浅谈民用建筑电气节能设计方法

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　　摘要：民用建筑的节能设计越来越重要,本文着眼于电气专业的节能设计，从合理减少供配电及其用电设备、照明等用电损耗方面进行论述，力求浅要说明建筑电气节能设计的一般原则和常用方法。
　　关键词：民用建筑；电气节能设计；方法
　　目前世界能源日益短缺，我国也正在大力推进节能环保。再加上电力日趋紧张的形势，作为建筑电气设计工作者如何做好电气设计的节能已经是一个很大的课题。笔者经过多年民用建筑电气设计与设计管理的技术沉淀，重点就民用建筑电气节能设计的多种有效方法进行浅要论述。
　　一、 建筑电气节能设计一般原则：
　　民用建筑电气节能应遵循“安全实用、经济合理、技术创新、节能环保”的原则，即：
　　⑴ 要满足建筑的功能，保证安全性、舒适性和工作效率
　　所有节能设施的材料、布线等都须结合建筑的使用功能，在满足建筑物照明、采光等硬指标的前提下，还要满足使用人对于舒适条件、卫生环保等方面的需求。对于特殊的建筑物，更要根据其自身的独特需求设计，比如大型游乐场类的建筑，就须采用特殊的工艺来完成内部设备和设施的供用电；而大型演艺场所，则需根据现场所需达到的灯光和布景效果来设计艺术照明和动力用电。
　　另外，节能是尽可能减少电力浪费，并非是对正常用电需求进行盲目节制，影响正常的生活和工作效率。电气设计前，应对设计用电与建筑功能的正常发挥之间的必要性作出调研分析，确定可能浪费用电的源头，针对性地进行节能设计。如变压器的功率损耗、传输线路上的功率损耗都是无谓的电力流失，会造成能源浪费，设计时要针对变压器和电线电缆进行专门的节电措施设计。
　　⑵ 要满足经济性并考虑投资及运行费用的回收
　　电气节能设计要严格遵守国家标准，以国情及实际情况为基准，不能单纯为了减少能耗，而变向提高投资或增加运行费用。因节能而暂时提高的投入费用，应在较短的时间内通过能耗降低而节省下来的运行费用来弥补。节能设计的最终目的，是使建筑物在较长的时期内达到比原未采用节能设计的同类建筑物总体费用降低、能源消耗大量减少。
　　⑶ 要考虑节能技术的先进性
　　设计引进先进的设备与工艺，能够更好地节省耗能。比如大型超市、商场等人流量大、面积大的场所，所需照明设备及空调设备的用电量也相对较大，普通负载的灯泡、灯具以及通常使用空调设备可能经不起这样的考验，需要不断创新，促进技术换代，用更先进的节能技术来获得更大的节能效果。
　　⑷．要既节约能源，又保护环境
　　不能单纯为了节能而增加对环境的污染。不利于环保的节能措施不是先进、合理、可行的节能方法。
　　二、 民用建筑电气节能设计方法
　　建筑电气中的供配电、用电设备、照明系统是建筑物用电最主要的三大块，现根据各自特点来分述电气节能设计的常用方法。
　　1． 供配电系统节能设计方法
　　1.1 变压器节能设计
　　主要是减少变压器的功率损耗，合理选择变压器的负荷率。制造厂设计的变压器经济运行负荷率在40％~60％，在变压器设计中应尽量采用低能耗及铜线材的新型高效节能变压器，如S11和非晶合金变压器等。选择其台数和容量时，尽可能使变压器负荷率设计在40％~60％。同时在满足容量及负荷率的情况下，应尽量减少变压器的台数，选择大容量变压器，以减少变压器损耗。空调负荷较大时可采用专用空调变压器，在空调不使用的季节时可停运，以达到节能降耗的目的。
　　1.2 配电系统节能设计
　　1.2.1 变电所合理布设
　　变电所的位置应尽量接近负荷中心，以缩短配电半径，减少线路损耗，同时兼顾电源的进出线方向。实际上对多数用户来讲，至少从有色金属消耗量及线路功率损失这两点出发选择变电所的位置，才能在一次性投资、节能降损及维护管理等方面产生直接经济效益。
