关于建筑电气节能设计的探讨

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　　【摘要】随着我国经济的快速增长，能源的需求大幅增加，能源的供需矛盾日渐突出。要做到资源开发与节约并举，就要把节约能源，提高资源的利用率放在首位，具体在建筑电气设计中就要将节约能源的思想贯彻始终。以下从几个方面探讨建筑电气节能之道。
　　【关键词】建筑电气；节能综述
　　
　　一 .建筑电气设计节能的原则
　　1满足建筑物的功能
　　这些功能包括：照明的照度、色温、显色指数；满足舒适性空调的温度及新风量；输送通道畅通无阻；特殊的工艺要求等。
　　2考虑到实际经济效益
　　节能应考虑实际经济效益，不能一味地追求节能而消耗过高的投资，夜深人增加的部分投资能在较短的时间内通过节能降低的运行费用进行回收。
　　3节省无所谓消耗的能量
　　首先应找出与发挥建筑物功能无关的能量消耗，再考虑采取措施节能。如变压器的功率损耗、传输电能线路上的有功损耗等，都是无用的能量损耗。
　　二 建筑电气设计中的节能措施
　　1供配电系统节能设计
　　配电系统应从全局出发，统筹兼顾，按照负荷性质、用电容量、工程特点、系统规模和发展规划以及当地供电条件，选择合理供电电压和供电方式，合理设计供配电系统，做到系统经济合理，简单明确，减少电能损失，并便于维护和管理。变电所低压侧至用电设备的配电级数要少，一般为2级~3级。
　　根据建筑布局、系统分配要求、用电设备分布等情况，并考虑供电半径及减少电能损耗，合理设置机房及竖井，变配电所及供配电设备应尽量靠近负荷中心。合理选择变压器的容量、台数、运行方式，合理调整负荷。季节性负荷较大或冲击性负荷严重影响电能质量时，设专用变压器，以适应由于季节性造成的负荷变化时能够灵活投切变压器，实现经济运行，减少由于轻载运行造成的不必要电能损耗。
　　2变压器节能
　　变压器的有功功率损耗用公式表示为：
　　
　　△Pb―变压器的有功损耗（KW）：
　　P0―变压器的空载损耗（KW）：
　　Pk―变压器的有载损耗（KW）：
　　β―变压器的负载率。
　　P0部分为空载损耗又称铁损，它由铁芯的涡流损耗及漏磁损耗组成，变压器应选用节能型的。Pk是传输功率的损耗，即变压器的线损，由变压器绕组的电阻及流过绕组的大小决定，与负载率β的平方成正比。因此，应选用阻值较小的绕组，可采用铜芯变压器。
　　3减少变压器的能量损耗
　　（1）选用节能型变压器，如S9、SL9及SC8等型油浸变压器或干式变压器，它们都是采用优质冷轧取向钢片，由于“取向”处理，使钢片的磁畴方向接近一致，以减少铁芯的涡流损耗：45度全斜接缝结构，使接缝密合性好，以减少漏磁损耗。选用铜芯变压器，尽量降低变压器电阻的绕组的电阻，增大通过电流。
　　（2）合理确定负载率，目前一般以75%～85%为宜。20世纪80年代，我们通常将变压器负载率确定为50%，但事实上50%负载率仅减少了变压器的线损，并没有减少变压器的铁损，因此也不是最节能的措施。计及初装费、变压器、低压柜、土建的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，变压器的绝缘的使用年限满负荷计为20年，20年后可能有更好的变压器问世，这样就可以有机会更换新的设备，才能使该建筑总趋技术领先地位。
　　（3）为减小变压器损耗，当容量大而需要选用多台变压器时，在合理分配负荷的情况下，尽可能减少变压器的台数，选用大容量的变压器。例如需要装机容量为2000KVA,可选2台1000KVA，不选4台500KVA。
　　4电动机节能
　　建筑电气中的电动机都是与暖通、水道、建筑等工种的设备配套的，设计中可采用变频调速器。变频调速器在负载下降时，能自动调节转速，使其与负载的变化相适应。采用这种方式可以提高电机在轻载时的效率，达到节能的目的。
