節(jié)能技術(shù)在建筑電氣工程中的應(yīng)用研究

朱經(jīng)敏 王曉彤 張燕青 朱經(jīng)鑫

（1.山東省立醫(yī)院 2.山東特殊教育職業(yè)學(xué)院 3.菏澤市鄄城縣閻什鎮(zhèn)閻什中學(xué) 4.菏澤永恒熱力有限公司）

0 引言

近年來，隨著全球能源危機(jī)的日益加劇以及環(huán)境保護(hù)意識的提高，節(jié)能技術(shù)在建筑電氣工程中的應(yīng)用受到了廣泛關(guān)注［1］。建筑電氣工程是指為建筑物提供電力和電氣設(shè)備系統(tǒng)的工程，其中電力消耗往往占據(jù)較大的比例。傳統(tǒng)的建筑電氣工程在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中存在一些問題，如能源浪費(fèi)、環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)性差等。為了解決這些問題，節(jié)能技術(shù)在建筑電氣工程中得到了廣泛應(yīng)用和研究。

1 建筑電氣工程概述

建筑電氣工程是建筑工程領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支，它利用電力科學(xué)技術(shù)和信息科學(xué)技術(shù)為建筑工程提供服務(wù)。隨著科技的飛速發(fā)展，建筑電氣工程在現(xiàn)代建筑中發(fā)揮著越來越重要的作用。建筑電氣工程的主要任務(wù)包括設(shè)計(jì)、安裝和維護(hù)建筑物的電氣系統(tǒng)，提供可靠、高效、安全的電力供應(yīng)。這涉及到電力輸配系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電氣設(shè)備、安防系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等方面的設(shè)計(jì)和布置。在建筑電氣工程中，使用先進(jìn)的信息科學(xué)技術(shù)，通過智能化系統(tǒng)對電力設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和管理，實(shí)現(xiàn)對建筑物能耗和用電負(fù)荷進(jìn)行精確控制。同時(shí)，建筑電氣工程也與綠色建筑概念緊密相連，通過選用高效節(jié)能的電氣設(shè)備和系統(tǒng)，優(yōu)化能源利用，減少對環(huán)境的影響［2］。建筑電氣工程的發(fā)展也推動(dòng)了現(xiàn)代建筑工程的創(chuàng)新。通過智能化系統(tǒng)的應(yīng)用，對建筑物可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化的管理和控制，提高工作效率和居住舒適度。例如，通過智能照明系統(tǒng)和智能安防系統(tǒng)，可以根據(jù)使用需求自動(dòng)調(diào)節(jié)照明亮度和控制安全設(shè)備，提供更便捷、舒適、安全的環(huán)境。

未來，隨著數(shù)字化城市和智慧建筑的發(fā)展，建筑電氣工程仍將繼續(xù)發(fā)揮重要作用。新技術(shù)和新材料的引入將進(jìn)一步推動(dòng)建筑電氣工程的創(chuàng)新和發(fā)展，為人們提供更優(yōu)質(zhì)的建筑環(huán)境［3］。同時(shí)，建筑電氣工程也將緊密關(guān)聯(lián)能源管理和環(huán)境保護(hù)，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

2 電氣節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用原則

2.1 滿足需求設(shè)計(jì)原則

電氣節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)該始終以滿足電氣設(shè)備的需求為出發(fā)點(diǎn)。在應(yīng)用節(jié)能技術(shù)之前，需要準(zhǔn)確了解電氣設(shè)備的使用需求，包括功率、容量、工作時(shí)間等。只有在滿足這些需求的前提下，才能選擇合適的節(jié)能技術(shù)，避免過度或不足的設(shè)計(jì)［4］。

