淺談電氣設(shè)計與節(jié)能在建筑中的運用

張兵

摘要：節(jié)約能源、保護環(huán)境是我國長期的重大方針。但建筑電氣節(jié)能是一項十分艱巨而復雜的工作，如果不對其進行系統(tǒng)、全面和綜合的分析、研究和實施，要想做好建筑電氣節(jié)能是十分困難的。

關(guān)鍵詞：建筑；電氣設(shè)計；節(jié)能

引言：

建筑電氣設(shè)計是節(jié)能的源頭之一，節(jié)能應從源頭開始。節(jié)能的方法有很多，本文側(cè)重在建筑電氣設(shè)計方面從三個方面來談談建筑電氣設(shè)計中的節(jié)能方法：

1在建筑設(shè)計過程中的節(jié)能

建筑電氣設(shè)計過程中，每一步的設(shè)計計算左右著能源的消耗，精確的計算，合理的配電，就能有效地節(jié)約能源：

1.1照明的節(jié)能設(shè)計：

①嚴格執(zhí)行照明功率密度（LPD）限值這是照明節(jié)能設(shè)計的基礎(chǔ)：LPD計算式：LPD=Σ（PL+PB）/S，其中PL為光源功率；PB為鎮(zhèn)流器或變壓器功率，S為房間或場所面積。GB50024-2004《建筑照明設(shè)計標準》（以下簡稱國標）明確規(guī)定了各種不同場所的最大允許限值。CJJ45-2006《城市道路照明設(shè)計標準》（以下簡稱行標）規(guī)定了各類道路的最大允許LPD限值，設(shè)計時要嚴格遵守。在有裝飾燈具的場所，可將裝飾性燈具的功率按50%計入LPD值計算中。照明設(shè)計一定要保證LPD值不得大于國標和行標規(guī)定的限值。

1.2用電負荷的精確計算：

負荷的計算常用方法有：a、需要系數(shù)法（常用）：有功功率為Pc=KxPe（kW ）；無功功率Qc=Pctgφ（kvar）；視在功率Sc= P2c+Q2 槡c （kVA）。計算配電干線和變電所時，有功功率為Pc= KΣp Σ（KxPe）（kW ）；無功功率Qc= KΣq Σ（KxPetgφ）（kvar）；視在功率Sc=P2c+Q2c（kVA）。其中Pe為用電設(shè)備組功率，kW；Kx為需要系數(shù)；tgφ為功率因數(shù)角相對應的正切值。KΣq、KΣp分別為無功功率和有功功率的同時系數(shù)。b、利用系數(shù)法（必須求出該計算范圍內(nèi)用電設(shè)備有效臺數(shù)及最大系數(shù)，是早期的二項式系數(shù)法和“ABC”算法的歸納算法）。c、單位面積功率法和單位指標法（常用于方案階段）。在供配電系統(tǒng)工程設(shè)計中，計算三相系統(tǒng)用電負荷時，單相負荷必須換算成三相等效負荷，計算按式Pdx=3Pex，其中Pdx為三相等效負荷，Pex為單相負荷。在三相不對稱狀態(tài)下，只有單相負荷時，單相用電設(shè)備要均衡分配到三相上，用負荷最大的一相作為計算的單相負荷。如當U相負荷為30kW，V 相為27KW，W相為29kw時，三相容量應為90kW。故在設(shè)計過程中，要盡量平衡三相負荷，以降低負荷的三相總?cè)萘俊Ｍ瑫r，根據(jù)各種用電設(shè)備的實際用電情況準確計算出用電負荷。負荷計算高了，浪費有色金屬，負荷計算低了，加速電氣元件的絕緣老化，增大電能損耗。準確計算用電負荷是能源節(jié)約的基礎(chǔ)。

① 合理選擇照度標準值

國標和行標中規(guī)定了各類場所的照度標準值。不同的照度標準值決定著不同的燈具耗電功率。按照不同作業(yè)場所的需要，選定不同的作業(yè)面或參考平面，合理地確定不同的照度值。

②照明設(shè)計中自然光的利用高反射材料的推廣

照明設(shè)計中應充分利用自然光，主要是太陽光的充分利用。如：辦公場所與建筑設(shè)計配合，充分利用現(xiàn)代高科技材料，實現(xiàn)辦公樓等場所透光隔熱效果；道路的照明設(shè)計中，在需要燈光的時候才開啟路燈。同時建議建筑設(shè)計師盡量運用高反射比的材料，減少吸光材料的運用。

③充分考慮照明的管理，強力推行節(jié)能開關(guān)

照明設(shè)計中應合理分配照明的回路，選擇經(jīng)濟合理的控制方式。讓照明分區(qū)控制，分時控制，或按照度設(shè)定值自動調(diào)控，并按平行于外窗來合理布置燈具和分配燈具控制回路。同時分單位計量，落實到單位，把節(jié)能意識灌輸?shù)饺?，就可以從管理上把握照明的?jié)能。

