建筑电气设计的节能研究

唐卓

【摘要】能源资源紧缺是我国也是当今世界各国面临的一个严重问题。随着建筑业的迅速发展其消耗的能源也在迅速增长，而建筑中消耗的能源大部分都是以电能的方式消耗的，因此在能源日益短缺的今天关于建筑电气的节能问题显得尤为重要。本文将重点关注建筑电气中的供配电系统、变压器、线路损耗、照明系统、电动机、能源管理系统的节能、可再生能源问题进行分析。

【关键词】建筑电气设计；节能措施；供配电系统

引言

能源资源紧缺是我国也是当今世界各国面临的一个严重问题，我国随着经济快速增长能源消耗也增长迅速。我国面临的问题是不但能源较为短缺，并且能源浪费也相当严重。电能属于二次能源，近年来供应日趋紧张，能源的缺乏对国民经济发展的制约作用也越来越突显。如何合理地利用能源，降低能耗，提高经济效益，对促进国民经济发展具有十分重要的意义。

一、合理设计供配电系统

1、变电所应靠近负荷中心，合理分布供电网络，供电线路的电压损失满足规范的允许值，供电半径应控制在电压降允许范围内，提高供电网络的供电质量及网络运行的经济效益。

2、供电电压选择应合理。在其它条件相同时，电压越高线损耗则越小。民用建筑用电设备的电压等级大多数为220/380 V，在不影响安全及性价比的情况下可多考虑用380V的设备少用单相的设备。此外，一些民用建筑大型、特大型的用电设备为了达到节能和减少线损的目的，可以選择10（6）kV电压等级的设备。

3、提高功率因数。大量无功电流在电网中会导致线路损耗增大，变压器利用率降低。无功补偿是利用技术措施降低线路损耗的重要措施之一，在有功功率合理分配的同时，做到无功功率的合理分布，通过集中无功补偿和就地无功补偿降低电网的功率损耗。

4、减少谐波电流。通过无源、有源滤波减少负荷的谐波电流，从而减少配电系统的热损耗，但需要评估滤波器的投资费用与运行费用减少之间的利弊。

二、建筑电气中变压器的节能

变压器总电能损耗占总发电量的2～3%左右，因此，变压器的设计、选型及运行比较重要。变压器节能的实质就是降低其损耗、提高其运行效率，具体有以下几项措施：

1、科学合理的选择变压器的台数和容量。选择变压器的台数和容量时，应根据负荷实际情况，综合考虑投资成本及年运行费用，对负荷容量进行合理分配，选择容量与电力负荷相匹配的变压器，尽量使其工作在效率较高的高效运行区内。变压器效率与变压器负荷和损耗有关，也与负荷的功效因数有关。通常情况下，当负荷率在30%～75%时属于经济运行区，当负荷率在50% ～60%时属于高效运行区，变压器效率最高。

2、选用节能型低损耗高能效等级变压器，更换或改造旧项目中高能耗的变压器。随着科学与技术的发展，新型更加节能的变压器不断出现，变压器空载损耗、负载损耗不断下降，项目应根据定位选用性价比更高的节能变压器。

3、加强运行管理，对于变压器负荷率不在经济运行区的，要及时投入或切除或更换部分变压器，以实现变压器节能的目的。

三、线路损耗节能

供配电线路的损耗约占供配电系统损耗的4%左右，减少线路的损耗是供配电系统节能的重要指标，由于供配电线路自身有电阻，因此有电流通过供配电线路时就会产生功率损耗，线损的公式为：ΔΡ=3I?R·10-?式中：ΔΡ为三相供配电线路的有功功率，单位为千瓦（KW）；I为相电流，单位为安培（A）；R为每相电路电阻，单位为欧（Ω）。其中线路电阻“R”在通过的电流不变时，供配电线路距离越长则电阻越大。由于线路上电流一般是保持不变的，那么要减少线路损耗，只能通过减少线路电阻来实现。线路的电阻的公式为：R=ρL/S，线路的电阻与与导线截面S成反比，与导线电阻率ρ、导线长度L成正比，。要减少电阻值降低线损可以从以下几个方面考虑：

