论文部分内容阅读
【摘要】我国建筑业的迅速发展，其消耗的能源也在不断增长，而建筑中消耗的能源大都是以电能的方式消耗的，因此建筑电气的节能问题显得尤为重要。本文主要从建筑电气中的供配电系统、电气照明系统以及建筑电气设备的节能的问题并进行探究。
【关键词】 建筑电气 节能技术 要点
前言
我国的能源相对短缺，在每平方米建筑中的能源消耗约为发达国家的2至3倍。因此我国建筑电气节能技术的发展空间巨大，近年来，电气能源供需矛盾激化建筑用电是能源消耗的主要部分，所以我国建筑电气节能技术的发展迫在眉睫。如果在建筑工程中大量运用节能技术，可节约大量电源，同时可以延缓温室效应。
供配电系统的节能
供配电系统的节能包含在输送、转换、运行过程中的尽可能地减少损耗及在使用中的节能。
1.1减少变压器的功率损耗
变压器的有功功率损耗按下式表示：
△P=P0+β2Pk
式中：△P为变压器用功损耗（KW）；P0为变压器的空载损耗（KW）；Pk为变压器的有载损耗（KW）；β为变压器的负载率。
（1）降低空载损耗。P0作为变压器的空载损耗，又称为铁损．它是由铁芯的涡流 损耗及漏磁损耗组成，其值与铁芯材料和铁芯制造工艺等有关，与负荷大小无关，所以变压器应选用节能型的油浸变压器或干式变压器，它们均采用优质冷轧取向硅钢片，由于“取向”处理时硅钢片的磁畴方向接近一致，以减少铁芯涡流损耗，450全斜接缝结构使接缝密合性好，以减少漏磁损耗；
(2)降低负载损耗。PK为变压器额定负载传输的损耗，又称为变压器线损，其值取决于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小，因此需要考虑选用阻值较小的绕组，如选用铜芯变压器等；
(3)选择适宜的负载率。根据公式B=S／Sn，Sn为变压器额定容量，S为变压器运行中的实际容量，β2Pk用微分求其极值时，是在β=50％时每千瓦的负荷，此时变压器的能耗最小，但在β=50％负载率时仅减少变压器的线损，并未减少变压器的铁损，因此也不是最节能的。综合多方面因素，同时考虑变压器在使用期内预留适当的余量，变压器最经济节能运行的负载率一般在75％～85％之间；
(4)优化变压器的运行方式。对负荷进行合理分配，选择容量与电力负荷相适应的变压器，使其工作在高效低耗区，同一变电站的变压器尽量并联运行，根据负荷的变化调整并联运行的变压器的台数。另外，还需考虑控制各类非线性用电设备所产生的高次谐波，降低高次谐波值，减少变压器、电动机、线路等的损耗，降低变压器的运行环境温度，平衡三相负荷，合理选择变压器的接线方式等因素。
1．2减少输电线路上的能量损耗
由于线路上存在电阻，有电流流过时，就会产生有功功率损耗。功率损耗为：
△P=3Iβ22Rβ×10-3
式中: Iβ—相电流
Rβ—线路电阻
例如：在L=100m的VV-3×50＋2×25的电缆上传输60KW，cosφ=0.8的电能时其有功功率损耗量可由以下步骤求得：
Iβ=60／3-2×380×0.8=113.9（A）
芯线温度70℃50mm2铜芯线每千米电阻R0=0.44Ω，则
Rβ=0.1×0.44=0.044Ω
P=3×113.92×2×0.044×10-3=1.712KW
可看出，线路上的功率损耗也是非常大的。在一个工程中,线路较长且复杂交错,线路上的总有功损耗是相当可观的,减少线路的能耗须引起设计者足够的重视。线路的电流是不能改变的,要减少线路损耗,只有减少线路电阻。线路电阻R=ρ×L/S(式中:ρ为电导率;L为导线长度;S为导线截面积)。因此,减少线路的损耗应从以下几方面入手:
(1)选用电导率ρ较小的材质作导线,铜芯最佳。