1.3供配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計：

在供配電系統(tǒng)的功率損耗中，變壓器的功率損耗占了很大的比例。變壓器的功率損耗包括有功功率損耗和無功功率損耗：

有功功率損耗：△Pb=△Pob+△Pteb（Psjs/Pseb）2

無功功率損耗：△Pqb=△Pqob+△Pqeb（Psjs/Pseb）2

式中△Pb-變壓器的有功功率損失（kW）

△Pob-變壓器的空載有功功率損失（kW）

△Pteb-變壓器額定負載下的銅損（kW）

Psjs-計算負荷的視在容量（kVA）

Pseb-變壓器的額定容量（kVA）

△Pqb-變壓器的無功功率損失（kvar）

△Pqob-變壓器的空載無功功率損失（kvar）

△Pqeb-變壓器在額定負載下無功功率損失的增

量（kvar）

可見，變壓器的功率損耗不可避免，在建筑用電過程中都存在著負荷的高峰期和低谷期，故季節(jié)性負荷偏差很大的情況下，合理設(shè)計選用變壓器，盡可能以多臺小容量的變壓器來替代大容量的變壓器，在負荷小的狀態(tài)下切除部分變壓器無疑會帶來較大的能源節(jié)約。如：南方某酒店，酒店配電用兩臺500kVA的變壓器（一臺主用空調(diào)動力用電，一臺其他用電包括照明用電等）。6-10月時，負荷最大峰值為800kW，其余時間內(nèi)由于氣溫不會太高而沒用空調(diào)的制冷主機和循環(huán)冷凍泵、冷卻泵等，其用電負荷最大峰值不會超過400kW。于是，除了6-10月份外其余時間只用一臺變壓器，切除另一臺變壓器，就省掉了另一臺的功率損耗。

其次，變壓器有個最佳負載系數(shù)：

△Pob-變壓器的空載有功功率損失（kW）

△Pqob-變壓器的空載無功功率損失（kvar）

△Pqob≈△I0% Pseb

△Pteb-變壓器額定負載下的銅損（kW）

△Pqeb-變壓器在額定負載下無功功率損失的增量

（kvar）

△Pqeb=△ud% Pseb

Kq-無功功率經(jīng)濟當量，建筑電氣一般經(jīng)過三級變壓，

經(jīng)驗取值在0.08～0.1之間

△I0%和△ud%分別為變壓器的空載電流百分數(shù)和短路

電壓百分數(shù)。

以上數(shù)據(jù)均可以從變壓器的產(chǎn)品說明書中查得。

即變壓器的容量要盡量接近計算容量除以最佳負載系數(shù)，這時損耗最小。

1.4無功補償：在配電系統(tǒng)中，由于多數(shù)感性負荷的存在無功功率不可避免，提高功率因素又是節(jié)能的一項重要手段。無功功率Q值小了，其視在功率S值就小了。設(shè)計中，可以在避開諧振危害狀態(tài)下多用自動調(diào)節(jié)無功補償設(shè)備，利用電壓自動調(diào)節(jié)的啟動元件，在低電壓時分級投入，在電壓升高時分級斷開，結(jié)合時間調(diào)整實時自動在調(diào)整中提高功率因素，減少配電系統(tǒng)的無功功率從而節(jié)約能源。

1.5減少線損：嚴格把控變電所與末端用戶的供電距離，要盡可能把變配電所選擇在用電負荷的中心，盡可能減少輸變電線路尤其是低壓輸電線路的長度，從而減少線損。在電壓等級的選擇上，讓線路損耗值與設(shè)備初投資值進行比較，一般在五年回收期內(nèi)都可以選擇分散10KV中壓進入負荷中心的做法來替代低壓的輸電線路，輸電電壓升高了，輸電電流降低了，從而達到節(jié)能目標。目前10KV箱式變電站技術(shù)已非常成熟，為分散型變配電站的設(shè)置提供了有利條件。這種方案一般由于初投資比例比較重很多被投資方忽略，但設(shè)計中要多設(shè)計10KV中壓進入負荷中心的做法，多方面比較經(jīng)濟的投資方案，做到盡量少投入，又節(jié)省線路損耗。

2設(shè)備、材料選型上的節(jié)能

在電氣工程設(shè)計中，設(shè)備、材料的選型直接關(guān)系到能源的消耗問題。設(shè)計過程中應盡可能的選擇合格的符合國家規(guī)范的節(jié)能產(chǎn)品：

①供配電系統(tǒng)線材的選型

降低線路能量損耗。一般說來，線路電能的損耗與線路的長度和負載大小有關(guān)系。適當情況下可以提高整體功率系數(shù)，減少導線的電阻，從而降低線路電能的損耗。具體的做法是線路路徑要盡量走直線，減小導線長度；合理選擇電纜電線的截面積；遵循減小供電路徑的原則，合理確定電氣用房的位置。

② 照明中的設(shè)備材料選型

1）充分利用自然光。自然光是綠色環(huán)保的清潔能源，在設(shè)計中要充分加以利用，比如增加靠近室外部分的門窗尺寸等，保證建筑物在白天利用自然光可獲得穩(wěn)定的照明條件。這樣一來，可以很大程度的節(jié)約照明能耗，也利于提高室內(nèi)的溫度，進一步降低建筑的能耗； 2）根據(jù)建筑的各個部分照明的需求，合理選用照明燈具，采用各種節(jié)能開關(guān)。比如懸掛較高的場所使用高壓鈉燈，在走道使用聲控開關(guān)等；

3）嘗試性地使用太陽能技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品。太陽能技術(shù)的開發(fā)利用，可節(jié)約資源、保護生態(tài)環(huán)境，在節(jié)能減耗方面具有重大的意義。

③相關(guān)專業(yè)的設(shè)備選型

水暖通、消防、建筑專業(yè)等相關(guān)專業(yè)中，有用到一些壓縮機、電動機、風機等動力設(shè)備，這些設(shè)備的選型盡量選用高效率的產(chǎn)品，或選擇同步電動機、或通過現(xiàn)代的變頻節(jié)能技術(shù)，適時控制設(shè)備運行能耗與負荷的關(guān)系，把這方面的能源損耗降低到最低點。

結(jié)束語：

建筑電氣節(jié)能設(shè)計在改善公共建筑的使用環(huán)境和提高能源的利用率上具有重大的意義。所以在節(jié)能環(huán)保成為主題的今天，建筑節(jié)能設(shè)計具有很大的潛力，擁有巨大的發(fā)展空間。