试析建筑电气设计的节能措施

随着人口的增加，工业的发展，人民生活水平的提高，对能源的消耗也急剧增加，全球性的能源危机已经迫在眉睫。最近几年国家提倡加大力度建设节约型社会，相关行业主管部门也接连出台了不少关于节约能源的系列政策和文件。这更需要我们设计人员和建设投资方善于综合考虑建设费和运行维护费，注重运用经济分析和评估方法，做好建筑电气的节能，应着重从工程设计这个源头抓起，优化节能策略，提高建筑工程设计的经济性和实用性。

一、建筑电气节能设计的必要性

中国年能耗总量是全球年能耗总量的1/8，而建筑总耗能量约占中国总能耗的40%，是耗能最多的行业，其中，建筑能耗占27%，而生产与建筑相关的材料、设备等能耗占13%。对于建筑的单位能耗，欧洲的平均标准是6升油/平方米，折合中国的标煤8.57公斤/平方米，德国作为建筑节能最先进的国家，现已大大低於标煤4公斤/平方米。而中国平均建筑能耗高达标煤25公斤/平方米，是欧洲平均标准的3倍，德国的6倍以上。其中为保证室内居住温度所消耗的能源占相当大比例，一般达50%-70%。

据专家测算，目前全国建筑存量大致为430亿平方米，但按现代工业国家标准能称为节能建筑的不到1%。如果按照25公斤标煤/平方米水平测算，400多亿平方米建筑物一年消耗10亿多吨标煤，耗资一万多亿元人民币。如果能达到欧洲的能耗标准，中国每年能节省数千亿元人民币。因此加强建筑节能具有十分重要的意义。在建筑的节能设计中，建筑电气的节能设计又是其中十分重要的部分，因此，加强建筑的节能设计在很大程度上讲就是要加强建筑电气的节能设计。

二、建筑电气节能的原则

1、满足建筑物的功能

即满足照明的亮度，色温、显色指数;舒适性空调的温度及新风量，也就是舒适卫生;满足上下、左右的运输通道畅通无阻。

2、节能必须考虑实际经济效益，不能因为节能而过高地消耗投资，增加运行费用。而是应该让增加的部分投资，能在几年或较短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。

3、节能应是节省不必要消耗的能量

首先找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物功能无关的，再考虑采取什么措施节能，如变压器的功率损耗，传输电能线路上的有功损耗都是无用的能量损耗。因此，节能措施也应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。

三、建筑电气设计中的节能措施

在供配电系统中的用电设备如电动机、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，并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。可以采取以下措施来降低这部分损耗：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;用静电电容器进行无功补偿。电容器产生的超前无功电流，可以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的目的。

对于供电线路，应从以下几个方面考虑减少线路损耗：尽量选用电阻率较小的导线; 设计线路尽量走直线，在低压配电中尽可能不走回头路，变电所应靠近负荷中心，以减小供电半径;增大导线截面积，对于较长的线路，在满足载流量、热稳定、保护配合及电压降等要求的前提下，在选定线截面时加大 1级，虽然增加了线路费用，但由于节约能耗而减少了年运行费用;在输送功率不变的情况下，由于电能损耗与电流强度的平方成正比，与运行电压的平方成反比，在额定电压允许波动的幅度内，适当提高运行电压可显著降低线路的电能损失。

1、供配电系统的节能

供配电系统担负着电力供应、分配、传输的职责，供配电设备和线路的损耗也不容忽视。应根据负荷容量、负荷性质、供电距离及分布、用电设备特点等因素，合理选择供电电压和设计供配电系统。变压器节能是供配电系统节能的重要方面，其节能的实质就是降低其损耗、提高其运行效率。变压器节能措施主要有以下几点：

(1)合理选择变压器容量和台数

选择容量与电力负荷相适应的变压器，对负荷进行合理分配，使其工作在高效区内(变压器的负载率应在75%——85%为宜);为减小变压器损耗，对季节性负荷，宜采用单独变压器供电;而为了减少线路损耗，对比较分散的负荷，则要遵循“小容量，多布点，深入负荷中心”的原则。

(2)变电所内变压器宜为偶数，每两台设置低压联络开关;小区箱变宜成对设置，变压器之间敷设低压联络线。因此，可以根据负荷情况，及时投入或切除

部分变压器，防止变压器轻载和空载运行，减少损耗。

(3)选用节能型变压器。近年来逐渐推广的S1l系列油浸变压器比S9、S10系列更为节能，S11型卷铁芯变压器与S9型变压器相比，空载损耗平均降低30%，空载电流平均下降70%。新型干式变压器SC9、SCl0、SC11系列以及非晶合金变压器等产品也都显示了低损耗的节能潜力。

