摘要：節(jié)約能源是我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的一項(xiàng)重大政策，建筑節(jié)能對(duì)于促進(jìn)能源資源節(jié)約和合理的利用，緩解我國(guó)能源資源供應(yīng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾，加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)的高速發(fā)展，有著舉足輕重的作用。本文通過(guò)供配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)、照明的節(jié)能設(shè)計(jì)、變壓器的節(jié)能設(shè)計(jì)等問(wèn)題來(lái)介紹建筑電氣的節(jié)能設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：建筑，電氣設(shè)計(jì)，節(jié)能措施

前言

隨著人口的增加，工業(yè)的發(fā)展，人民生活水平的提高，對(duì)能源的消耗也急劇增加，全球性的能源危機(jī)已經(jīng)迫在眉睫。最近幾年國(guó)家提倡加大力度建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，相關(guān)行業(yè)主管部門也接連出臺(tái)了不少關(guān)于節(jié)約能源的系列政策和文件。這更需要我們?cè)O(shè)計(jì)人員和建設(shè)投資方善于綜合考慮建設(shè)費(fèi)和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)，注重運(yùn)用經(jīng)濟(jì)分析和評(píng)估方法，做好建筑電氣的節(jié)能，應(yīng)著重從工程設(shè)計(jì)這個(gè)源頭抓起，優(yōu)化節(jié)能策略，提高建筑工程設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。

一、建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的必要性

中國(guó)年能耗總量是全球年能耗總量的1/8，而建筑總耗能量約占中國(guó)總能耗的40%，是耗能最多的行業(yè)，其中，建筑能耗占27%，而生產(chǎn)與建筑相關(guān)的材料、設(shè)備等能耗占13%。對(duì)于建筑的單位能耗，歐洲的平均標(biāo)準(zhǔn)是6升油/平方米，折合中國(guó)的標(biāo)煤8.57公斤/平方米，德國(guó)作為建筑節(jié)能最先進(jìn)的國(guó)家，現(xiàn)已大大低於標(biāo)煤4公斤/平方米。而中國(guó)平均建筑能耗高達(dá)標(biāo)煤25公斤/平方米，是歐洲平均標(biāo)準(zhǔn)的3倍，德國(guó)的6倍以上。其中為保證室內(nèi)居住溫度所消耗的能源占相當(dāng)大比例，一般達(dá)50%-70%。

據(jù)專家測(cè)算，目前全國(guó)建筑存量大致為430億平方米，但按現(xiàn)代工業(yè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)能稱為節(jié)能建筑的不到1%。如果按照25公斤標(biāo)煤/平方米水平測(cè)算，400多億平方米建筑物一年消耗10億多噸標(biāo)煤，耗資一萬(wàn)多億元人民幣。如果能達(dá)到歐洲的能耗標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)每年能節(jié)省數(shù)千億元人民幣。因此加強(qiáng)建筑節(jié)能具有十分重要的意義。在建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)中，建筑電氣的節(jié)能設(shè)計(jì)又是其中十分重要的部分，因此，加強(qiáng)建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)在很大程度上講就是要加強(qiáng)建筑電氣的節(jié)能設(shè)計(jì)。

二、建筑電氣節(jié)能的原則

1、滿足建筑物的功能

即滿足照明的亮度，色溫、顯色指數(shù);舒適性空調(diào)的溫度及新風(fēng)量，也就是舒適衛(wèi)生;滿足上下、左右的運(yùn)輸通道暢通無(wú)阻。

2、節(jié)能必須考慮實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益，不能因?yàn)楣?jié)能而過(guò)高地消耗投資，增加運(yùn)行費(fèi)用。而是應(yīng)該讓增加的部分投資，能在幾年或較短的時(shí)間內(nèi)用節(jié)能減少下來(lái)的運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行回收。

3、節(jié)能應(yīng)是節(jié)省不必要消耗的能量

首先找出哪些地方的能量消耗是與發(fā)揮建筑物功能無(wú)關(guān)的，再考慮采取什么措施節(jié)能，如變壓器的功率損耗，傳輸電能線路上的有功損耗都是無(wú)用的能量損耗。因此，節(jié)能措施也應(yīng)貫徹實(shí)用、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)的原則。

