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摘要：在建筑工程中使用电气节能技术能够大幅度降低建筑物能耗。在电气节能技术的设计中应当以照明、空调为重点选择，综合考虑配电系统、线路设计和提高功率因数等多方面因素，本文论述了电气节能技术在建筑工程的设计中应当怎样合理应用，以期达到节能的根本目的。
关键词：建筑设计；电气节能；方法
Abstract: in building engineering electric energy conservation technology use could drastically lower building energy consumption. In the design of the electric energy conservation technology should be lighting, air conditioning for key selection, comprehensive consideration of the power distribution system, line design and improve the power factor and so on various factors, this paper discusses the technology in architectural engineering electric energy conservation in the design of the application shall be how reasonable, so as to achieve the fundamental goal of saving energy.
Keywords: architectural design; Electrical energy saving; methods
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
引言
随着社会经济的快速发展，人类对能源的需求也愈来愈强烈，对能源的需求也日益提高，各类能源供不应求，同时，我们也能看到在我国能源的浪费现象依然严重。我国的建筑能源的消耗相对发达国家来说损耗相对较高，并且我国每年用于建筑能源的消耗约占社会能源总消耗的30%，随着我国建筑行业的高速发展，这一比例也呈现出不断扩大的态势。近年来，国家和相关部门已经发布了民用建筑、公用建筑等节能设计标准，并实施了一大批建筑电气节能技术的试点和推广项目。电气节能技术从维护结构节能技术、空调采暖节能技术和电气设备节能技术，发展到可再生能源节能技术在现代建筑行业中的引入，使节能理念被越来越多的人所接受，人们的节能意识也在不断地增强，从而为电气节能技术在现代建筑行业中的引入创造了条件。
1.合理确定变压器的负载率
变压器损耗通常占整个系统网损的60％～70％，是电力系统的主要损耗元件。民用建筑中变压器台数多、分布广、损耗问题尤为突出。变压器的损耗包括铁损和铜损，铁损是铁芯中涡流损耗和磁滞损耗之总和，取决于变压器铁芯材料及其厚度，变压器型式确定后，铁损也基本确定。而铜损是电流经变压器原、副绕组时在绕组中的电阻损耗功率，铜损与负载的平方成正比，不同的负载率所对应的变压器效率不同，变压器的效率：
式中： 一变压器一次侧输入的有功功率，kW；
一变压器二次侧输出的有功功率，kW，
—变压器的铁损，kW：
变压器的铜损，kW， ；
一变压器负载率；
一变压器额定容量.kVA：
一负载的功率因数；
变压器通过额定电流时的铜损，kW。
将 和 代入(2)式得：
设变压器在额定电压下运行， 不变，当 一定时，从(3)式可见：变压器效率 只与负载率 有关，变压器的最高效率发生在 点，经求导得最高效率和最佳负载率分
别为 和
不同類型、不同容量的变压器的最佳负载率有所不同。在实际运行中，负载率是依时间而变化的函数。从节能及经济运行的角度而言，只有在一定的时段内变压器的平均效率接近最高效率才有实际意义。而民用建筑变压器往往下半夜为轻载，不可能在全天的运行中都处于最佳负载率状态，因此《全国民用建筑工程设计技术措施》(电气)的有关章节中，从技术安全和经济运行的角度综合考虑，将民用建筑变压器的最佳负载率指导性地定在70％～85％范围，明确了变压器在这个范围内负载运行是经济合理的。但仍有些工程设计仅根据一些工具书的 (单台变压器容量)≥ (计算负荷)选择条件来确定变压器容量，取负载率接近1，这种做法虽然理论上仍安全、可行，也减少了首期投资，但忽略了关键的经济运行因素，造成了日后长期运行的偏高电能损耗，仍然得不偿失。
2.做好节能设计的具体方法
2.1选好导线
应选用电导率较小的材质做导线。铜芯最佳，但又要贯彻节约用铜的原则。因此，在负荷较大的二类、一类建筑中采用铜导线，在三类或负荷量较小的建筑中采用铝芯导线。
减小导线长度。首先，线路尽可能走直线，少走弯路，以减少导线长度；其次，低压线路应不走或少走回头线，以减少来回线路上的电能损失；第三，变压器尽量接近负荷中心，以减少供电距离，当建筑物每层平面在10000m2左右时，至少要设两个变配电所，以减少干线的长度；第四，在高层建筑中，低压配电室应靠近竖井，而且由低压配电室提供给每个竖井的干线，不至于产生支线沿着干线倒送的现象。亦即低压配电室与竖井位置的布局上应使线路都分向前送，尽可能减少回头输送电能的支线。
