信电源技术,2008,(06)