　　另一种节能方式是采用软起动器，软起动器是按起动时间逐步调节可控硅的导通角，以控制电压的变化。由于电压可连续调节，因此起动平稳，起动完毕，则全压投入运行。此设备也可采用测速反馈、电压到速度随负载的变化而变化。该技术可用在电动机容量较大、又需要
　　频繁起动的设备中（例如电梯）以及附近用电设备对电压的稳定要求较高的场所。因为它从起动到运行，其电流变化不超过3倍，可保证电网电压的波动在所要求的范围内。
　　5照明节能
　　5.1选用优质的电光源
　　科学选用电光源是照明节能的首要工作。节能的电光源发光效率高，每瓦电能发出更多的光通量。以钠灯、金属卤化物灯为代表的高强度气体放电灯(HID)具有发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不锈蚀等优点。钠灯是近年来发展的高效节能新光源，分高压钠灯和低压钠灯两种，光效为白炽灯的8~10倍，为高压汞灯的2~2.5倍。它的寿命可达1万~2万h，电能至光能的转换率可达30%。金属卤化物灯除具有上述优点以外，其中的陶瓷金属卤化物灯则代表了高强度气体放电灯的发展方向。陶瓷金属卤化物灯以其适合于商店的需要，尤其是适宜新鲜产品照明所需的高显色性和两种可供选择的色温的特点，成为了商业照明领域中最好的选择之一。
　　5.2选择节电的照明电器配件
　　各种电光源中均需要有电器配件，其中镇流器就是一个高耗能器件。例如，以往广泛的应用的直管荧光灯电感镇流器，其自身功耗为光源功率的20%左右，这是一个相当高的比例，意味着40W的灯，其镇流器就耗电约8W，其功率因数也只有0.5；而节能的电感镇流器电能损耗率小于10％，更节能的电子镇流器，电能损耗率只有3％―――5％，其功率因数能达到0.9。在量大面广的照明设计中，采用节能电子镇流器，节能的效果就非常明显。
　　5.3选择控制开关以充分利用自然光
　　自然光是免费的光源。充分利用自然光，就是要结合射入室内的自然光情况，合理地设置照明开关，使照明控制灵活、方便、合理。充分利用室内受光面的反射性，也能有效地提高光的利用率，起到节电的作用。
　　5.4合理地选择照明方式
　　在满足照度标准的条件下，为节约电能，应选用一般照明、局部照明和混合照明相结合的照明方式。例如，工厂高大的机械加工车间，只用一航照明的方式，要想害到精细视觉作业所要求的照度，在每个车床上安装一个局部照明光源即可，这样既满足了照度要求，又达到了
　　节电的目的。
　　5.5合理地选择照度值
　　选择照度是照明设计需要考虑的重要问题。照度太低，会损害工作人员的视力，影响产品质量和生产效率。不合理的高照度则会浪费电力。选择照度必须与所进行的视觉工作相适应。
　　6减少线路上的能量损耗
　　由于配电线路上存在的电阻，有电流通过：
　　（1）选用电导率较小的材质做导线。在所有电导率较小的材质中铜芯是最佳选择，但铜比一般材质的单价要高。因此，在负荷较大的二类、一类建筑中采用铜导线，在三类或负荷量较小的建筑中可适当选用铝芯导线以减小成本。
　　（2）减小导线长度。照明线路的设计应尽可能走直线，以减少导线长度；其次，低压线路应不走或少走回头线，以减少来回线路上的电能损失；第三，变压器尽量接近负荷中心，以减少供电距离，当建筑物每层平面在10000M2左右时，至少要设2个变配电所，以减少干线的长度；第四，在高层建筑中，低压配电室应靠近竖井由低压配电室直接提供干线至每个竖井，不产生支线沿着干线倒送的现象。
　　（3）增大导线截面。对于比较长的线路，除满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面外，可视情况再加大一级导线截面。假设因增大截面而增加的费用为M，节约能耗而减少的年运行费用为m，则M/m为回收年限，若回收年限为几个月或者一两年，则可加大一级导线截面。一般而言，导线截面小于70mm2、线路长度超过100m的输电线路增加一级导线截面比较容易实现上述条件。

