建筑電氣在住宅節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

郝馨穎,徐 睿,汪若江,艾致遠(yuǎn),安 夢(mèng)

(中國礦業(yè)大學(xué),江蘇徐州,221000）

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建筑電氣在住宅節(jié)能設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

郝馨穎,徐 睿,汪若江,艾致遠(yuǎn),安 夢(mèng)

(中國礦業(yè)大學(xué),江蘇徐州,221000）

摘要：隨著我國建筑業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，建筑能源浪費(fèi)越來越大，但對(duì)建筑而言，無論是用電設(shè)備還是照明系統(tǒng)，都存在著巨大的節(jié)能潛力。因此研究建筑電氣節(jié)能具有重要的意義。本文首先分析了建筑電氣節(jié)能的研究意義，分析了建筑電氣的節(jié)能的主要措施，然后對(duì)建筑電氣節(jié)能的具體方案做了詳細(xì)的闡述。

關(guān)鍵詞：建筑電氣;節(jié)能;照明系統(tǒng);措施

0　引言

民用建筑電氣的節(jié)能設(shè)計(jì)一般是指在充分保證用戶用電安全和滿足建筑物的正常功能不受影響的前提下，實(shí)時(shí)監(jiān)控照明、變壓器、電動(dòng)機(jī)、電梯、空調(diào)等用電設(shè)備，對(duì)其采取優(yōu)化管理的方式，提高用電效率，用以減少整體項(xiàng)目的投資和運(yùn)行成本，并同時(shí)達(dá)到節(jié)能的目的。建筑中的電氣設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要組成部分，因此，建筑電氣的節(jié)能越來越重要，對(duì)其節(jié)能方法和措施的研究刻不容緩。對(duì)建筑電氣節(jié)能技術(shù)應(yīng)用研究的開展，是建筑行業(yè)節(jié)能降耗工程的必然發(fā)展方向，也是國家能源戰(zhàn)略的重要舉措，具有重大的實(shí)際價(jià)值和戰(zhàn)略意義。

1　建筑電氣節(jié)能存在的問題

建筑電氣節(jié)能在我國取得了一定的成果，但我國對(duì)建筑節(jié)能的研究起步也較晚，尚存在一些問題巫待解決。

1.1建筑電氣設(shè)計(jì)缺陷

建筑電氣的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)工程的節(jié)能有決定性的意義。由于設(shè)計(jì)單位和設(shè)計(jì)人員的重視不夠，設(shè)計(jì)周期較短以及設(shè)計(jì)費(fèi)用與經(jīng)濟(jì)效益不掛鉤等客觀因素，加上許多設(shè)計(jì)人員主管上不追求節(jié)能效果，盲目追求采用新技術(shù)，而實(shí)際上潮流技術(shù)未必是最合適、最節(jié)能的，因?yàn)槊恳环N技術(shù)方案都有是適用范圍和約束條件。

1.2標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范不夠全面、系統(tǒng)

目前，尚沒有標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范或者規(guī)定將電氣節(jié)能進(jìn)行全面系統(tǒng)的進(jìn)行闡述，從而導(dǎo)致不少的工程實(shí)際選型不合適，如變壓器容量過大，運(yùn)行效率低;導(dǎo)線、電纜選擇不合適，線損大;照明光源選擇不當(dāng)，造成照明浪費(fèi)。

2　建筑電氣在住宅節(jié)能措施

2.1增強(qiáng)對(duì)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的審查

在進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員要首先深入一線現(xiàn)場，要了解工程的進(jìn)展情況，應(yīng)對(duì)每個(gè)分項(xiàng)工程進(jìn)行詳細(xì)的電氣負(fù)荷計(jì)算，并進(jìn)行相應(yīng)的節(jié)能措施。根據(jù)負(fù)荷的特點(diǎn)以及建筑物的結(jié)構(gòu)特征等因素對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行全面的經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，制定負(fù)荷實(shí)際情況的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)人員及時(shí)了解、掌握各種節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，在技術(shù)經(jīng)濟(jì)都滿足的前提下，盡可能多的采用社會(huì)效益高的相關(guān)節(jié)能措施。有關(guān)的政府部門也應(yīng)通過相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)會(huì)等研究單位行使部分設(shè)計(jì)圖紙的審查權(quán)利，增強(qiáng)對(duì)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的審查，使其嚴(yán)格按照國家的有關(guān)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施。

