淺談建筑電氣的節能設計

【摘 要】本文主要介紹了建筑電氣節能和建筑照明節能設計的內容。為了提高建筑電氣設計質量，本文結合規范和工程管理經驗，闡述了現代建筑電氣設計的主要內容，并提出了建筑照明節能設計的具體辦法。

【關鍵詞】建筑電氣節能；設計節能；照明節能

1 引言

能源問題是全球性的重大問題。2010年，我國一次能源消費量為32.5億噸標準煤，同比增長了6%。中國能源研究會常務副理事長周大地稱中國已成為全球第一能源消費大國。據不完全統計，由于電力能源供應不足，全國約有20%以上的工農業生產能力不能發揮作用。這不僅限制了經濟發展，積壓和浪費了建設資金，同時也給人民生活帶來不便。為了緩和我國電力能源供應的緊張局面，應堅持能源的開發與節約并重的方針，把節約能源放在優先地位。據報道，當前我國能源消耗強度偏高，是美國的3倍，日本的5倍，可見節能潛力巨大。

節省能源是我國經濟建設中的一項重大政策，節約用電又是節省能源工作中的一個重要方面，它直接關系到企業的經濟效益和人們的日常生活。而建筑節能在當下又是比較可行的節能方案，因此把建筑節能作為節省能源的一項政策來執行是必要的。

2 建筑電氣節能環保

在現代建筑的電氣設計中，要把電能消耗指標作為全面技術經濟分析的重要組成部分。節電的設計方案，應根據技術先進、安全適用、經濟合理、節約能源和保護環境的原則來確定。采用合理的配電方式，采用高效率變壓器、電動機和照明光源、無功功率補償裝置和設備監控電腦系統等措施，減少電能損耗，節約用電。

2.1 建筑電氣節能的三原則

2.1.1 實用原則——滿足建筑物的功能滿足建筑物的功能，也就是說要滿足舒適性空調的溫度，滿足照明的亮度，滿足特殊工藝要求等等。

2.1.2 經濟合理原則——實際效益建筑電氣節能不能因為節能而使得實際投資過高，應該按照實際情況考慮實際經濟效益。

2.1.3 技術先進原則——節省無謂消耗的能量采用先進的技術將與建筑物功能無關的能量消費實施節能措施。

2.2 建筑物電氣節能途徑

2.2.1 節能設計合理節能

建筑物由于照明及空調負荷多，電梯等運輸設備多，給排水設備多，所以用電量特別大。因此在供配電系統的設計之初應做好以下幾點：

（1）在供配電系統的設計之初，應根據負荷容量，供電距離及布局，用電設備特點等因素合理設計供配電系統，做到系統盡量簡單，可靠，操作方便。變配電所應盡量靠近負荷中心，以縮短配電半徑減少線路損耗。

合理選擇變壓器的型號、容量和臺數，適應在季節性和工作時間造成的負荷變化時能夠靈活投切變壓器，實現經濟運行，減少由于輕載運行造成的不必要電能損耗。

（2）提高供配電系統的功率因數，功率因數提高了，可以減少線路無功功率的損耗，從而達到節能目的。具體方法有：

①減少用電設備無功損耗，提高用電設備的功率因數。在設計中盡可能采用功率因數高的用電設備，如電動機采用同步電動機等，電感性用電設備可選用帶補償電容器的用電設備等。

②用靜電電容器進行無功補償，電容器可產生超前無功電流抵消用電設備的滯后無功電流從而達到提高功率因數同時又減少整體無功電流。在具體工程設計中采用分散就地補償和高低壓柜集中補償等方式，可根據具體情況具體分析。

供電質量的提高，使得電網電壓穩定正常，這樣不但延長使用設備的壽命，也增加了不必要的能量消耗。

2.2.2 利用自然光源

充分利用自然光源，不僅實現了節能環保的功能，而且還實現了經濟效益。由于建筑的照明面積非常大，所以充分利用自然光源進行節能，其潛力和效果非常之大。自然光源是無需消耗能源的。在施工過程中，采用透光率較好的玻璃門窗，以達到充分利用自然光的目的。在設計中電氣設計人員應與建筑專業配合，做到充分合理地利用自然光使之與室內人工照明有機地結合。從而節約人工照明電能，在節能環保以及經濟合理方面起到一定的作用。

2.2.3 建筑電氣設備節能

建筑電氣設備節能主要體現在以下方面：

（1）變壓器

變壓器應選用節能型的，以減少鐵芯的渦流損耗和漏磁損耗，同時要將變壓器的負載率提高到41%-63%，總損耗最小，具體數值隨著變壓器的不同而不同。

（2）電機

用變頻調速的方法來減少電機輕載和空載運行。如建筑給排水所用水泵采用變頻調速器，當所需水流量減少，水泵轉速降低時，其電動機的所需功率按轉速的三次方下降，節能的經濟效益是非常顯著的。

2.2.4 高效照明

照明的節能設計是在保證不降低作業面視覺要求、不降低照明質量的前提下，力求減少照明系統中光能的損失，從而最大限度地利用光能，具體的節能措施有以下幾種：

（1）合理確定照明標準，配置合理照明方式

在照明設計之前應先詳細了解工程概況，根據工程性質、功能、環境、規模，確定主要房間及場所的標準照度值和功率密度值，以判斷照明設計是否滿足標準。照度標準是固定的，要有效地控制單位面積燈具安裝功率，根據照明不同需求，可將照明方式分為：一般照明、局部照明和混合照明。一般照明是指適合工作場所的照明設置；局部照明是指根據不同區域的不同要求，在同一場所內為滿足特殊的需求而設置；混合照明就是以上兩者的結合，當一般照明或局部照明都無法滿足某些特殊場所的需要時，可以采取這種照明方式。

