摘要：本文從民用建筑電氣設(shè)計中影響節(jié)能的幾個主要方面闡述了節(jié)能理念和節(jié)能措施。

關(guān)鍵詞：變壓器 線路損耗 ?無功功率補償 照明節(jié)能

能源是人類生活中最重要的資源，是關(guān)于我們現(xiàn)實和未來生存發(fā)展的最基本、最核心的動力問題。目前，我國正處于國民經(jīng)濟快速發(fā)展時期，中國經(jīng)濟高速增長的必要支撐條件之一是能源需求的巨幅增長，這對于我們這個能源資源人均擁有量大大低于世界平均水平的國家來說是一個不可承受之重。所以我們有權(quán)利也有責任在設(shè)計工作中認真考慮節(jié)能問題，并把節(jié)約電能放在首位。

近年來，國家及相關(guān)部門已經(jīng)深切認識到節(jié)能問題的重要性和緊迫性，建筑節(jié)能工作已經(jīng)全面展開并不斷深化，建筑節(jié)能技術(shù)不斷進步，建筑節(jié)能的設(shè)計標準也在不斷的完善。而且隨著社會的發(fā)展和進步，公眾節(jié)能的意識不斷增強，節(jié)能的理念也越來越為更多的人所接受。

建筑節(jié)能實際上是一項十分艱巨而復雜的工作，它甚至比某些建筑智能化系統(tǒng)的應(yīng)用更為困難。因此，要想在建筑節(jié)能方面有所收獲的話就要對其進行系統(tǒng)、全面和綜合的分析、研究、實踐。

建筑電氣節(jié)能的設(shè)計原則

（1）適用性原則

所謂的適用性原則就是在滿足為建筑物內(nèi)的良好的人工環(huán)境提供必要的能源，為建筑設(shè)備提供必須的動力，為用電設(shè)施提供可靠的負荷容量等條件的情況下，優(yōu)化供配電設(shè)計，從而促進電能的合理化運用。也就是說不能因為節(jié)能而影響建筑物的整體功能。要保證建筑物照明的照度、色度及顯色指數(shù);要滿足建筑物舒適衛(wèi)生的良好環(huán)境;滿足各處運輸通道的暢通無阻等等。

（2）節(jié)約性原則

所謂的節(jié)約性原則就是指在電氣節(jié)能設(shè)計中要充分考慮到實際的經(jīng)濟效益，不能因為節(jié)能而過高的消耗投資，增加運行費用。而是要科學合理的選用節(jié)能設(shè)備和材料，爭取實現(xiàn)用較低的投資得到最大的經(jīng)濟效益。使因節(jié)能而增加的投資可以在最短的時間內(nèi)用節(jié)能減少下來的運行費用收回。

（3）節(jié)能性原則

所謂節(jié)能性原則就是要節(jié)省無謂消耗的能量。首先要找出哪些地方的能量消耗是與發(fā)揮建筑物的功能無關(guān)的，在考慮采取什么措施節(jié)約能源。如著眼于電氣設(shè)備自身的電能消耗、變壓器的功能損耗、傳輸線上的電能損耗等方面，節(jié)能設(shè)計應(yīng)該把握“滿足功能、經(jīng)濟合理、技術(shù)先進的原則”。

近年來，由于國家經(jīng)濟的高速增長，電力供應(yīng)也越來越緊張，每年的用電高峰，供電缺口都在增大，而且我國發(fā)電所使用的主要能源是不可再生的煤，不僅對環(huán)境污染同時也不夠節(jié)約能源。所以，各行各業(yè)提出了節(jié)能的要求，節(jié)約二次能源——電能，也就成為民用建筑電氣中重點，本人認為在民用建筑中可以從以下幾點的應(yīng)用來貫徹節(jié)能措施：

1、選擇更先進更節(jié)能的配電變壓器

隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展和科技的不斷進步，新材料新工藝的廣泛應(yīng)用，新的低損耗配電變壓器先后開發(fā)成功，盡管配電變壓器已是高效率的設(shè)備，但由于數(shù)量的巨大和空載耗電的固定性，變壓器效率即使有微小的改進也能獲得相當大的能源節(jié)約和減少溫室氣體的排放，因此其本身存在巨大的節(jié)能潛力.現(xiàn)在在我國應(yīng)用的較多的主要有油浸式變壓器，干式變壓器，箱式變壓器等。

