浅谈建筑电气设计中的节能

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　　摘要：节能减排是我国发展国民经济的一项长远战略方针。在我国，建筑能耗占全社会耗能的30%，其中电能的消耗占有很大的比例，而且随着建筑智能化的发展，这种比例在不断加大。所以在建筑电气在设计中考虑电气节能有着非常重要的意义。本文主要从供配电系统的布局、变压器的选择、线路的功率损耗、供配电系统的功率因数、电气照明等五个方面浅谈节能的措施。
　　
　　关键字：建筑电气节能； 线路损耗无功损耗； 变压器功率损耗； 电能损耗； 建筑照明节能
　　
　　１．建筑电气节能的趋势要求
　　 随着社会科技的发展和人类的生活水平不断提高，能源需求量越来越大；如今，能源的缺乏已成为制约全球经济的发展重要因数，国际问题争端也常因能源争端而起，而且能源的大量消耗严重的污染了环境破坏了地球的生态平衡；因此节能减排已成为全球的大趋势更是我国发展国民经济的一项长远战略方针。在我国，据研究表明，建筑能耗占全社会耗能的30%，其中电能的消耗占有很大的比例，而且随着建筑智能化的发展，这种比例在不断加大，所以在建筑电气设计中考虑电气节能有着非常重要的意义。
　　
　　2． 建筑电气节能的前提条件
　　 考虑建筑电气的节能应根据理论知识结合实际情况实事求是，不能盲目追求，因小失大。在建筑电气设计过程中必须节坚持以下前提：
　　 1.满足建筑物的功能，即满足照明的照度、色温、显色指数要求，保证常用电气设备和必要电气设备的设备的用电要求及其他特殊场所的工艺和艺术要求。
　　 2.按我国国情考虑实际效益，即不能因为节能而过高地消耗投资，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。 总之，建筑电气节能应要在满足建筑物的使用功能，在几乎同等使用效果的前提下结合经济效益的比较进行的。
　　
　　3． 建筑电气节能的主要途径
　　 1．供配电系统的总体布局
　　 根据负荷容量，供电距离及分布，用电设备特点等因素合理设计供配电系统，变配电所应尽量靠近负荷中心，以缩短配电半经减少线路损耗。合理选择变压器的容量和台数，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． 变压器的选择
　　变压器的有功损耗按下式计算：
　　 ΔΡ=Ρo+Ρκβ2
　　 式中 ΔΡ--变压器的有功损耗(KW)
　　 Ρo-变压器的空载损耗(KW)
　　 Ρκ-变压器的短路损耗(KW)
　　 β-变压器的负载率
　　(1) Ρo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SC10。它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) Ρκ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。β2Ρκ用微分求它极值时，在β＝５０％处每千瓦的负载，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，而且取β=50%负载率时变压器负载率太低，空载的损耗比重大，功率因数也比较低，这将造成电力系统的电能损耗较大，而且从无形之中增加很大的初装费用，因此为了Ρκ达到最小值而取β＝５０％是得不偿失的是不科学的。综合考虑初装费，变压器、高低压柜、土建投资及运行费用，又要使变压器在使用期内预留适当的余量和较稳定的运行，变压器最经济节能运行的负载率一般在75%--85%之间。
　　 (3) 在确定变压器的总装机容量后，应根据负荷情况，综合考虑负荷季节性变化、综合初装费用和年运行费用，对负荷合理分配，正确选择单台变压器容量和台数。例如经负荷计算后广东省一民用建筑需要装机容量为２０００ＫＶＡ，可选２台１０００ＫＶＡ，不选４台５００ＫＶＡ或1台２０００ＫＶＡ的变压器。这是因为同样安装容量下，根据公式可得变压器台数越少变压器的损耗越小，而选２台１０００ＫＶＡ不选1台２０００ＫＶＡ的变压器是为了季节性负荷变化（如空调负荷）时可投切从而节省运行损耗，而且在一台变压器故障时，另一台可作为临时备用。
　　 3．减少配电线路的功率损耗
　　 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：
　　 ΔΡ=3I2•R10ˉ3
　　 式中：ΔΡ--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“R”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。要减少电阻值应从以下几个方面考虑：
　　(1) 尽量选用电阻率ρ较小的铜芯导线，铝线已基本不使用。
　　(2) 尽可能减少导线长度，在高低压配电设计中线路应尽量走直线少走弯路，尽可能不走或少走回头路。变电所应尽可能地靠近负荷中心，以减少供电半径。
　　 (3) 增大导线截面积，对于较长的线路，在满足载流量，热稳定，保护配合及电压降要求的前提下，在选定线截面时加大一级线截面。所增加的费用为Ｍ，由于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一、二年，则应加大一级导线截面。一般而言，导线截面小于７０ｍｍ2，线路长度超过１００ｍ的增加一级导线截面比较容易实现上述条件。其次，利用某些季节性负荷的线路，这些用户不用时，可提供给常期用户作供电线路使用，以减少线路和电阻。例如，将空调风机、风机盘管与照明、电开水等计费相同的负荷，集中在一起，采用同一干线供电，既可便于用一个火警命令切除非消防用电，又可在春秋两季空调不用时，使同样大的干线截面传输较小的电流，从而减小了线路损耗，这就相当于充分利用了季节负荷的线路。
　　 4．提高供配电系统的功率因数
　　提高系统的功率因数以减少无功在配电线路上传输时产生的无功损耗，以达到节能的目的。配电线路传输有功功率是为了满足建筑物功能所必须的，是不变的。而在供配电系统中的某些用电设备如电动机、变压器、灯具的镇流器以及很多家用电器等都具有电感性，会产生滞后的无功电流，它要从系统中经过高低压线路传输到用电设备末端，无形中又增加了线路的功率损耗。然而这部分损耗是可以避免的，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。例如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０．８５～０．９５，这就可减少系统高、低压线路传输的超前无功功率。
　　 (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。民用建筑设计中，采用变压器低压侧集中补偿，可以减少了区域变电站至用户处的高压线路上的无功传输，但由变压器低压母线经传输线路输送到各用户点的低压线路上的无功传输并没有减少，因此对如大功率电动机这样的用电设备应采用分散就地补偿。

