謝玉柱

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源問題被提到越來越重要的地位。建筑的供配電系統(tǒng)的節(jié)能降耗問題則更顯得重要。我國大約有建筑面積五百多億平方米，能源消耗比世界平均水平高出1-2倍，而電氣建筑部分的能源消耗更是明顯，因此，降低建筑電氣節(jié)的能源消耗是大勢所趨。但是電氣建筑節(jié)能是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)，影響因子復(fù)雜的工程。所以，電氣工程師應(yīng)對所負(fù)責(zé)的電氣工程質(zhì)量具有高度負(fù)責(zé)的責(zé)任心，充分應(yīng)用自己的專業(yè)水平深入、細(xì)致的搞好電氣工程的技術(shù)、質(zhì)量、進(jìn)度、簽證、安全等管理工作，同時(shí)，建筑的電氣安裝要符合節(jié)能的需要。本文根據(jù)作者多年工作經(jīng)驗(yàn)就建筑電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能相關(guān)問題進(jìn)行了簡單的闡述。

關(guān)鍵詞：建筑電氣；設(shè)計(jì)；節(jié)能

引言

建筑工程電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能措施不能獨(dú)立于建筑功能而存在，建筑功能依賴建筑物內(nèi)的環(huán)境設(shè)備（如空調(diào)設(shè)備、采暖設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備）與公用設(shè)施設(shè)備（如供電設(shè)備、通訊設(shè)備、防火設(shè)備、供水設(shè)備、電梯設(shè)備）來實(shí)現(xiàn)。由于電力是最便捷的能源，建筑物內(nèi)環(huán)境設(shè)備與公用設(shè)施設(shè)備都依靠電力來支撐（即使是水暖系統(tǒng)也離不開電能的使用）。因此，建筑物節(jié)能設(shè)計(jì)最終都以節(jié)約電能為目的。建筑電氣專業(yè)雖然不可能從根本上大幅降低電能使用，但是，建筑電氣專業(yè)在節(jié)能方面也不是一無所能之處。新世紀(jì)以來，節(jié)能已經(jīng)成為社會發(fā)展的主流，也是建筑行業(yè)得以生存的基石。由于過敏經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及社會各行各業(yè)對店里能源需求不斷的增加，而發(fā)電機(jī)容量以及電網(wǎng)供電能力的不足造成了國內(nèi)大部分地區(qū)出現(xiàn)了不同程度上的電力供應(yīng)不足的現(xiàn)象?？梢?，在目前的建筑電氣設(shè)計(jì)中做好節(jié)能設(shè)計(jì)是多么的重要，這種社會趨勢也促使了建筑電氣節(jié)能地位的日益突出。由于我國電氣節(jié)能潛力是非常巨大的，因此在建筑設(shè)計(jì)中通常都將其放在首要的位置，是同建筑節(jié)能共存的一個(gè)話題。

一、建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則

在進(jìn)行建筑工程電氣設(shè)計(jì)時(shí)，既不能以犧牲建筑功能，損害使用需求為代價(jià)，也不能盲目增加投資，為節(jié)能而節(jié)能。

1適用性，也就是能夠?yàn)榻ㄖ姎庠O(shè)備的運(yùn)行提供必需的動力，建筑物內(nèi)創(chuàng)造良好的人工環(huán)境提供必要的能源；能夠滿足用電設(shè)備對于負(fù)荷容量、電能質(zhì)量與供電可靠性的要求能夠保證建筑電氣設(shè)備對于控制方式的要求，從而使電氣設(shè)備的使用功能得到充分的發(fā)揮。

2安全性，電氣線路應(yīng)有足夠的絕緣距離、絕緣強(qiáng)度、負(fù)荷能力、熱穩(wěn)定與動穩(wěn)定裕度，確保供電、配電與用電設(shè)備的安全運(yùn)行；有可靠的防雷裝置，防雷擊技術(shù)措施；特殊功能要求的場合下還應(yīng)有防靜電、防浪涌的技術(shù)措施，按建筑物的重要性與火災(zāi)潛在的危險(xiǎn)程度設(shè)置相應(yīng)必要的技術(shù)措施。

3在滿足民用建筑電氣工程的適用性和安全性的基礎(chǔ)上，采用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，優(yōu)化供配電設(shè)計(jì)，促進(jìn)電能合理利用。另外，提高設(shè)備運(yùn)行效率，減少電能的直接或間接損耗，在滿足建筑物對使用功能的要求和確保安全的前提下，盡可能減少建設(shè)投資，最大限度的減少電能與各種能源的消耗。做到選用節(jié)能設(shè)備、均衡負(fù)荷、補(bǔ)償無功、減少線路損耗、降低運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用，提高能源的綜合利用率。