1.1 油浸式變壓器：國家從1999年起國家規(guī)定淘汰并停止生產(chǎn)S7系列油浸式配電變壓器，2001年在S9基礎(chǔ)上我國又開發(fā)出S11系列變壓器，使空載損耗進一步降低。S11型變壓器適應(yīng)范圍廣，性能水平優(yōu)于S9，節(jié)約能源，與S9變壓器比，它的空載損耗平均降低百分之三十，空載電流平均下降百分之七十，而且噪音水平也下降了，減少了城市的噪音污染。

1.2 干式變壓器：近年隨著高層及大中型建筑的增多，以前用量較少的干式變壓器因為它的結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，安全性能好等優(yōu)點已得到很大發(fā)展。目前SC9型為國內(nèi)干式新型節(jié)能變壓器，損耗比老產(chǎn)品大大降低，比老SC8干式變壓器空載損耗平均降低百分之八十七，負載損耗平均降低百分之十，另外變壓器的噪音水平也明顯降低。

1.3 箱式變壓器：箱式變壓器即為高低壓預(yù)制式變電站，由變壓器制造廠生產(chǎn)。因為占地面積較小而且就近設(shè)于負荷中心，可降低線損，也屬于節(jié)能變壓器，現(xiàn)在在民用住宅小區(qū)中應(yīng)用非常多。

綜上所述，目前適合國內(nèi)需求的節(jié)能產(chǎn)品是S9型及S11型配電變壓器，有防火要求的地方，可采用環(huán)氧樹脂澆注的干式變壓器，住宅小區(qū)多為箱式變壓器。而配電變壓器的節(jié)能原理主要體現(xiàn)在減少變壓器的有功功率損耗 變壓器的有功功率損耗如下式表示：△Pb=Po+Pkβ2其中：△Pb——變壓器有功損耗（KW）;Po——變壓器的空載損耗（KW）;Pk——變壓器的有載損耗（KW））;β——變壓器的負載率。Po部分為空載損耗又稱鐵損，它是由鐵芯的渦流損耗及漏磁損耗組成，是固定不變的部分，大小隨矽鋼片的性能及鐵芯制造工藝而定。所以，變壓器應(yīng)選用節(jié)能型的，如S9、及SC9等型油浸變壓器或干式變壓器，它們都是采用優(yōu)質(zhì)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，以減少鐵芯的渦流損耗;45°全斜接縫結(jié)構(gòu)，使接縫密合性好，以減少漏磁損耗。 Pk是傳輸功率的損耗，即變壓器的線損，決定于變壓器繞組的電阻及流過繞組電流的大小，即負載率β的平方成正比。因此，應(yīng)選用阻值較小的繞組，可采用銅芯變壓器。從Pkβ2用微分求它的極值，在β=50%處每千瓦的負載，變壓器的能耗最小。因此，在80年代中期設(shè)計的民用建筑，變壓器的負載率絕大部分在50%左右，在實際使用中有一半變壓器沒有投入運行，這種做法有的一直沿襲至今。但是，這僅是為了節(jié)能，而沒有考慮經(jīng)濟價值。舉下例可看出其不可取的程度。SC3-2000KVA的變壓器，當β=50%時相對于β=85%時可節(jié)能為P=16.01×（0.852-0.52）=7.56KW，按商場最高用電小時計：每天12小時，365天全營業(yè)，則總節(jié)約電能：W=7.56×12×365=33113KW·h。按營業(yè)性電價每度0.78元計，則每年節(jié)約：33113×0.78=25828元。按每千瓦的初裝費投資：2000KVA變壓器應(yīng)是大型民用建筑，必然雙電源進線，則初裝費每KVA為2240元，每年節(jié)能省下的電費只能提供（25828/2240=11.53）11.53KVA的初裝費。還有988.5KVA的初裝費，加上由于加大變壓器容量而多付的變壓器價格，由于變壓器增加而使出線開關(guān)柜、母聯(lián)柜增加引起的設(shè)備購置費，安裝上述設(shè)備使土建面積增加而引起的土建費用，這是筆相當可觀的投資，還沒有計及折舊維護等費用。由此可見，取變壓器負載率為50%是得不償失的。