　　1.2.2 系统设计尽可能做到配电平衡
　　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，使系统尽量平衡。一般要求配电变压器出口处的电流不平衡度不大于10％，干线及分支线首端的不平衡度不大于20％，中性线的电流不超过额定电流的25％，以使变压器安全经济运行，减少线损。另外，单相设备接入三相系统时应尽量使三相负荷平衡；由公共低压电网供电的220V照明负荷，若线路电流不超过30A可用单相供电，否则以220/380V三相四线制供电；将不对称负荷接到更高的电压等级电网供电，以使连接点短路容量足够大。
　　1.2.3 提高系统的功率因数
　　功率因数提高可以减少线路无功功率的损耗，达到节能目的。输电线路损耗包含了线路传输有功功率时而引起的线损和线路传输无功功率时引起的线损。传输有功功率是为满足建筑功能所必须的。而在供配电系统中的某些用电设备如电动机、变压器、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，无形中增加了线路的功率损耗。避免这部分损耗的方法有：
　　⑴ 减少设备无功损耗，提高功率因数。设计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设备。
　　⑵ 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选择。
　　1.3 电气配电线路的节能设计
　　配电线路电能的损耗与线路阻抗成正比、与电流的平方成正比；而线路的阻抗与导线的导电率和长度成正比，与导线的截面积成反比。故线路应选用高导电率的导体，尽量采用铜芯线；在满足规范要求的情况下，尽量提高电压等级和功率因数，以降低电流。如照明采用电感镇流器荧光灯，其功率因数很低，而就地加电容补偿器或采用电子镇流器，其功率因数可达约0.9，这样可使线路电流降低，线损降低。当然，合理减少供电线路长度，也可降低电流，减低线路损耗，减少线路压降，提高供电质量。对无特殊要求的场所，尽量用三相供电而非单相供电，也可降低电流。因为与单相供电线路损耗比较，三相负荷平衡时的N线电流接近为零，N线几乎没有损耗。
　　此外还应避免导线穿管产生涡流，造成电能损耗，如严禁金属管内穿交流单根导线。对于铜外套的矿物绝缘电缆，应按规则排列，把涡流降到最少。
　　1.4 用电设备的节能设计方法
　　1.4.1 空调用电节能设计
　　民用建筑中空调型式有中央空调系统、分体式空调系统等，夏天空调用电占民用电的很大部分，中央空调系统可采用楼宇自控BA 系统进行的优化控制设计，以达到节能目的；近年来地源热泵等新型冷热能源的使用也使得空调、供热设备更加趋向节约电能。
　　分体式空调采用遥控器控制，空调待机功耗南方地区有2~3W。而住宅空调一般设计一个插座，由于空调插座安装高度高，操作很不方便，造成仅用遥控器关机，无法切除电源。设计时，可为空调插座设置一个独立开关控制，以便用遥控器关机时，顺手把空调电源关掉；而对于办公大楼等的分体空调，电气设计常与照明共用配电箱，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，因而使空调经常性处于待机状态，造成电能大量浪费。故空调用电可设置专用配电控制箱供电，其远程控制可设置在建筑物的值班室内，以便管理和控制。
　　1.4.2 电动机节能设计