(2)减少导线长度L。首先线路尽可能走直线,少走弯路,以减少导线长度;其次配电室或配电箱应位于负荷中心,减少配电导线长度L,以减少线路上的电能损失。民用建筑的主要用电为空调用电,其次为照明用电,还有所占份额不大的电梯、水泵、风机等动力用电。一般有空调的民用建筑,负荷中心往往是在空调主机附近。
(3)适当增大导线截面S,对于比较长的线路,除满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面,应再加一级导线截面,这样可以延长导线的使用寿命,减少线路的损耗,减少火灾危险。
(4)选择线芯截面时，技术性和经济性是相互依存的两个方面。按经济电流选择电缆截面可节约总费用，节省能源，有利于环境保护，具有明显的经济效益和社会效益。按照经济电流选择的电缆截面通常大于按照载流量所选的截面，但总费用支出会很小，而且增加的初期投资一般仅需2—4年即可收回。
二、提高系统的功率因数
提高功率因数可以減少线路及变压器损耗。线路上传输的功率分为有功功率和无功功率。有功功率是满足建筑物功能所必须的,是不可变的。电气系统的用电设备,如电动机、变压器、线路、气体放电灯中的整流器都具有电感,会产生滞后的无功功率,这就需要从系统中引入超前的无功功率相抵消,超前的无功功率就从系统经高低压线路传输到用电设备,在线路上就产生了功率损耗。这部分损耗是可以通过以下几种措施来降低的。
(1)提高设备的自然功率因数,以减少对超前的无功功率的需求,优先考虑采用功率因数较高的的同步电动机,荧光灯可采用高次谐波系数低于15%的电子镇流器。
(2)由于感抗产生的是滞后的无功功率,可采用电容器补偿,因为电容器产生的是超前的无功功率,两者可以相互抵消。采用电感镇流器的气体放电灯,安装电容器,可以提高功率因数,同时也提高了电源的输送能力。
(3)在用电设备选型及调速控制方案一定的情况下,若自然功率因素达不到要求,应进行无功功率的补偿。对供电点较远且无功功率较大的设备采用就地补偿,减少线路上的无功传输损耗,达到节能的目的;在用电设备集中的地方采用成组补偿;民用建筑内其他的无功功率则主要在变电所内集中补偿,并多采用自动无功功率补偿加固定补偿方式。
三、电气设备的节能技术
经济的发展，人们用电量越来越大，必须研发一套整体的节能设备系统，如泰豪企业研发了“泰豪BEMS建筑电气节能整体解决方案”，采用了多回路计量仪（如图1所示），结合远程监测技术、管理节能技术可对建筑实现数据采集、实时监控、实时审计，并提供能耗监测分析 、节能诊断，为建筑制定最佳节能方案和节能效果评估等一系列服务提供了准确的依据。可针对不同类型的建筑实现分项计量，自动生成数据台帐。而且一台多回路计量仪可监测32个单项回路或16条三项回路，可节省计量监测设备的投入。
图 1
1、照明节能技术
照明用电量大且面积广，照明的节能潜力很大。照明节能设计中,除了满足照度、光色、显色指数外，不能单靠减少灯具数量或降低功率,要充分利用自然采光，改善环境的反射条件，推广应用新光源和改进照明灯具的控制方式，从而达到节能的目的。
（1）选用高效光源。《建筑照明设计标准》GB50034—2004规定，一般情况下。室内外照明不应采用普通照明白炽灯，不应采用自镇流荧光高压汞灯。一般室内场所照明，优先采用T5、T8型细管荧光灯、紧凑型荧光灯或小功率金属卤化物灯等高效光源。高大空间和室外场所的一般照明、道路照明，应采用金属卤化物灯、高压钠灯等商光强气体放电灯。气体放电灯应采用耗能低的镇流器，且荧光灯和气体放电灯，必须安装补偿电容器补偿无功损耗。
（2）选用高效灯具。应优先选用直射光通比例，控光性能合理，反射或透射系数高、配光特性稳定的高效灯具。室内灯具效率不应低于70％，装有遮光栅格时，不应低于55％：室外灯具效率不应低于40％(但室外投光灯不应低于55％)。采用非对称光分布灯具，提高照明效能，选用变质速度较慢的材料制成的灯具，以减少光能衰减率。