　　（4）合理地选择照明线路。照明线路的损耗约占输入电能的4%，影响照明线路损耗的主要因素是供电方式和导线截面积。三相四线式供电比其他供电方式线路损耗小得多。因此，照明系统应尽可能采用三相四线制供电。
　　7提高系统的功率因数
　　提高系统的功率因数，减少在线路上的无功传输，可以达到节能的目的。系统中的用电设备，如电动机、变压器、线路、气体放电灯中的整流器都具有电感，会产生滞后的无功，需要从系统中引入超前的无功相抵消，这样超前的无功率就从系统经高低压线路传输到用电设备，在线路上就会产生有功损耗，而这部分损耗是可以想办法改变的。采用无功补偿可以提高功率因数，因而也就减小了无功的需求量，无功补偿装置宜就地安装，实行就地补偿，这样才能减少线路上的无功传输，达到节能的目的。
　　
　　8空调用电的节能设计
　　随着人民生活水平的提高，空调已经成为了很多家庭必不可少的设备，空调占了民用电的很大一部分，特别是夏天。因此，设计人员应该特别注重空调节能系统的设计。民用建筑的空调型式有中央空调系统、分体式空调系统等。为了达到节能的目的，中央空调系统可以采用楼宇自控BA系统进行管理和控制，对于住宅空调来说，因为空调的插座安装得比较高，无法切除电源，因此，平时都是通过遥控器来关机，操作很不方便。为了彻底的解决这一个问题，可以为空调设置一个独立的开关进行控制，当用遥控器关机时也能够顺手把空调的电源关掉。而对于单位办公大楼等的分体空调，电气设计有时往往与照明共用一个配电箱，这样一来要想关掉空调电源，必然要大楼管理人员到各层配电箱处关掉空调电源回路，工作量很大，也很麻烦，因而往往造成空调处于待机状态，甚至连春、秋、冬季也处于待机状态，造
　　成电能的大量浪费，而且还是一个火灾隐患。解决这一问题，空调用电可设置专用配电控制箱进行供电，其远程控制可设置在建筑物的值班室内，以便管理和控制。
　　
　　三 民用建筑电气系统的智能化设计
　　随着科学技术的迅猛发展，建筑技术的日新月异，特别是北京奥运会、上海世博会成功举办以来，智能建筑、绿色建筑在国内引起了广泛的关注。智能建筑不仅能实现高度便捷的智能化，还能实现节能环保，智能建筑把整个电气系统的各个部分，如信息化应用系统、建筑设备管理系统、公共安全系统等有机的统一起来，从而实现各部分功能的协调，实现最大化的节能，营造良好的建筑环境。智能建筑智能化只是一个手段，在保证舒适度不变的前提下实现建筑节能才是最终的目的。
　　智能建筑是一个高度集成化的系统，牵扯到很多的方方面面，要在满足用户住得舒适、节能环保的同时，还应该注意集成系统的操作简单，这样才是真正的智能。家里面使用的空调、电视机、照明电灯等是建筑中耗能量最大的部分，智能建筑的思想就是应该把家里的耗能大户给集中起来，统一设计和集成优化，通过智能系统的感应功能把这些有机的部分相互之间能够相互协调，并且通过感应外界的温度、湿度、光线的变化自动地调整室内的环境变化。因室内的用电设备处于不定的变化之中，所以该智能集成系统还应该感应出室内用电载荷量的变化，自动的调节载荷，当超出载荷量时，智能系统能够自启动备用的发电机组，补充电量，当用电设备减少时又能自动的关闭发电机组，确保用电设备的安全运行。
　　
　　四 结束语
　　通过对以上建筑电气节能技术的分析可知，建筑电气工程的节能设计与应用在现实生活中是很有必要的，也是非常有意义的。建筑电气的节能设计潜力很大，电气设计人员应精心考虑、反复比较设计方案，在满足功能需要的前提下，拟定各项技术指标，采取行之有效的节能措施，真正达到节能的目的。
　　【参考文献】
　　［1］何前爱.建筑电气照明设计中的节能措施.民营科技.2008,(8).
　　［2］罗建华.建筑电气设计中的节能措施.建筑与设计[J].2007.
　　［3］谢晓丹.浅谈建筑电气设计的节能措施.城市建设.2009.
　　

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