2.2 節(jié)約經(jīng)濟(jì)設(shè)計(jì)原則

在應(yīng)用節(jié)能技術(shù)時(shí)，需要充分考慮經(jīng)濟(jì)性。節(jié)能技術(shù)的成本與節(jié)能效果之間需要取得適當(dāng)?shù)钠胶?。因此，在選擇和應(yīng)用節(jié)能技術(shù)時(shí)，需要綜合考慮技術(shù)本身的成本、維護(hù)成本和預(yù)期的節(jié)能效果，確保具備良好的經(jīng)濟(jì)性。

2.3 節(jié)約能源消耗原則

電氣節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的核心目標(biāo)是降低能源消耗。在設(shè)計(jì)中，需要重點(diǎn)考慮如何通過合理的設(shè)備配置、控制策略和監(jiān)測手段等措施來減少電能的浪費(fèi)。通過應(yīng)用高效的電機(jī)、光源、照明控制系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電能的有效利用，最大程度地降低能源的消耗。

2.4 應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)原則

電氣節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用要緊跟時(shí)代的科技進(jìn)步。隨著科技的不斷發(fā)展，新的節(jié)能技術(shù)不斷涌現(xiàn)。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮應(yīng)用先進(jìn)的、高效的、可靠的技術(shù)手段，提高節(jié)能效果。例如，應(yīng)用智能控制系統(tǒng)、光伏發(fā)電技術(shù)、電能質(zhì)量改善技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的高效、智能化。

3 節(jié)能技術(shù)在建筑電氣設(shè)計(jì)中的應(yīng)用策略

3.1 供電配電進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化

為了提高配電系統(tǒng)的運(yùn)行效率和降低建筑物的單位能耗和系統(tǒng)損耗，必須進(jìn)行合理的負(fù)荷計(jì)算，依據(jù)電源條件和負(fù)荷特點(diǎn)來確定變電所（站、室）的位置、電壓等級和系統(tǒng)接線方式［5］。此外，還要根據(jù)需要配置無功功率補(bǔ)償及諧波抑制裝置，并合理選擇節(jié)能型電氣設(shè)備。在選擇配電系統(tǒng)電壓等級時(shí)，需要考慮負(fù)荷容量和供電距離等因素，以確定合適的電壓等級。同時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)該具備簡單、可靠且操作方便的特點(diǎn)，以避免出現(xiàn)過多的復(fù)雜環(huán)節(jié)和操作流程。一般情況下，建筑采用10kV電源進(jìn)線，引自市政開閉所。

（1）配電用變壓器

變壓器的損耗主要分為四類：空載損耗、負(fù)載損耗、介質(zhì)損耗和雜散損耗。

空載損耗是指變壓器在無負(fù)載工作狀態(tài)下的損耗。主要由鐵心引起，與鐵心材料的特性、磁通密度、芯片厚度和加工工藝等因素相關(guān)。隨著高級電工鋼的應(yīng)用，變壓器的空載損耗顯著降低。非晶態(tài)合金作為鐵心材料，具有特殊的磁特性，在磁通密度低于1.2T時(shí)，空載損耗小于0.2W／kg。與常規(guī)材料相比，相同容量的變壓器可降低75%～80%的損耗；在進(jìn)行變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析時(shí)，為了簡化計(jì)算。常取：

所以，與普通干式變壓器相比，選用非晶合金干式變壓器（SHB15型）可以在保持負(fù)載損耗水平一致的情況下，明顯降低空載損耗。非晶合金干式變壓器采用非晶合金作為鐵心材料，具有特殊的磁特性。相比普通變壓器的鐵心材料，非晶合金具有更低的磁通密度下限。因此，在低于1.2T的磁通密度下，非晶合金干式變壓器的空載損耗顯著降低。這意味著相同容量的變壓器在無負(fù)載運(yùn)行時(shí)消耗的能量更少。而負(fù)載損耗是由銅線圈的電阻引起的，對于非晶合金干式變壓器和普通變壓器來說，負(fù)載損耗水平是一致的。因此，在負(fù)載工作狀態(tài)下，選用非晶合金干式變壓器不會(huì)對損耗水平產(chǎn)生影響。

