建筑電氣設(shè)計中的節(jié)能簡談

謝玉柱

摘要：隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，能源問題被提到越來越重要的地位。建筑的供配電系統(tǒng)的節(jié)能降耗問題則更顯得重要。我國大約有建筑面積五百多億平方米，能源消耗比世界平均水平高出1-2倍，而電氣建筑部分的能源消耗更是明顯，因此，降低建筑電氣節(jié)的能源消耗是大勢所趨。但是電氣建筑節(jié)能是一項技術(shù)性很強，影響因子復雜的工程。所以，電氣工程師應對所負責的電氣工程質(zhì)量具有高度負責的責任心，充分應用自己的專業(yè)水平深入、細致的搞好電氣工程的技術(shù)、質(zhì)量、進度、簽證、安全等管理工作，同時，建筑的電氣安裝要符合節(jié)能的需要。本文根據(jù)作者多年工作經(jīng)驗就建筑電氣設(shè)計中的節(jié)能相關(guān)問題進行了簡單的闡述。

關(guān)鍵詞：建筑電氣；設(shè)計；節(jié)能

引言

建筑工程電氣設(shè)計中的節(jié)能措施不能獨立于建筑功能而存在，建筑功能依賴建筑物內(nèi)的環(huán)境設(shè)備（如空調(diào)設(shè)備、采暖設(shè)備、通風設(shè)備）與公用設(shè)施設(shè)備（如供電設(shè)備、通訊設(shè)備、防火設(shè)備、供水設(shè)備、電梯設(shè)備）來實現(xiàn)。由于電力是最便捷的能源，建筑物內(nèi)環(huán)境設(shè)備與公用設(shè)施設(shè)備都依靠電力來支撐（即使是水暖系統(tǒng)也離不開電能的使用）。因此，建筑物節(jié)能設(shè)計最終都以節(jié)約電能為目的。建筑電氣專業(yè)雖然不可能從根本上大幅降低電能使用，但是，建筑電氣專業(yè)在節(jié)能方面也不是一無所能之處。新世紀以來，節(jié)能已經(jīng)成為社會發(fā)展的主流，也是建筑行業(yè)得以生存的基石。由于過敏經(jīng)濟的飛速發(fā)展以及社會各行各業(yè)對店里能源需求不斷的增加，而發(fā)電機容量以及電網(wǎng)供電能力的不足造成了國內(nèi)大部分地區(qū)出現(xiàn)了不同程度上的電力供應不足的現(xiàn)象。可見，在目前的建筑電氣設(shè)計中做好節(jié)能設(shè)計是多么的重要，這種社會趨勢也促使了建筑電氣節(jié)能地位的日益突出。由于我國電氣節(jié)能潛力是非常巨大的，因此在建筑設(shè)計中通常都將其放在首要的位置，是同建筑節(jié)能共存的一個話題。

一、建筑電氣節(jié)能設(shè)計應遵循的原則

在進行建筑工程電氣設(shè)計時，既不能以犧牲建筑功能，損害使用需求為代價，也不能盲目增加投資，為節(jié)能而節(jié)能。

1適用性，也就是能夠為建筑電氣設(shè)備的運行提供必需的動力，建筑物內(nèi)創(chuàng)造良好的人工環(huán)境提供必要的能源；能夠滿足用電設(shè)備對于負荷容量、電能質(zhì)量與供電可靠性的要求能夠保證建筑電氣設(shè)備對于控制方式的要求，從而使電氣設(shè)備的使用功能得到充分的發(fā)揮。

2安全性，電氣線路應有足夠的絕緣距離、絕緣強度、負荷能力、熱穩(wěn)定與動穩(wěn)定裕度，確保供電、配電與用電設(shè)備的安全運行；有可靠的防雷裝置，防雷擊技術(shù)措施；特殊功能要求的場合下還應有防靜電、防浪涌的技術(shù)措施，按建筑物的重要性與火災潛在的危險程度設(shè)置相應必要的技術(shù)措施。

3在滿足民用建筑電氣工程的適用性和安全性的基礎(chǔ)上，采用先進的節(jié)能技術(shù)，優(yōu)化供配電設(shè)計，促進電能合理利用。另外，提高設(shè)備運行效率，減少電能的直接或間接損耗，在滿足建筑物對使用功能的要求和確保安全的前提下，盡可能減少建設(shè)投資，最大限度的減少電能與各種能源的消耗。做到選用節(jié)能設(shè)備、均衡負荷、補償無功、減少線路損耗、降低運行與維護費用，提高能源的綜合利用率。

