民用建筑电气设计中的节能与环保

彭晓玲， 苑 磊

(中国建筑东北设计研究院有限公司，沈阳 110006)

0 引言

当人类赖以生存的环境遭到破坏并引发了严重后果时，人们才逐步意识到节约能源、保护环境的重要性。随着社会经济的发展，能源与环境已经作为一个不可回避的重要问题提上了各国政府的议事日程。目前，节能环保已经成为全社会各行各业共同关注的话题。因此，在民用建筑电气设计中采用节能环保产品就显得尤为重要。下面，对设计中所涉及的干式变压器、电缆及光源的节能环保问题进行探讨，以便更合理的选用各类电气产品。

1 选择及合理使用节能型干式变压器

干式变压器具有阻燃自熄、免维护等特点，被广泛应用在对安全运行有较高要求的场所。因此，在民用建筑中干式变压器成为首选产品。在我国电厂主要为燃煤的火力发电，每生产1度电，可产生对空气污染的物质为：1 100 g CO2、9 g SO2、4.4 g NOx。如果大力推广空载、负载损耗相对小的节能型干式变压器，就可以大量节约电能，从而，可大量降低生产电能对环境造成的污染。节能型干式变压器主要包括真空浸渍干式变压器、树脂浇注干式变压器和非晶合金干式变压器。

1.1 真空浸渍干式变压器

它的绝缘采用聚酯纤维纸或聚芳胺合成纸(NOMEX纸)。NOMEX绝缘纸最突出的性能就是它阻燃性特别好，它能在很广的温度范围内保持性能稳定。此外，NOMEX绝缘纸燃烧时不会释放有毒的物质。因此，用NOMEX纸作绝缘的干式变压器具有安全可靠、节能环保的特点，即当产品报废后，NOMEX绝缘纸可无毒焚化，而铜和铁可回收利用。另外，该种变压器具有足够的承受短路能力，允许长时间大负荷过载，运行可靠性较高，在通风良好的情况下，允许过载20%运行。为了降低空载损耗，进而达到节能的目的，其铁心选用了优质晶粒取向冷轧硅钢片，以及45°全斜接缝无冲孔结构。

1.2 树脂浇注干式变压器

它的绝缘采用环氧树脂材料。众所周知，环氧树脂是一种防火阻燃、无毒、介电性能高的良好的绝缘材料。因此，用环氧树脂在真空状态下浇注的干式变压器具有局部放电量小的特点，且因其具有较高的热熔性，因此具有较高的过载能力，强迫风冷时可达到150%额定负载运行。此外，因其铁心采用全斜接缝步进式搭接，有效地降低了变压器的空载损耗，达到了节能的效果。另外，从环保角度来看，其在火灾或产生电弧的情况下，无有毒气体排放，不会污染环境。

1.3 非晶合金干式变压器

这是最近几年生产出的一种以全新电工钢材—非晶态钢为铁心制成的变压器，它是响应国家节能降耗的方针政策及根据市场需要及时推出的节能型产品。非晶合金干式变压器既有干式变压器阻燃自熄、防潮、耐裂的优良性能，又有非晶合金变压器空载损耗低及空载电流小的优点，因此，在各种场所使用的普通干式变压器都可由非晶合金干式变压器替代。非晶合金变压器是高科技的节能型环保产品，与传统变压器相比节电效果十分显著。它是利用低损耗、高导磁的非晶合金制作铁心而成的新型节能变压器，空载损耗和空载电流比硅钢片铁心分别下降75%和80%，符合国家倡导的节能减排发展方向。此外，产品在寿命结束后铜等主要原材料可回收，实现资源再利用。因此，非晶合金干式变压器是户内供电网络中最理想的节能型环保变电设备。

2 选择及合理使用电缆

为了顺应当前社会节能环保的需求，符合国家现有的相关政策，电缆产品的选择及应用也不断呈现出向节能、环保型发展的趋势。

2.1 交联聚乙烯

随着人们节能环保意识的增强，在民用建筑电气设计中的电力电缆主要由交联聚乙烯(XLPE)型绝缘电缆取代了原来常用的聚氯乙烯(PVC)型绝缘电缆。聚氯乙烯在燃烧时会产生大量浓烟及有害气体，因此，国家标准《电力工程电缆设计规范》(GB 50217—2007)第3.4.2条规定了“明确需要与环境保护协调时，不得选用聚氯乙烯绝缘电缆”。此外，相同线芯截面的交联聚乙烯电缆比聚氯乙烯电缆的载流量大很多，在输送相同的电能时，交联聚乙烯电缆可以比聚氯乙烯电缆的线芯截面小一级，进而可以减少相应的铜的使用量，节省自然资源。

2.2 在电缆行业内，人们开始提倡使用节能环保型电缆

该种电缆具有以下特征：

1)使用期间对周围生态环境和人体安全不致产生危害。

2)废弃物处理焚烧时不会有二恶英等致癌物质扩散，或掩埋时不会有铅 (如用于塑料的稳定剂)之类流失危害。

3)材料将有再生循环利用可能。相应的，国内市场上出现了低烟无卤阻燃电缆，其完全符合节能环保型电缆的理念，尽管现在价格较其他普通产品偏贵，但它不失为电缆产品中的一种最佳选择。

3 选择及合理使用光源

自从建设部公布了《“十一五”城市绿色照明工程规划纲要》以来，人们在民用建筑的照明设计中开始提倡并推广绿色照明。绿色照明是为了节约能源、保护环境，通过多种措施和方法，以形成高效优质的照明系统，从而减少照明用电，减少发电量，进而导致减少燃煤，既节约了能源，又减少了燃烧造成的CO2、SO2、NOx有害气体的排放，达到保护环境的目的。

