浅谈建筑电气节能措施

黄烃隆 刘合良

浅谈建筑电气节能措施

黄烃隆1刘合良2

（1. 南宁铁路局，南宁 530000；2. 中国电子系统技术有限公司，北京 100040）

低碳环保，节能减排已成为全社会的共识，而我国建筑能耗大，约占全国能源消费总量20%，建筑节能势在必行。建筑电气节能作为建筑节能中重要的组成部分，电气节能潜力巨大。本文对我国建筑电气节能现状和设计中重要的可节能环节进行简要的分析，并提出节能设计措施，为广大建筑电气设计工作者提供设计参考，以推进建筑电气节能事业的发展。

现状；绿色建筑；建筑电气；节能改造

1 我国建筑应用电气节能技术现状

“十二五”期间，全国建筑能耗约占全国能源消费总量的20%。随着生活水平的提高，建筑能耗还在持续上升。

目前工程设计中，基本上能够按照规范要求，满足电气节能。但对于中小型公共建筑和小居住区住宅建筑，初期投资资金较少，很少进行节能专篇设计。建筑电气设计主要存在以下几个方面的问题：①没有综合考虑用电负荷区域分布，季节分布情况，造成初期投入大，变压器损耗高；②少有对建筑内大功率设备（如中央空调系统、风机、水泵等）进行能耗监控，控制技术节能水平也不高，如电梯、水泵没有采用节能控制技术；③项目中没有充分考虑分析设备容量，前期估算与后期设计相差较大，造成变压器、电缆选材浪费，增加投资；④照明设计仅满足使用的需求，节能设计未充分考虑；⑤少有关于应用可再生能源的设计，无法满足《公共建筑节能设计标准》的要求。

2 绿色建筑

绿色建筑是指在全寿命期内，最大限度地节约资源（节能、节地、节水、节材）、保护环境、减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑[2]。从绿色建筑的概念可知，最大限度地节约资源给建筑的绿色设计指明了方向，单就建筑电气来说，需要对设备进行优选及控制，对电气各系统智能化水平也有较高的要求。建筑电气设计应该充分采用合理经济的供配电及智能化系统，同时运用高效的节能技术，为绿色建筑提供保障。

2.1 供配电系统节能设计

变电站宜设置在负荷中心，减小供电距离，最大限度降低线路损耗。原则上变电站至末端配电箱最长供电距离约250m。

尽可能减少变压器台数，区分照明负荷、一般动力负荷和容量较大季节性用电负荷，针对后者合理设置专用变压器供电，以降低损耗。

变电站高低压侧集中设置无功功率补偿，采用固定和自动投切相结合的方式，要求低压侧功率因数在0.9以上。

对于功率较大的非线性负荷，会产生谐波电流，产生谐波损耗，同时危害公用电网，影响供电质量。所以谐波治理也是电气节能的需要。可采取抑制谐波的措施，即安装无源吸收谐波装置、有源吸收滤波器装置、无源有源复合滤波吸收装置、静止无功发生器（SVG）。

2.2 变压器节能设计

据相关资料统计，我国10kV变配电系统中，变压器的能耗占该系统损耗80%以上，故变压器的节能对整个供配电系统的节能至关重要。变压器属于电机，它的节能实际上就要减少其有功功率损耗、提高效率。而变压器有功功率损耗包括空载损耗和负载损耗，即

式中，Db为变压器有功损耗；o为变压器空载损耗；k为变压器负载损耗；为变压器负载率。

式中的o空载损耗又称铁损，是定值，一般只与铁心的材质、制造工艺有关，与负载无关，正比于铁心重量、铁心磁通密度。

因此，变压器首选节能型的，如高磁通密度的优质冷轧晶粒取向硅钢片和非晶合金材质节能变压器。与老产品比较，节能型变压器具有低损耗、轻质量、高效率、抗冲击等优点。

式中的k负载损耗又称铜损，是一、二次绕组流过额定电流时所产生的损耗，故应该选用损耗低的铜心绕组变压器。结合经济性和后期扩容考虑，本文认为负载率应设计在0.8左右。同时应该考虑用电负荷随时间随季节变化情况而设置变配电系统，如对夏季、空调等随季节变化规律的负荷采用一大一小变压器组进行合理的投切运行，以达到最大节能的目的。

下面将10kV/800kV·A的S9油浸式变压器与同容量非晶合金变压器进行节能性能比较，负载率为0.75，变压器运行按24h，350天/年，电费单价按0.8元/kW·h。

由表1可知，相比于S9系列变压器和SCB10系列变压器，非晶合金变压器运行约3年达到投资回收，使用期节约效果相当可观。对于大容量、高负载率的变压器，节能更加明显，投资回收年限更短，因此国家才会大力推行节能型变压器。本文认为，在变压器选择设计中，应该优选非晶合金变压器和S13型及以上节能配电变压器。