三、建筑電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能措施

在供配電系統(tǒng)中的用電設(shè)備如電動(dòng)機(jī)、變壓器燈具的鎮(zhèn)流器以及很多家用電器等都具有電感性，會(huì)產(chǎn)生滯后的無(wú)功電流，并從系統(tǒng)中經(jīng)過(guò)高低壓線路傳輸?shù)接秒娫O(shè)備末端，無(wú)形中又增加了線路的功率損耗�？梢圆扇∫韵麓胧﹣�(lái)降低這部分損耗：在設(shè)計(jì)中盡可能采用功率因數(shù)高的用電設(shè)備，如同步電動(dòng)機(jī)等;電感性用電設(shè)備可選用有補(bǔ)償電容器的用電設(shè)備，如配有電容補(bǔ)償?shù)臒晒鉄舻?用靜電電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。電容器產(chǎn)生的超前無(wú)功電流，可以抵消用電設(shè)備的滯后無(wú)功電流，從而達(dá)到提高功率因數(shù)，同時(shí)又減少整體無(wú)功電流的目的。

對(duì)于供電線路，應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮減少線路損耗： 盡量選用電阻率較小的導(dǎo)線; 設(shè)計(jì)線路盡量走直線，在低壓配電中盡可能不走回頭路，變電所應(yīng)靠近負(fù)荷中心，以減小供電半徑;增大導(dǎo)線截面積，對(duì)于較長(zhǎng)的線路，在滿足載流量、熱穩(wěn)定 、保護(hù)配合及電壓降等要求的前提下，在選定線截面時(shí)加大 1級(jí)，雖然增加了線路費(fèi)用，但由于節(jié)約能耗而減少了年運(yùn)行費(fèi)用;在輸送功率不變的情況下，由于電能損耗與電流強(qiáng)度的平方成正比，與運(yùn)行電壓的平方成反比，在額定電壓允許波動(dòng)的幅度內(nèi)，適當(dāng)提高運(yùn)行電壓可顯著降低線路的電能損失。

1、供配電系統(tǒng)的節(jié)能

供配電系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著電力供應(yīng)、分配、傳輸?shù)穆氊?zé)，供配電設(shè)備和線路的損耗也不容忽視。應(yīng)根據(jù)負(fù)荷容量、負(fù)荷性質(zhì)、供電距離及分布、用電設(shè)備特點(diǎn)等因素，合理選擇供電電壓和設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)。變壓器節(jié)能是供配電系統(tǒng)節(jié)能的重要方面，其節(jié)能的實(shí)質(zhì)就是降低其損耗、提高其運(yùn)行效率。變壓器節(jié)能措施主要有以下幾點(diǎn)：

(1)合理選擇變壓器容量和臺(tái)數(shù)

選擇容量與電力負(fù)荷相適應(yīng)的變壓器，對(duì)負(fù)荷進(jìn)行合理分配，使其工作在高效區(qū)內(nèi)(變壓器的負(fù)載率應(yīng)在75%——85%為宜);為減小變壓器損耗，對(duì)季節(jié)性負(fù)荷，宜采用單獨(dú)變壓器供電;而為了減少線路損耗，對(duì)比較分散的負(fù)荷，則要遵循“小容量，多布點(diǎn)，深入負(fù)荷中心”的原則。

(2)變電所內(nèi)變壓器宜為偶數(shù)，每?jī)膳_(tái)設(shè)置低壓聯(lián)絡(luò)開關(guān);小區(qū)箱變宜成對(duì)設(shè)置，變壓器之間敷設(shè)低壓聯(lián)絡(luò)線。因此，可以根據(jù)負(fù)荷情況，及時(shí)投入或切除