（2）應(yīng)急電源

建筑電氣工程中，選擇應(yīng)急電源時(shí)，如果備用電源的容量較大，優(yōu)先考慮使用柴油發(fā)電機(jī)組作為第二電源，因?yàn)榫€式UPS不間斷電源和EPS應(yīng)急電源都需要依靠蓄電池組來提供電能，而為了確保應(yīng)急電源的正常使用，設(shè)備通常需要保持在備載狀態(tài)，如果長期運(yùn)行，會(huì)不可避免地消耗電能，因此選擇柴油發(fā)電機(jī)組是節(jié)約電能的最佳選擇。然而，應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)組適用于允許中斷供電時(shí)間在15s以上的負(fù)荷切換。如果用電負(fù)荷需要毫秒級或秒級的電源切換時(shí)間，那么選擇在線式UPS不間斷電源或EPS應(yīng)急電源會(huì)更合適。

3.2 照明系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化

建筑電氣工程中，在設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)遵守國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，選擇符合要求的照明光源。優(yōu)先選擇節(jié)能評價(jià)值高的高效光源，避免使用低光效的白熾燈。選用的光源和配套的鎮(zhèn)流器的能效值不應(yīng)低于國家規(guī)定的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。此外，照明系統(tǒng)的功率因數(shù)也應(yīng)不低于0.9。為了節(jié)約能源，樓梯間和走道的照明應(yīng)采用節(jié)能自動(dòng)關(guān)閉的開關(guān)。當(dāng)前常用光源的主要技術(shù)指標(biāo)見下表。

表 各種常用光源的主要技術(shù)指標(biāo)

為了提高照明能效，選擇合理的燈具配光方案是非常重要的。

（1）針對不同場所的需求，選擇適合的燈具類型。在一般的場所，可以選擇直接型燈具，不宜使用透射比較低的漫射型燈具。對于酒店大堂和候機(jī)廳等公共場所，可以采用半間接型或漫射型燈具。

（2）選擇具有高光通維持率的燈具，以確保燈具在使用期間光通量不會(huì)降低。

（3）根據(jù)燈具的安裝高度和室形指數(shù)RI的值，選擇合適的配光曲線燈具。根據(jù)RI值的不同，可以選擇寬配光、中配光或窄配光的燈具。

（4）選擇具有高利用系數(shù)的燈具。一般來說，效率高的燈具也具有較高的利用系數(shù)。燈具的利用系數(shù)還會(huì)受到房間內(nèi)裝飾材料顏色和放射比等因素的影響。

（5）推廣使用高光效和長壽命的LED燈來逐步替代傳統(tǒng)燈具，LED燈具具有高效能照明、壽命較長、啟動(dòng)迅速、可調(diào)光、多彩和可調(diào)色溫等特點(diǎn)，可以顯著提高照明能效。

3.3 建筑設(shè)備的電氣節(jié)能

建筑設(shè)備的電氣節(jié)能可以從設(shè)備選型和設(shè)備運(yùn)行兩個(gè)方面來考慮［6］。一方面，在設(shè)備選型上，可以選擇具有高能效標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備。例如，在變壓器選型時(shí)，可以選擇具有低能耗和高效率的變壓器。對于電動(dòng)機(jī)，選擇高效率的電動(dòng)機(jī)可以減少能源浪費(fèi)。此外，在電梯配置上，選擇具有節(jié)能功能的電梯設(shè)備也是很重要的。

另一方面，在設(shè)備運(yùn)行上，可以采取一系列控制策略來實(shí)現(xiàn)節(jié)能。對于空調(diào)系統(tǒng)，可以采用智能控制策略，根據(jù)室內(nèi)外環(huán)境的溫度和濕度變化來調(diào)節(jié)空調(diào)的運(yùn)行，以達(dá)到節(jié)能效果。在給排水系統(tǒng)中，可以采用節(jié)水設(shè)備和智能控制系統(tǒng)，合理規(guī)劃和控制供水和排水，減少能源消耗。對于電梯設(shè)備，可以使用變頻調(diào)速技術(shù)，根據(jù)人流量和需求調(diào)整電梯的運(yùn)行速度，減少能源的消耗。