　　电动机是用电设备及用电器的动力源。但电动机的电力消耗及对电网波动的影响是相当大的，如果在电动机的运转与用电上节约能源，则可为电气节能提供更具成果性帮助。设计中可从提高其工作效率入手来减少电动机耗能。①根据电动机的不同负荷特征选择型号。要根据施工环境对电动机负荷需求进行评估，避免选用负荷过大或过小的电动机型号。②积极选用高效率的电动机。尽可能地减少电动机的空载和负载消耗。③改进电动机的控制方式，提高运行效率。如交流电动机可选用变频调速方式，或者是在压缩机、电梯等设备上使用变频器，功率较大的水泵、风机等考虑降压启动等。

　　1.5 照明用电节能设计
　　民用建筑不能缺少照明，照明节能评价指标是照明功率密度。
　　（1） 选择相对高效的光源
　　按照《建筑照明设计标准》，对不同场所的照度标准、照明功率密度、视觉要求等严格控制，从单位面积上控制安装灯具的功率消耗。在保证照明质量的前提下应优先选用高发光效能的光源和高效率的灯具（如紧凑型荧光灯等）。对于大型体育场馆等照明一般可选用高压钠或金属卤化物等高效气体类发光灯。近年来使用的LED光源及灯具以节电且光效好而经常用于公共建筑、建筑的公共区域、景观照明等地方，也是不错的选择。另外，新型太阳能照明光源也已用于建筑景观等场所，可综合经济条件适当选用。
　　（2） 选择合理、便捷的照明方式，充分利用自然光
　　电气设计与建筑设计紧密相关，电气设计时要参考建筑物的整体规划和窗体朝向等进行节能安排。自然光是最有利于身心和日常生活的可再生能源，有效利用自然光，可减少电气能源的消耗。设计中要注重自然光与室内照明的合理结合，既保证人们的日常用光，又能有效节约照明设备的使用。并根据自然光所能达到的光照效果，设计合理适用的灯具照度，适当安排照明灯具。
　　（3） 注重合理照明控制方式的设计
　　设计时可根据布光的不均匀程度，适当增加照明控制开关，减少全光照明机率。根据建筑物的不同，设计不同类型开关，以便整体控制。比如公共建筑的走廊、楼梯间等公共场所照明，宜采用集中控制，并按建筑使用条件和天然采光状况分区、分组控制，以便在白天或深夜时，可手动或自动关闭大部分照明；体育馆、影剧院等公共场所照明采用集中控制，并以分组开关或调光方式按需要开关灯；宾馆、酒店等的每套客房应设节能控制型总开关，以保证旅客离开客房后能自动切断电源；每个房间灯的开关数不宜少于2个；房间或场所装设有多列灯具时，可分组控制，且所控灯列与侧窗平行，以利于利用天然光；电化教室、会议厅、多功能厅等场所，按靠近或远离讲台分组控制，以便使用投影仪等类设备时，关闭讲台和邻近区灯光；对于高档建筑、智能建筑或其中的某些场所，有条件时，可采用调光、调压或其他自控措施，节约电能，如：天然采光良好的场所，按该场所照度自动开关灯或调光；个人用办公室，可采用人体感应或动静感应等方式自动开关灯；旅馆的门厅、电梯大堂和客房层走廊等场所，采用夜间降低照度的自动调光装置等。
　　多层住宅楼梯间的照明应采用感应灯，而高层建筑楼梯间的照明由于属于应急照明，规范规定火灾时应接通应急照明灯，故设计往往是就地采用双控开关进行控制，经常造成楼梯间的灯是长明灯，造成电能浪费。设计时可把就地双控开关改进成自熄开关型双控开关即可解决此问题。对于广告灯、泛光照明等的控制，尽量采用光控器与时控器相结合进行控制。对于设有楼宇自控BA 系统的建筑物，应将地下室车库、门厅、各层公共走道等公共场所的照明、广告灯、泛光照明等纳入BA系统进行管理和控制，以达到最佳节能目的；
　　结语：总之，民用建筑电气处处都存在节能设计，电气节能设计潜力很大。只有以人为本，按照节能标准精心设计，选择高效节能设备，合理应用先进的设计技术，同时满足操作和管理上的便利，才能达到最佳的节能效果和取得最佳的经济效益。

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