论文部分内容阅读
【摘要】如何合理地利用电能，降低能耗，提高经济效益，对促进我国国民经济发展具有十分重要的意义。本文对建筑电气节能的原则、方法、配套措施进行了阐述。
【关键词】建筑 电气 节能措施
随着社会经济的发展，人口的不断增长以及人们对生活质量要求的不断提高，导致能源需求的扩增、能源消耗的增大、能源价格的攀升，从而造成能源危机。这就要求我们设计师在平常的工作中注重节能设计。
1．建筑电气节能的原则
1.1适用性。就是基于满足在建筑物内创造良好人工环境提供必要的能源，为建筑设备运行提供必需的动力，按照用电设备对于负荷容量、电能质量与供电可靠性等方面的要求，优化供配电设计，促进电能合理利用。
1.2实际性。要充分考虑实际经济效益合理选用节能设备及材料使节能增加的投资能在较短的时间内用节能减少下来的运行费用收回。
1.3节能性。应考虑采取措施减少或消除与发挥建筑物功能无关的消耗比如电气设备自身的电能消耗传输线路上的电能消耗等等，这应该是节能的着眼点。
2．建筑电气节能的措施
2.1供配电系统的节能
2.1.1合理选择和使用变压器。变压器的有功损耗按计算公式为，AP=Po+B2PK．式中：AP—变压器的有功损耗(KW)，Po—变压器的空载损耗(KW)由铁芯涡流损耗及漏磁损耗组成，其值与铁芯材料及制造工艺有关，与负荷大小无关，PK—变压器的短路损耗(KW)是变压器额定负载传输的损耗又称变压器线损．多称为铜损，它与流过绕组电流的平方成正比，B—变压器的负载率即变压器实际功率与额定功率的比值。由上式可得：选择节能型的变压器主要依据以下指标：(1)空载损耗低的变压器，可采用S9，SL9，SC8型的；(2)绕组阻值小，可以采用铜芯变压器；(3)负载率设定合理．从理论上来说，B=50％时。变压器的能耗最小，由于P0值是固定的，因此此时减少的是PK值，大量的实践证明，80％的负载率是最经济的节能。
2.1.2降低线路的功能损耗。当电网输送电能时。在电网中就产生有功损耗，单一线路有功损耗计算公式为：AP=12R，式中，△P—损失功率， R—导线电阻。线路上的电流是不能改变的，因此，要想减少线路的功能损耗，只有想办法减少导线的电阻。电阻计算公式为：R=p×US，式中，P为电导率，L为导线长度，S为导线截面积。从上述公式中，我们不难得出，要在建筑电气设计中，减少线路的功能损耗要做到以下几点：首先，选择电导率小的导线．铜线是比较好的选择。其次，在设计中，尽量减少导线的长度，尽可能使用直线，尽量少用或者不用回头线，因此要尽可能把配电箱放置负荷中心。最后，增大导线截面。可按照正常需求的截面，加大一级导线截面，既能减少功能损耗，又能延长使用寿命，并且还能提高用电的安全性。
2.2动力设备系统的节能
在建筑电气中常用的电动设备如风机、水泵和电梯等都是由设备制造厂商统一供应的，因此，其节能措施只能贯彻在运行过程中。除了上述的采用就地补偿电容器以减少线路由于输送超前无功而引起的有功损耗外，还应减少电动机轻载和空载运行，因为在这种情况下电动机的效率是很低的，消耗的电能并不与负载的下降成正比。采用变频调速器，当负载下降时，通过变频的方式，自动调节转速，使其与负载的变化相适应。采用这种方式可提高电动机在轻载时的效率，达到节能的目的。但是，这种设备的价格仍然偏高，因此在应用中受到一定的限制。另一种节能方式是采用软起动器，软起动器设备是按起动时间逐步调节可控硅的导通角，以控制电压的变化。由于电压可连续调节，因此起动平稳，起动完毕即全压投入运行，此设备也可采用测速反馈，电压负反馈或电流正反馈，利用反馈信息控制可控硅导通角，以达到速度随负载的变化而变化。它可用在电动机容量较大又需要频繁起动的设备以及附近用电设备对电压的稳定要求较高的场合，因为它从起动到运行，其电流变化不超过3倍，可保证电网电压的波动在所要求的范围内但它是采用可控硅调压，正弦波未导通部分的电能全部消耗在可控硅上不会返回电网。因此，它要求散热通风措施完善，其价格比变频器便宜，在大容量的风机、水泵用电动机的控制设备中可以应用。