二、建筑電氣設(shè)計中的節(jié)能措施

1照明

照明設(shè)計是實現(xiàn)建筑電氣節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過高質(zhì)量的照明設(shè)計可以創(chuàng)造高效、舒適、節(jié)能的建筑照明空間。在保證照度標準和照明質(zhì)量的前提下，盡可能減少照明系統(tǒng)中的能量損失，最有效地利用電能。

（1）合理選擇照度標準

選擇照度必須與視覺環(huán)境相適應。合理的照度值和優(yōu)良的照明質(zhì)量形成的光環(huán)境可以提高工作效果和改進人們的心情，要綜合考慮照明系統(tǒng)的總效率。民用建筑（含居住建筑、公共建筑）的照度標準、照明均勻度、統(tǒng)一眩光值、顯色指數(shù)、照明功率密度值等均應符合《建筑照明設(shè)計標準》所規(guī)定的相關(guān)標準值。

（2）靈活選擇照明方案

照明分為一般照明、局部照明和混合照明3 種，應根據(jù)不同設(shè)計對象靈活選擇。其中一般照明可結(jié)合局部照明，對于大型空間，實施分區(qū)照明。對于照度要求高的場合，利用一般照明加局部照明加強照明效果，實現(xiàn)按需布置、保證照度。照明電源線路應盡量采用三相四線制供電，同時設(shè)計三相對稱照明負載以減少電壓損失，減小中性線電流。

（3）選擇高效光源和節(jié)能燈具

目前大部分使用的光源包括鹵鎢燈、熒光燈或小功率的高壓鈉燈，白熾燈逐漸被取代。其中緊湊型熒光燈和高強度氣體放電燈需要正確選擇鎮(zhèn)流器，根據(jù)功率和應用場合選擇電子型或電感型鎮(zhèn)流器。同時設(shè)置電容補償，以提高功率因素。在今后設(shè)計中，需要推廣應用發(fā)光均勻、波長一致、平均壽命長的節(jié)能型LED（發(fā)光二極管）光源。相對于白熾燈光源，白光LED 光效高、能耗低、穩(wěn)定性高，局限于目前的昂貴價格，未能得到廣泛應用，但LED光源的自身特性決定它會成為目前理想的替代光源。燈具選擇上，選用高反射率高純電化鋁作為底反射器，變質(zhì)速度較慢的材料（玻璃）作為控光器的燈具，以減少光能衰減。

2供配電系統(tǒng)

合理選擇變壓器

變壓器的容量大小與能耗之間存在十分重要的聯(lián)系，容量過小，很容易造成超負荷運行，導致過載損耗增加；如果容量過大，而又不能被充分利用，則會使空載損耗增加，基于此點原因，在選擇變壓器時應盡量根據(jù)實際情況來確定變壓器的容量，從而確保變壓器在運行過程中始終保持最佳工作狀態(tài)，一般情況下，變壓器的負荷率應盡可能大于30%，最佳工作范圍需在70%左右。此外，還應盡量選擇節(jié)能型的變壓器，接線時可根據(jù)用電特點采用較為靈活的方式進行接線。

（2）減少線路損耗

a減少導線長度，在進行設(shè)計時，配電箱、低壓柜的出線回路應盡可能為直線，并且不走或少走回頭線；變電所最好建在負荷中心附近，這樣可以減少接線長度；低壓線路的供電半徑可按照用電負荷密集區(qū)而定，大負荷密集地區(qū)半徑應盡量控制在100m 以內(nèi)、中、小負荷密集區(qū)應分別控制在150m 和250m 以內(nèi)。這樣做能夠節(jié)省敷設(shè)電纜的長度，使供電距離最短。從而達到減少線損的目的。

b增大導線的截面積，對于較長的線路，可以適當加大一級線纜的截面積，雖然這樣會增加線路的費用，但是卻可以減少年運行費用，增加的費用估計大約可在2 年左右內(nèi)收回。

c對于高層建筑而言，變電室應盡量靠近電氣豎井，以此來減少主線纜的長度，同時電氣豎井應盡可能設(shè)在建筑的中部位置或兩端，這樣可以減少水平線纜的敷設(shè)長度。

d將負荷歸類。除了對計費有特殊要求的負荷以及消防負荷以外，其余普通負荷可采用一條主電纜供電，這樣不僅方便消防電源切非操作，同時還可以在非空調(diào)季節(jié)使用同樣大的線路截面?zhèn)鬏斴^小的電流，使線路的損耗大幅度減少。

