试论建筑电气设计中的节能应用

　　摘要：阐述建筑电气设计中节约能源的思想和原理，从变压器节能、照明节能、以及如何减少线路上的能量损耗、提高系统的功率因数等几个方面，论述建筑电气设计中的节能原则和方法，以期实现建筑物的整体节能。
　　关键词：建筑电气；节能；设计
　　我国是能源消费大国，能源相对短缺，单位建筑面积能耗相当于发达国家的2-3倍，由此可见节能工作潜力巨大。建筑的节能降耗已成为全社会公民的共识，在建筑工程电气安装中注意节能技术的应用对建筑节能具有重要的意义。因此，要做到资源开发与节约并举，就要把节约能源，提高资源的利用率放在首位，具体在建筑电气设计中就要将节约能源的思想贯彻始终。以下从几个方面探讨建筑电气节能之道。
　　1照明设计重视节能环保
　　据统计，我国照明用电量已占总用电量的10%~12%。按照我国提出的"中国绿色照明工程"规划，照明节电已成为建筑电气设计中节能的重要方面。照明节能，是在保证照度标准和照明质量的前提下，力求减少照明系统中的能量损失，最有效地利用电能。
　　1）选择控制开关以充分利用自然光。自然光是免费的光源。合理地选择照明方式。在满足照度标准的条件下，为节约电能，应选用一般照明、局部照明和混合照明相结合的照明方式。
　　2）合理地选择照度值。选择照度是照明设计需要考虑的重要问题。照度太低，会损害工作人员的视力，影响产品质量和生产效率。不合理的高照度则会浪费电力。选择照度必须与所进行的视觉工作相适应。照明设计应按国家颁布的照明设计标准来选择照度，合理的照度值和优良的照明质量形成的光环境可以提高工作效率和改善人们的心情，因此，要综合考虑照明系统的总效率。
　　3）选用优质的电光源。适当降低灯具工作电压是延长灯具寿命的有效途径。设计之前首先要了解各类电光源的特点，合理进行光源选择。采用新型高效节能光源。高效光源是照明节能的首要因素必须重视推广应用高效光源。根据应用场所条件不同.至少有三类高效光源应予推广使用。第一类是以高压纳灯、金属卤化物灯为代表的高强度气体放电灯(HID）适用于高大工业厂房、体育场馆、道路、广场、户外作业场所等。办公、商业楼照明的老式灯具应改造成带电子镇流器和细管径灯管的节能型荧光灯，节电15％以上，还能延长灯管的使用寿命约60％，光效高达50％，消除了频闪效应和噪声。合理配光，采用节能要求的控制方法，尽量利用天然光束减少照明，实现时间、地点、天气变化、工作和生活需要灵活地调节照度水平。
　　照明设计时按下列原则选择镇流器：自镇流荧光灯应配用电子镇流器。直管荧光灯应配用电子镇流器或节能型电感镇流器。高压钠灯、金属卤化物灯应配用节能型电感镇流器；在电压偏差较大的场所，宜配用恒功率镇流器；功率较小者可配用电子镇流器。采用的镇流器应符合该产品的国家能效标准。荧光灯和其它气体是目前应用最普遍的节能灯具，规范对设计灯具的效率作了明确规定，同时对整流器的选择也做了严格要求。
　　2变压器的节能
　　在电力系统中，为了使电能传输范围及数量提高，变压器得到广泛应用。然而，发电、输电、配电及用电各环节构成的电力系统一般需要3～5次的变压过程，造成电力系统中总的变压器容量远远超出发电机的总容量，从而产生了严重的损耗。变压器的节能就是降低其损耗、提高其运行效率，变压器的有功功率损耗可用下式计算：
　　△p=P0+Pkβ2（1）
　　式中：△p--变压器有功损耗，kW；
　　P0--变压器的空载损耗，kW；
　　Pk--变压器的短路损耗，kW；
　　β--变压器的负载率，%。
　　合理选用配电变压器的容量和台数。变压器在运行中由于建立主磁通而要消耗一定数量的无功功率。如果变压器的容量比实际负荷大得多，则将使变压器经常处在低负荷的状况下运行，这样变压器本身将消耗多余的无功功率。因此在选择变压器的容量时，一般考虑负荷率在75～80%最合适，这时，变压器的效率也最佳。所以，合理选择配电变压器的容量和台数，使负荷率增高，从而提高功率因数。设计时变压器应选用节能型的，如目前新S9型低能耗配电变压器具有产品质量可靠、价格便宜等优点，在配电网建设改造过程中还会被继续采用；还有SL9及SC8等油浸变压器或干式变压器。