2.3照明系统的节能
2.3.1减少设备使用时间。楼梯间、走廊这样的公共场所可采用自动控制的方式，做到人来灯亮，人走灯灭。考虑到线路损耗，对于面积小的房间可采用一灯一控或二灯一控；面积较大的房间采用多灯一控的方式。同时，设计时，应充分利用天然光。建筑物靠近室外的部分，在建筑物结构允许的情况下，门窗尽可能开的大些，门窗的玻璃采用选用透光率高的，可以充分利用自然光。非靠近室外的部分，可用导光管、反射高窗或棱镜窗将光线引入需要阳光的地方，以最大限度地减少照明设备的使用时间。
2.3.2提高光源的利用效率。首先要改善环境的反射条件，即建筑物内的墙壁、屋顶、地面以及家具的表面尽量光滑、色彩尽量选用浅色。当然考虑到健康因素。屋顶和墙面的光反射系数宜在55％-60％之间，地面宜为15％一35％。其次用高效光源，首选发光率高的光源，如节能灯、高压钠灯、金属卤化物灯、电磁感应灯等，这些光源节能效果及光效都非常显著，因此能够在照明系统的设计环节达到节能的目的。
2.3.3选择高效光源。光源的效率与电力消耗最为密切,常用各类光源中高压钠灯的光效为最高,而荧光灯和金属卤化物灯次之,高压汞灯不高,而白炽灯为最低。按不同的工作场所,选择相适应的高效光源,可以降低电能消耗,节约能源。故在设计中,应严格控制使用白炽灯(除了特别需要场所),尽量减少高压汞灯的使用量;推广使用细管径荧光灯和紧凑型荧光灯;大力推广高效、寿命长的高压钠灯和金属卤化物灯。
2.3.4 合理选用灯具。灯具节能应主要体现在高效率上,若效率过低,则很难用其他方法补救其节能效果。在 GB50034—2004《建筑照明设计标准》中已明确规定,室内外灯具效率分别高于 50%和 70% ,在所有灯具中,直接型灯具效率最高;带格栅式和带保护罩的灯具效率最低。故在满足眩光限制和其他特殊要求下,应选择前者。同时,根据使用现场不同,采用控光合理、光通量维持率高、光利用系数高、照明与空调一体化的灯具等, 使能源的综合利用，以达到节能目的。
2.4 电气节能新技术
供配电系统中的节能技术包括低损耗变压器S11、SCl0；高效电机Y2；节能耐腐型电缆桥架QGQJ；消除高次谐波装置(采用有源、无源滤波装置)；克服三相不平衡装置；稳定供电电压开关；浪涌吸收装置；无功补偿电容装置；各种调速节能装置(采用液力、斩波、变极、变频、电磁、晶闸管等)。建筑设备监控系统监控对象包括冷冻水及冷却水系统、热交换系统、采暖通风及空调节能系统、给排水系统、供配电系统、公共照明系统、电梯和自动扶梯系统等。考虑到投资、设备用房及管理人员综合技术水平等因素，一些设备供应商及专业公司根据客户要求，开发了单项节能技术，如照明总线控制技术、电能管理装置、空调系统节能自动控制装置、电梯群控装置等。
照明系统方面发光二极管(LED)被称为“绿色光源”,白光 LED 理论发光光效可达 200 lm/W,目前实验室里已经达到 100 lm/W,50 lm/w 的产品已进入市场,其较同等亮度的白炽灯耗电减少约 80% ,节能潜力巨大;随着LED 的迅速发展,发光光纤得以广泛应用,与 LED 光源结合,发光光纤现已在建筑物立面装饰、室内装饰及水下装饰广泛使用。
3.国家强制标准与鼓励政策
