建筑電氣節(jié)能技術分析

楊曉偉 YANG Xiao-wei；周雷 ZHOU Lei

（國網江蘇省電力公司蘇州供電分公司，蘇州215005）

1 應用原則

1.1 適用性

民用建筑的電氣設計工作中，以人為本的適用性原則是最主要的。設計人員選擇的各種電氣設備要能夠與人們的日常生活相適應，比如燈具，其照度和色溫需要調節(jié)至最適合的范圍。在滿足人民基本需要的前提下充分發(fā)揮各種設備的功能，保障人員安全，實現節(jié)能目標[1]。

1.2 經濟性

在民用建筑的電氣設計工作中，綠色節(jié)能技術的應用也需要遵循經濟性的原則，不能為了綠色建筑而選擇一些成本比較高的技術，而是要根據實際需要，選擇最適合其的節(jié)能環(huán)保技術，在施工之前進行施工方案的反復核算和規(guī)劃，減少施工過程中的浪費。

1.3 節(jié)能性

節(jié)能性是綠色技術應用的基本原則，指的是在民用建筑的電氣設計中，必須要保證綠色建筑技術的節(jié)能性，要求我們設計師應以發(fā)展的眼光看問題，提高自身的技術水平，學習國內外的先進技術，增加其在民用建筑電氣設計中的應用，降低企業(yè)損耗，提升居民幸福感[2]。

2 建筑電氣節(jié)能技術

2.1 降低配電變壓器損耗

①選擇高效、低損耗的節(jié)能變壓器。如選擇非晶合金變壓器，以1600kVA 電工鋼帶干式變壓器為例，查閱《電力變壓器能效限定值及能效等級》（GB20052-2020）可知傳統(tǒng)10/0.4kV，1600kVA 干式變壓器能效等級為二級時的空載損耗約1665W，非晶合金干式變壓器能效等級為二級時空載損耗約645W。非晶合金干式變壓器的空載損耗比電工鋼帶干式變壓器少1020W，一年可節(jié)省電能損耗1020W ×8760h=8935kW·h，20 年 累 計 節(jié) 電 20×8935=178704kW·h，按商業(yè)電價 0.8 元/kW·h 計算，則 20 年可節(jié)省電費142963 元，節(jié)省的電費比非晶合金干式變價格和同容量的鋼帶式變壓器價格要高得多，20 年后必然會有更先進更節(jié)能的產品來替代，因此建議變壓器優(yōu)先選擇至少二級能效的非晶合金干式變壓器[3]。

②設計時應選擇合理的變壓器容量。因負載損耗和負荷率的平方成正比，負荷率降低會使負載損耗大幅下降，有利于節(jié)能。然而過低的負荷率將加大變壓器容量及其設備費，同時增加空載損耗，應進行全面的技術經濟分析。此外，還要考慮負荷計算的準確性，以及不同行業(yè)、不同負荷性質等多種因素對變壓器負荷率的影響。故在綜合考慮用戶負荷的情況下，設計時盡量保證變壓器在75%～85%負荷率。

③宜在變電所內設置偶數臺變壓器，變壓器之間兩兩聯(lián)絡；符合率不高且滿足負荷等級要求情況下可切除其中一臺變壓器，對于容量較大的季節(jié)性負荷宜采用專用變壓器供電便于不用時切除，以減少空載損耗[4]。

2.2 降低線路損耗

電能在導線上傳輸時由于有電阻的存在，因此會產生功率損耗。降低線路損耗的措施主要有：選用電阻率較小的材質電纜，如選用銅導體纜；加大導線截面；供電線路敷設盡量走最短路徑。由ΔP＝3I2R 可知，線路損耗ΔP 和導體的電阻成正比，R=ρL/S，因此在傳輸功率不變時，線路損耗與其電阻率ρ、長度L 成正比，與截面S 成反比。因此可適當加大導線截面以降低線路損耗，適當加大截面積所增加的電線、電纜等成本費用一般在項目的使用周期內均可以完全收回，同時適當增加大導體截面除降低線損外，對安全用電、提高用電可靠性和滿足后期的負荷增長都十分有利[5]。其次因為銅導體電阻率低，應優(yōu)先選用銅導體供電。不過在架空電力線路上，不光要考慮傳輸還要考慮桿塔荷載等，銅導體由于質量大，且價格貴，鋁導體相此時對于銅導體有相對的優(yōu)勢，因此在架空電力線路宜采用鋁導體。

2.3 降低諧波含量

①減少選用25W 及以下LED 燈和熒光燈照明光源的使用。目前在家庭、辦公場所以及學校等建筑中仍存在大量25W 及以下LED 燈和熒光燈照明光源的情況，應予改變。