2.2線路節(jié)能技術(shù)方案研究

在供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮負(fù)荷容量、負(fù)荷特點(diǎn)及分布情況、供電距離等因素，要使系統(tǒng)保證供電可靠性的前提下盡量合理簡單，在設(shè)計(jì)的時(shí)候一般將變配電所設(shè)計(jì)在負(fù)荷的中心或靠近中心處，這樣可以縮短配電距離，以減少線損。這個(gè)方面應(yīng)至少考慮線損和有色金屬消耗等方面，設(shè)計(jì)出一次性投資較低、能耗較小和直接經(jīng)濟(jì)效益最大的方案，

2.3選擇合適的配電電壓等級(jí)

根據(jù)節(jié)能原則，相同條件下電壓等級(jí)越高，損耗越低，因此當(dāng)用電量確定時(shí)，應(yīng)根據(jù)相關(guān)準(zhǔn)則選用較高的配電電壓等級(jí)，并使電源處于負(fù)荷中心位置。

2.4選擇合適的電源位置

為了使供電過程中盡可能的減少線路損耗，應(yīng)當(dāng)將電源設(shè)置在系統(tǒng)的負(fù)荷中心處，此時(shí)產(chǎn)生的輸電線路損耗最小，亦能達(dá)到節(jié)能的效果。低壓的供電半徑為250米，取室內(nèi)配電線路為50米，低壓供電半徑為200米，是指變電所的供電半徑。

2.5減少三相不平衡

三相不平衡是指在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，由于元件的三相參數(shù)不對(duì)稱，導(dǎo)致三相電流或電壓幅值不一致，幅值差超過規(guī)定要求。具體數(shù)值用三相不平衡度來衡量，其值為三相系統(tǒng)中電壓、電流負(fù)序基波分量或零序基波分量與正序基波分量的均方根比值。為了保證電能質(zhì)量和降低損耗，需控制三相不平衡度由于線路的不平衡、三相負(fù)荷不對(duì)稱以及不對(duì)稱故障等，會(huì)造成三相不平衡。發(fā)生三相不平衡時(shí)，零線電流不為零，線損增加，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的效率降低，用電設(shè)備的安全運(yùn)行的受到影響。

3　建筑電氣節(jié)能的改進(jìn)技術(shù)方案

對(duì)建筑中采用的變壓器、照明系統(tǒng)進(jìn)行研究，并從設(shè)備的選擇與運(yùn)行兩個(gè)方面入手，筆者提出了對(duì)建筑電氣節(jié)能的改進(jìn)方案。

3.1變壓器的電氣節(jié)能設(shè)計(jì)

要想研究變壓器的節(jié)能，使變壓器和變壓器之間如何相互配合可以達(dá)到最佳運(yùn)行效果，首先就需要對(duì)變壓器的功率損耗進(jìn)行分析。

在輸電方面，當(dāng)輸送功率及負(fù)載功率因數(shù)為一定時(shí)，電壓愈高，則線路電流愈小。這不僅可以減小輸電線路的截面積，節(jié)省材料，同時(shí)還可以減小線路的功率損耗。因此在輸電時(shí)必須利用變壓器將電壓升高。在用電方面，為了保證用電的安全和合乎用電設(shè)備的電壓要求，還要利用變壓器將電壓降低。與線路類似，變壓器的最大功率損耗為：

式中：

ΔPT——變壓器的有功功率損耗（kW）；

ΔQT——變壓器的無功功率損耗（kvar）；

SC——變壓器的計(jì)算負(fù)荷（kVA）；

Sr——變壓器的額定容量（kVA）；

ΔP0——變壓器的空載有功損耗（kW），產(chǎn)品樣本給出；

ΔPk——變壓器的短路有功損耗（kW），產(chǎn)品樣本給出；

ΔQ0——變壓器的空載無功損耗（kvar）；

ΔQk——變壓器的短路無功損耗（kvar）；

I0%——變壓器空載（勵(lì)磁）電流標(biāo)幺值，產(chǎn)品樣本以百分?jǐn)?shù)給出；

Uk%——變壓器短路電壓標(biāo)幺值，產(chǎn)品樣本以百分?jǐn)?shù)給出。

變壓器的損耗由空載損耗和負(fù)載損耗兩部分組成，分別對(duì)應(yīng)于公式（1）、（2）中的第一和第二項(xiàng)?？蛰d損耗主要是鐵耗，它取決于電壓大小，與負(fù)荷大小無關(guān)，只要變壓器投入到電網(wǎng)上，該損耗就會(huì)產(chǎn)生，且基本恒定。負(fù)載損耗主要是銅耗，與電流平方成正比，額定負(fù)載時(shí)等于短路損耗。

為節(jié)能效果最好、自身功率損失最低的產(chǎn)品，符合我國變壓器設(shè)備節(jié)能的最高水平。在設(shè)備的實(shí)際選擇中，不管所選用的設(shè)備類型是油浸式還是干式都應(yīng)達(dá)到限定標(biāo)準(zhǔn)中的最低要求即第3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

