可持续发展背景下建筑电气系统节能措施研究

贺 桥

（重庆市规划设计院，中国 重庆 401120）

0 引言

现代建筑中广泛采用了变压器、空调、电动机、照明、电梯等耗能系统，建筑作为我国一个重要的能耗源，对其节能方法和节能措施的研究已是刻不容缓。目前我国还处在一个比较初级的发展阶段，必须采取相应的措施来解决这个重要的问题。

1 对建筑电气系统的优化设计

设计单位应要求设计人员设计的每项电气分项工程，都有较详细的电气负荷计算书和采取了哪些节能措施。另外，系统在确定设计方案时，要按照“以人为本”的设计思路，做任何项目设计之前，都要深入现场，与业主进行有效沟通，结合工程的具体情况，根据负荷特点、建筑使用功能要求、建筑物的结构特征和周围环境特点等多方面综合考虑，经过全面技术分析比较后确定出最佳的设计方案。要及时掌握各种节能新技术的原理，在设计中适当采用以获得巨大的经济效益和社会效益。政府有关职能部门应加强对建筑电气设计项目的审核管理，可以委托相关技术部门如学会等对设计图纸文件进行严格审查，对未达到国家有关节能标准的设计严禁施工建设。

2 合理选择变压器的规格、型号

变压器中存在着阻抗，它们消耗、浪费大量的电能。为了节约电能，减少电路电能损耗，可以考虑适当降低变压器的负载率，但是这样势必造成工程初始投资提高。变压器节能的实质就是:降低其有功功率损耗、提高其运行效率。配电变压器低压侧输出电网，宜尽可能形成环形网络，以便能随负荷变化而采取及时切换，或决定投入运行的变压器台数，且又不影响各环节所需电力供应。对于季节性变化负荷，可以采取并联运行的方法来减少电能损耗，但对于昼夜变化大的负荷，采取上述方法降低变压器电能损耗是不合理的，因为这将使变压器的开关操作次数过多，增加开关检修量。铁芯是变压器电磁交变，会因其材质结构产生磁滞和涡流损耗。非晶态合金应用于电力变压器的铁芯，具有特殊的磁特性，它与普通材料相比，同容量时可降低75%-80%的损耗。目前已逐步推广。

2.1 减小变压器的有功损耗

变压器的有功功率损耗如下式表示:

△Pb=P0+Pk+β2

△Pb是变压器的有功损耗。β是变压器的负载率。P0为空载损耗又称铁损，它由铁心的涡流损耗及漏磁损耗组成，其值与硅钢片的性能及铁心制造工艺有关，在变压器一次绕组外施电压和频率恒定的条件下是固定不变的，而与负荷大小无关。它可以由变压器空载实验测定。

2.2 提高变压器的负载率

当对Pkβ2用微分求极值，在β=50%处，变压器每千瓦的负载能耗最小。因此在20世纪80年代初、中期设计的大型建筑，变压器的负载率绝大部分在50%左右，在实际使用中有一半变压器没有投入运行。这种做法一直沿袭至今，这仅是为了节能，而没有考虑经济价值。

2.3 尽量选用大容量的变压器

合理选择变压器容量，应使变压器在运行时的负载率尽可能接近最佳负载率，这是提高变压器的技术经济效益和搞好变压器节能的根本性措施。

3 合理选择电线和电缆

3.1 减小导线长度

第一，线路尽可能走直线，少走弯路以减少导线长度;第二，低压线路应不走或少走回头线，以减少来回线路上的电能损失;第三，变压器尽量接近负荷中心，以减少供电距离，当建筑物每层平面在10000平方米左右时，至少要设2两个变配电所，以减少干线的长度;第四，在高层建筑中，低压配电室应靠近竖井，而且由低压配电室提供给每个竖井的干线，不至于产生支线沿着干线倒送的现象。

3.2 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，再加大一级导线截面，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70平方厘米，线路长度超过100米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。

4 电动机节能的途径

减少电动机电能损耗的主要途径是提高电动机的工作效率和功率因数。在建筑工程中应选用高效率的电动机。选择电动机类型时，必须正确掌握负荷特性，弄清楚负荷是连续的还是断续的。若为连续负荷，要了解电动机的输出功率是否与各种负荷相匹配，如果是风机和泵等平方递减负荷特性，在轻载时打开风门和阀门，采用调速电动机在低速运行，可以节约电能。断续负荷时，要了解轻负荷时能否停止电动机的运行，或运行中能否把多余的能量释放出来。如果即使轻负荷时也不能停止电动机的工作，则应考虑采用交流变频调速装置。

在民用建筑中，动力负荷主要是风机和水泵电动机类，有资料显示星级酒店中水泵的能耗占总能耗的30%，所以对风机和水泵采取节能措施是十分必要的，而一般水泵电动机的容量是根据可能出现的最大负荷来选择的。而水泵在运行过程根据需求情况水流量是变化的。水泵的工作特性是流量与转速成正比，扬程与转速平方成正比，轴功率与转速立方成正比。当流量减少一半时采用调速的方法将电动机的转速降低一半，则这时电动机的轴功率只是额定功率的1/8，对于需要变流量运行的水泵采用调速技术可大幅度的降低能耗。目前变频调速是一种高效能的调速方式，可以在保持正常转差率下运转实现无级调速，可以在低速运行时使电动机输出最大转矩不变，起到了节能降耗的目的。

5 提高功率因数

在民用建筑中，为减少无功功率流动引起的损耗，应改变电容器集中安装的做法，对容量超过10kW的风机、水泵、传送带等，电动机端设置就地补偿装置。对空调主机及冷冻泵等，常在其附近设专用变配电所，可以集中补偿。但若供电距高超过20m时，也最好采用就地补偿。

电动机就地补偿装置的接线有两种方式。一是并接在热元件的一次线之后，热元件的整定电流应按补偿后的电机工作电流计，这种接线适合新安装的电机;另一种是装补偿电容器于接触器主接点之后，热元件一次线圈之前，热元件的整定电流不计补偿的影响，适合于进行改造的电机接线。这样做可使电容器与电动机一起投切。

负荷较平稳的电动机采用就地补偿，因为负载变动时，电动机端电压也变化，使电容器放电没有完成又开始充电，这时，电容器会产生无功浪涌电流，易使电机产生过电压而损坏。因此断续负载，如电梯、自动扶梯、自动步行道等不应在电动机端加装补偿电容器。

6 合理选择节能光源

众所周知，合理选择节能灯具是建筑照明实现节能的重要措施，荧光灯是应用广泛，用量最大的气体放电光源，它具有结构简单、光效高、发光柔和、寿命长、无频闪和无电磁辐射等优良性能，把它应用到建筑物照明中会取得良好的照明和节电效果。荧光灯的发光效率是白炽灯的4～5倍，寿命是白炽灯的7～8倍，是高效节能光源。

7 结束语

总之，我国正处于大量消耗自然资源、原材料以支撑经济高速增长的工业化时期，能源对经济增长的约束作用已经开始显现，节能成为关系到我国国计民生的大事。

[1]狄全熙,吕岩.建筑电气节能设计的研究[J].内蒙古石油化工,2008(6):89-91.

[2]卢若凡.建筑电气节能设计[J].四川建材,2005(3):322-323.