建筑电气节能设计的探讨

　　摘要：我国是个能源消费大国，能源相对短缺，然而能源浪费却相应严重。作为二次能源的电能供需矛盾近年来越来越突出，能源的缺乏已严重制约着国民经济的发展。节能问题一直是我国发展国民经济的一项长远战略方针，那么节约电能就成为每位电气设计人员必须认真考虑的问题。下面就建筑电气设计中的几种节能措施谈谈一些看法。
　　关键词：建筑电气，节能设计
　　一、配电系统的节能设计
　　根据负荷容量，供电距离及分布，用电设备特点等因素合理设计供配电系统，做到系统尽量简单可靠，操作方便。变配电所应尽量靠近负荷中心位置，可以节省线材，降低电能损耗，提高电压质量。合理选择变压器的容量和台数，以适应由于季节性造成的负荷变化时能够灵活投切变压器，实现经济运行减少由于轻载运行造成的不必要电能损耗。
　　二、变压器的节能设计
　　减少变压器的有功损耗。变压器的有功损耗按下式计算：
　　ΔΡ=Ρo+β²Ρκ
　　式中ΔΡ--变压器的有功损耗(KW)Ρo-变压器的空载损耗(KW)
　　Ρκ-变压器的短路损耗(KW)β-变压器的负载率
　　(1)Ρo作为变压器的空载损耗又称铁损，它是由铁芯涡流损耗及漏磁损耗组成，其值与铁芯材料及制造工艺有关，与负荷大小无关，所以在选用变压器时最好选择节能型变压器如S9，SL9，SC8等。它们采用优质冷轧取向矽钢片，由于“取向”处理，使矽钢片的磁畴方向接近一致，减少铁芯涡流损耗，45度全斜度接缝结构使接缝密合性好，减少了漏磁损耗。
　　(2)Ρκ是变压器额定负载传输的损耗又称变压器线损，它取决于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小，并与负荷率平方成正比。因此在选择变压器时应选用阻值较小的绕组，如铜芯变压器。β²Ρκ用微分求它极值时，是在β=50%时每千瓦的负荷，此时变压器的能耗最小，但在β=50%负载率时仅减少变压器的线损，并未减少变压器的铁损，因此也不是最节能的。综合初装费，变压器、高低压柜、土建投资及运行费用，又要使变压器在使用期内预留适当的余量，变压器最经济节能运行的负载率一般在75%--85%之间。
　　(3)在选择变压器容量和台数时，应根据负荷情况，综合考虑投资和年运行费用，对负荷合理分配，选取容量与电力负荷相适应的变压器，使其工作在高效低耗区内。
　　三、电气配电线路的节能设计
　　配电线路电能的损耗取决于线路的阻抗和电流，与阻抗成正比、与电流的平方成正比；而线路的阻抗与导线的导电率和长度成正比，与导线的截面积成反比。因此配电线路选用高导电率的导体，尽量采用铜芯线，不采用铝芯线；在满足规范要求的情况下，尽量提高电压等级和功率因数，以降低电流。如今照明大量采用荧光灯，配置电感镇流器，其功率因数很低，仅约0.5，而就地加电容补偿器或采用电子镇流器，其功率因数可达约0.9，这样一来，采用电子镇流器的线路电流只有采用电感镇流器的5/9，而线路损耗在只考虑电阻时只有1/3.24。
　　对于没有特殊要求的场所，尽量采用三相供电，而避免采用单相供电，也可降低电流。三相与单相供电线路损耗比较，假设线路长度一样，负荷为电阻性负载且三相完全平衡，单相线路导线截面积S1=16mm2，三相线路导线截面积S2=4mm2，那么单相线路电阻R1为三相线路电阻R2的1/4，在负载功率相同时，单相线路电流I1为三相线路电流I2的3倍，在只考虑线路电阻损耗时，单相线路损耗P1为三相线路损耗P2的1.5倍。由于三相负荷完全平衡，N线电流为0，因此N线没有损耗。
　　此外还应避免导线穿管产生涡流，造成电能损耗，如严禁金属管内穿交流单根导线。对于铜外套的矿物绝缘电缆，应按一定的规则排列进行安装，把涡流降到最少。精心设计，减少供电线路长度，提高功率因数，降低电流，不仅减低线路损耗，而且还可以减少线路压降，提高供电质量。
　　四、电动机节能设计