　　
　　 5．建筑电气照明节能的措施
　　 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) 充分利用自然光，这是照明节能的重要途径之一，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。
　　 (2) 根据建筑类型及工作场所的实际需要，按照我国的照度标准选择最合适的照度，不宜过大。
　　 (3) 合理地选择照明器，选用经国家批准并颁发了生产许可证的企业生产的照明器。在满足照明质量的前提下，一般民用建筑应优先采用高效发光的荧光灯(如T5、T8管)及紧凑型荧光灯，高大车间、厂房及体育馆场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。推广选用使用带反光罩的灯具充分利用光源照明功效，如采用T8型（36W、φ26mm、三基色）荧光灯管时加罩前后的照度相差1倍。另外应大力推广发展和使用LED灯、太阳能路灯、风力储电路灯等新型节能灯具。
　　 (4) 合理布置照明器是建筑电气照明设计中一个重要的节能环节。被照物面上的照度与照射距离有很大关系，例如据资料介绍，白炽灯距被照面分别为0.5m、0.75m时，两者照度相差50%；间距为0.75m、1.0m时相差40%。因此，灯的安装在满足建筑使用功能的前提下，不宜装得过高。
　　 (5) 使用低能耗的光源用电附件，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。
　　 (6) 加强对灯与照明器的清扫与维修工作，灯与照明器积尘严重时，会使照度明显降低，导致电能浪费。
　　 (7) 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。酒店客房客房采用节电钥匙开关，室外路灯采用自动控制，楼梯间采用延时开关，疏散照明则优先采用平时熄灭紧急情况下才强行点亮的控制方式。
　　 (8) 另外，要提高使用者的节能意识，培养良好的节能习惯，在建筑用电设备非使用时段应及时关闭。例如营业场所在非营业时间内，清扫场地时可仅点亮满足清扫照明的照度的灯具（在大开间的建筑，在设计中每区域可设计独立回路一组清扫灯具平时兼用一般照明），关闭其他商业照明、局部照明、装饰照明等。
　　
　　结束语
　　 综上所述，建筑电气能耗在全社会能量消耗中占很大的比例，而且随着社会的发展，人民的生活水平不断提高，这个比例在不断加大。从建筑的设计到使用中，充分考虑建筑电气的节能对减缓社会能量需求压力、保护环境、保证社会不断向前平稳发展具有重大的意义。

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