目前，国内与电气节能设计有关的主要标准、规范有：(1)GB 50353--2005(民用建筑设计通则》，(2)DGJ 08．107_2004、J 10307--2003(公共建筑节能设计标准》，(3)GB 50052--1995《供配电系统设计规范》，(4)GB 50053--1994(10 kV及以下变电所设计规范》，(5)GB 50054--1995(低压配电设计规范》，(6)GB 50055--1993《通用用电设备配电设计规范》，(7)GB 50034--2004(建筑照明设计标准》，(8)JGJ 16_2008《民用建筑电气设计规范》，(9)GB 50217--1994(电力工程电缆设计规范》，(10)GB 50368--2005(住宅建筑规范》，(11)GB 50096--2006((住宅设计规范》，(12)GB／T 50314--2006《智能建筑设计标准》，(13)GB／T 14549--1993《电能质量公共电网谐波》，(14)DG／TJ 08．1104--2005《公共建筑电磁兼容设计规范》，(15)全国民用建筑工程设计技术措施——节能专篇(电气分册等。
政府除了推行强制的标准之外，还应大力提倡自愿的节能标识。对于具有自愿性能耗标识的节能型产品，可以参照美国环保署(EPA)和美国能源部(DOE)联合推动的“能源之星”项目，获得“能源之星”标识的产品一般都要超过该类产品相应的最低能源效率标准。为促进自愿性能耗标识产品的推广应用，政府部门采取多种激励措施并积极发挥示范作用。经济激励是成功实施能效标准和标识的关键性配套政策措施。对于获得自愿性能耗标识产品，购买高效耗能电气的用户，新建节能住宅的开发商、设计者和业主，新建节能商用建筑的设计者等，政府应提供税费减免、财政补贴等优惠政策。
4结束语
建筑电气节能贯穿于项目的决策、设计、施工、投产、使用等整个周期。作为专业电气设计人员应该在整个设计过程中精心考虑，严谨地进行方案比较，從安全性、可靠性、经济性及节能性等方面进行综合考虑，选择合理的供配电方案，采用先进技术，选用高效设备，实施电网的经济运行技术,在节约能源、促进科学技术进步的同时，又保护了环境，取得社会效益及经济效益的双赢，保证我们高速的经济发展势头，实现社会的可持续发展。
【关键词】建筑 电气 节能措施
随着社会经济的发展，人口的不断增长以及人们对生活质量要求的不断提高，导致能源需求的扩增、能源消耗的增大、能源价格的攀升，从而造成能源危机。这就要求我们设计师在平常的工作中注重节能设计。
1．建筑电气节能的原则
1.1适用性。就是基于满足在建筑物内创造良好人工环境提供必要的能源，为建筑设备运行提供必需的动力，按照用电设备对于负荷容量、电能质量与供电可靠性等方面的要求，优化供配电设计，促进电能合理利用。
1.2实际性。要充分考虑实际经济效益合理选用节能设备及材料使节能增加的投资能在较短的时间内用节能减少下来的运行费用收回。
1.3节能性。应考虑采取措施减少或消除与发挥建筑物功能无关的消耗比如电气设备自身的电能消耗传输线路上的电能消耗等等，这应该是节能的着眼点。
2．建筑电气节能的措施
2.1供配电系统的节能
2.1.1合理选择和使用变压器。变压器的有功损耗按计算公式为，AP=Po+B2PK．式中：AP—变压器的有功损耗(KW)，Po—变压器的空载损耗(KW)由铁芯涡流损耗及漏磁损耗组成，其值与铁芯材料及制造工艺有关，与负荷大小无关，PK—变压器的短路损耗(KW)是变压器额定负载传输的损耗又称变压器线损．多称为铜损，它与流过绕组电流的平方成正比，B—变压器的负载率即变压器实际功率与额定功率的比值。由上式可得：选择节能型的变压器主要依据以下指标：(1)空载损耗低的变压器，可采用S9，SL9，SC8型的；(2)绕组阻值小，可以采用铜芯变压器；(3)负载率设定合理．从理论上来说，B=50％时。变压器的能耗最小，由于P0值是固定的，因此此时减少的是PK值，大量的实践证明，80％的负载率是最经济的节能。