②選用低諧波的照明燈和其他用電設備，總諧波含有率不應超過30%。

（一）完善項目決策機制，規(guī)范項目實施全過程管理?；窘ㄔO投資是一個復雜的系統(tǒng)工程，把好源頭至關重要，在相關立法中要建立權限明確、部門聯(lián)動、相互制衡、流程清晰的決策機制，重大工程項目實行專家評議制度、公眾聽證制度、項目公示制度，加強評估論證，做到決策科學、民主?？紤]到新《預算法》已經對政府預算管理和資金管理進行了明確規(guī)定，應當圍繞基本建設活動的法律缺位部分,特別是項目管理加強立法，并聚焦于項目審批科學化、實施流程精簡化、項目概算規(guī)范化、責任追究制度化等核心問題，構建科學的基本建設項目管理法律制度。

③在配電房內設置有源濾波裝置。

2.4 降低電動機能耗

據相關資料查得，全國用電量的約2/3 是電動機所消耗，可見降低電動機損耗，提高電動機效率，對節(jié)能意義非常重大。降低電動機能耗的措施主要有：

①選用高效節(jié)能型電動機：高效電動機節(jié)能效果很顯著，特別是年運行時間長、電動機功率較大、負荷率較高的情況下，應優(yōu)先選用[6]；

②合理選擇電動機功率，在滿足傳動要求的條件下，使負荷率處于較高的水平；

③對于變化范圍較大的負荷，宜采用變頻調速方式。

2.5 照明系統(tǒng)節(jié)能

照明用電的使用非常廣泛，一般工程的照明（含普通插座）系統(tǒng)的用電負荷約占總用電負荷的35%～40%。因照明節(jié)能的措施比較多且簡單易行，因此照明節(jié)能有非常大的空間。照明節(jié)能可采用如下措施：

首先是照度標準方面應按照《建筑照明設計標準》（GB50034-2013）規(guī)定設計，各房間或場所的照明功率密度應滿足《建筑照明設計標準》第6.3 節(jié)規(guī)定的現行值的要求[7]。

其次在設計中應選擇高效燈具及節(jié)能型光源。如滿足控制眩光條件和必要的舒適性要求條件下，應優(yōu)先選用開啟式直接照明燈具；按照房間的室形指數，選擇相適應的燈具配光；有漫反射罩的燈具，應采用高透光率材料；盡可能選擇三基色T5、T8 熒光管或LED 燈具。再有就是采用合適的照明控制方式節(jié)能。如道路照明應設置按自然光照度和時間自動控制；景觀照明按規(guī)定的亮度和時間開啟、關閉，并按平日、假日、重大節(jié)假日自動或手動調節(jié)亮度和點燈范圍；人流量較少的樓梯間、走廊、地下車庫、衛(wèi)生間及類似場所裝設紅外感應節(jié)能自熄開關，需注意人員流動頻繁的樓梯間、走廊等則不宜裝設，否則會導致開關頻繁動作，實現不了節(jié)能目的還容易損壞設備，浪費投資?，F在大部分公共建筑都設計了智能照明系統(tǒng)，對于公共區(qū)域的照明節(jié)能確實有良好的效果，但對于此系統(tǒng)的設置需要進行合理的評估，只有在工程達到一定體量時才建議做，較小的項目其初始投資在系統(tǒng)的使用壽命周期內無法回收，得不償失[2]。最后可采用自然光與人工照明有機結合，可利用各種導光和反光裝置將天然光引入室內進行照明；距離電源點較遠的路燈，宜采用太陽能光伏供電。

2.6 降低交流接觸器能耗

交流接觸器雖然使用的場合很多，但是因為成本低，電磁吸合線圈一般只有幾十伏安，因此設計人員一般不考慮其損耗。放到全社會范圍看，接觸器就不是一個小數目了，如果把這些損耗全部加起來，則總量還是非常大的。根據《交流接觸器能效限定值及能效等級》（GB21518-2008）查得，額定電流32A 的接觸器吸持功率在1 級能效時為0.5VA，在2 級能效時為8.3VA，在3 級能效時為13.9A，由此可以看出，1 級能效同3 級能效的吸持功率相差很大。不管采用多節(jié)能的電氣設備，合理的系統(tǒng)設計尤為關鍵，如對于能耗采用分類分項計量系統(tǒng)，以便于發(fā)現耗能情況，更有效監(jiān)管節(jié)能[3]。在做方案時就應該將變電所提供給建筑專業(yè)，讓變配電所的選取盡可能處在負荷中心，來減少電能在線路上的損耗。在高層建筑中，配電室應盡量靠近電井，對于大型的公建應根據平面情況設置多個電井。尤其可以考慮太陽能光伏電源系統(tǒng)，風力發(fā)電系統(tǒng)等可再生能源的利用。

