论建筑电气节能理念与设计要点

　　1概述

　　由于人口的增加，工业的发展，人民生活水平的提高，能源的消耗也就急剧增加，能源危机迫在眉睫。因此，各行各业提出了节能的要求，节约二次能源——电能，也就成为民用建筑电气设计的焦点。建筑电气设计节能的原则应考虑以下三个原则。

　　①满足建筑物的功能，即满足照明的照度、色温、显色指数;满足舒适性空调的温度及新风量，也就是舒适卫生;满足上下、左右的运输通道畅通无阻;满足非凡工艺要求，如娱乐场所的一些电气设施的用电，展厅的工艺照明及电力用电等。

　　②考虑实际经济效益，节能应按国情考虑实际经济效益。

　　不能因为节能而过高地消耗投资，增加运行费用，而是应该让增加的部分投资，能在几年或较短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。

　　③节省无谓消耗的能量。节能的着眼点，应是节省无谓消耗的能量。首先找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物功能无关的，再考虑采取什么措施节能。如变压器的功率损耗，传输电能线路上的有功损耗都是无用的能量损耗，又如量大面广的照明容量，宜采用先进技术使其能耗降低。因此，节能措施也应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。

　　2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只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SBCl0、SCl0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只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。

　　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。

　　③在选择变压器容量和台数时，应根据负荷情况，综合考虑投资和年运行费用，对负荷合理分配，选取容量与电力负荷相适应的变压器，使其工作在高效低耗区内。

　　在变压器选择中，能把握好上述三点原则，既满足节约能源，又经济合理的原则。

　　3减少线路损耗

　　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。因此减少线路的损耗应从以下几方面人手。

　　(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。

　　4提高供配电系统的功率

　　因数提高系统的功率因数，减少无功在线路上传输，以达到节能的目的。传输有功功率是为了满足建筑物功能所必须的，是不变的。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，这样超前的无功功率就从系统经高、低压线路传输到用电设备，在线路上就产生了有功损耗，而这部分损耗是可以想办法改变的，其措施有以下几种。

　　①提高设备的自然功率因数，以减少对超前无功的需求，可采用功率因数较高的同步电动机;荧光灯可采用高次谐波系数低于15%的电子镇流器;采用电感镇流器的气体放电灯，单灯安装电容器等，都可使自然功率因数提高到0.85一0.95，这就可减少系统高、低压线路传输的超前无功功率。由于感抗产生的是滞后的无功，可采用电容器补偿，因为电容器产生的是超前的无功，两者可以相互抵消，即cosφ≥0.9因此无功补偿，可以提高功率因数，因而也减小了无功的需求量。容量较大，负荷平稳又长期使用的用电设备的无功负荷宜单独就地补偿。

　　5照明的节能设计

　　照明节能设计就是在保证不降低作业面视觉要求、不降低照明质量的前提下。力求减少照明系统中光能的损失，从而最大限度的利用光能，通常的节能措施有以下几种。

　　①建筑物尽量利用自然采光，靠近室外部分的建筑面积。

　　应将门窗开大，采用透光率较好的玻璃门窗，以达到充分利用自然光的目的。在设计中电气设计人员应多与建筑专业配合，做到充分合理地利用自然光使之与室内人工照明有机地结合。从而大大节约了人工照明电能。

　　②照明设计规范规定了各种场所的照度标准、视觉要求、照明功率密度等等。照度标准是不可随意降低的，也不宜随便提高，要有效地控制单位面积灯具安装功率，在满足照明质量的前提下，一般场所应优先采用高效发光的荧光灯及紧凑型荧光灯，高大车间、厂房及体育场馆的室外照明等一般照明宜采用高压钠灯、金属卤化物灯等高效气体放电光源。

　　③采用高效光源和使用低能耗性能优的光源用电附件，如电子镇流器、节能型电感镇流器、电子触发器以及电子变压器等，公共建筑场所内的荧光灯宜选用带有无功补偿的灯具，紧凑型荧光灯优先选用电子镇流器，气体放电灯宜采用电子触发器。

　　④改进灯具控制方式，采用各种节能型开关或装置也是一种行之有效的节电方法。根据照明使用特点可采取分区控制灯光或适当增加照明开关点。卧房、病房、客房等床头灯可采用调光开关，高级客房采用节电钥匙开关，公共场所及室外照明可采用程序控制或光电、声控开关，走道、楼梯等人员短暂停留的公共场所可采用节能自熄开关。

　　结束语

　　建筑电气的节能设计潜力很大。广大电气设计人员在设计中应认真考虑，反复比较设计方案，拿出一套符合各种技术指标，满足功能需求的前提下，行之有效而又切实可行的节能措施，从而达到真正节约电能的目的。

　　参考文献

　　【1】任元会.工业与民用配电谢伺珊嗍北京：中国电力出版社，2005

　　【2】中国计划出版社.《民用建筑电气设计规范》.JGJ/T16-1992

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文章名称： 论建筑电气节能理念与设计要点

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