淺談建筑電氣設計中節(jié)能建筑

【摘 要】我國是個能源消費大國，能源相對短缺，然而能源浪費卻相當嚴重。作為二次能源的電能，供需矛盾近年來越來越突出，能源缺乏已嚴重制約著國民經濟的發(fā)展。節(jié)能問題一直是我國發(fā)展國民經濟的一項長遠戰(zhàn)略方針，那么節(jié)約電能就成為每住電氣設計人員必須認真考慮的問題。

【關鍵詞】建筑節(jié)能；節(jié)能設計；供配電系統；功率因數

1 供配電方面

1.1 供配電系統的節(jié)能設計

根據負荷容量，供電距離及分布，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，以縮短配電半經減少線路損耗。合理選擇變壓器的容量和臺數，以適應由于季節(jié)性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。

1.2 變壓器的節(jié)能設計

減少變壓器的有功損耗。變壓器的有功損耗按下式計算：

ΔP=P0+β2Pk

式中：ΔP——變壓器的有功損耗（KW）；P0——變壓器的空載損耗（KW）；Pk——變壓器的短路損耗（KW）；β——變壓器的負載率。

1.2.1 P0作為變壓器的空載損耗又稱鐵損，它是由鐵芯渦流損耗及漏磁損耗組成，其值與鐵芯材料及制造工藝有關，與負荷大小無關，所以在選用變壓器時最好選擇節(jié)能型變壓器如S9，SL9，SC8等。它們采用優(yōu)質冷軋取向矽鋼片，由于“取向”處理，使矽鋼片的磁疇方向接近一致，減少鐵芯渦流損耗，45度全斜度接縫結構使接縫密合性好，減少了漏磁損耗。

1.2.2 Pk是變壓器額定負載傳輸的損耗又稱變壓器線損，它取決于變壓器繞組的電阻及流過繞組電流的大小，并與負荷率平方成正比。因此在選擇變壓器時應選用阻值較小的繞組，如銅芯變壓器。β2Pk用微分求它極值時，是在β=50%時每千瓦的負荷，此時變壓器的能耗最小，但在β=50%負載率時僅減少變壓器的線損，并未減少變壓器的鐵損，因此也不是最節(jié)能的。綜合初裝費，變壓器、高低壓柜、土建投資及運行費用，又要使變壓器在使用期內預留適當的余量，變壓器最經濟節(jié)能運行的負載率一般在75%～85%之間。

1.2.3 在選擇變壓器容量和臺數時，應根據負荷情況，綜合考慮投資和年運行費用，對負荷合理分配，選取容量與電力負荷相適應的變壓器，使其工作在高效低耗區(qū)內。

1.3 減少線路損耗

由于配電線路有電阻，有電流通過時就會產生功率損耗，其公式為：

ΔP=3I2R?10-3

式中：ΔP——三相輸電線路的功率損耗（KW）；I——線電流（A）；R——線路相電阻（Ω）。

其中“R”線路電阻在通過電流不變時，線路長度越長則電阻值越大。如果在一個工程中由于線路上下縱橫交錯，一般工程線路總的不下萬米，大工程更是不計其數，造成電能損耗是相當可觀的，所以減少線路能耗必須引起設計人員的足夠重視。在具體工程中，線路上電流一般是不變的，那么要減少線損，只能盡量減少線路電阻。而線路的電阻R=PL/S，即與導線電阻率P、導線長度Ｌ成正比，與導線截面Ｓ成反比。要減少電阻值應從以下幾個方面考慮：

1.3.1 盡量選用電阻率P較小的導線，如銅芯導線較佳，鋁線次之。

1.3.2 盡可能減少導線長度，在設計中線路應盡量走直線少走彎路，另外在低壓配電中盡可能不走或少走回頭路。變電所應盡可能地靠近負荷中心，以減少供電半徑。

1.3.3 電壓降要求的前提下，在選定線截面時加大一級線截面。這樣增加的線路費用，由于節(jié)約能耗而減少了年運行費用，綜合考慮節(jié)能經濟時還是合算的。

2 用電設備方面

2.1 照明的節(jié)能設計

照明節(jié)能設計就是在保證不降低作業(yè)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，從而最大限度的利用光能，通常的節(jié)能措施有以下幾種：