　　减少电动机电能损耗的主要途径是提高电动机的工作效率和功率因数。在工程设计中应选用高效率的电动机，但是在具体工程中电动机通常都是水暖及建筑等专业设备所配套的，由设备制造商统一供应的，所以节能措施只能贯彻在运行过程中。
　　除了就地电容器补偿以减少线路损耗外主要是减少电动机轻载和空载运行，因为在轻载运行下电动机效率是极低的，切实可行的办法是，采用变频调速控制电动机使其在负载率变化时自动调节转速，使得与负载变化相适应，以提高电动机轻载时的效率，从而达到节约电能的目的。
　　五、智能控制技术在节能中的作用
　　利用智能控制技术进行节能，主要体现在对建筑设备的监控和照明设计及控制方面。
　　1、建筑设备监控系统
　　建筑设备监控系统的发展，是始于上世纪70年代初国际上的能源危机。经过30多年技术的发展，尤其是随着计算机技术、控制技术、网络技术、通信技术、显示技术和计算机软件技术的发展，建筑设备监控系统的性能更趋优异，成为建筑节能的有效方式和手段，可以全方位地对建筑中各类机电设备进行最佳控制，从而达到在满足需求的前提下，最大限度地节能。
　　2、照明节能设计及控制
　　除了建筑设备监控系统以外，在建筑中照明节能也是一项重点需要解决的问题。对于高大的公共空间可以采用智能照明控制系统，然而由于投资或具体使用的问题等原因，有相当多的房间照明仍然是采取就地控制的方式。针对照明能源的利用，如何做到既满足工作、生活的照度标准要求，又达到节约能源的目的，这是我们在进行照明设计时必须认真考虑的问题。照明设计，首先离不开对被照明空间的了解，确定采用何种照明方式。一旦确定了照明方式，则应考虑照明的种类。
　　在建筑中，哪些区域或部位需要设置何种照明，需要根据建筑本身的特点和使用情况来确定。概括起来主要从四方面进行：
　　（1）照明光源的选择。主要考虑以下几个要素：光效、色温、显色指数、光源寿命和价格。这是在照明设计中做到切合实际应用很重要的要素。在民用建筑中，主要应用的光源有白炽灯、荧光灯、HID灯，根据技术的发展，还有一些新的光源也逐渐得到应用，例如光纤照明、LED等。各种光源均有其应用范围，但必须做到合理地应用。有些节能光源，例如紧凑型荧光灯，它是替代白炽灯的最理想光源。虽然从一次性投资来看是要高出一些，但从长远的效果来看，即从灯具的寿命、灯具的能耗来看，其综合效益比白炽灯要好许多。在工程实际应用中如何合理地选择光源，应根据工程的具体性质、使用的场所、人员的视觉要求、照明的数量和质量来确定。
　　(2)照明设计规范规定了各种场所的照度标准、视觉要求、照明功率密度等等。照度标准是不可随意降低的，也不宜随便提高，要有效地控制单位面积灯具安装功率，在满足照明质量的前提下，一般房间(场所)应优先采用高效发光的荧光灯(如T5、T8管)及紧凑型荧光灯，高大车间、厂房及体育馆场的室外照明等一般照明宜采用高压钠灯、金属卤化物灯等高效气体放电光源。
　　(3)推广使用低能耗性能优的光源用电附件，如电子镇流器、节能型电感镇流器、电子触发器以及电子变压器等，公共建筑场所内的荧光灯宜选用带有无功补偿的灯具，紧凑型荧光灯优先选用电子镇流器，气体放电灯宜采用电子触发器。
　　（4）照明控制。值得注意的是，在照明设计中，照明的控制方式对于照明节能同样起到了重要的作用。现有的照明控制方式很多，例如：单灯控制、多灯控制、双控开关控制、楼宇自控系统控制、智能控制（总线控制）、其他控制方式（采用探测器控制）等。在这众多的控制方式中，如何在照明设计中做到切合实际，是每位设计人员应十分注意的问题。既要做到方便，又要达到节能。
　　六、结语
　　建筑电气的节能设计潜力很大，广大电气设计人员在设计中应精心考虑。在选择新型节能设备上,要充分了解其原理、性能、效果,反复比较设计方案，拿出一套符合各种技术指标、满足功能需求、行之有效而又切实可行的节能措施，从而达到真正节约电能的目的