民用建筑电气设计中的节能措施分析
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我国是个能源消费大国，能源相对短缺，然而能源浪费却十分严重。作为二次能源的电能供需矛盾近年来越来越突出，能源的缺乏已严重制约着国民经济的发展。节能问题一直是我国发展国民经济的一项长远战略方针，节约二次能源――电能，也就成为民用建筑电气设计的焦点。在民用建筑中，用电设备的电能消耗大致是：制冷机组、空调器及新风机组等占40-50％，送排风机及水泵等占10-15％，照明占20-30％，电梯、厨房等设备占5-15％。根据能耗分布情况，民用建筑电气设计应有针对性的对主要能耗予以抑制。
1建筑电气节能的措施
1．1供配电系统的节能设计
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，做到系统尽量简单可靠，操作方便。变配电所应尽量靠近负荷中心，以缩短供电半径从而减少线路损耗。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。
1．1．1减少变压器的有功功率损耗
变压器有功损耗的公式：
△PB=ΔPo+ ΔPdβ2
式中：△PB――变压器有功损耗(kW)；
ΔP0――变压器的空载损耗(KW)；
ΔPd――变压器的短路损耗(kW)；
β――变压器的负载率。
(1) ΔP。为空载损耗又称铁损，它是由铁芯的涡流损耗及漏磁损耗组成的固定不变的部分，它的大小随着硅钢片的性能及铁芯的制造工艺而定。所以在建筑电气设计中，应优先选择节能型的变压器，如S11-R、SL11-R及SGB11-R等油浸式变压器及干式变压器，它们都是采用优质冷轧取向硅钢片，由于”取向”处理，使硅钢片的磁畴方接近一致，以减少铁芯的涡流损耗；450。全斜接缝结构，使接逢密合性好，以减少漏磁损耗。
(2) ΔPd是短路损耗又称铜损，决定于变压器绕组的电阻及流过绕组的电流的大小，即与负载率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。当β=50％时，变压器的理论能耗最小，但事实上，β=50％的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，此时变压器并非最节能。综合考虑初装费、土建投资、各项运行费用和变压器使用寿命，变压器的负载率在75―85％之间比较合适。
(3)当容量较大而需要选多台变压器时，在合理分配负荷的前提下，应尽可能减少变压器的台数，选用大容量的变压器，以减少变压器的损耗。
1．1．2减少线路的能量损耗
由于线路上存在电阻，有电流流过时，就会产生有功功率损耗。
有功功率损耗△P=3I²jsR×10-3 (kW)
式中：Ijs――线路的计算电流(A)
R――线路每相的电阻(Ω)
在工程中，由于线路往往较长且纵横交错，线路的总有功损耗可能会很大。减少线路的能耗必须引起设计者足够的重视。线路的电流是不能改变的，要减少线路损耗，只有减少线路电阻。线路电阻R=ρ×L／S，其中，ρ为线路电阻电导率，L为线路的长度，S为线路的截面。因此，减少线路的损耗应从以下几方面人手。
(1)应选用电导率P较小的材质做导线，优先选择铜芯导线。
(2)尽量减少导线长度。首先变压器应尽量靠近负荷中心，以减少供电距离；其次，线路尽可能走直线，少走弯路，以减少导线长度；第三，低压线路应尽量不走或少走回头线路，以减少来回线路上的电能损失。
(3)增大导线截面。首先对于比较长的线路，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，再适当加大一级导线截面。一般而言，导线截面小于70mm2线路长度超过100m的回路增大一级导线截面是比较经济科学的。
1．1．3提高系统的功率因数，减少无功功率在线路的传输，以达到节能的目的
电力线路的功率损耗包括有功和无功两部分：
ΔP=3I2js R×10-3 （Kw）=3P²R/(ucosФ)² x 10-3 （Kw）
ΔQ=3I2js X×10-3（KVar）=3P²X/(ucosФ)² x 10-3 （KVar）
式中： Ijs――线路的计算电流(A)；
P――有功功率(Kw)；
U――额定电压(V)；
R――线路总电阻(Ω)；
X――线路总电抗(Ω)。
公式中，前项ΔP为线路上传输有功功率而引起的功率损耗，后项ΔQ为线路上传输无功而引起的功率损耗。有功功率是满足建筑物功能所必须的，因此是不可变的。电气系统的用电设备，如电动机、变压器、线路、气体放电灯中的整流器都具有电感，会产生滞后的无功功率，需要从系统中引入超前的无功功率相抵消。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，在线路上就产生了功率损耗，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。在工程设计中，应优先考虑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。