（3）照明控制和管理。①充分利用自然光，根据自然光的照度变化，分组分片控制灯具开闭。每个开关控制灯的数量不要过多，以便管理和有利节能。②对大面积场所的照明设计，采取分区控制方式，这样可增加照明分支回路控制的灵活性，使不需照明的地方不开灯，有利节电。③有条件时，应尽量采用调光器、定时开关、节电开关等控制电气照明。公共走廊、楼梯间内安装带延时的光电自动控制装置。④室外照明系统为防止白天亮灯，采用光电控制器代替照明开关，以利节电。⑤在插座面板上设置翘板开关控制，当用电设备不使用时，可方便切断插座电源，消除设备空载损耗、达到节电的目的。⑥采用智能化照明管理系统．采用智能照明控制系统，提高了照明控制的自动化程度，在节省能源的同时，降低了运行管理费用。
2、暖通空调系统的节能
建筑暖通空调系统的能耗至少占建筑总能耗的50％以上，系统节能潜力巨大，优化系统设计是节能的前提，系统的自动控制则是节能成败的关键。建筑设备自动化系统(BA系统)是现代智能建筑的一个重要组成部分，也是建筑节能的有效途径之一，建筑物采用BA系统节能效率可达10％一30％。从整体上讲，暖通空调系统的自动控制应考虑下列策略：①机电设备启停优化控制；②变风量、變流量系统最优控制；③冬夏季部分负荷时水泵分设控制；④与冰蓄冷相结合的低温送风系统控制；⑤参数设定节能控制，包括温度标准设定、焓值控制、利用室内CO2浓度控制新风量等。
结语
总之，电气节能是建筑节能中不可忽略的重要组成部分，为了实现我国可持续发展战略，建筑节能势在必行。我国应结合实际情况，综合利用各种节能技术措施，选择经济合理的节能方案，推动建筑节能的健康发展。
参考文献
[1]陈众励，赵济安，邵民杰.建筑电气节能技术综述[J]，低压电器，2007
[2]梁美贵，浅析建筑电气节能技术措施[J]，科技资讯，2010，（12）
[3]张蕾，浅谈建筑电气节能技术[J]，江苏南京，科技风，2010.3
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
【关键词】 建筑电气 节能技术 要点
前言
我国的能源相对短缺，在每平方米建筑中的能源消耗约为发达国家的2至3倍。因此我国建筑电气节能技术的发展空间巨大，近年来，电气能源供需矛盾激化建筑用电是能源消耗的主要部分，所以我国建筑电气节能技术的发展迫在眉睫。如果在建筑工程中大量运用节能技术，可节约大量电源，同时可以延缓温室效应。
供配电系统的节能
供配电系统的节能包含在输送、转换、运行过程中的尽可能地减少损耗及在使用中的节能。
1.1减少变压器的功率损耗
变压器的有功功率损耗按下式表示：
△P=P0+β2Pk
式中：△P为变压器用功损耗（KW）；P0为变压器的空载损耗（KW）；Pk为变压器的有载损耗（KW）；β为变压器的负载率。
（1）降低空载损耗。P0作为变压器的空载损耗，又称为铁损．它是由铁芯的涡流 损耗及漏磁损耗组成，其值与铁芯材料和铁芯制造工艺等有关，与负荷大小无关，所以变压器应选用节能型的油浸变压器或干式变压器，它们均采用优质冷轧取向硅钢片，由于“取向”处理时硅钢片的磁畴方向接近一致，以减少铁芯涡流损耗，450全斜接缝结构使接缝密合性好，以减少漏磁损耗；
(2)降低负载损耗。PK为变压器额定负载传输的损耗，又称为变压器线损，其值取决于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小，因此需要考虑选用阻值较小的绕组，如选用铜芯变压器等；
(3)选择适宜的负载率。根据公式B=S／Sn，Sn为变压器额定容量，S为变压器运行中的实际容量，β2Pk用微分求其极值时，是在β=50％时每千瓦的负荷，此时变压器的能耗最小，但在β=50％负载率时仅减少变压器的线损，并未减少变压器的铁损，因此也不是最节能的。综合多方面因素，同时考虑变压器在使用期内预留适当的余量，变压器最经济节能运行的负载率一般在75％～85％之间；