綜上所述，筆者認(rèn)為，變壓器容量的選擇不應(yīng)僅僅考慮其在運(yùn)行中的經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)該更加綜合的考慮整個(gè)運(yùn)行周期所產(chǎn)生的費(fèi)用，根據(jù)用戶的具體需求，選擇適應(yīng)用戶使用的變壓器容量。在變壓器的選擇方面，筆者認(rèn)為非晶合金變壓器雖然初期投資較高，但在變壓器全壽命周期內(nèi)，節(jié)能效果非常明顯。在變壓器的運(yùn)行方面，采用變壓器并聯(lián)運(yùn)行，此運(yùn)行方式通過計(jì)算可以得出變壓器的臨界負(fù)載值，并根據(jù)實(shí)際使用負(fù)荷量，調(diào)整變壓器的運(yùn)行數(shù)量，達(dá)到節(jié)能目的。

3.2照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)

照明電氣節(jié)能設(shè)計(jì)是對(duì)照明電氣設(shè)計(jì)的節(jié)能改造，使照明設(shè)計(jì)不僅給使用者帶來舒適的光環(huán)境和使用上的方便，還降低了使用者的使用費(fèi)用和國家的能源消耗。本節(jié)從照明光源、燈具及其附件的選取、燈具的最佳布置方案、智能化控制設(shè)計(jì)三個(gè)角度使電氣設(shè)計(jì)的達(dá)到最佳運(yùn)行效果。

3.2.1照明光源的選擇

在照明設(shè)備的選擇方面，通過對(duì)不同光源運(yùn)行參數(shù)的比較，提出采用LED燈節(jié)能效果非常明顯。因此，在光源的選擇上，可以考慮LED技術(shù)。

3.2.2照明燈具的布置方案

在照明設(shè)備布置方面，通過優(yōu)化使用設(shè)備的布置方式，使能源得到最大化的利用。首先，確定房間的進(jìn)深、開間、燈具在裝修后與地面的距離、作業(yè)面與燈具的距離。然后，主要選擇光源的類型，并在此基礎(chǔ)上根據(jù)生產(chǎn)企業(yè)提供的燈具參考指標(biāo)，完成對(duì)其他設(shè)定值的選取。最后，通過計(jì)算式或使用照明計(jì)算專業(yè)軟件求出該房間的平均照度。

3.3智能控制系統(tǒng)

自動(dòng)照明控制是利用聲、光、電等感應(yīng)技術(shù)，自動(dòng)控制照明系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉。此控制方式在走廊燈、路燈等公共區(qū)域被廣泛應(yīng)用，起到一定的節(jié)能效果。在照明控制方面，應(yīng)該盡量采用智能照明控制系統(tǒng)，對(duì)照明設(shè)備、插座、風(fēng)機(jī)盤管進(jìn)行合理控制，在保證舒適度的情況下，最大程度的降低能耗損失。

4　總結(jié)

本文通過對(duì)建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，提出降低建筑能耗的有效方法。研究了變壓器節(jié)能和照明節(jié)能設(shè)計(jì)以及智能控制系統(tǒng)。變壓器節(jié)能設(shè)計(jì)方案在變壓器的選擇上采用非晶合金變壓器，變壓器節(jié)能設(shè)計(jì)方案在變壓器的選擇上采用非晶合金變壓器，在變壓器的運(yùn)行上采用變壓器并聯(lián)運(yùn)行的方式，通過對(duì)變壓器進(jìn)行合理組合使變壓器達(dá)到最佳節(jié)能效果。照明節(jié)能設(shè)計(jì)采用LED作為設(shè)計(jì)光源，并對(duì)不同的功能房間采用不同的燈具布置方案，在燈光的控制方面，采用智能照明控制方案。希望為研究建筑電氣節(jié)能提供一定的參考。

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Application of building electricity in energy saving design of residential buildings

Hao Xinying,Xu Rui,Wang Ruojiang,Ai Zhiyuan,An Meng
(China University of Mining and Technology Xuzhou Jiangsu,221000)

Abstract：With the sustained and stabledevelopment of China's building industry,building energy waste is growing,but forthe building,whether it is electrical equipment or lighting systems,there is a hugepotential for energy savings.Therefore,the research of building electrical energy-saving is very important.This paper firstly analyzes the background and significance of the building electrical energy-saving,The main measures of building electrical energy saving are analyzed,and then the specific scheme of building electrical energy saving is described in detail.

Keywords：Building Electrical;Energy-saving;Lighting System;Measures