（3）無功補償

供配電系統(tǒng)中有很大一部分用電設(shè)備為電感性負荷，如變壓器、電動機等，它們在運行時會產(chǎn)生無功電流，這部分電流流經(jīng)高低壓傳輸線路會使線路發(fā)生功率損耗。因此，在設(shè)計供配電系統(tǒng)時，可以考慮采用電容柜對系統(tǒng)進行就地補償或集中補償，以此來減少無功電流，使功率因數(shù)有所提高。通常情況下，功率因數(shù)由0.7 提升到0.9，線路損耗約可減少40%左右。功率因數(shù)的大小需符合電力部門的要求，若無具體要求時，建議低壓用戶的功率因數(shù)可在0.85 以上，高壓可在0.9 以上。可見，無功補償不僅能夠改善電能的質(zhì)量，提高供電能力，而且還可以達到節(jié)能降耗的目的。

諧波抑制

隨著各類電力、電子設(shè)備在建筑中日益廣泛地應用，由此產(chǎn)生的諧波電流對供配電系統(tǒng)產(chǎn)生的危害表現(xiàn)為諧波使電動機發(fā)熱效率下降4%～6%，使線路損耗增加1.5～2.5 倍，使變壓器局部嚴重過熱，造成銅損和鐵損增加2～2.5 倍。諧波還會導致繼電保護和自動裝置的誤動作并會使電氣儀表的計量產(chǎn)生2%～20%誤差。可見，諧波電流的存在不僅增加了供配電系統(tǒng)的電能損耗，而且對供配電線路和設(shè)備安全工作產(chǎn)生危害。為了抑制諧波，通常設(shè)計時，在變壓器低壓側(cè)或用電設(shè)備處單獨設(shè)置有源濾波器、無源濾波器，也可將有源濾波器和無源濾波器混合使用或采用節(jié)電裝置。通過以上措施有效地濾除中性線和相線的諧波電流，不僅凈化了電路，降低了能耗，而且提高了供電質(zhì)量，提高了設(shè)備使用壽命。

3電動機

（1）根據(jù)電動機經(jīng)濟運行的原則合理選用電動機。如恒負載連續(xù)運行，功率在250kW 及以上，宜采用同步電動機、功率在200kW 及以上，宜采用高壓電動機、除特殊負載需要外，一般不宜采用直流電動力。電動機功率選擇，應根據(jù)負載特性和運行要求合理選擇，使電動機工作在經(jīng)濟運行范圍內(nèi)。異步電動機當采取更換或改造措施時，須經(jīng)綜合功率損耗與節(jié)約功率計算及起動轉(zhuǎn)距的校驗后，在滿足機械負載要求的條件下，使新投入的電動機工作在經(jīng)濟運行范圍內(nèi)。

（2）采用高效率電動機，減少電動機損耗。

（3）對輕載電動機采取降壓運行方式實現(xiàn)節(jié)能。如改變電動機繞組接法，對經(jīng)常處于輕負荷動行的電動機，應采用三角- 星切換裝置，將三角形接法的電動機改為星形接法，降低電機運行電壓可以達到良好的節(jié)電效果。

（4）電動機無功功率就地補償。如遠離電源的水源泵站電動力、距離供電點200m 以上的連續(xù)運行電動機、輕載或空載運行時間校長的電動機、YZR 或YZ 系列電動機、高負載率變壓器供電的電動機均應首先采用電動機無功功率就地補償。

結(jié)束語

在當前的建筑電氣設(shè)計中，應把電能消耗指標作為全面技術(shù)經(jīng)濟分析的重要組成部分。節(jié)約電能應以提高能源利用率和綜合效益為主要途徑，根據(jù)技術(shù)先進、安全適用、經(jīng)濟合理、節(jié)約能源和保護環(huán)境的原則確定設(shè)計方案。通過正確的計算，合理選擇電氣設(shè)備及其控制方式，盡量在不增加或少增加投資的前提下取得較顯著的節(jié)電效果。

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