2.1.2降低线路的功能损耗。当电网输送电能时。在电网中就产生有功损耗，单一线路有功损耗计算公式为：AP=12R，式中，△P—损失功率， R—导线电阻。线路上的电流是不能改变的，因此，要想减少线路的功能损耗，只有想办法减少导线的电阻。电阻计算公式为：R=p×US，式中，P为电导率，L为导线长度，S为导线截面积。从上述公式中，我们不难得出，要在建筑电气设计中，减少线路的功能损耗要做到以下几点：首先，选择电导率小的导线．铜线是比较好的选择。其次，在设计中，尽量减少导线的长度，尽可能使用直线，尽量少用或者不用回头线，因此要尽可能把配电箱放置负荷中心。最后，增大导线截面。可按照正常需求的截面，加大一级导线截面，既能减少功能损耗，又能延长使用寿命，并且还能提高用电的安全性。
2.2动力设备系统的节能
在建筑电气中常用的电动设备如风机、水泵和电梯等都是由设备制造厂商统一供应的，因此，其节能措施只能贯彻在运行过程中。除了上述的采用就地补偿电容器以减少线路由于输送超前无功而引起的有功损耗外，还应减少电动机轻载和空载运行，因为在这种情况下电动机的效率是很低的，消耗的电能并不与负载的下降成正比。采用变频调速器，当负载下降时，通过变频的方式，自动调节转速，使其与负载的变化相适应。采用这种方式可提高电动机在轻载时的效率，达到节能的目的。但是，这种设备的价格仍然偏高，因此在应用中受到一定的限制。另一种节能方式是采用软起动器，软起动器设备是按起动时间逐步调节可控硅的导通角，以控制电压的变化。由于电压可连续调节，因此起动平稳，起动完毕即全压投入运行，此设备也可采用测速反馈，电压负反馈或电流正反馈，利用反馈信息控制可控硅导通角，以达到速度随负载的变化而变化。它可用在电动机容量较大又需要频繁起动的设备以及附近用电设备对电压的稳定要求较高的场合，因为它从起动到运行，其电流变化不超过3倍，可保证电网电压的波动在所要求的范围内但它是采用可控硅调压，正弦波未导通部分的电能全部消耗在可控硅上不会返回电网。因此，它要求散热通风措施完善，其价格比变频器便宜，在大容量的风机、水泵用电动机的控制设备中可以应用。
2.3照明系统的节能
2.3.1减少设备使用时间。楼梯间、走廊这样的公共场所可采用自动控制的方式，做到人来灯亮，人走灯灭。考虑到线路损耗，对于面积小的房间可采用一灯一控或二灯一控；面积较大的房间采用多灯一控的方式。同时，设计时，应充分利用天然光。建筑物靠近室外的部分，在建筑物结构允许的情况下，门窗尽可能开的大些，门窗的玻璃采用选用透光率高的，可以充分利用自然光。非靠近室外的部分，可用导光管、反射高窗或棱镜窗将光线引入需要阳光的地方，以最大限度地减少照明设备的使用时间。
2.3.2提高光源的利用效率。首先要改善环境的反射条件，即建筑物内的墙壁、屋顶、地面以及家具的表面尽量光滑、色彩尽量选用浅色。当然考虑到健康因素。屋顶和墙面的光反射系数宜在55％-60％之间，地面宜为15％一35％。其次用高效光源，首选发光率高的光源，如节能灯、高压钠灯、金属卤化物灯、电磁感应灯等，这些光源节能效果及光效都非常显著，因此能够在照明系统的设计环节达到节能的目的。
2.3.3选择高效光源。光源的效率与电力消耗最为密切,常用各类光源中高压钠灯的光效为最高,而荧光灯和金属卤化物灯次之,高压汞灯不高,而白炽灯为最低。按不同的工作场所,选择相适应的高效光源,可以降低电能消耗,节约能源。故在设计中,应严格控制使用白炽灯(除了特别需要场所),尽量减少高压汞灯的使用量;推广使用细管径荧光灯和紧凑型荧光灯;大力推广高效、寿命长的高压钠灯和金属卤化物灯。
