建筑电气设计注意的节能方法分析

　　摘要：随着节能逐渐成为社会生活的主体元素，作为能源消耗大户，电力节能也成了一个重要课题，电气设计师如何从设计阶段就把节能作为重点实施，有着决定性的意义。文章就电气设计中应注意的细节进行分析，供同行参考探讨。
　　关键词：电气设计，节能，节电，变压器
　　引言
　　节约电力资源是节约能源的一个重要方面，据2005年国内资料统计，我国建筑能耗约占全国能耗总量的30%(2007年国外有些机构评估中国的建筑物能耗占中国能源供应的43％)，其中近一半为电能消耗，可见民用建筑电能消耗和节电潜力之巨大。为了合理、有效地使用电能，国家颁布了一系列与节电相关的法规和导则，其指导思想就是合理用电，节约用电。但由于种种原因，某些节能法规和导则的要点在一些工程设计中还是没有得到充分的考虑和体现，造成了由于设计阶段的先天不足和管理环节的后天失调而长期的能源浪费。本着节能降耗的思维，笔者就建筑电气领域中与节电有关的几个问题进行探讨。
　　1变压器深入负荷中心
　　变压器深入负荷中心，目的是最大限度的缩短低压配电线路，控制低压输送距离，减少线路损耗。三相线路有功功率损耗计算式为：
　　
　　式中：—三相线路的有功功率损耗，kW；
　　一计算电流，A；
　　一每相线路电阻，Ω；
　　—线路输送的计算有功功率，kW；
　　一输送电压，kV。
　　从（1）式易见，同样的线路输送同样的功率，输送电压高，线路损耗小，输送电压低.线路损耗就大。例如一条相电阻为的400V输电线路，输送功率为，其线路损耗为：
　　
　　如果线路的相电阻仍为尺，输送功率仍为，但改为10kV中压送电，其线路损耗为：
　　
　　
　　即相同的线路输送相同的功率，10kV中压输送损耗仅为0.4kV低压输送损耗的1/625，可见，变压器深人负荷中心，控制低压送电距离与减少线路损耗有重大的关系。当然0.4kV输电线路不可能与10kV线路的电阻R相同.但这都是以耗费大量的有色金属为代价。即使如此，仍无法有效地减少变压器不深人负荷中心所带来的高线耗弊端。因此，《全国民用建筑工程设计技术措施》(电气)的2.3.1条文说明强调：“变压器深人负荷中心是国家规范GB50053-94第2.0.1条变电所位置选择的重要原则之首，符合节能的基本国策”，并指出：“用电量大的用户如果采用低压供电，变压器未进入负荷中心，从专业角度看，弊病很多，不利于节能，供电质量降低，投资提高等”。现实生活中常有些大型工程，只为了多腾出些停车位等商业利益而将本该设于地下室的变压器移出主体建筑之外，由于增加了低压配电线路的长度，造成了投入运行后长期不合理的电力损耗。
　　2合理确定变压器的负载率
　　变压器损耗通常占整个系统网损的60％～70％，是电力系统的主要损耗元件。民用建筑中变压器台数多、分布广、损耗问题尤为突出。变压器的损耗包括铁损和铜损，铁损是铁芯中涡流损耗和磁滞损耗之总和，取决于变压器铁芯材料及其厚度.变压器型式确定后，铁损也基本确定。而铜损是电流经变压器原、副绕组时在绕组中的电阻损耗功率，铜损与负载的平方成正比，不同的负载率所对应的变压器效率不同，变压器的效率：
　　
　　式中：一变压器一次侧输入的有功功率，kW；
　　一变压器二次侧输出的有功功率，kW，
　　
　　—变压器的铁损，kW：
　　变压器的铜损，kW，；
　　一变压器负载率；
　　一变压器额定容量.kVA：
　　一负载的功率因数；
　　变压器通过额定电流时的铜损，kW。
　　将和代入(2)式得：
　　设变压器在额定电压下运行，不变，当一定时，从(3)式可见：变压器效率只与负载率有关，变压器的最高效率发生在点，经求导得最高效率和最佳负载率分
　　别为和