事實上50%負載率僅減少了變壓器的線損，并沒有減少變壓器的鐵損，因此也不是最節(jié)能的措施。計及初裝費、變壓器、低壓柜、土建的投資及各項運行費用，又要使變壓器在使用期內(nèi)預(yù)留適當?shù)娜萘?，變壓器的負載率應(yīng)在75%～85%為宜。這樣也可以做到物盡其用，因為變壓器絕緣的使用年限滿負荷計為20年，20年后可能有更好的變壓器問世，這樣就可以有機會更換新的設(shè)備，才能使該建筑總趨技術(shù)領(lǐng)先地位。為減小變壓器損耗，當容量大而需要選用多臺變壓器時，在合理分配負荷的情況下，盡可能減少變壓器的臺數(shù)，選用大容量的變壓器。例如需要裝機容量為2000KVA，可選2臺1000KVA，不選4臺500KVA。因為選用前者可節(jié)能：△P=4×（1.6+4.44）-2×（2.45+7.45）=4.36KW（全按β=100%計，同等條件，SC3變壓器）。

2、減少線路上的能量損耗

在一個工程中，線路左右上下縱橫交錯，小工程線路全長不下萬米，大工程更是不計其數(shù)，所以線路上的總有功損耗是相當可觀的，減少線路上的能耗必須引起重視。 由于線路上存在電阻，有電流流過時，就會產(chǎn)生有功功率損耗。其公式如下：△P=3IΦ2R×10-3KW） 式中：IΦ——相電流（A） R——線路電阻（Ω）。

線路上的電流是不能改變的，要減少線路損耗，只有減小線路電阻。線路電阻R=P×L/s，即線路電阻與電導P成正比，與線路截面S成反比，與線路長度L成正比，因此減少線路的損耗應(yīng)從以下幾方面入手。①應(yīng)選用電導率較小的材質(zhì)做導線。②減小導線長度。③增大導線截面。

3、采用合適的無功補償裝置，提高功率因素

3.1選擇合理無功補償方式。目前，民用建筑設(shè)計中，絕大部分采用變壓器低壓側(cè)集中補償，這種做法僅減少了區(qū)域變電站至用戶處的高壓線路上的無功傳輸，提高了用戶處的功率因數(shù)，可以不受或少受供電局局的罰款。而對用戶，無功仍由變壓器低壓母線經(jīng)傳輸線路輸送到各用戶點，低壓線路上的無功傳輸并沒有減少，那么無功補償也就達不到節(jié)能的目的。在民用建筑中應(yīng)改變電容器集中安裝的做法，對容量超過10KW的風機、水泵、傳送帶等電動機端設(shè)置就地補償裝置，空調(diào)主機及冷凍泵等常在其附近設(shè)專用變配電所，可以集中補償，但若供電距離超過20m時也最好采用就地補償。這樣才能使線路上的無功傳輸減少，達到節(jié)能目的。

3.2 提高設(shè)備的自然功率因數(shù)，以減少對超前無功的需求。可采用功率因數(shù)較高的同步電動機;熒光燈可采用高次諧波系數(shù)低于15%的電子鎮(zhèn)流器;采用電感鎮(zhèn)流器的氣體放電燈，單燈安裝電容器等，都可使自然功率因數(shù)提高到0.85～0.95，這就可減少系統(tǒng)高、低壓線路傳輸?shù)某盁o功功率。 由于感抗產(chǎn)生的是滯后的無功，可采用電容器補償，因為電容器產(chǎn)生的是超前的無功，兩者可以相互抵消，即Q=QL-QC，因此無功補償，可以提高功率因數(shù)，因而也減小了無功的需求

減少自然無功、無功補償及補償裝置的安裝地點，就可以實現(xiàn)合理的選擇無功補償方式而達到節(jié)能的目的。

4、照明節(jié)能

據(jù)統(tǒng)計，我國照明用電量已占總用量的10%～12%。按照我國提出的“中國綠色照明工程”，照明節(jié)電已成為節(jié)能的重要方面。2019年國家正式實施《建筑照明設(shè)計標準》（GB50034-2019）該標準不僅有“照明節(jié)能”，同時整個標準都貫穿了綠色照明的宗旨和理念。該標準要求了設(shè)計著運用科學合理的設(shè)計方法，正確選用優(yōu)質(zhì)和高效的照明器材，以及合理的配電系統(tǒng)，控制方式獲得更好的節(jié)能效果。