增大导线截面。首先，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，再加大一级导线截面，所增加的费用为M，由于节约能耗而减少的年运行费用为m，则M/m为回收年限，若回收年限为几个月或一、二年，则应加大一级导线截面。一般而言，导线截面小于70m2，线路长度超过100m的增加一级导线截面比较容易实现上述条件。其次，利用某些季节性负荷的线路，这些用户不用时，可提供给常期用户作供电线路使用，以减少线路和电阻。例如，将空调风机、风机盘管与照明、电开水等计费相同的负荷，集中在一起，采用同一干线供电，既可便于用一个火警命令切除非消防用电，又可在春秋两季空调不用时，使同样大的干线截面传输较小的电流，从而减小了线路损耗，这就相当于充分利用了季节负荷的线路。
2.2提高功率因数减少无功输送
在交流电网中，转换为其它形式的能量而消耗掉的电功率称为有功功率，用于建立如变压器、电动机等交变磁场所需的这部分电功率称为无功功率。输送无功功率也要消耗能量。因此国家相关法规中明确要求采取无功补偿来提高功率因数，减少无功在电网中的流动，降低网损。
当电流通过三相线路时，其有功损耗为：
从(4)式可见，输送功率和电压不变时，线路功率损耗与功率因数的平方成反比，功率因数由原来的 提高到 时，线损降低为：
列出不同的 值提高到 =0.95时，线损降低的百分值见表1。
表1线损降低的百分值
从表1可见，提高功率因数可以减少电网中的无功输送、降低线路损耗，提高的幅值越大，节电效果越显著。在现代民用建筑中，气体放电灯以及感性家用电气已经成为用电负荷的主流，低压供电网络中的无功短缺渐为突出。但仍有相当多的民用建筑(尤其是居住建筑)，常以没有大型动力用电设备为由而不采取无功补偿措施或只采取低水平补偿措施，至使供电网络损耗增大和供电质量下降。
3.电气的节能
3.1照明节能
我国照明用电约占社会总用电量的12%，采用高效照明产品代替低效照明产品可节电60%～80%，所以照明节电潜力巨大可想而知。照明节能不是不用能，提倡照明节能不是说降低视觉要求和降低照明质量，照明节能基本原则是保证不降低照明场所的视觉要求，力求减少照明系统中的能耗，最有效的利用电能，在工程设计中以照明功率密度(LPD)值作为照明节能指标，力求合理提高照度而降低用电量。一般20W电子节能荧光灯的光通量相当于100W的白炽灯，所以，在一些公共走道和消防通道等部分可以选择安装。在建筑工程中还要充分考虑自然采光，这样在建筑设计时在电梯前室要安装透光率较好的玻璃窗，白天可以充分利用自然采光。
3.2空调用电的节能设计
民用建筑中空调型式有中央空调系统、分体式空调系统等，夏天空调用电占民用电的很大部分，中央空调系统可采用楼宇自控BA系统进行管理和控制，以达到节能目的；分体式空调采用遥控器控制开或关，空调待机功耗南方地区有2~3W，北方地区有5~8W，例如某单位有300台空调，一天待机为14h，待机功率为5W，一天耗能将达到21度电。对于住宅空调一般是设计一个插座或是带开关的插座，由于空调插座安装高度较高，平时操作很不方便，因而造成仅用遥控器关机，无法切除电源，为解决这一问题，可为空调插座设置一个独立开关进行控制，以便用遥控器关机时，顺手把空调机电源关掉；而对于单位办公大楼等的分体空调，电气设计有时往往与照明共用一个配电箱，这样一来要想关掉空调电源，必然要大楼管理人员到各层配电箱处关掉空调电源回路，工作量很大也很麻烦，因而往往造成空调处于待机状态，甚至连春、秋、冬季也处于待机状态，造成电能的大量浪费，而且还是一个火灾隐患。解决这一问题，空调用电可设置专用配电控制箱进行供电，其远程控制可设置在建筑物的值班室内，以便管理和控制。
总结
建筑电气的节能设计潜力很大，广大电气设计人员在设计中应精心考虑，反复比较设计方案，拿出一套符合各种技术指标，满足功能需求的前提，行之有效而又切实可行的节能措施，从而达到真正节约电能的目的。
参考文献
[1]李宏毅，金磊.建筑工程太阳能发电技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2007
[2]GB50034-2004建筑照明設计标准[S].中国建筑工业出版社，2009
[3]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：建筑设计；电气节能；方法
Abstract: in building engineering electric energy conservation technology use could drastically lower building energy consumption. In the design of the electric energy conservation technology should be lighting, air conditioning for key selection, comprehensive consideration of the power distribution system, line design and improve the power factor and so on various factors, this paper discusses the technology in architectural engineering electric energy conservation in the design of the application shall be how reasonable, so as to achieve the fundamental goal of saving energy.