(4)优化变压器的运行方式。对负荷进行合理分配，选择容量与电力负荷相适应的变压器，使其工作在高效低耗区，同一变电站的变压器尽量并联运行，根据负荷的变化调整并联运行的变压器的台数。另外，还需考虑控制各类非线性用电设备所产生的高次谐波，降低高次谐波值，减少变压器、电动机、线路等的损耗，降低变压器的运行环境温度，平衡三相负荷，合理选择变压器的接线方式等因素。
1．2减少输电线路上的能量损耗
由于线路上存在电阻，有电流流过时，就会产生有功功率损耗。功率损耗为：
△P=3Iβ22Rβ×10-3
式中: Iβ—相电流
Rβ—线路电阻
例如：在L=100m的VV-3×50＋2×25的电缆上传输60KW，cosφ=0.8的电能时其有功功率损耗量可由以下步骤求得：
Iβ=60／3-2×380×0.8=113.9（A）
芯线温度70℃50mm2铜芯线每千米电阻R0=0.44Ω，则
Rβ=0.1×0.44=0.044Ω
P=3×113.92×2×0.044×10-3=1.712KW
可看出，线路上的功率损耗也是非常大的。在一个工程中,线路较长且复杂交错,线路上的总有功损耗是相当可观的,减少线路的能耗须引起设计者足够的重视。线路的电流是不能改变的,要减少线路损耗,只有减少线路电阻。线路电阻R=ρ×L/S(式中:ρ为电导率;L为导线长度;S为导线截面积)。因此,减少线路的损耗应从以下几方面入手:
(1)选用电导率ρ较小的材质作导线,铜芯最佳。
(2)减少导线长度L。首先线路尽可能走直线,少走弯路,以减少导线长度;其次配电室或配电箱应位于负荷中心,减少配电导线长度L,以减少线路上的电能损失。民用建筑的主要用电为空调用电,其次为照明用电,还有所占份额不大的电梯、水泵、风机等动力用电。一般有空调的民用建筑,负荷中心往往是在空调主机附近。
(3)适当增大导线截面S,对于比较长的线路,除满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面,应再加一级导线截面,这样可以延长导线的使用寿命,减少线路的损耗,减少火灾危险。
(4)选择线芯截面时，技术性和经济性是相互依存的两个方面。按经济电流选择电缆截面可节约总费用，节省能源，有利于环境保护，具有明显的经济效益和社会效益。按照经济电流选择的电缆截面通常大于按照载流量所选的截面，但总费用支出会很小，而且增加的初期投资一般仅需2—4年即可收回。
二、提高系统的功率因数
提高功率因数可以減少线路及变压器损耗。线路上传输的功率分为有功功率和无功功率。有功功率是满足建筑物功能所必须的,是不可变的。电气系统的用电设备,如电动机、变压器、线路、气体放电灯中的整流器都具有电感,会产生滞后的无功功率,这就需要从系统中引入超前的无功功率相抵消,超前的无功功率就从系统经高低压线路传输到用电设备,在线路上就产生了功率损耗。这部分损耗是可以通过以下几种措施来降低的。
(1)提高设备的自然功率因数,以减少对超前的无功功率的需求,优先考虑采用功率因数较高的的同步电动机,荧光灯可采用高次谐波系数低于15%的电子镇流器。
(2)由于感抗产生的是滞后的无功功率,可采用电容器补偿,因为电容器产生的是超前的无功功率,两者可以相互抵消。采用电感镇流器的气体放电灯,安装电容器,可以提高功率因数,同时也提高了电源的输送能力。
(3)在用电设备选型及调速控制方案一定的情况下,若自然功率因素达不到要求,应进行无功功率的补偿。对供电点较远且无功功率较大的设备采用就地补偿,减少线路上的无功传输损耗,达到节能的目的;在用电设备集中的地方采用成组补偿;民用建筑内其他的无功功率则主要在变电所内集中补偿,并多采用自动无功功率补偿加固定补偿方式。
