浅谈建筑电气工程设计中的节能措施

摘要：近年来我国的建筑规模迅速扩大，电力消耗也随之增长。文章对建筑电气设计的供配电方面以及用电设备方面，分别阐述了建筑电气中的节能设计。
关键词：建筑节能；节能设计；供配电系统；功率因数
一、供配电方面
（一）供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，以缩短配电半经减少线路损耗。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：
            △P＝Ｐ_０＋β_２Ｐ_ｋ
式中：△Ｐ——变压器的有功损耗（ＫＷ）；
             Ｐ_０——变压器的空载损耗（ＫＷ）；
             Ｐ_ｋ——变压器的短路损耗（ＫＷ）；
            β——变压器的负载率。
1. Ｐ_０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. Pk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。β₂Pk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）减少线路损耗
由于配电线路有电阻，有电流通过时就会产生功率损耗，其公式为：
         △P＝3I₂R·10^-3
式中：P——三相输电线路的功率损耗（KW）；
           Ｉ——线电流（A）；
            Ｒ——线路相电（Ω）。
其中“Ｒ”线路电阻在通过电流不变时，线路长度越长则电阻值越大。如果在一个工程中由于线路上下纵横交错，一般工程线路总的不下万米，大工程更是不计其数，造成电能损耗是相当可观的，所以减少线路能耗必须引起设计人员的足够重视。在具体工程中，线路上电流一般是不变的，那么要减少线损，只能尽量减少线路电阻。而线路的电阻R＝PL∕S，即与导线电阻率Ｐ、导线长度Ｌ成正比，与导线截面Ｓ成反比。要减少电阻值应从以下几个方面考虑：
1．尽量选用电阻率Ｐ较小的导线，如铜芯导线较佳，铝线次之。
2. 尽可能减少导线长度，在设计中线路应尽量走直线少走弯路，另外在低压配电中尽可能不走或少走回头路。变电所应尽可能地靠近负荷中心，以减少供电半径。
3. 电压降要求的前提下，在选定线截面时加大一级线截面。这样增加的线路费用，由于节约能耗而减少了年运行费用，综合考虑节能经济时还是合算的。
二、用电设备方面
（一）照明的节能设计
照明节能设计就是在保证不降低作业面视觉要求、不降低照明质量的前提下，力求减少照明系统中光能的损失，从而最大限度的利用光能，通常的节能措施有以下几种：
1. 充分利用自然光，这是照明节能的重要途径之一，在设计中电气设计人员应多与建筑专业配合，做到充分合理地利用自然光使之与室内人工照明有机地结合，从而大大节约了人工照明电能。
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. 改进灯具控制方式，采用各种节能型开关或装置也是一种行之有效的节电方法。根据照明使用特点可采取分区控制灯光或适当增加照明开关点。卧房、病房、客房等床头灯可采用调光开关，高级客房采用节电钥匙开关，公共场所及室外照明可采用程序控制或光电、声控开关，走道、楼梯等人员短暂停留的公共场所可采用节能自熄开关。
（二）提高供配电系统的功率因数
大多数用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器、电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率，在功率三角形中，有功功率P与视在功率S的比值，称为功率因数cosφ，其计算公式为：cosφ＝P／S＝P／(Ｐ2＋Ｑ2)1／2在电网的运行中，功率因数反映了电源输出的视在功率被有效利用的程度，如何使得配电系统功率因数尽可能接近于1，使得电路中的无功功率可以降到最小，视在功率将大部分用来供给有功功率，从而提高电能输送的功率。降低配电系统的电能损耗，是配电系统节能的途径之一。采用无功补偿通常有二种方式，
集中自动补偿和就地固定补偿。
功率因数提高了可以减少线路无功功率的损耗，从而达到节能目的。前面提到的输电线路损耗ΔP中包含了线路传输有功功率时而引起的线损和线路传输无功功率时引起的线损。传输有功功率是为了满足建筑物功能所必须的，是不变的。而在供配电系统中的某些用电设备如电动机、变压器、灯具的镇流器以及很多家用电器等都具有电感性，会产生滞后的无功电流，它要从系统中经过高低压线路传输到用电设备末端，无形中又增加了线路的功率损耗。然而这部分损耗是可以避免的，具体方法有：
1. 减少用电设备无功损耗，提高用电设备的功率因数。在设计中尽可能采用功率因数高的用电设备如同步电动机等，电感性用电设备可选用有补偿电容器的用电设备（如配有电容补偿的荧光灯）等。
2. 用静电电容器进行无功补偿，电容器可产生超前无功电流抵消用电设备的滞后无功电流从而达到提高功率因数同时又减少整体无功电流。在具体工程设计中有采用分散就地补偿和高低压柜集中补偿等方式，可根据具体情况具体分析。
（三）电动机节能设计
减少电动机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。
三、结语
为了应对我国的能源供应不能持续满足我国经济发展的状况，我国已把节能减排作为重要的大事而列入对各级政府的考核要求。科学技术的进步使电能得到了大幅的提高，但我们更应该注意并认识到由此而产生的相应危害，节约用电，从而保证我们在享用科技进步成果的同时，其不会对我们的生活现状造成明显的损害。