　　3充分利用太阳能
　　3.1太阳能光伏发电系统的应用
　　太阳能光伏技术是利用太阳电池将太阳光能转化为电能，通过控制器，白天由蓄电池将太阳电池产生的电能储存起来，夜间再释放出来，提供照明以及其它需要。其中逆变电源系统，可以将直流电（DC）转化为交流电（AC）应用领域更加广阔。设备便宜到足以给独立住宅供电或在能量需求高峰期使用。在发展中国家，许多远离电网的村落也广泛地运用光电能。在发达国家，许多个人、社区和国家都运用光电能，来致力于解决全球变暖、可持续性发展和能源独立自主。
　　3.2太阳能热利用技术
　　平板集热器：平板集热器是较早应用的一种太阳能集热器，在经历了很长的发展历程后，其内部结构、材料选择及组装技术均达到了很成熟的水平，如今仍是发达国家太阳能热利用产品中占绝对主导地位的集热器形式。平板集热器一般由透明盖板、吸热体、保温层以及外壳四部分组成，透明盖板的作用和要求是：第一，要求有较高的太阳透过率，通常希望大于75%；第一，减少吸热体本身的红外向外辐射和对流造成的热损失；第二，防止灰尘和雨水侵入集热器，以免吸热体涂层和保温材料性能的下降，从而延长其使用寿命。故安装时要确保盖板的密封。
　　4减少配电线路的损耗
　　线路的电流是不能改变的，要减少线路损耗，只有减少线路电阻。线路电阻R=ρ×L/S，其中，ρ为线路电阻电导率ρ，L为线路的长度，S为线路的截面。因此，降低电力网的线损，不外乎两种途经，即减小流过元件中的电流和减小元件的电阻。而在向用电设备供电时，在供电的负荷一定的情况下，要实现以上两种目的，有下面两种途经：(1)要减小元件的电阻，所采取的途经是：对于线路：加大导线的截面；对于变压器及计量设备，采用新型、节能型设备。(2)要减小流过元件中的电流，所采取的途经是：当供电的负荷一定时，提高供电的电压和提高负载的功率因数。提高供电电压的做法是，将高电压引入负荷中心，避免较低电压等级的线路长距离供电；提高负载的功率因数的做法是，减少线路中流过的无功电流，对电网中大量存在的感性无功负荷就地以容性无功负荷平衡掉，要做到这一点，在配电网中，最经济、最有效、最易做到的是在各级电压的用电设备旁并联电容器实现功率的经济分布。
　　5采用合适的无功补偿装置，提高功率因素
　　目前，民用建筑设计中，绝大部分采用变压器低压侧集中补偿，这种做法仅减少了区域变电站至用户处的高压线路上的无功传输，提高了用户处的功率因数，可以不受或少受供电局局的罚款。而对用户，无功仍由变压器低压母线经传输线路输送到各用户点，低压线路上的无功传输并没有减少，那么无功补偿也就达不到节能的目的。在民用建筑中应改变电容器集中安装的做法，对容量超过10KW的风机、水泵、传送带等电动机端设置就地补偿装置，空调主机及冷冻泵等常在其附近设专用变配电所，可以集中补偿，但若供电距离超过20m时也最好采用就地补偿。这样才能使线路上的无功传输减少，达到节能目的。
　　总之，建筑电气设计的节能措施还有很多，对于建筑设计者而言，就是要合理的选用设备（变压器，电动机，电缆，照明光源等），合理确定供电电压等级以及采用新材料，新技术等。对于建筑使用者而言，就是要合理使用电气设备，争取使我国建筑能耗下降。
　　参考文献：
　　[1]注册电气工程师执业资格考试复习指导书(第3册)[M].北京：中国电力出版社，2004.
　　[2]《建筑照明设计标准》GBB50034-2004.
　　[3]中国建筑科学研究院.GB50034-2004，建筑照明设计标准[S].北京：中国建筑工业出版社，2004.