三、电气设备的节能技术
经济的发展，人们用电量越来越大，必须研发一套整体的节能设备系统，如泰豪企业研发了“泰豪BEMS建筑电气节能整体解决方案”，采用了多回路计量仪（如图1所示），结合远程监测技术、管理节能技术可对建筑实现数据采集、实时监控、实时审计，并提供能耗监测分析 、节能诊断，为建筑制定最佳节能方案和节能效果评估等一系列服务提供了准确的依据。可针对不同类型的建筑实现分项计量，自动生成数据台帐。而且一台多回路计量仪可监测32个单项回路或16条三项回路，可节省计量监测设备的投入。
图 1
1、照明节能技术
照明用电量大且面积广，照明的节能潜力很大。照明节能设计中,除了满足照度、光色、显色指数外，不能单靠减少灯具数量或降低功率,要充分利用自然采光，改善环境的反射条件，推广应用新光源和改进照明灯具的控制方式，从而达到节能的目的。
（1）选用高效光源。《建筑照明设计标准》GB50034—2004规定，一般情况下。室内外照明不应采用普通照明白炽灯，不应采用自镇流荧光高压汞灯。一般室内场所照明，优先采用T5、T8型细管荧光灯、紧凑型荧光灯或小功率金属卤化物灯等高效光源。高大空间和室外场所的一般照明、道路照明，应采用金属卤化物灯、高压钠灯等商光强气体放电灯。气体放电灯应采用耗能低的镇流器，且荧光灯和气体放电灯，必须安装补偿电容器补偿无功损耗。
（2）选用高效灯具。应优先选用直射光通比例，控光性能合理，反射或透射系数高、配光特性稳定的高效灯具。室内灯具效率不应低于70％，装有遮光栅格时，不应低于55％：室外灯具效率不应低于40％(但室外投光灯不应低于55％)。采用非对称光分布灯具，提高照明效能，选用变质速度较慢的材料制成的灯具，以减少光能衰减率。
（3）照明控制和管理。①充分利用自然光，根据自然光的照度变化，分组分片控制灯具开闭。每个开关控制灯的数量不要过多，以便管理和有利节能。②对大面积场所的照明设计，采取分区控制方式，这样可增加照明分支回路控制的灵活性，使不需照明的地方不开灯，有利节电。③有条件时，应尽量采用调光器、定时开关、节电开关等控制电气照明。公共走廊、楼梯间内安装带延时的光电自动控制装置。④室外照明系统为防止白天亮灯，采用光电控制器代替照明开关，以利节电。⑤在插座面板上设置翘板开关控制，当用电设备不使用时，可方便切断插座电源，消除设备空载损耗、达到节电的目的。⑥采用智能化照明管理系统．采用智能照明控制系统，提高了照明控制的自动化程度，在节省能源的同时，降低了运行管理费用。
2、暖通空调系统的节能
建筑暖通空调系统的能耗至少占建筑总能耗的50％以上，系统节能潜力巨大，优化系统设计是节能的前提，系统的自动控制则是节能成败的关键。建筑设备自动化系统(BA系统)是现代智能建筑的一个重要组成部分，也是建筑节能的有效途径之一，建筑物采用BA系统节能效率可达10％一30％。从整体上讲，暖通空调系统的自动控制应考虑下列策略：①机电设备启停优化控制；②变风量、變流量系统最优控制；③冬夏季部分负荷时水泵分设控制；④与冰蓄冷相结合的低温送风系统控制；⑤参数设定节能控制，包括温度标准设定、焓值控制、利用室内CO2浓度控制新风量等。
结语
总之，电气节能是建筑节能中不可忽略的重要组成部分，为了实现我国可持续发展战略，建筑节能势在必行。我国应结合实际情况，综合利用各种节能技术措施，选择经济合理的节能方案，推动建筑节能的健康发展。
参考文献
[1]陈众励，赵济安，邵民杰.建筑电气节能技术综述[J]，低压电器，2007
[2]梁美贵，浅析建筑电气节能技术措施[J]，科技资讯，2010，（12）
[3]张蕾，浅谈建筑电气节能技术[J]，江苏南京，科技风，2010.3
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。