二、建筑電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能措施

1照明

照明設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)建筑電氣節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過高質(zhì)量的照明設(shè)計(jì)可以創(chuàng)造高效、舒適、節(jié)能的建筑照明空間。在保證照度標(biāo)準(zhǔn)和照明質(zhì)量的前提下，盡可能減少照明系統(tǒng)中的能量損失，最有效地利用電能。

（1）合理選擇照度標(biāo)準(zhǔn)

選擇照度必須與視覺環(huán)境相適應(yīng)。合理的照度值和優(yōu)良的照明質(zhì)量形成的光環(huán)境可以提高工作效果和改進(jìn)人們的心情，要綜合考慮照明系統(tǒng)的總效率。民用建筑（含居住建筑、公共建筑）的照度標(biāo)準(zhǔn)、照明均勻度、統(tǒng)一眩光值、顯色指數(shù)、照明功率密度值等均應(yīng)符合《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)值。

（2）靈活選擇照明方案

照明分為一般照明、局部照明和混合照明3 種，應(yīng)根據(jù)不同設(shè)計(jì)對象靈活選擇。其中一般照明可結(jié)合局部照明，對于大型空間，實(shí)施分區(qū)照明。對于照度要求高的場合，利用一般照明加局部照明加強(qiáng)照明效果，實(shí)現(xiàn)按需布置、保證照度。照明電源線路應(yīng)盡量采用三相四線制供電，同時(shí)設(shè)計(jì)三相對稱照明負(fù)載以減少電壓損失，減小中性線電流。

（3）選擇高效光源和節(jié)能燈具

目前大部分使用的光源包括鹵鎢燈、熒光燈或小功率的高壓鈉燈，白熾燈逐漸被取代。其中緊湊型熒光燈和高強(qiáng)度氣體放電燈需要正確選擇鎮(zhèn)流器，根據(jù)功率和應(yīng)用場合選擇電子型或電感型鎮(zhèn)流器。同時(shí)設(shè)置電容補(bǔ)償，以提高功率因素。在今后設(shè)計(jì)中，需要推廣應(yīng)用發(fā)光均勻、波長一致、平均壽命長的節(jié)能型LED（發(fā)光二極管）光源。相對于白熾燈光源，白光LED 光效高、能耗低、穩(wěn)定性高，局限于目前的昂貴價(jià)格，未能得到廣泛應(yīng)用，但LED光源的自身特性決定它會成為目前理想的替代光源。燈具選擇上，選用高反射率高純電化鋁作為底反射器，變質(zhì)速度較慢的材料（玻璃）作為控光器的燈具，以減少光能衰減。

2供配電系統(tǒng)

合理選擇變壓器

變壓器的容量大小與能耗之間存在十分重要的聯(lián)系，容量過小，很容易造成超負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)致過載損耗增加；如果容量過大，而又不能被充分利用，則會使空載損耗增加，基于此點(diǎn)原因，在選擇變壓器時(shí)應(yīng)盡量根據(jù)實(shí)際情況來確定變壓器的容量，從而確保變壓器在運(yùn)行過程中始終保持最佳工作狀態(tài)，一般情況下，變壓器的負(fù)荷率應(yīng)盡可能大于30%，最佳工作范圍需在70%左右。此外，還應(yīng)盡量選擇節(jié)能型的變壓器，接線時(shí)可根據(jù)用電特點(diǎn)采用較為靈活的方式進(jìn)行接線。

（2）減少線路損耗

a減少導(dǎo)線長度，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，配電箱、低壓柜的出線回路應(yīng)盡可能為直線，并且不走或少走回頭線；變電所最好建在負(fù)荷中心附近，這樣可以減少接線長度；低壓線路的供電半徑可按照用電負(fù)荷密集區(qū)而定，大負(fù)荷密集地區(qū)半徑應(yīng)盡量控制在100m 以內(nèi)、中、小負(fù)荷密集區(qū)應(yīng)分別控制在150m 和250m 以內(nèi)。這樣做能夠節(jié)省敷設(shè)電纜的長度，使供電距離最短。從而達(dá)到減少線損的目的。

b增大導(dǎo)線的截面積，對于較長的線路，可以適當(dāng)加大一級線纜的截面積，雖然這樣會增加線路的費(fèi)用，但是卻可以減少年運(yùn)行費(fèi)用，增加的費(fèi)用估計(jì)大約可在2 年左右內(nèi)收回。

c對于高層建筑而言，變電室應(yīng)盡量靠近電氣豎井，以此來減少主線纜的長度，同時(shí)電氣豎井應(yīng)盡可能設(shè)在建筑的中部位置或兩端，這樣可以減少水平線纜的敷設(shè)長度。

d將負(fù)荷歸類。除了對計(jì)費(fèi)有特殊要求的負(fù)荷以及消防負(fù)荷以外，其余普通負(fù)荷可采用一條主電纜供電，這樣不僅方便消防電源切非操作，同時(shí)還可以在非空調(diào)季節(jié)使用同樣大的線路截面?zhèn)鬏斴^小的電流，使線路的損耗大幅度減少。

