建筑电气节能设计的体会

吴惠锋

摘要: 建筑节能是全国节能工作一个重要的领域，越来越受到各方面的重视。随着人民生活水平的提高，整个社会的用电需求量直线上升，建筑电气能耗在建筑能耗中占有相当大的比例。因此，节能措施贯穿于整个建筑电气设计过程的始终显得尤为重要。笔者结合自己多年工作经验，简单介绍建筑电气的节能设计。

关键词:建筑电气节能；供配电；电气照明；电气设备

中图分类号：TU201.5

1 供配电系统的节能设计

1.1 变压器的节能设计

减少变压器的有功损耗，变压器的有功损耗按下式计算：

ΔP=P0+β2PK(1)

式中：ΔP—变压器的有功损耗(KW)；

P0—变压器的空载损耗(KW)；

PK—变压器的短路损耗(KW)；

β—变压器的负载率

(1)降低空载损耗。P0作为变压器的空载损耗又称铁损，它是由铁芯涡流损耗及漏磁损耗组成，其值与铁芯材料及制造工艺有关，与负荷大小无关，所以在选用变压器时最好选择节能型变压器如S9、SL9、SC8等。它们采用优质冷轧取向矽钢片，由于“取向”处理，使矽钢片的磁畴方向接近一致，减少铁芯涡流损耗，45度全斜度接缝结构使接缝密合性好，减少了漏磁损耗。

(2) 降低负载损耗。PK是变压器额定负载传输的损耗又称变压器线损，它取决于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小，并与负荷率平方成正比。因此在选择变压器时应选用阻值较小的绕组，如铜芯变压器。

(3) 选择适宜的负载率。β=S/Sn，Sn为变压器额定容量，S为变压器运行中的实际容量,由于变压器运行中，外界负荷经常变化，所以应采取一段时间内的平均负荷率。从理论上用微分求极值，在β=50%时每千瓦的负荷，此时变压器的能耗最小，但在β=50%负载率时仅减少变压器的线损，并未减少变压器的铁损，因此也不是最节能的。但考虑到变压器初装费、高低压柜、土建投资及各项运行费用，又要使变压器在使用期内预留适当的容量，变压器最经济的节能运行负载率一般在75%~85%之间。

(4) 优化变压器的经济运行方式：即同一个的变压器尽量并列运行，并联后其负荷可以合理的分配，总损耗可以降到最低限度；根据负荷的变化调整并联运行的变压器台数也是降低变压器损耗的有效措施。

1.2 降低线路损耗

由于配电线路有电阻，有电流通过时就会产生功率损耗，其公式为:

ΔP=3I2R•103 (2)

式中：ΔP——三相输电线路的功率损耗(kW)；

I——线电流(A)；

R——线路相电阻(Ω)

其中线路电阻在通过电流不变时，线路长度越长则电阻值越大。如果在一个工程中由于线路上下纵横交错，一般工程线路总的不下万米，大工程更是不计其数，造成电能损耗是相当可观的，所以减少线路能耗必须引起设计人员的足够重视。在具体工程中，线路上电流一般是不变的，那么要减少线损，只能尽量减少线路电阻。而线路的电阻R=ρL/S，即与导线电阻率ρ、导线长度L成正比，与导线截面S成反比。减少电阻值的具体途径如下[3]：

(1) 合理选择线路路径。为减少导线长度，线路尽可能走直线，不走或少走回头路。

(2) 合理确定电气功能用房的位置。变压器尽量接近负荷中心，以减少供电半径;在高层建筑中，低压配电室应靠近竖井，且低压配电室与竖井位置的布局上应使线路都分向前送，尽可能减少回头输送电能的支线。

(3) 增大导线截面，利用季节性负荷线路。按满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面，再加大一级导线截面；将某些季节性负荷的线路，用作常年使用的供电线路，以减少线路和电阻。

1.3 提高配电系统的功率因数

功率因数提高了可以减少线路无功功率的损耗，从而达到节能目的[4]。具体方法有:

(1) 减少用电设备无功损耗，提高用电设备的功率因数。在设计中尽可能采用功率因数高的用电设备如同步电动机等，电感性用电设备可选用有补偿电容器的用电设备(如配有电容补偿的荧光灯)等。

(2) 用静电电容器进行无功补偿，电容器可产生超前无功电流抵消用电设备的滞后无功电流从而达到提高功率因数同时又减少整体无功电流。在具体工程设计中有采用分散就地补偿和高低压柜集中补偿等方式，可根据具体情况具体分析。