3 建筑電氣設計節(jié)能環(huán)保的措施

3.1 EPS 應急系統(tǒng)

EPS 應急系統(tǒng)在近些年發(fā)展快速，當前我國公安部門已經認可該系統(tǒng)，該技術在集中供電、用電應急方面發(fā)揮著重要價值。在建筑電氣系統(tǒng)中，要求增設應急電源來保證用電負荷正常，采用傳統(tǒng)的柴油發(fā)電機的應急供電方式容易產生污染嚴重的煙氣，并且需要單獨設置排煙系統(tǒng)，加上機械設備產生的嚴重噪音和所占用較大的空間，違背了節(jié)能、節(jié)地、環(huán)保等要求。EPS 應急系統(tǒng)有效地解決了傳統(tǒng)應急電源的不足，對樓板耐火等級要求不高，可以節(jié)省系統(tǒng)運行維護費用，具有良好的應急效果。憑借著諸多優(yōu)勢，該系統(tǒng)已經在現代建筑中得到越來越廣泛的應用。組成EPS 應急系統(tǒng)的部分主要有互投裝置、自動充電機、逆變器及蓄電池組等[4]。

3.2 智能照明系統(tǒng)

現代建筑對照明有著越來越高的要求，建筑公共照明節(jié)能已經逐漸成了現代社會研究的熱點。在傳統(tǒng)建筑照明系統(tǒng)中，可以通過人為控制配電箱實現大型建筑照明控制，但是這種方式隨機性大，受到人員因素影響較大，并且這種照明方式已經難以匹配現代建筑照明的功能需求。此時，智能照明系統(tǒng)應運而生。智能照明能夠根據建筑內部的光度和時間季節(jié)變化自主調整照明時間、亮度，對于光線較強的區(qū)域可以自動降低照明亮度，有助于實現照明節(jié)能[1]。

3.3 礦物絕緣電纜

銅和氧化鎂是礦物絕緣電纜的主要原材料。氧化鎂和銅有著較高的熔點，性質十分穩(wěn)定，通常電纜在長期使用后不會出現各種問題，這能夠有效降低火災發(fā)生的概率。礦物絕緣電纜外包由無機材料構成，即使是發(fā)生了火災，燃燒后也不會有有害氣體釋放出來。此外，如果建筑發(fā)生火災，礦物絕緣電纜在高溫燃燒環(huán)境條件下能夠保證持續(xù)供電三小時以上，這比國家規(guī)定的標準超出很多，安全性大大提升，是當前消防供電系統(tǒng)中常用的材料。

3.4 高效節(jié)能光源

除了應用智能化光控系統(tǒng)，在建筑電氣照明方面還可以積極選用高效節(jié)能的光源，實現光照節(jié)能環(huán)保的效果。高效節(jié)能光源不但能夠滿足建筑電氣照明和顯色性的要求，同時能夠節(jié)省電能，在保證了良好照明質量的同時保證了發(fā)光效率，降低了光污染問題，有助于人們視力的保護。為此，在建筑電氣照明燈具選擇時，應當根據建筑的功能和使用要求做好光源的合理選擇，比如當前常見的LED燈源、高壓鈉燈就是很好的節(jié)能照明設備[3]。

3.5 空氣源熱泵供暖空調技術

空氣源熱泵是大型建筑中常用的供暖技術，其在節(jié)能環(huán)保方面發(fā)揮著明顯的效果。在實際應用中，空氣源熱泵供暖空調能夠提取和應用反季節(jié)能量，利用熱泵機組實現交換室內溫度和大地溫度的效果，能夠在夏季將熱量儲存然后在冬季重新利用儲存的熱量。這種供暖空調方式不但有助于保證建筑物內部的溫度處于穩(wěn)定狀態(tài)，還可以充分利用自然能量，有助于實現電氣節(jié)能，有助于節(jié)省能源[5]。

3.6 太陽能的應用

太陽能作為可再生能源很早以前就進入大眾的視野，但是太陽能的利用還處于初步階段。當前人們生活中很多領域都已經開始涉及太陽能技術，比如最簡單的太陽能淋浴系統(tǒng)。太陽能利用逐漸成為電氣設計領域的一個熱點。雖然當前受到經濟條件和技術條件的制約，太陽能利用效率不高，但是只要不斷探索，必然能夠提高對太陽能的利用。在建筑電氣工程中，可以利用太陽能發(fā)電，將太陽能轉化為電能，實現節(jié)約建筑用電、節(jié)能降耗、保護環(huán)境的效果[4]。

3.7 負荷管理技術

建筑電氣綠色節(jié)能環(huán)保設計可以充分借鑒負荷管理技術。通過負荷管理能夠將建筑物的實際用電情況真實地反映出來，從而保證更加合理地控制電氣系統(tǒng)。變壓器、電動機等都是電氣系統(tǒng)中能源消耗較大且負荷較高的設備，設計師將負荷管理技術應用于電氣設備中能夠將運行的參數明確，盡量將電氣運行負荷的偏差降低，從而實現減少電氣能耗、提升電氣系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的目的。