部分變壓器，防止變壓器輕載和空載運(yùn)行，減少損耗。

(3)選用節(jié)能型變壓器。近年來(lái)逐漸推廣的S1l系列油浸變壓器比S9、S10系列更為節(jié)能，S11型卷鐵芯變壓器與S9型變壓器相比，空載損耗平均降低30%，空載電流平均下降70%。新型干式變壓器SC9、SCl0、SC11系列以及非晶合金變壓器等產(chǎn)品也都顯示了低損耗的節(jié)能潛力。

(4)變壓器的聯(lián)結(jié)組別也很重要，在TN及，TT系統(tǒng)中，宜選用Dynl1接線組別的三相變壓器。因?yàn)镈ynl1接線方式的變壓器對(duì)中性線電流沒有限制，可達(dá)變壓器低壓側(cè)之線(相)電流，能充分利用變壓器的容量，尤其適用以單相負(fù)荷為主而三相不平衡的負(fù)荷。

2、配電線路的節(jié)能

由于線路上存在電阻，有電流流過(guò)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生有功功率損耗。對(duì)電網(wǎng)來(lái)講，可以采用提高電壓等級(jí)的方法降低電流，但是對(duì)于一般單體建筑，由城市電網(wǎng)供電的電源電壓已經(jīng)確定，線路上的電流是不能改變的，要減少線路損耗，只有減小線路電阻。

(1)選用電導(dǎo)率較小的材質(zhì)做導(dǎo)線

以銅芯最佳，鋁芯次之。在改革開放初期，由于銅價(jià)較高，國(guó)家貫徹節(jié)約用銅，以鋁代銅的原則。進(jìn)入21世紀(jì)以后，國(guó)家從節(jié)能、環(huán)保的角度出發(fā)，開始提倡采用銅質(zhì)導(dǎo)體。

(2)減小導(dǎo)線長(zhǎng)度

首先，變配電室應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心，以縮短供電半徑，減少線路損耗;其次，線路盡可能走直線，少走彎路和回頭路，減少導(dǎo)線長(zhǎng)度;第三，對(duì)于環(huán)形供電方式，為降低線路的電阻值，宜將開環(huán)運(yùn)行改為閉環(huán)運(yùn)行，可明顯降低線路損耗。

(3)增大導(dǎo)線截面

首先，應(yīng)按經(jīng)濟(jì)電流密度法合理選擇導(dǎo)線截面，以減少損耗;其次，對(duì)于比較長(zhǎng)的線路，除滿足載流量、熱穩(wěn)定、保護(hù)的配合及電壓損失等要求外，宜加大一級(jí)導(dǎo)線截面;第三，除消防等重要負(fù)荷或大容量負(fù)荷外，應(yīng)優(yōu)先采用母干線分支方式配電。當(dāng)某些負(fù)荷不用時(shí)，使用同樣大的干線截面?zhèn)鬏斴^小的電流，能減小線路損耗。

3、變壓器的節(jié)能設(shè)計(jì)

變壓器做為一個(gè)在民用電中不可缺少的設(shè)備，其選型和運(yùn)行在節(jié)能中是不可以忽視的。變壓器的有功功率損耗如下式表示：△Pb=Po+Pk*β2式中：

△Pb——變壓器有功損耗(kW);

P。——變壓器的空載損耗(kW);

Pk——變壓器的有載損耗(kW);

β一變壓器的負(fù)載率(0≤β≤1)。

(1) Pb作為變壓器的空載損耗又稱鐵損，它是由鐵芯渦流損耗及漏磁損耗組成，其值與鐵芯材料及制造工藝有關(guān)，與負(fù)荷大小無(wú)關(guān)，所以在選用變壓器時(shí)最好選擇節(jié)能型變壓器如S9，SL9，SC8等。它們采用優(yōu)質(zhì)冷軋取向矽鋼片，由于“取向”處理，使矽鋼片的磁疇方向接近一致，減少鐵芯渦流損耗，45°全斜度接縫結(jié)構(gòu)使接縫密合性好，減少了漏磁損耗。