2.3.4 合理选用灯具。灯具节能应主要体现在高效率上,若效率过低,则很难用其他方法补救其节能效果。在 GB50034—2004《建筑照明设计标准》中已明确规定,室内外灯具效率分别高于 50%和 70% ,在所有灯具中,直接型灯具效率最高;带格栅式和带保护罩的灯具效率最低。故在满足眩光限制和其他特殊要求下,应选择前者。同时,根据使用现场不同,采用控光合理、光通量维持率高、光利用系数高、照明与空调一体化的灯具等, 使能源的综合利用，以达到节能目的。
2.4 电气节能新技术
供配电系统中的节能技术包括低损耗变压器S11、SCl0；高效电机Y2；节能耐腐型电缆桥架QGQJ；消除高次谐波装置(采用有源、无源滤波装置)；克服三相不平衡装置；稳定供电电压开关；浪涌吸收装置；无功补偿电容装置；各种调速节能装置(采用液力、斩波、变极、变频、电磁、晶闸管等)。建筑设备监控系统监控对象包括冷冻水及冷却水系统、热交换系统、采暖通风及空调节能系统、给排水系统、供配电系统、公共照明系统、电梯和自动扶梯系统等。考虑到投资、设备用房及管理人员综合技术水平等因素，一些设备供应商及专业公司根据客户要求，开发了单项节能技术，如照明总线控制技术、电能管理装置、空调系统节能自动控制装置、电梯群控装置等。
照明系统方面发光二极管(LED)被称为“绿色光源”,白光 LED 理论发光光效可达 200 lm/W,目前实验室里已经达到 100 lm/W,50 lm/w 的产品已进入市场,其较同等亮度的白炽灯耗电减少约 80% ,节能潜力巨大;随着LED 的迅速发展,发光光纤得以广泛应用,与 LED 光源结合,发光光纤现已在建筑物立面装饰、室内装饰及水下装饰广泛使用。
3.国家强制标准与鼓励政策
目前，国内与电气节能设计有关的主要标准、规范有：(1)GB 50353--2005(民用建筑设计通则》，(2)DGJ 08．107_2004、J 10307--2003(公共建筑节能设计标准》，(3)GB 50052--1995《供配电系统设计规范》，(4)GB 50053--1994(10 kV及以下变电所设计规范》，(5)GB 50054--1995(低压配电设计规范》，(6)GB 50055--1993《通用用电设备配电设计规范》，(7)GB 50034--2004(建筑照明设计标准》，(8)JGJ 16_2008《民用建筑电气设计规范》，(9)GB 50217--1994(电力工程电缆设计规范》，(10)GB 50368--2005(住宅建筑规范》，(11)GB 50096--2006((住宅设计规范》，(12)GB／T 50314--2006《智能建筑设计标准》，(13)GB／T 14549--1993《电能质量公共电网谐波》，(14)DG／TJ 08．1104--2005《公共建筑电磁兼容设计规范》，(15)全国民用建筑工程设计技术措施——节能专篇(电气分册等。
政府除了推行强制的标准之外，还应大力提倡自愿的节能标识。对于具有自愿性能耗标识的节能型产品，可以参照美国环保署(EPA)和美国能源部(DOE)联合推动的“能源之星”项目，获得“能源之星”标识的产品一般都要超过该类产品相应的最低能源效率标准。为促进自愿性能耗标识产品的推广应用，政府部门采取多种激励措施并积极发挥示范作用。经济激励是成功实施能效标准和标识的关键性配套政策措施。对于获得自愿性能耗标识产品，购买高效耗能电气的用户，新建节能住宅的开发商、设计者和业主，新建节能商用建筑的设计者等，政府应提供税费减免、财政补贴等优惠政策。
4结束语
建筑电气节能贯穿于项目的决策、设计、施工、投产、使用等整个周期。作为专业电气设计人员应该在整个设计过程中精心考虑，严谨地进行方案比较，從安全性、可靠性、经济性及节能性等方面进行综合考虑，选择合理的供配电方案，采用先进技术，选用高效设备，实施电网的经济运行技术,在节约能源、促进科学技术进步的同时，又保护了环境，取得社会效益及经济效益的双赢，保证我们高速的经济发展势头，实现社会的可持续发展。