4.1充分利用天然光源

照明節(jié)能工程中的一個較為主要的內(nèi)容是如何充分利用天然光源。隨著人們對能源和環(huán)境保護的日益關(guān)注，建筑物中如何充分利用天然光源來節(jié)約照明用電已引起廣泛重視。天然光源是取之不盡、用之不竭的能源。在照明節(jié)能的實施工程中，應(yīng)當充分加以利用，制定建筑物的采光標準，確定采光方式，將采光方式，將采光和照明有機地結(jié)合起來。白天盡可能地利用天然光源，使建筑物內(nèi)獲得穩(wěn)定的光照條件。同時，室內(nèi)引入陽光，既能大大節(jié)約照明能耗，亦有助于提高室內(nèi)溫度，對于降低建筑能耗也具有重要的現(xiàn)實意義。

4.2采用高效節(jié)能光源

在滿足照明質(zhì)量的前提下，應(yīng)選用細管徑直管熒光燈、緊湊型熒光燈。對燈具懸掛位置較高的場所的一般照明，宜采用高壓鈉燈、金屬鹵化物燈或鎮(zhèn)流高壓熒光汞燈，其綜合費用低、視覺質(zhì)量高，同時也節(jié)約能源。除特殊情況外，不宜采用管形鹵鎢燈及大功率普通白熾燈，燈具懸掛位置較低的場所照明宜采用熒光燈。

4.3根據(jù)照明部位的燈光布置形式和環(huán)境條件

選擇合適的照明控制方式房間有多列燈具時，按與側(cè)窗平行控制;生產(chǎn)場所按車間、工段、工序分組控制;電化教室、會議室、報告廳等場所，按靠近或遠離講臺分組控制。建筑科技的飛速發(fā)展，讓燈具的控制方式更加個性化、人性化、智能化，例如，人體感應(yīng)或動靜感應(yīng)開關(guān)，智能化面板開關(guān)等新的控制方式逐步進入到我們的身邊。

選擇優(yōu)質(zhì)的電光源科學的選用電光源是照明節(jié)電的首要工作：節(jié)能的電光源發(fā)光效率要高，使得每瓦電（W）發(fā)出更多光通量（Lm）。白熾燈泡發(fā)光效率一般為7～20Lm/W，其壽命一般為1000h，特殊的為2000h;單端的緊湊型熒光燈（俗稱節(jié)能燈）其光通量一般為50Lm/W，采用一只9W壽命3000～5000h的節(jié)能燈完全可以替代40W的白熾燈泡;雙端直管熒光燈T12型的光通量為55 Lm/W，壽命為3000～5000h，而現(xiàn)在的T5型則達到90～110 Lm/W，壽命可達8000～10000h.所以T12，T10甚至T8型的熒光燈都應(yīng)該淘汰，不但可以節(jié)約大約50%的電能，還會改善燈光的顯色性。除以上光源外，還有高強氣體放電燈，如高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、無極燈、發(fā)光二極管和半導體照明燈等，科學技術(shù)的發(fā)展，電光源也層出不窮。

選擇節(jié)電的照明電器配件在各種氣體放電光源中均需要有電器配件：例如鎮(zhèn)流器，舊的T12熒光燈其電感鎮(zhèn)流器要消耗其20%的電能，40W燈，其鎮(zhèn)流器耗電約8W;而節(jié)能的電感鎮(zhèn)流器則耗電小于10%，更節(jié)能的電子鎮(zhèn)流器，則只耗電其2～3%，也是一筆不小的節(jié)電措施。

安裝照明系統(tǒng)節(jié)電器：目前國內(nèi)外都大力推廣照明節(jié)電器，在現(xiàn)在照明系統(tǒng)上加裝節(jié)電控制設(shè)備。國內(nèi)市場上的照明節(jié)能設(shè)備很多，其中照明控制節(jié)電裝置所占比例最大。

合理利用太陽能：太陽能作為最環(huán)保又節(jié)電的能源其利用前景是非常可觀的，目前有些住宅小區(qū)和公共建筑的庭院照明，景觀照明和樓梯間的公共照明已經(jīng)采用了這種技術(shù)，在道路照明上也有應(yīng)用。它主要是根據(jù)光電效應(yīng)把太陽能直接變成電能供照明使用，目前常用的硅太陽能電池就屬于這類換能部件，它的換能效率可達百分之十三到百分之二十。

作者簡介：

王懌鵬（1987- ），本科，工學學士，電氣工程師，電氣自動化工程師，建筑智能化工程師，研究方向：民用建筑電氣設(shè)計、建筑智能化系統(tǒng)設(shè)計。