1、用经济电流密度法选择电缆截面积，一般会适当增大电缆截面积，但需要评估增加投资费用与减少运行费用之间利弊。

2、尽可能减少导线长度。变电所应尽量地靠近负荷中心，减少供电半径。线路应尽量直线敷设少走弯路，另外路径应尽量减少返回。

3、尽量选用电阻率ρ较小的导线，尽量选用铜芯导线，少选用铝芯线。

四、照明节能

1、根据不同时间段分组分片开停照明灯具。在不同时间段，车库、走廊等公共区域的人流量往往不同，可考虑在高峰期、正常期、低峰期把照明分成三组控制开停。其次，应充分利用自然光，可随着自然光的变化通过光电控制开关分片控制灯具开停。再次，每个开关控制灯具的数量不宜过多，应适当增加照明的开关数量，从而方便管理和节能。楼梯间等可采用光电控制开关，以利节能。第四，应视具体情况不同选用一般照明、局部照明或混合照明方式。第五，在插座面板上宜设置翘板开关，当用电设备不使用时，可考虑切断插座电源，通过消除用电设备空载损耗，以达到节能的目的。

2、有效控制单位面积灯具安装功率。按照照明设计规范的视觉要求、照度标准、照明功率密度等，在满足照明质量的前提下，一般房间及公共场所应优先采用紧凑型荧光灯、高效发光的荧光灯及LED灯。体育馆场及厂房的室外照明等一般照明宜采用金属卤化物灯、高压钠灯等高效气体放电光源。对于镇流器的选择，自镇流荧光灯应配电子镇流器；直管形荧光灯应配电子镇流器或节能型电感镇流器；高压钠灯、金属卤化物灯应配节能型电感镇流器。

五、电动机节能

电梯、水泵、风机、中央空调系统一般均为大功率设备，会消耗大量的电能。在这些设备中，异步电动机节能可选用EFF3 等高等级的高效异步电动机。此外，当电动机经常在额定工况以下状态运行时， 应选用变频器控制电动机， 因为电动机的轴功率与转速的3 次方成正比， 调节电动机的转速，使设备在高效运行区运行。

六、智能化能耗管理系统

能耗管理系统采用分层分布式系统体系结构，系统采用物联网、精细计量、数字传感等先进技术，能够实时、全面、准确对建筑的电力、燃气、水等各分类能耗数据进行采集、处理，并分析建筑能耗状况，使管理者对建筑的能耗成本比重及变化趋势有准确的掌握。

通过对采集到的数据分析后进行预测分析、能源计划管理、能源实绩管理、能源质量管理、运行技术支持。并对各种设备故障进行监测、分级报警、信息记录和归档、故障基本分析及处理，使建筑整体的能耗得到控制。

七、利用可再生能源节能

可再生能源是指太阳能、水力、风力、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能等。可再生能源资源潜力大，环境污染低，可永续利用，是有利于人与自然和谐发展的重要能源。可再生能源的开发及利用是实现“节能、环保、增效”的重要手段。

我国可再生能源存在的问题有：高成本、自主创新能力弱、标准体系建设滞后、并网难、战略性尚未达成普遍共识等，其中，并网难成为当前可再生能源发电的最大瓶颈。要解决此问题，首先，电网公司应主动承担电网建设的义务，由于电网建设需要大规模的资金投入，因此需要政府政策的有力支持。其次，由于风电、太阳能等可再生能源电源功率具有间歇性、随机性的特点，在并入地区电网之后，会对地区电网的结构、无功补偿措施、运行调度方式以及电能质量造成相当多的影响，电网公司必须采取相对应的措施。

八、结束语

电气节能是建筑节能中不可忽略的重要组成部分，为了实现我国可持续发展战略，建筑节能势在必行。我国应结合实际情况，综合利用各种节能技术措施，选择经济合理的节能方案，充分研究相关政策的制定和配套，形成新的机制和运作模式，制定出可操作性强、便于实施和审核检查的一整套科学体系，使之更好地指导和规范建筑节能，推动建筑节能的健康发展。

参考文献：

[1] 中华人民共和国建设部.民用建筑电气设计规范（JGJ 16-2008）[S].北京：中国建筑工业出版设，2008

[2]罗建华.建筑电气设计中的节能措施[J].广东科技，2007（1）