（2）合理選擇光源，盡可能采用高效光源

光源是電能轉換成光的器件，是實施照明節能的核心環節，其效率的高低很大程度上決定了照明系統效率的高低。光源的選擇主要考慮光效、色溫、顯色指數、光源壽命、啟動點燃和再啟動時間等光電特性指標，以及價格和安裝場所等因素。各種光源均有其應用范圍，必須做到合理地選用。照明節能設計時光源選用應根據不同的使用場合，在滿足照明質量的前提下，盡可能選擇高光效光源，降低照明功率密度值。常用光源性能見表1。

（3）合理選擇燈具，定期進行維護保養

燈具的主要作用是把光源的光通量分配到需要的方向，以提高光的利用率和避免眩光。一般效率較高的燈具都采用高反射率的材料和先進的工藝制作，如電化拋光的高純鋁板，透光性能好的防護罩，透光玻璃或有機玻璃，再就是密封性好，能防水防塵，盡可能地減少光的損失。燈具的效率是指其對光源光通量的利用率。任何材料制成的燈具對于光源幅射的光通量在經過反射或透射時，其效率總是小于1。因此，在選擇燈具時應盡量選擇配光曲線好、效率高的燈具。

另外，燈具在使用過程中不可避免地受到污染，如反光器的鋁氧化，防護罩內外積塵生垢等等，勢必造成光的損失，如不定期維護保養，則和上述道理相同，光源所消耗的功率大部分就浪費了。所以，在選擇燈具時要選擇密封性能達到IP55以上的燈具，減少維護工作量。

（4）選用優質的電器附件

使用低能耗、性能優的光源用電附件，如電子鎮流器、電子觸發器以及電子變壓器等，公共建筑場所內的熒光燈宜選用帶有無功補償的燈具，緊湊型熒光燈優先選用電子鎮流器，氣體放電燈宜采用電子觸發器，燈具功率因數不小于0.9。

高壓鈉燈和金屬鹵化物燈等氣體放電燈，點燃時都是弧光放電即燈泡的伏安特性是反比的，即電流增大時燈電壓不是升高而是下降，必須串聯一個具有正比的伏安特性的元件來平衡這種反比特性，具有這種特性的元件稱為限流器或鎮流器。優質電感鎮流器具備阻抗穩定性好和伏安性好，功率因數高，功率損耗低等特點。這樣才能穩定燈泡工作電流，延長燈泡使用壽命。

降低鎮流器的功率損耗也是節能工作不容忽視的一個方面。以路燈為例，泰州市安裝的汞燈和鈉燈其所用的配套鎮流器都選用優質產品，以平均每只鎮流器降低功率損耗3W，全年點燈時間4000h計算，則可節電60000KWh。

2.2.5 選擇合理的照明控制方式，科學控制開關時間

在照明設計中，照明的控制方式對照明節能同樣起到了重要的作用。照明控制應根據建筑物的建筑特點、建筑功能、使用要求等具體情況，對照明系統進行分散、集中、手動、自動等經濟實用、合理有效的控制。

具體方法有：

（1）每個照明開關所控光源數不宜太多。每個房間控制燈的開關數不宜少于2 個（設置1 只燈的除外）。

（2）房間或場所裝設有兩列或多列燈具時，宜分組控制：所控燈列與側窗平行分組；生產場所按車間、工段或工序分組；電化教室、會議廳、多功能廳、報告廳等場所，按靠近或遠離講臺分組。

（3）居住建筑有天然采光的樓梯間、走道的照明宜采用節能自熄開關。應急燈采用節能自熄開關，其開關應具有消防功能。

（4）公共建筑和工業建筑的走廊、樓梯間、門廳等公共場所的照明，宜采用集中控制，并按建筑使用條件和天然采光狀況采取分區、分組控制。

（5）旅館的每間客房應設置節能控制型總開關，旅館的門廳、電梯大堂和客房層走廊等場所，應采用夜間定時降低照度的自動調光裝置。

（6）體育場館比賽場地照明應分級控制，并應做到單燈控制。

（7）醫院病房走道夜間應能關掉部分燈具。

（8）有條件的場所，宜采用下列控制方式：天然采光良好的場所，按該場所照度自動開關燈或調光；個人辦公室，采用人體感應或動靜感應等方式自動開關燈；大中型建筑，按具體條件采用集中或集散、多功能或單一功能的自動控制系統。實現上述控制，簡單的可采用定時開關、光控開關、可編程控制器等，復雜的可采用樓宇自控系統、智能照明控制系統等。

（9）為了保證照明系統運行達到規定的照度和照明質量，創造良好的光環境，并節約能源，維護與管理也是重要環節，照明節能設計應為此創造必要條件。設計應對用電單位按戶分別計量和考核照明用電。公共建筑采用照明用電單獨分項計量，通過分項計量，可以得到照明系統的實際耗電量，為節能診斷和制定節能措施奠定堅實的基礎。

3 結束語

節能降耗是國家的基本國策，在建筑工程電氣設計時應大力推廣和實施國家的節能方針，在充分滿足建筑物的功能要求的前提下，建筑電氣節能設計中，相關工作人員應反復比較研究多個方案，從設計源頭上熟悉理解建筑節能的多方應用，采取積極有效的措施，以達到真正節能的效果，創建一個適合節能的人居環境，實現人類與環境的可持續發展。

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