4 綠色建筑中的電氣節(jié)能技術應用策略

4.1 綠色照明技術

綠色照明技術是一種合理使用自然光或調節(jié)光進行照明的實用技術，也是綠色建筑重要的組成部分，其主要表現在于對于光源的利用與控制上。例如，在傳統(tǒng)建筑中，白熾燈是走廊聲控燈的主要照亮設備，而在綠色建筑之中，聲控技術得到了升級，白熾燈變成了節(jié)能燈，在每次關燈之前都會搜尋四周聲響，若發(fā)現聲音將會持續(xù)進行照明，而聲音頻率相同將會被系統(tǒng)強制過濾，降低異常聲響對于聲控燈的干擾[5]。此外，在白天時部分建筑部位沒有充足的陽關進行照射，而綠色建筑主動將太陽光通過折射吸引至屋內。簡單來說，就是將屋頂設置一個陽關捕捉器，其可以捕捉清晨到日落之間的陽光，利用內置管道吸引至室內，有效增加某一區(qū)域的光線強度與溫度，減少電力消耗[4]。此外，建筑內部所使用的節(jié)能燈需要是LightEmittingDiode標準四代以上的新光能發(fā)電管，此種類二極管能源消耗極低，使用壽命是白熾燈的100 倍以上。而建筑施工人員還可以使用無極燈（PromiseLight），該燈源擁有防爆、節(jié)能、多變等特性，但整體造價高于二極管節(jié)能燈[5]。

4.2 綠色空調技術

伴隨著我國經濟實力的提升，以及人民生活質量的提高，空調成為了每家生活的必需品，但是獨立空調十分消耗電力資源，為了降低電力消耗，綠色建筑需要采用集中制冷或供熱系統(tǒng)。在施工過程中，施工人員需要根據當地氣候變化，推算出用戶對于空調需求時間，如北方在7 月份入伏后，可能使用1～2 個月空調進行制冷，而在12 月份以后需要進行制熱；南方需要在5 月份就開始使用空調一直持續(xù)到10 月份左右，因此，在建筑綠色建筑時，需要充分的考慮到環(huán)境對于綠色建筑的影響。科學、合理的準備安裝方案，并對空調機組、冷卻塔、水泵、末端設備進行監(jiān)控，在發(fā)現某一個住戶將房屋溫度調至過低時，需要進行提醒，而后增加對于其房間的能源消耗的懲罰，但不可直接強制調高房屋溫度。在持續(xù)一段時間后，需要住戶進行電力消耗過大提醒，需要客戶進行確認，若無法得到確認則將空調制冷系統(tǒng)恢復至正常狀態(tài)[6]。

4.3 太陽能技術

太陽能技術經過近幾年的發(fā)展，已經趨向于成熟，但是整體發(fā)電量有限，整體造價成本較高的，但是使用小型太陽能發(fā)電板儲存電能，將會解決部分公共用電消耗問題。部分房屋建筑的位置使得一面墻壁始終處于陽面，而這一面不僅能以存放任何東西，墻面材料老化程度也會加速，若見此面墻壁全部換成太陽能電池板，將所得的電能進行公共使用，不僅能夠降低電能的消耗，也會得到住戶的支持。值得注意的是，鋪設太陽能電池板將會提高房屋建筑整體建筑成本，因此，在建設之前需要征得業(yè)主的同意，保障相關工作順利的開展，避免發(fā)生建筑成本增加，業(yè)主不買單的問題[7]。

4.4 照明節(jié)能措施

①充分利用自然光，根據自然光的照度變化，分組分片控制燈具開停。設計時適當增加照明開關點，即每個開關控制燈的數量不要過多，以便管理和有利節(jié)能。室外照明系統(tǒng)，最好采用光電控制器代替照明開關，以利節(jié)電。在插座面板上設置翹板開關控制，當用電設備不使用時，可方便切斷插座電源，消除設備空載損耗，達到節(jié)電的目的。

②有效控制單位面積燈具安裝功率。按照照明設計規(guī)范的視覺要求、照度標準、照明功率密度等，在滿足照明質量的前提下，一般房間及公共場所應優(yōu)先采用緊湊型熒光燈及高效發(fā)光的熒光燈，體育館場及廠房的室外照明等一般照明宜采用金屬鹵化物燈、高壓鈉燈等高效氣體放電光源。

5 結束語

電氣節(jié)能設計是在充分滿足工程的基本功能以及相關工藝的要求下，減少能源的損耗，不是靠降低工程的功能標準來降低能耗，同樣也不能單純地為節(jié)能而節(jié)能增加無謂的投資，只有合理全面地做好多方面的措施，才能做到真正的節(jié)能。