Keywords: architectural design; Electrical energy saving; methods
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
引言
随着社会经济的快速发展，人类对能源的需求也愈来愈强烈，对能源的需求也日益提高，各类能源供不应求，同时，我们也能看到在我国能源的浪费现象依然严重。我国的建筑能源的消耗相对发达国家来说损耗相对较高，并且我国每年用于建筑能源的消耗约占社会能源总消耗的30%，随着我国建筑行业的高速发展，这一比例也呈现出不断扩大的态势。近年来，国家和相关部门已经发布了民用建筑、公用建筑等节能设计标准，并实施了一大批建筑电气节能技术的试点和推广项目。电气节能技术从维护结构节能技术、空调采暖节能技术和电气设备节能技术，发展到可再生能源节能技术在现代建筑行业中的引入，使节能理念被越来越多的人所接受，人们的节能意识也在不断地增强，从而为电气节能技术在现代建筑行业中的引入创造了条件。
1.合理确定变压器的负载率
变压器损耗通常占整个系统网损的60％～70％，是电力系统的主要损耗元件。民用建筑中变压器台数多、分布广、损耗问题尤为突出。变压器的损耗包括铁损和铜损，铁损是铁芯中涡流损耗和磁滞损耗之总和，取决于变压器铁芯材料及其厚度，变压器型式确定后，铁损也基本确定。而铜损是电流经变压器原、副绕组时在绕组中的电阻损耗功率，铜损与负载的平方成正比，不同的负载率所对应的变压器效率不同，变压器的效率：
式中： 一变压器一次侧输入的有功功率，kW；
一变压器二次侧输出的有功功率，kW，
—变压器的铁损，kW：
变压器的铜损，kW， ；
一变压器负载率；
一变压器额定容量.kVA：
一负载的功率因数；
变压器通过额定电流时的铜损，kW。
将 和 代入(2)式得：
设变压器在额定电压下运行， 不变，当 一定时，从(3)式可见：变压器效率 只与负载率 有关，变压器的最高效率发生在 点，经求导得最高效率和最佳负载率分
别为 和
不同類型、不同容量的变压器的最佳负载率有所不同。在实际运行中，负载率是依时间而变化的函数。从节能及经济运行的角度而言，只有在一定的时段内变压器的平均效率接近最高效率才有实际意义。而民用建筑变压器往往下半夜为轻载，不可能在全天的运行中都处于最佳负载率状态，因此《全国民用建筑工程设计技术措施》(电气)的有关章节中，从技术安全和经济运行的角度综合考虑，将民用建筑变压器的最佳负载率指导性地定在70％～85％范围，明确了变压器在这个范围内负载运行是经济合理的。但仍有些工程设计仅根据一些工具书的 (单台变压器容量)≥ (计算负荷)选择条件来确定变压器容量，取负载率接近1，这种做法虽然理论上仍安全、可行，也减少了首期投资，但忽略了关键的经济运行因素，造成了日后长期运行的偏高电能损耗，仍然得不偿失。
2.做好节能设计的具体方法
2.1选好导线
应选用电导率较小的材质做导线。铜芯最佳，但又要贯彻节约用铜的原则。因此，在负荷较大的二类、一类建筑中采用铜导线，在三类或负荷量较小的建筑中采用铝芯导线。
减小导线长度。首先，线路尽可能走直线，少走弯路，以减少导线长度；其次，低压线路应不走或少走回头线，以减少来回线路上的电能损失；第三，变压器尽量接近负荷中心，以减少供电距离，当建筑物每层平面在10000m2左右时，至少要设两个变配电所，以减少干线的长度；第四，在高层建筑中，低压配电室应靠近竖井，而且由低压配电室提供给每个竖井的干线，不至于产生支线沿着干线倒送的现象。亦即低压配电室与竖井位置的布局上应使线路都分向前送，尽可能减少回头输送电能的支线。