2.1.1 充分利用自然光，這是照明節(jié)能的重要途徑之一，在設計中電氣設計人員應多與建筑專業(yè)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，從而大大節(jié)約了人工照明電能。

2.1.2 照明設計規(guī)范規(guī)定了各種場所的照度標準、視覺要求、照明功率密度等等。照度標準是不可隨意降低的，也不宜隨便提高，要有效地控制單位面積燈具安裝功率，在滿足照明質量的前提下，一般房間（場所）應優(yōu)先采用高效發(fā)光的熒光燈（如T5、T8管）及緊湊型熒光燈，高大車間、廠房及體育館場的室外照明等一般照明宜采用高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等高效氣體放電光源。

2.1.3 推廣使用低能耗性能優(yōu)的光源用電附件，如電子鎮(zhèn)流器、節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器、電子觸發(fā)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(yōu)先選用電子鎮(zhèn)流器，氣體放電燈宜采用電子觸發(fā)器。

2.1.4 改進燈具控制方式，采用各種節(jié)能型開關或裝置也是一種行之有效的節(jié)電方法。根據照明使用特點可采取分區(qū)控制燈光或適當增加照明開關點。臥房、病房、客房等床頭燈可采用調光開關，高級客房采用節(jié)電鑰匙開關，公共場所及室外照明可采用程序控制或光電、聲控開關，走道、樓梯等人員短暫停留的公共場所可采用節(jié)能自熄開關。

2.2 提高供配電系統的功率因數

大多數用電設備均是根據電磁感應原理工作的，如配電變壓器、電動機等，它們都是依靠建立交變磁場才能進行能量的轉換和傳遞。為建立交變磁場和感應磁通而需要的電功率稱為無功功率，在功率三角形中，有功功率P與視在功率S的比值，稱為功率因數cosφ，其計算公式為：cosφ=P/S=P/（P2+Q2）1/2在電網的運行中，功率因數反映了電源輸出的視在功率被有效利用的程度，如何使得配電系統功率因數盡可能接近于1，使得電路中的無功功率可以降到最小，視在功率將大部分用來供給有功功率，從而提高電能輸送的功率。降低配電系統的電能損耗，是配電系統節(jié)能的途徑之一。采用無功補償通常有二種方式，集中自動補償和就地固定補償。

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(jié)能目的。前面提到的輸電線路損耗ΔＰ中包含了線路傳輸有功功率時而引起的線損和線路傳輸無功功率時引起的線損。傳輸有功功率是為了滿足建筑物功能所必須的，是不變的。而在供配電系統中的某些用電設備如電動機、變壓器、燈具的鎮(zhèn)流器以及很多家用電器等都具有電感性，會產生滯后的無功電流，它要從系統中經過高低壓線路傳輸到用電設備末端，無形中又增加了線路的功率損耗。然而這部分損耗是可以避免的，具體方法有：

2.2.1 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同步電動機等，電感性用電設備可選用有補償電容器的用電設備（如配有電容補償的熒光燈）等。

2.2.2 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。在具體工程設計中有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。

2.3 電動機節(jié)能設計

減少電動機損耗的主要途徑是提高電動機的工作效率和功率因數。在工程設計中應選用高效率的電動機，但是在具體工程中電動機通常都是水暖及建筑等專業(yè)設備所配套的，由設備制造商統一供應的，所以節(jié)能措施只能貫徹在運行過程中。除了就地電容器補償以減少線路損耗外主要是減少電動機輕載和空載運行，因為在輕載運行下電動機效率是極低的，切實可行的辦法是采用變頻調速控制電動機使其在負載率變化時自動調節(jié)轉速使得與負載變化相適應以提高電動機輕載時的效率從而達到節(jié)約電能的目的。

3 結語

總之，節(jié)能已成為現今各個行業(yè)領域關注的重要話題，而建筑電氣節(jié)能設計的空間還很大，因此，在這過程中扮演重要角色的電氣設計人員，應在設計中精心考慮，反復衡量，除了在安全性、可靠性、經濟性等各種技術指標滿足功能要求的前提下，同時，電氣設計人員還要綜合考慮各種因素，將節(jié)能技術用到建筑電氣照明設計中，精心思考，反復斟酌，從而真正達到提高照明效率，節(jié)約能源，為經濟的可持續(xù)發(fā)展和節(jié)約型的社會做出應有的貢獻。