2 电气照明系统的节能设计

2.1 充分利用天然光源

照明节能工程中的一个较为主要的内容是如何充分利用天然光源。随着人们对能源和环境保护的日益关注，建筑物中如何充分利用天然光源来节约照明用电已引起广泛重视。天然光源是取之不尽、用之不竭的能源。在照明节能的实施工程中，应当充分加以利用，制定建筑物的采光标准，确定采光方式，将采光方式，将采光和照明有机地结合起来。白天尽可能地利用天然光源，使建筑物内获得稳定的光照条件。同时，室内引入阳光，既能大大节约照明能耗，亦有助于提高室内温度，对于降低建筑能耗也具有重要的现实意义。

2.2 选用合适的照明方式

确定合理的照明指标(如照度、照度均匀度等)，严格控制照明负荷功率密度(LPD)值。

(1)照明设计时的照明方式选择

当照明场所要求高照度时，应选混合照明的方式。

当工作位置密集时，可采用单独的一般照明方式。但照度不宜太高，一般最高不宜大于500lx。

当工作位置的密集程度不同或者为某一区域时，采用分区一般照明的方式，要求高的工作区可采用较高的照度，非工作区可采用较低的照度，但两者的照度比不宜大于3。

(2) 确定合理的照明指标

照明的节能应能提高整个照明系统的效率，而不应在损失主要照明质量的情况下片面地强调节能。

照明设计时,应从照度标准、照明均匀度、统一眩光值、光色、照明功率密度(LPD )值、能效指标等来客观、综合地评价。

在民用建筑中实施的照度标准值，可以根据照明要求的档次高低来选择。档次要求高的允许提高一级，档次要求低的允许降低一级，以有利于照明的节能。

建筑照度标准值应从节能角度考虑，按实际需求来选择照度标准值的高低，不宜追求或攀比高照度水平。

民用建筑(含居住建筑、公共建筑)的照度标准、照明均匀度、统一眩光值、光色、照明功率密度(LPD )值等应符合GB 50034-2004《建筑照明设计标准》所对应的相关标准值要求。

2.3 选择高效节能型的光源及灯具

(1) 照明光源的选用原则

进行照明设计时，照明光源的选择应符合国家现行相关标准的规定。

照明光源应根据不同的使用场合来选择，以使其具有尽可能高的光效，达到照明节能的效果。

选择照明光源时，应尽量减少白炽灯的使用量。一般情况下室内外照明不应采用普通白炽灯。

选择荧光灯光源时，应选用T8荧光灯和紧凑型荧光灯。若有条件，应采用更节能的T5荧光灯。一般照明场所不宜采用荧光高压汞灯，不应采用自镇流荧光高压汞灯。

在适合的场所应推广使用高光效、长寿命的高压钠灯和金属卤化物灯。

(2)灯具的选用原则

①灯具光强空间分布曲线宜采用空间，平面相对等照度曲线。

②灯具分类宜按光通最分布、光束角、防护等级划分。③灯具的能效应采用灯具的光输出比作为评价标准。④灯具配光种类的选择宜遵循以下原则：宜根据不同场所选用不同种类灯具的配光形式：直接配光灯具射出的光通量应最大限度地落到工作面上，即有较高的利用系数。

2．4选择合理的灯具控制方案

灯具的控制方式可分为手动控制与自动控制两种。对于手动控制，一是适当增加照明开关点以达到分区控制灯光的目的；二是可采用各种类型的节能开关，如调光开关、定时开关、节点控制器等，都有显著的节能效果。而自动控制则包括红外遥控开关，光电照明控制、中央控制系统及智能照明控制等方式，可结合具体的工程实际选用。这是工程设计人员应当充分认识到它的重要性。

3 建筑电气设备的节能

3．1空调系统

其主要内容包括：(1)冷冻水与冷却水系统的优化控制；(2)冰蓄冷系统的优化控制，现行的冰蓄冷控制技术还很不成熟，冰蓄冷控制策略仍需作深入研究，尤其是在蓄冰装置优先方式下的融冰策略的研究，对于提高冰蓄冷系统的能源利用效率，促进冰蓄冷技术的商业化应用具有决定性的意义；(3)热交换系统温差与流量的优化控制：(4)变风量系统等控制技术

3．2给排水系统的优化控制

3．3电动机

包括电动机的正确选型、调速方法，基于负载检测的台数控制。

3．4电梯

包括电梯的合理选型(如速度．载重量 调速方式等)、停层计划及群控策略。

3．5电动门窗

包括门窗的节能控制、遮阳系统的自动控制等。

4 结语

建筑电气节能设计潜力很大，应精心考虑设计方案，选择高效节能设备，应用先进的设计技术，按照节能标准合理设计。在为人类提供健康，舒适、安全的居住、工作和生活空间的同时，又能行之有效地节约能源。

参考文献

[1]杨彤．现代电气节能设计Ⅲ．电气应用，2005．

[2]李宏毅.金晶编著．建筑工程电气节能[M]．北京：中国电力出版社．2004．

[3]罗建华．建筑电气设计中的节能措施[J]．建筑与设计，2007．

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。