增大导线截面。首先，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，再加大一级导线截面，所增加的费用为M，由于节约能耗而减少的年运行费用为m，则M/m为回收年限，若回收年限为几个月或一、二年，则应加大一级导线截面。一般而言，导线截面小于70m2，线路长度超过100m的增加一级导线截面比较容易实现上述条件。其次，利用某些季节性负荷的线路，这些用户不用时，可提供给常期用户作供电线路使用，以减少线路和电阻。例如，将空调风机、风机盘管与照明、电开水等计费相同的负荷，集中在一起，采用同一干线供电，既可便于用一个火警命令切除非消防用电，又可在春秋两季空调不用时，使同样大的干线截面传输较小的电流，从而减小了线路损耗，这就相当于充分利用了季节负荷的线路。
2.2提高功率因数减少无功输送
在交流电网中，转换为其它形式的能量而消耗掉的电功率称为有功功率，用于建立如变压器、电动机等交变磁场所需的这部分电功率称为无功功率。输送无功功率也要消耗能量。因此国家相关法规中明确要求采取无功补偿来提高功率因数，减少无功在电网中的流动，降低网损。
当电流通过三相线路时，其有功损耗为：
从(4)式可见，输送功率和电压不变时，线路功率损耗与功率因数的平方成反比，功率因数由原来的 提高到 时，线损降低为：
列出不同的 值提高到 =0.95时，线损降低的百分值见表1。
表1线损降低的百分值
从表1可见，提高功率因数可以减少电网中的无功输送、降低线路损耗，提高的幅值越大，节电效果越显著。在现代民用建筑中，气体放电灯以及感性家用电气已经成为用电负荷的主流，低压供电网络中的无功短缺渐为突出。但仍有相当多的民用建筑(尤其是居住建筑)，常以没有大型动力用电设备为由而不采取无功补偿措施或只采取低水平补偿措施，至使供电网络损耗增大和供电质量下降。
3.电气的节能
3.1照明节能
我国照明用电约占社会总用电量的12%，采用高效照明产品代替低效照明产品可节电60%～80%，所以照明节电潜力巨大可想而知。照明节能不是不用能，提倡照明节能不是说降低视觉要求和降低照明质量，照明节能基本原则是保证不降低照明场所的视觉要求，力求减少照明系统中的能耗，最有效的利用电能，在工程设计中以照明功率密度(LPD)值作为照明节能指标，力求合理提高照度而降低用电量。一般20W电子节能荧光灯的光通量相当于100W的白炽灯，所以，在一些公共走道和消防通道等部分可以选择安装。在建筑工程中还要充分考虑自然采光，这样在建筑设计时在电梯前室要安装透光率较好的玻璃窗，白天可以充分利用自然采光。
3.2空调用电的节能设计
民用建筑中空调型式有中央空调系统、分体式空调系统等，夏天空调用电占民用电的很大部分，中央空调系统可采用楼宇自控BA系统进行管理和控制，以达到节能目的；分体式空调采用遥控器控制开或关，空调待机功耗南方地区有2~3W，北方地区有5~8W，例如某单位有300台空调，一天待机为14h，待机功率为5W，一天耗能将达到21度电。对于住宅空调一般是设计一个插座或是带开关的插座，由于空调插座安装高度较高，平时操作很不方便，因而造成仅用遥控器关机，无法切除电源，为解决这一问题，可为空调插座设置一个独立开关进行控制，以便用遥控器关机时，顺手把空调机电源关掉；而对于单位办公大楼等的分体空调，电气设计有时往往与照明共用一个配电箱，这样一来要想关掉空调电源，必然要大楼管理人员到各层配电箱处关掉空调电源回路，工作量很大也很麻烦，因而往往造成空调处于待机状态，甚至连春、秋、冬季也处于待机状态，造成电能的大量浪费，而且还是一个火灾隐患。解决这一问题，空调用电可设置专用配电控制箱进行供电，其远程控制可设置在建筑物的值班室内，以便管理和控制。
总结
建筑电气的节能设计潜力很大，广大电气设计人员在设计中应精心考虑，反复比较设计方案，拿出一套符合各种技术指标，满足功能需求的前提，行之有效而又切实可行的节能措施，从而达到真正节约电能的目的。
参考文献
[1]李宏毅，金磊.建筑工程太阳能发电技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2007
[2]GB50034-2004建筑照明設计标准[S].中国建筑工业出版社，2009
[3]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。