　　不同类型、不同容量的变压器的最佳负载率有所不同。在实际运行中，负载率是依时间而变化的函数。从节能及经济运行的角度而言，只有在一定的时段内变压器的平均效率接近最高效率才有实际意义。而民用建筑变压器往往下半夜为轻载，不可能在全天的运行中都处于最佳负载率状态，因此《全国民用建筑工程设计技术措施》(电气)的有关章节中，从技术安全和经济运行的角度综合考虑，将民用建筑变压器的最佳负载率指导性地定在70％～85％范围，明确了变压器在这个范围内负载运行是经济合理的。但仍有些工程设计仅根据一些工具书的(单台变压器容量)≥(计算负荷)选择条件来确定变压器容量，取负载率接近1，这种做法虽然理论上仍安全、可行，也减少了首期投资，但忽略了关键的经济运行因素，造成了日后长期运行的偏高电能损耗，仍然得不偿失。
　　3提高功率因数减少无功输送
　　在交流电网中，转换为其它形式的能量而消耗掉的电功率称为有功功率，用于建立如变压器、电动机等交变磁场所需的这部分电功率称为无功功率。输送无功功率也要消耗能量。因此国家相关法规中明确要求采取无功补偿来提高功率因数，减少无功在电网中的流动，降低网损。
　　当电流通过三相线路时，其有功损耗为：
　　从(4)式可见，输送功率和电压不变时，线路功率损耗与功率因数的平方成反比，功率因数由原来的提高到时，线损降低为：
　　
　　按(5)式列出不同的值提高到=0.95时，线损降低的百分值见表1。
　　表1
　　原功率因数
　　0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90
　　提高到O.95
　　线损降低为(%) 60 53 46 38 29 20 10
　　从表1可见，提高功率因数可以减少电网中的无功输送、降低线路损耗，提高的幅值越大，节电效果越显著。在现代民用建筑中，气体放电灯以及感性家用电器已经成为用电负荷的主流，低压供电网络中的无功短缺渐为突出。但仍有相当多的民用建筑(尤其是居住建筑)，常以没有大型动力用电设备为由而不采取无功补偿措施或只采取低水平补偿措施，至使供电网络损耗增大和供电质量下降。
　　4最大限度采用节能高效光源和可再生能源
　　选择适合的电光源是照明节能的关键环节，不同电光源的光效有很大的差异。普通的白炽灯光效一般为10～14lm/W，其总功率约95%都变成热能而耗掉，而目前的高效荧光灯和新型金属卤化物灯的光效均可达80lm/W以上，即后者每消耗1W功率的发光效率是普通白炽灯的5倍多。在达到同等照明效果的前提下，高效荧光灯和新型金属卤化物灯比白炽灯少消耗80%的电能，同时，节能灯泡的使用寿命是白炽灯泡的6～10倍，因此欧盟等发达国家都基本以节能灯泡取代白炽灯泡，澳大利亚甚至计划2010年起将禁止使用白炽灯。
　　我国照明用电约占全社会总用电量的12%强，据有关资料报道：我国白炽灯泡生产量占全球总数的70%，只有15%的中国家庭使用节能灯泡。如果绝大部分的中国家庭和工作场所都采用节能光源，则相当于可节省数个三峡电站的电量.还可大大减少二氧化碳的排放。
　　太阳能路灯和太阳能航空障碍灯是民用建筑中的两项较为成熟的可再生能源利用的实例，尤其是太阳能航空障碍灯，装得高、光照足、寿命长、不需要外接电源，安装方便，能保证在连续阴雨15天内正常工作。虽然它们用电量并不很大，但从节约点滴能源的战略观点出发，应是高层建筑、航空港、电视塔、烟囱等航障设计的首选。
　　5结束语
　　在建筑电气的设计中，节能还有很多方面，如尽量调配三相负荷平衡运行，减少中线因不平衡电流而带来的额外损耗；在条件允许的场所尽可能采用节能自熄开关；需要实现工况调节的水泵、风机类电机采取变频控制技术，长时运行的接触器采用无声运行节电措施，等等。这些都值得大家的重视。
　　
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