（3）無功補(bǔ)償

供配電系統(tǒng)中有很大一部分用電設(shè)備為電感性負(fù)荷，如變壓器、電動機(jī)等，它們在運(yùn)行時(shí)會產(chǎn)生無功電流，這部分電流流經(jīng)高低壓傳輸線路會使線路發(fā)生功率損耗。因此，在設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)時(shí)，可以考慮采用電容柜對系統(tǒng)進(jìn)行就地補(bǔ)償或集中補(bǔ)償，以此來減少無功電流，使功率因數(shù)有所提高。通常情況下，功率因數(shù)由0.7 提升到0.9，線路損耗約可減少40%左右。功率因數(shù)的大小需符合電力部門的要求，若無具體要求時(shí)，建議低壓用戶的功率因數(shù)可在0.85 以上，高壓可在0.9 以上。可見，無功補(bǔ)償不僅能夠改善電能的質(zhì)量，提高供電能力，而且還可以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

諧波抑制

隨著各類電力、電子設(shè)備在建筑中日益廣泛地應(yīng)用，由此產(chǎn)生的諧波電流對供配電系統(tǒng)產(chǎn)生的危害表現(xiàn)為諧波使電動機(jī)發(fā)熱效率下降4%～6%，使線路損耗增加1.5～2.5 倍，使變壓器局部嚴(yán)重過熱，造成銅損和鐵損增加2～2.5 倍。諧波還會導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動裝置的誤動作并會使電氣儀表的計(jì)量產(chǎn)生2%～20%誤差?？梢?，諧波電流的存在不僅增加了供配電系統(tǒng)的電能損耗，而且對供配電線路和設(shè)備安全工作產(chǎn)生危害。為了抑制諧波，通常設(shè)計(jì)時(shí)，在變壓器低壓側(cè)或用電設(shè)備處單獨(dú)設(shè)置有源濾波器、無源濾波器，也可將有源濾波器和無源濾波器混合使用或采用節(jié)電裝置。通過以上措施有效地濾除中性線和相線的諧波電流，不僅凈化了電路，降低了能耗，而且提高了供電質(zhì)量，提高了設(shè)備使用壽命。

3電動機(jī)

（1）根據(jù)電動機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的原則合理選用電動機(jī)。如恒負(fù)載連續(xù)運(yùn)行，功率在250kW 及以上，宜采用同步電動機(jī)、功率在200kW 及以上，宜采用高壓電動機(jī)、除特殊負(fù)載需要外，一般不宜采用直流電動力。電動機(jī)功率選擇，應(yīng)根據(jù)負(fù)載特性和運(yùn)行要求合理選擇，使電動機(jī)工作在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍內(nèi)。異步電動機(jī)當(dāng)采取更換或改造措施時(shí)，須經(jīng)綜合功率損耗與節(jié)約功率計(jì)算及起動轉(zhuǎn)距的校驗(yàn)后，在滿足機(jī)械負(fù)載要求的條件下，使新投入的電動機(jī)工作在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍內(nèi)。

（2）采用高效率電動機(jī)，減少電動機(jī)損耗。

（3）對輕載電動機(jī)采取降壓運(yùn)行方式實(shí)現(xiàn)節(jié)能。如改變電動機(jī)繞組接法，對經(jīng)常處于輕負(fù)荷動行的電動機(jī)，應(yīng)采用三角- 星切換裝置，將三角形接法的電動機(jī)改為星形接法，降低電機(jī)運(yùn)行電壓可以達(dá)到良好的節(jié)電效果。

（4）電動機(jī)無功功率就地補(bǔ)償。如遠(yuǎn)離電源的水源泵站電動力、距離供電點(diǎn)200m 以上的連續(xù)運(yùn)行電動機(jī)、輕載或空載運(yùn)行時(shí)間校長的電動機(jī)、YZR 或YZ 系列電動機(jī)、高負(fù)載率變壓器供電的電動機(jī)均應(yīng)首先采用電動機(jī)無功功率就地補(bǔ)償。

結(jié)束語

在當(dāng)前的建筑電氣設(shè)計(jì)中，應(yīng)把電能消耗指標(biāo)作為全面技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的重要組成部分。節(jié)約電能應(yīng)以提高能源利用率和綜合效益為主要途徑，根據(jù)技術(shù)先進(jìn)、安全適用、經(jīng)濟(jì)合理、節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的原則確定設(shè)計(jì)方案。通過正確的計(jì)算，合理選擇電氣設(shè)備及其控制方式，盡量在不增加或少增加投資的前提下取得較顯著的節(jié)電效果。

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