表1 10kV/800kV·A几种常用类型变压器节能比较

2.3 建筑内大功率设备节能设计

建筑中大功率设备主要有中央空调、风机、水泵和电梯等，它们归根结底都是电动机，故大功率设备的节能实质上就是电动机的节能，即

式中，为电动机效率；1为电动机输入功率；al为电动机总损耗。

电动机总损耗包括铁损、铜损、机械损耗和附加损耗。电动机的节能就是减小各个损耗，提高效率，需要从电动机的选择和控制方面采取措施。

1）电动机的选择

近年来，电动机行业采用新理论、新结构、新材料、新工艺等一系列先进的措施，研制出各种高效节能的电动机。国家也出台了相应的标准GB 18613—2012 《中小型异步三相电动机能效限定值及能效等级》。该标准将电动机效率分成3个等级，即3级（能效限定值）、2级（目标能效限定值）和1级，其中1级能效最高。设计时选用电动机能效必须达到3级及以上，如YX3系列电动机或者更高效能电动机。同时还应该注意电动机的容量选择，容量留有适当裕值，但也要避免“大马拉小车”。大功率异步电动机功率因数小，应采取就地补偿，提高功率因数，降低线损。

2）电动机的控制

电动机一般采用恒速运转，这样的方式使得电动机的效率很低。建筑中风机、水泵类设备也是采用各种阀门来调节流量，这种方法相对简单，但却耗能较大，同时也会损害电动机，增加设备维护费用，缩短设备使用寿命。

随着电力电子技术和微机控制技术的发展，软起动器得到了广泛的推广。它不仅可以在起动时调节电动机的电压，使电动机有良好的起动性能，而且在突然停机和负载变化时也能自动调节电压，使电动机运行在最佳状态，达到节能目的。

电动机运行时采用交流电机调速节电技术也是节能的一大措施。变频调速技术，在负载下降时，自动调节电动机转速，智能的寻求最佳运行状态，特别是保障轻载时的效率，达到节能效果[3]。因此，应该根据工程实际，选用合适的变频调速装置。

2.4 照明节能设计

因建筑照明耗能会占到建筑耗能的25%～30%，所以照明节能空间很大。在满足建筑用途、使用舒适的前提下，照明设计应从如下几个方面进行节能设计。

1）选用高效节能光源

按照场所选用不同类型的高效节能光源、节能灯具，满足现行国家标准规范GB 50034—2013《建筑照明设计标准》的要求，特别是对照明功率密度（LPD）的限值，如一般室内场所，优先选用T5荧光灯或LED灯；高大空间（如厂房、球馆等）选用高效的金属卤化物灯或大功率LED灯。同时配合采用低耗的电子镇流器或节能电感镇流器，单灯功率因数低于0.9时采用电容器进行无功就地补偿。

灯具外罩，除装饰外，应优先采用直射型灯具或高光通、反射透射系数高的高效灯具。

2）节能控制设计

按灯具的布置进行有效控制，充分利用自然光，同时考虑到工作区域的需要进行混合控制。设计时应适当增加控制开关，以便管理，更加高效的节能。对于大面积场所，应该采取分支回路控制方式，根据班制和人员停留时间控制灯具亮灭。公共场所，尽可能采用定时开关、声光控制开关等节电方式控制。对于大型的公共区域，宜设智能照明控制系统。

2.5 电气建筑能耗监测设计

电气建筑能耗监控系统对建筑使用中的电力实施分项计量，实现对建筑内所有的电力消耗进行检测，一方面，通过分析能耗监控数据，及时发现电力浪费现象，并改变控制策略节约电力资源；另一方面，通过长期的对各机电设备能耗监控数据，分析其使用状况，通过计算确定经济使用寿命，适时更换设备，降低综合成本。

3 结论

综上所述，建筑电气的节电势在必行。节电手段多种多样，只要在设计时精心做好分析，采取合理的措施，合理选用节能设备，并通过电力能耗计量进行分析、采取合适的控制策略，就一定能达到最大化节能的目的。

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 被动式超低能耗绿色建筑技术导则（试行）居住建筑[S]. 2015.

[2] GB/T 50378—2014. 绿色建筑评价标准[S].

[3] 李蔚, 吴婧华, 冯涛. 电气节能技术在工程设计中的应用[J]. 智能建筑电气技术, 2010, 4(1): 30-36.

[4] 王梦犀. 绿色建筑项目中的景观配电设计[J]. 电气技术, 2014, 15(3): 120-122.

[5] 赵亮, 曹文, 宋铁锁. 供配电负荷计算的探讨[J]. 电气技术, 2014, 15(4): 95-97, 106.

[6] 张之昊, 武建文, 李平, 等. 应用于农村配电网的测量点与补偿点分离式无功补偿设备及其优化配置[J]. 电工技术学报, 2015, 30(3): 205-213.

[7] 马韬, 朱志芹, 邱清泉, 等. 1250kV·A三相高温超导变压器的系统集成与试验[J]. 电工技术学报, 2016, 31(21): 188-195.

Introduction to Building Electrical Energy Saving Measures

Huang Tinglong1Liu Heliang2

(1. Nanning Railway Administration, Nanning 530000; 2. China Electronic Systems Technology Co., Ltd, Beijing 100040)

Low carbon environmental protection, energy conservation and emissions reduction has become the consensus of the whole society, and building energy consumption in our country, which accounts for the total energy consumption by 20%, building energy conservation is imperative. Building electric energy conservation as the important component of building energy efficiency, electric energy saving potential is tremendous. In this paper, based on present status and important in the design of building electrical energy saving can be made a brief analysis of energy-saving links and energy saving design measures are proposed, for the majority of building electrical design workers provide design reference, and promote the development of building electrical energy saving.

the status quo; green building; building electric; energy saving reconstruction

黄烃隆（1989-），男，广西南宁人，本科学历，助理工程师，主要从事建筑电气设计方面工作。