3.3.1 暖通空調(diào)系統(tǒng)

隨著人們對生活環(huán)境舒適度要求的提高，暖通空調(diào)系統(tǒng)在建筑設(shè)計(jì)中扮演著越來越重要的角色。然而，暖通空調(diào)系統(tǒng)也是整個(gè)建筑中最主要的能耗系統(tǒng)之一，因此，應(yīng)對其設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。具體優(yōu)化建議如下：

（1）優(yōu)化暖通空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行管理：通過采用先進(jìn)的管理技術(shù)和控制系統(tǒng)，對暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行智能化管理，根據(jù)室內(nèi)外環(huán)境變化，實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，以達(dá)到最佳的節(jié)能效果。

（2）提高暖通空調(diào)系統(tǒng)的能效比：選擇高能效比的設(shè)備，如高效空調(diào)機(jī)組、高效水泵等，同時(shí)優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行流程，減少能量損失，提高系統(tǒng)整體能效。

（3）采用可再生能源：在暖通空調(diào)系統(tǒng)中引入可再生能源，如太陽能、地?zé)崮艿?，減少對傳統(tǒng)能源的依賴，降低系統(tǒng)能耗。

3.3.2 風(fēng)機(jī)水泵

風(fēng)機(jī)和水泵是建筑中常用的電動(dòng)機(jī)設(shè)備，它們的耗電量約占建筑總用電量的60%左右。在電力驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，節(jié)電對于提高能源利用效率至關(guān)重要。因此，在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)遵循以下原則： （1）選用高效節(jié)能型產(chǎn)品，要選擇符合國家標(biāo)準(zhǔn)《中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及節(jié)能評價(jià)值》要求的高效節(jié)能型電動(dòng)機(jī)，這些電動(dòng)機(jī)具有較高的能效比，能在相同負(fù)荷下減少能耗；（2）對于負(fù)載不穩(wěn)定且變動(dòng)范圍較大的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)選用變頻調(diào)速電機(jī)。這種電機(jī)可以根據(jù)負(fù)載需求自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速，避免不必要的能量浪費(fèi)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。

3.3.3 電梯

在建筑中，常年運(yùn)行的動(dòng)力設(shè)備包括客梯、消防電梯、扶梯和貨梯等，這些設(shè)備的選擇需要考慮載重量、提升高度和停層方案等。對于建筑中的客梯，可以選擇交流驅(qū)動(dòng)或直流驅(qū)動(dòng)方式。在選擇高檔電梯時(shí)，建議采用變壓變頻（VVVF）調(diào)速方式，這種調(diào)速方式可以提供更加平穩(wěn)和快速的運(yùn)行效果。而對于成對或成組布置的電梯組，需要采用并聯(lián)控制或群控方式，以確保多臺電梯的協(xié)調(diào)運(yùn)行和能源的有效利用。在計(jì)算多臺電梯的電源容量時(shí)，需要考慮到同時(shí)使用的因素，以確保電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和充足性?？吞莸恼彰麟娫赐ǔＪ菃蜗?20V。但如果選擇多級梯或雙自動(dòng)扶梯，照明負(fù)載需要分別接到三相電源上，以盡量平衡三相負(fù)載，確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行和能源的有效利用。

4 結(jié)束語

綜上所述，為了實(shí)現(xiàn)建筑電氣工程中的節(jié)能目標(biāo)，需要從空調(diào)系統(tǒng)、供電配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)等多個(gè)方面入手。在設(shè)計(jì)中，必須秉持滿足需求、節(jié)約經(jīng)濟(jì)、節(jié)省資源和應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)的原則。通過在各個(gè)系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用綠色節(jié)能技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)整體節(jié)能效果。