(4)变压器的联结组别也很重要，在TN及，TT系统中，宜选用Dynl1接线组别的三相变压器。因为Dynl1接线方式的变压器对中性线电流没有限制，可达变压器低压侧之线(相)电流，能充分利用变压器的容量，尤其适用以单相负荷为主而三相不平衡的负荷。

2、配电线路的节能

由于线路上存在电阻，有电流流过时，就会产生有功功率损耗。对电网来讲，可以采用提高电压等级的方法降低电流，但是对于一般单体建筑，由城市电网供电的电源电压已经确定，线路上的电流是不能改变的，要减少线路损耗，只有减小线路电阻。

(1)选用电导率较小的材质做导线

以铜芯最佳，铝芯次之。在改革开放初期，由于铜价较高，国家贯彻节约用铜，以铝代铜的原则。进入21世纪以后，国家从节能、环保的角度出发，开始提倡采用铜质导体。

(2)减小导线长度

首先，变配电室应尽量靠近负荷中心，以缩短供电半径，减少线路损耗;其次，线路尽可能走直线，少走弯路和回头路，减少导线长度;第三，对于环形供电方式，为降低线路的电阻值，宜将开环运行改为闭环运行，可明显降低线路损耗。

(3)增大导线截面

首先，应按经济电流密度法合理选择导线截面，以减少损耗;其次，对于比较长的线路，除满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失等要求外，宜加大一级导线截面;第三，除消防等重要负荷或大容量负荷外，应优先采用母干线分支方式配电。当某些负荷不用时，使用同样大的干线截面传输较小的电流，能减小线路损耗。

3、变压器的节能设计

变压器做为一个在民用电中不可缺少的设备，其选型和运行在节能中是不可以忽视的。变压器的有功功率损耗如下式表示：△Pb=Po+Pk*β2式中：

△Pb——变压器有功损耗(kW);

P。——变压器的空载损耗(kW);

Pk——变压器的有载损耗(kW);

β一变压器的负载率(0≤β≤1)。

(1) Pb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°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%一85%。

(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。

4、照明系统的节能

照明系统的节能设计，一方面照度、色温、显色指数要达标，另一方面又要达到节能的目的。由于电气照明设备的耗电量与照明设备用电使用时间、照明设备的损耗、房间面积、照明器数量等因素成正比关系，与照明电气的发光效率成反比关系。因此，照明系统的节能设计可从以下方面来考虑。

(1)减少设备使用时间

在设计的时候，楼梯间、走廊这样的公共场所可采用自动控制的方式，做到人来灯亮，人走灯灭。考虑到线路损耗，对于面积小的房间可采用一灯一控或二灯一控;面积较大的房间采用多灯一控的方式。同时，设计时，应充分利用天然光。建筑物靠近室外的部分，在建筑物结构允许的情况下，门窗尽可能开的大些，门窗的玻璃采用选用透光率高的，以充分利用自然光的。非靠近室外的部分，可

用导光管、反射高窗或棱镜窗将光线引入需要阳光的地方。以最大限度地减少照明设备的使用时间。

(2)提高光源的利用效率

首先要改善环境的反射条件，即建筑物内的墙壁、天顶、地面以及家具的表面尽量光滑、色彩尽量选用浅色。当然考虑到健康因素，屋顶和墙面的光反射系数宜在55%一60%之间，地面宜为15%一35%。其次用高效光源，首选发光率高的光源，如节能灯、高压钠灯、金属卤化物灯、电磁感应灯等，这些光源节能效果及光效都非常显著，因此能够在照明系统的设计环节达到节能的目的。

(3)控制照明器的数量

在设计时要考虑建筑类型及功能的实际需要，按照我国照度标准确定最合适的照度，并且要结合房间面积确定照明器数量及布置。在这方面，我们可以利用先进的照明设计软件，精确的计算，以确定灯具的最为合理的布置，在满足舒适的前提下，最大限度减少照明器的使用。

结束语

无论是供配电系统、变压器系统、照明系统或者其他用电设备，都有着节能的巨大潜力，为实现“节电能、降电耗”的目的，建筑电气技术工作者应建立和健全节能理念，通过科学的管理，精心的考虑，反复的比较方案，拿出一套既符合各种技术指标又能够满足功能需求，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。

参考文献

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