(2)Pk是變壓器額定負(fù)載傳輸?shù)膿p耗又稱變壓器線損，它取決于變壓器繞組的電阻及流過(guò)繞組電流的大小，并與負(fù)荷率平方成正比。因此在選擇變壓器時(shí)應(yīng)選用阻值較小的繞組，如銅芯變壓器。β2Pk用微分求它極值時(shí)，是在β=50%時(shí)每千瓦的負(fù)荷，此時(shí)變壓器的能耗最小，但在β=50%負(fù)載率時(shí)僅減少變壓器的線損，并未減少變壓器的鐵損，因此也不是最節(jié)能的。綜合初裝費(fèi)，變壓器、高低壓柜、土建投資及運(yùn)行費(fèi)用，又要使變壓器在使用期內(nèi)預(yù)留適當(dāng)?shù)挠嗔浚�變壓器最�?jīng)濟(jì)節(jié)能運(yùn)行的負(fù)載率一般在75%一85%。

(3)在選擇變壓器容量和臺(tái)數(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷情況，綜合考慮投資和年運(yùn)行費(fèi)用，對(duì)負(fù)荷合理分配，選取容量與電力負(fù)荷相適應(yīng)的變壓器，使其工作在高效低耗區(qū)內(nèi)。

4、照明系統(tǒng)的節(jié)能

照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)，一方面照度、色溫、顯色指數(shù)要達(dá)標(biāo)，另一方面又要達(dá)到節(jié)能的目的。由于電氣照明設(shè)備的耗電量與照明設(shè)備用電使用時(shí)間、照明設(shè)備的損耗、房間面積、照明器數(shù)量等因素成正比關(guān)系，與照明電氣的發(fā)光效率成反比關(guān)系。因此，照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)可從以下方面來(lái)考慮。

(1)減少設(shè)備使用時(shí)間

在設(shè)計(jì)的時(shí)候，樓梯間、走廊這樣的公共場(chǎng)所可采用自動(dòng)控制的方式，做到人來(lái)燈亮，人走燈滅。考慮到線路損耗，對(duì)于面積小的房間可采用一燈一控或二燈一控;面積較大的房間采用多燈一控的方式。同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分利用天然光。建筑物靠近室外的部分，在建筑物結(jié)構(gòu)允許的情況下，門窗盡可能開的大些，門窗的玻璃采用選用透光率高的，以充分利用自然光的。非靠近室外的部分，可

用導(dǎo)光管、反射高窗或棱鏡窗將光線引入需要陽(yáng)光的地方。以最大限度地減少照明設(shè)備的使用時(shí)間。

(2)提高光源的利用效率

首先要改善環(huán)境的反射條件，即建筑物內(nèi)的墻壁、天頂、地面以及家具的表面盡量光滑、色彩盡量選用淺色。當(dāng)然考慮到健康因素，屋頂和墻面的光反射系數(shù)宜在55%一60%之間，地面宜為15%一35%。其次用高效光源，首選發(fā)光率高的光源，如節(jié)能燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、電磁感應(yīng)燈等，這些光源節(jié)能效果及光效都非常顯著，因此能夠在照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)達(dá)到節(jié)能的目的。

(3)控制照明器的數(shù)量

在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮建筑類型及功能的實(shí)際需要，按照我國(guó)照度標(biāo)準(zhǔn)確定最合適的照度，并且要結(jié)合房間面積確定照明器數(shù)量及布置。在這方面，我們可以利用先進(jìn)的照明設(shè)計(jì)軟件，精確的計(jì)算，以確定燈具的最為合理的布置，在滿足舒適的前提下，最大限度減少照明器的使用。

結(jié)束語(yǔ)

無(wú)論是供配電系統(tǒng)、變壓器系統(tǒng)、照明系統(tǒng)或者其他用電設(shè)備，都有著節(jié)能的巨大潛力，為實(shí)現(xiàn)“節(jié)電能、降電耗”的目的，建筑電氣技術(shù)工作者應(yīng)建立和健全節(jié)能理念，通過(guò)科學(xué)的管理，精心的考慮，反復(fù)的比較方案，拿出一套既符合各種技術(shù)指標(biāo)又能夠滿足功能需求，行之有效而又切實(shí)可行的節(jié)能措施，從而達(dá)到真正節(jié)約電能的目的。

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