学校建筑电气节能的探讨

杨彩霞

(山西省建筑设计研究院，山西太原 030013)

0 引言

建筑电气节能应坚持以下三个原则:1)满足建筑物的功能要求;2)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短期内进行回收;3)节省无谓消耗的能量。同时在选用节能的新设备上，对技术、经济进行比较后，再选定节能设备，才能真正达到节能的目的。

笔者设计过某市的一所学校项目，总建筑面积67 000 m2，包括1栋综合楼、3栋学生宿舍、3栋教学楼、1栋食堂还有老师的1栋住宅楼。其中综合楼建筑面积12 000 m2，地上11层，地下1层，属二类高层;住宅楼为26层，为一类高层，其余各栋均为多层建筑。本文以此工程为例，分几个方面论述一下电气设计中的节能措施。这些措施得到施工图图纸审查部门和甲方的认可，并且工程已经投入使用，运行良好。

1 照明设计

2004年12月1日开始实施的GB 50034-2004建筑照明设计标准，对照明节能提出了严格的要求，其中第6.1.2～6.1.7条均为强制性条文，需按照功率密度值严格执行。由于按照功率密度值进行计算时，没有考虑到现在灯具产品均为节能产品，灯具的光通量较高。

2 电气设备的选择

2.1 照明光源的选择

根据光源的光效、色温、显色指数、寿命和价格选择高效节能型光源。现在通常使用的T5，T8荧光灯管比以往的普通荧光灯管在单位功率上的光通量要大很多，这能够有效的节能。

细管径荧光灯、紧凑型荧光灯、高压钠灯、金属卤化物灯和节能灯均为高效光源，应积极推广应用。教室采用三基色荧光粉的直管荧光灯均匀布置，不宜采用格栅类灯具。如教室空间较高，可采用悬挂式灯具，如有吊顶，一般采用嵌入式或吸顶式节能灯具。对黑板应设专用的灯具照明，同时避免产生眩光，在室外路灯设计中，水底灯、埋地灯、台阶灯等均使用LED光源。对于气体放电灯等功率因数较低的光源，进行就地补偿，补偿后的功率因数不小于 0.9。

2.2 灯具镇流器的选择

自镇流荧光灯配电子镇流器，直管型荧光灯配电子镇流器或节能型电感镇流器，高压钠灯、金属卤化物灯配节能型电感镇流器;还得考虑谐波的影响，选用气体放电灯时要选用大于25 W的放电灯。

2.3 负荷计算及变压器的选择

2.3.1 负荷计算

1)变压器的台数和容量应根据学校的供电条件、负荷性质、用电容量和运行方式等综合考虑。选取容量和电力负荷相适应的变压器，使变压器设计的负荷率在80%左右。因本工程有一、二级负荷，宜设两台变压器，当断开一台时，其作主变压器的容量不应小于60%的全部负荷，并应保证用户的一、二级负荷。2)根据负荷的性质和工作的情况合理分配变压器所带负荷的回路。如:中央空调的负荷、应急照明、动力负荷应分开设置在不同的变压器，有利于保证变压器的运行负荷率。要选用合适的计算方法，对于照明负荷，可采用需要系数法计算，如学校的实训车间，设备台数较多可采用利用系数法。3)负荷回路需要系数的选取:需要系数的选取对于经济比较发达和比较热的地区一般按照设计手册规定的值进行选取，其他地区可以按略低于规定的值进行选取。本工程宿舍部分用电均为单相入户，由于学校的宿舍和单身公寓不同，学生晚间在教学楼上自习的比较多，因此需要系数可以比单身公寓取的小一些，可取为0.5。投入使用至今没有出现过不良状况。4)变压器同时系数的选取:本工程在设计过程中将教学楼和宿舍楼的用电负荷尽量均匀的设置在同一变压器内，由于一个学生不会同时出现在宿舍和教学楼内，这样计算变压器时的同期系数可以选择的小一些，本工程的同时系数取值一般为0.75 ～0.8。