(2)由于感抗产生的是滞后的无功，可采用电容器补偿，因而电容器产生的是超前的无功，两者可以相互抵消，即Q=QLQC，因此采用电感镇流器的气体放电灯，安装电容器，这就可减少系统经高低压线路传输的超前无功功率，可以提高功率因数，同时也减少了无功的需求量。
(3)无功补偿装置应就地安装，减少线路上的无功传输损耗，达到节能的目的。当前民用建筑电气设计中，绝大部分采用变压器低压侧或高压侧集中补偿，这种做法仅减少了区域变电站至用户处的高压线路的无功传输，提高了用户处的功率因数而无功仍由变压器低压母线经传输线路输送到各用户点，低压线路上的无功传输并未减少，那么无功补偿也就达不到节能的目的，日本东京电力公司的法规规定，容量达0.75kW的电动机端，都要安装静电电容器。在我国《民用建筑电气设计规范》(JGJ 16-2008)中第3．6．3条及《供配电系统设计规范》(GB50052-95)第5．0．3条规定：“容量较大、负荷平稳且经常使用的用电设备宜单独就地补偿”就是基于上述原因。因此，对容量超过10kW的风机、水泵等电动机端设置就地补偿装置，空调主机及冷冻泵、冷却泵等在其附近设专用变配电所，可以集中补偿。若供电距离超过20m时，最好也采用就地补偿。
1．2照明节能设计
由于照明用电量大，涉猎面广，照明的节能潜力很大，主要应从下列几方面着手。
(1)适度控制照明功率密度。《建筑照明设计标准》GB50034-2004规定了各种场所的照度标准、视觉要求、照明功率密度等。照明设计在满足功能要求的基础上，应适度控制照明功率密度，而不宜片面追求过高的照明标准。
(2)采用高光效光源。表1列出了各种光源每瓦的光通量(Lm)。从表中可以看到低压钠灯、高压钠灯的光通量最高，但由于这两种光源色温低，光色偏暖，显色指数在40-60之间，颜色失真度大，只适用于道路和广场照明，显色指数为60的高显色性钠灯可与汞灯组成混光灯，用于工厂及体育场馆照明；发光率很高的金属卤化物灯、三基色荧光灯及稀土金属荧光灯，由于色温范围广(3200～4000K)，光色选择性好，因此除用作商场、展厅的照明外，还广泛应用在车站的候车室、码头的候船室、航空港的候机楼以及作为舞台的灯光照明等；一般荧光灯及稀土金属荧光灯用作写字楼、住宅的照明；荧光高压汞灯、自镇流高压汞灯、钠灯及三者相互组合的混光灯常用作生产厂房的照明。尽量不用或少用白炽灯。
表1光源每瓦产生的光通量(Lm／W)
(3)照明控制方式要符合节能要求采用各种节能型开关或装置。如：卧室、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等。根据照明使用特点采取分区控制或适当增加照明开关点，也是一种行之有效的节电方法。
1．3电动机节能设计
减少电动机能损耗的主要途径是提高电动机的工作效率和功率因数。在工程设计中，应选用高效率的电动机。但是在具体工程中，电动机通常都是水暖及建筑等专业设备所配套，由设备制造商统一供应的，因此节能措施只能贯彻在运行过程中。除了就地电容器补偿以减少线路损耗外，主要是减少电动机轻载和空载运行，因为在轻载运行下电动机效率是极低的。切实可行的办法是采用变频调速控制电动机，使其在负载率变化时自动调节转速，使得与负载变化相适应，以提高电动机轻载时的效率，从而达到节约电能的目的。
2建筑节能的注意事项
(1)在充分满足、完善建筑物的使用功能的前提下，尽量减少能源消耗，提高能源利用率，但不以简化功能和降低功能要求为代价。即满足照明的照度、色温、显色指数；满足舒适卫生；满足上下左右的运输通道通畅无阻；满足特殊工艺要求，如游乐场所的一些游乐设施的设备用电，展厅的艺术照明及动力用电等。
(2)节能应按国情考虑实际经济效益，不能因为强调节能而过高地消耗投资，增加运行费用。而应该是让该部分增加的投资，能在几年甚至更短的时间内用节能减少的运行费用进行回收。
(3)节能的着眼点，应首先节省无为损耗的能量，尽量减少那些与发挥建筑物的功能无关的能量消耗，再考虑采取相应的措施节能。如变压器的功率损耗，传输电能线路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，采用先进技术成果使其能耗降低。
3结束语
总之，民用建筑电气设计的节能潜力很大，在工程设计中应精心考虑，采用各种措施节约电能，同时应满足科学性、经济性的要求。在选用节能的新设备时，应全面地了解其原理、性能、效果，从技术上、经济上进行比较，再选定节能设备，以达到真正的节能目的。
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