3.1 照明节能是绿色照明的核心内容，而光源则是照明节能的首要因素

节能光源种类很多，如高压钠灯、金属卤化物灯、半导体发光二极管(LED)、直管稀土三基色细管荧光灯(T8、T5)、紧凑型荧光灯等。随着高效节能的照明产品的大力推广，现在紧凑型荧光灯以色温高、显色性好、光线柔和，又加上体积小、照度大、功率因数高等特点，已被广泛地应用到人们的日常生活中。

然而，荧光灯中的汞却会对环境造成严重污染。据分析，一只节能灯灯管平均含有0.5mg的汞(只有少数名牌产品可以做到0.25mg左右)，而1mg的汞浸入地下就会造成大约360 t水的污染。值得庆幸的是，这一污染现象已经引起国家有关部门的高度重视。据悉，国家环保总局组织编制了《“十一五”国家环境保护标准规划》，其中包括：气体放电灯加工工业污染物排放标准；废气体放电灯回收利用污染控制技术规范。相信在不久的将来，我国会建立起完善的气体放电灯生产、使用及回收制度，并教育市民合理使用、放置节能灯，使人们能够自觉使用满足绿色照明要求的照明电器产品和将废旧照明电器投入到分类的废旧物指定地点，减少对环境的污染和破坏。

3.2 LED灯

目前，市场上出现了一种利用高亮度白色发光二极管发光的新型节能环保灯具——LED灯。这种光源具有光效高、耗电少、寿命长、易控制、免维护、无污染、安全环保等诸多优点，是新一代固体冷光源。虽然LED灯价格较现有照明产品贵一些，但因其具有优越的节能环保性能，仍被认为它将不可避免地替代现在应用广泛的气体放电光源。

3.3 天然光的利用

充分利用天然光，是绿色照明的重要组成部分，其节能环保特性是不言而喻的。从国家规范《建筑照明设计标准》(GB 50034—2013)第6.2节中可以看出，充分利用天然光包括自然采光、利用各种导光和反光装置将天然光引入室内进行照明、利用太阳能作为照明能源。

1)自然采光，就是自然光通过建筑物的侧窗和天窗进入室内，可以充分利用自然资源，既节能又环保。为此，建设部制订了《建筑采光设计标准》(GB 50033—2013)。白天进入室内的天然光完全满足照度要求时，可以不使用人工照明。

2)天然光导光系统可将天然光引入地下室或无窗建筑中，改善建筑室内光环境、减少照明用电和温室气体的排放。根据采光方式的不同，天然光导光系统又可分为主动式导光系统和被动式导光系统，对日光有较高要求的场所采用前者，一般场所可采用后者。天然光导光系统主要由采光部分、导光部分、照明器及其附件、配件等组成。它利用室外的自然光线透过采光罩导入系统内进行重新分配，再经特殊制作的导光管传输和强化后由系统底部的漫射装置把自然光均匀高效地照射到室内。天然光导光系统的工作原理是光线的聚集与传导，不存在任何能量的转化和损耗。该系统的特点是采光、照明效果好，防水易处理，保温性能好，使用寿命长(25年以上)，屋面开孔面积小，是传统采光天窗和采光带采光的1/6，可以解决采光天窗和采光带无法解决的采光问题。然而，天然光导光系统只能在白天使用，所以必须同时采用人工照明作为夜晚或随天气变化而使室内照度不够时的辅助措施。而且，由于易受外界天气条件的影响，天然光导光系统只能用于一般照明，不可用于应急照明。

3)太阳能光伏电源系统的出现，使得利用太阳能这一取之不尽、用之不竭的清洁能源进行发电成为可能。它以太阳光为能源，白天通过太阳能电池组件接受太阳辐射，将光能转换成电能，并在控制器的管理下不断向蓄电池充电，使用时，控制器根据设定的程序将蓄电池中的电能释放出来向用电设备供电，加装带有保护装置的逆变器，即可具备向交流设备供电的功能。不论是独立使用还是并网发电，太阳能光伏电源系统主要由电子元器件构成，不涉及机械部件，所以，太阳能光伏电源系统的设备简单、使用年限长、安装维护简便。此外，广泛应用于功能照明和景观照明的太阳能光伏电源系统通常是独立系统，具有传统照明系统所无可比拟的优势：无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电，避免了铺设管线对自然环境的破坏，无污染、节约能源，有利于环境保护。由于太阳能光伏电源系统输出为低压直流电(在我国通常采用DC12/24 V)，因此，具有使用安全、无触电危险的特性。然而，太阳能光伏电源系统易受天气和使用环境影响 (可通过改变控制方式来增强稳定性)，目前不宜用在对照明要求十分严格的场所。

4 结语

当前，节约资源和保护环境已经成为我国的基本国策，两者之间有着密不可分的关系。节能不仅是为了节约能源，保证我国的资源安全，而且更为重要的是通过节能来减少CO2等有害气体的排放量，减轻大气环境污染，符合环保要求。作为建筑电气设计人员，正确选择节能型环保产品，合理采用既节能降耗又防止污染的最佳设计方案，对推动电气行业向节能、环保方向发展起着至关重要的作用。

[1]GB 50034—2013，建筑照明设计标准[S].

[2]2007全国民用建筑设计技术措施节能专篇电气[S].

[3]GB 50033—2013，建筑采光设计标准[S].

[4]GB 50217—2007，电力工程电缆设计规范[S].