合理的选择需要系数及同时系数能够有效地减小变压器的设计容量，从根本上达到节能的目的。

2.3.2 变压器的选择

在整个供电系统中，配电变压器所占比重最大，因此选择低损耗的变压器对电力系统节能具有非常重要的意义。在设计中，要正确选择变压器的负载率，以便合理选择变压器容量。用节能型变压器，更换或改造高能耗变压器。近年来逐渐推广的S10，S11系列油浸变压器比S9系列更为节能，新型干式变压器SC9系列以及非晶合金变压器等产品也都显示了低损耗的节能潜力。

2.4 电缆的选择

在建筑电气材料中用量最大的应该是电缆和电线了，如何能够节省电缆和电线的使用量，也是节省能源的主要方面。

电缆截面选择的方法主要有两种，按照持续允许电流选择和按经济电流密度选择。当年最大负荷使用小时数相同的情况下，按后者选择的电缆通常比按前者选择的电缆截面大，这样不利于节约金属的使用量。选取截面时应参照样本上电缆载流量的值，再按照经济电流选择电缆截面，同时应考虑电压降(直接查表则可)，最后进行热稳定校验，使最后选取的截面既经济又合理，达到节能的目的与设计的合理。

2.5 电动机的选择

减少电动机损耗的主要途径是提高电动机的工作效率和功率因数。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的，因此电气设计节能措施主要在运行过程中。除了就地电容器补偿减少线路损耗外，还应减少电动机低效率的轻载和空载运行。主要的措施是采用变频调速控制电动机使其适应负载的变化，以提高电动机轻载时的效率从而达到节约电能的目的。如对于空调系统的循环泵采用变频控制后空调系统的运行费可节约30%～40%。

3 照明控制方式的设计

1)充分利用天然光，并根据天然光的照度变化，决定电气照明点亮的范围。根据照明使用的特点，采取分区控制或适当增加照明开关点。如:一般办公室和教室的灯具布置是按照平行于窗户方向布置和控制灯具的，而书库则是按照与书柜的水平方向布置并控制灯具的。

2)公共走道灯具及应急照明灯均可采用声光控开关。本工程的综合楼为二类高层建筑，走道照明均采用节能自熄开关，并对电梯厅和楼梯间的灯具采取了应急时能强制点亮的控制措施。对于住宅公共部分也应采用节能自熄开关。由于住宅公共部分是无人值守的，所以灯具在人来时点亮，人去时熄灭。对于高层住宅电梯前室，由于其对于保证人员疏散的重要意义，所以此处只能采用跷板开关。

3)校区的室外环境电气设计，根据不同的时间和不同的气氛，设置了多种灯光场景，如:平时、节假日、重大节日等，开启灯具的数量是不同的。平时则按后半夜和前半夜两个时段开灯，每天进入后半夜时可关掉景观照明，仅维持主要功能照明即可。

4)对于大型的停车场、办公楼、会议室和观众厅等场所还可以通过设置楼宇自动控制系统对灯具进行控制，从而达到节能的目的。

4 照度计算

设计时应按选用的光源，灯具及布置，计算好各功能用途房间的照度，选取合适数量的灯具。在符合照度标准值后，再验算实际LPD值，以不超过标准规定的LPD限值为合格，低于LPD限值则更为节能。

5 利用太阳能节能

目前住宅热水系统虽然已有不少设计采用了太阳能设备，但本人认为在公共建筑的室外照明系统也可采用太阳能蓄电的照明设备。目前这类产品以太阳能LED灯具为主，其产品的工作原理是:白天将太阳能组件传来的电能输送给蓄电池进行储存;到了夜晚太阳能组件向LED提供电能，促使LED发光源发出足够的亮度用于照明;到天亮时，又自动转换到充电模式工作。随着太阳能蓄电照明设备的产业发展，这种产品的制造成本将会越来越低，相信在不久的将来太阳能蓄电的照明设备应该会在室外照明领域得到普及应用。

6 结语

电气节能的设计无论是在供配电系统还是在用电设备和材料的选择上，都有着很大的节能潜力。为实现节能的目的，对于我们电气设计人员来说就需要更加深刻地了解学习供、配电系统的设计原理，使整个系统能够运作经济安全。同时，还要及时熟悉各种新型节能电气产品及控制系统，在设计中尽量采用节能产品，这样才能从根本上达到建筑电气节能的目的。