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摘要：建筑电气设计中的节能原则，从变压器节能、供配电系统节能、电动机节能、照明节能、低压电气的节电等几方面论述电气设计中的节能方式。
关键词：电气节能；建筑电气设计；变压器损耗；线路损耗；功率因数；镇流器;
中图分类号： TE08 文献标识码： A
1 变压器节能
变压器节能的实质就是降低其有功功率损耗、提高其运行效率。变压器的有功功率损耗为：
△P=P0+β2PK
式中，△P为变压器有功功率损耗，kW；P。为变压器空载损耗，kW；PK为变压器短路损耗，kW；β为变压器的负载率，％。
P。是变压器空载损耗又称铁损，它由铁心的涡流损耗及漏磁损耗组成，其值与铁心的材质及铁心制造工艺有关，而与负荷大小无关，是基本不变的部分。因此，变压器应选用低损耗节能型变压器（S9、S10、S11系列）或非晶合金铁心变压器（SH系列）。
PK是传输功率的损耗，即变压器的线损，它取决于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小。因此，应选用阻值较小的绕组，可采用铜芯变压器。
但计及初装费、变压器、低压柜、土建的投资及各项运行费用．又要使变压器在使用期内预留适当的容量，变压器的负载率应在75％一85％为宜。
工程设计中选择变压器的容量及台数时，应根据计算负荷、负荷性质及生产班次等条件进行选择。当负载率低于30％，而且损失率又很高，应按实际负荷换小容量变压器；当负载率超过80％并通过计算不利于经济运行时，可放大一级容量选择变压器；向一、二类负荷供电的变压器，当选用两台变压器时，应同时使用；对采用多台变压器的厂房，其配电系统设计，应根据实际情况，有切换每台变压器的可能性，通过调整参数使参数好的变压器在运行状态，让参数差的在备用状态；对于夜里或节假日里不生产的车间或设备，可把其中不能停电的负荷集中到某一台变压器上，设置专用变压器，停用其他变压器；不允许变压器长期空载运行；在大型厂房或非三班生产的车间中，应安装照明专用变压器供电。
在变压器设计选择中，如能掌握好上述原则及措施，则既可达到节能目的，又符合经济合理的要求。
2 供配电系统节能
(1)根据用电性质，用电容量选择合理供电电压和供电方式。
1)根据负荷容量及分布，变配电所的位置应接近负荷中心，减少变压级数，缩短供
电半径。
2)合理选择导线截面
配电线路中线路损耗公式如下：
△P=3I2ФR*10-3（kW），R=ρL/S＝＞△P=3I2ФρL *10-3/S（kW）
式中，△P为线路功率损耗，kW；IФ为相电流，A；R为线路电阻，Ω；ρ为导线的电导率；L为导线长度；S为导线截面积。
线路上的电流是不能改变的，要减少线路损耗，应从以下几方面入手：a) 选用电导率ρ较小的材质做导线。铜心最佳，但又要贯彻节约用铜的原则。 b) 减小导线长度L。 c) 增大线缆截面S。
(2)设计中选择低能耗、高功率因数的电气设备。
(3)根据用电负荷的特性和变化规律，正确选择和配置变压器容量和台数，通过运行方式的择优，合理调整负荷，实现变压器及配电网的经济运行。
a)提高负荷率降损节电;b)削峰填谷节电降损；c)平衡三相负荷。
(4)提高功率因数，减少电能损耗。
1)提高功率因数节能作用：
a)减少线路损耗。线路损耗公式为：
△P=3I2R*10-3＝P2R*103/U2cos2φ（kW）
式中，△P为三相输电线路功率损耗，kW；P为电力线路输送的有功功率，kW；U为线电压，V；I为线电流，A；cosφ为电力线路输送负荷的功率因数。
由上式可以看出，在系统有功功率P一定的情况下，cosφ越高(即减少系统无功功率Q)三相输电线路功率损耗△P将越小。所以，在线路的电压U和有功功率P不变的情况下，改善前的功率因数为cosФ1，改善后的功率因数为cosФ2，则三相回路实际减少的功率损耗为：
△P=(P/U)2R(1/cos2φ1-1/cos2φ2)*103(kW）
因此提高系统功率因数、减少无功功率在线路上传输，可减少线路损耗，达到节能的目的。
b)减少变压器的铜耗。
提供变压器二次侧的功率因数，变压器节约的有功功率如下式：
△P=(P2/SN)2 (1/cos2φ1-1/cos2φ2)PK(kW）
式中，△P为变压器的有功功率节约值，kW；P2为变压器负载侧输出功率，kW；SN为变压器额定容量，Kva；cosФ1为变压器原负载功率因数；cosФ2提高后的变压器原负载功率因数； Pk为变压器的短路损失，kW。
从上式可知提高变压器二次侧的功率因数，可减少变压器的铜损，并能减少线路及变压器的电压损失。
2)提高功率因数的技术措施：
a)提高用电设备的自然功率因数，主要措施有：①合理安排和调整工艺流程，改善电气设备的运行状态。②合理使用异步电动机及变压器，变压器要做到经济运行。③正确设计和选用变流装置，对直流设备的供电和励磁，应采用硅整流或晶闸管整流装置，取代变流机组、汞弧整流器等直流电源设备。④限制电动机和电焊机的空载运转。⑤条件允许时，采用功率因数较高的等容量同步电动机代替异步电动机，在经济合算的前提下，也可采用异步电动机同步化运行。⑥荧光灯选用高次谐波系数低于15％的电子镇流器；气体放电灯的电感镇流器，单灯安装电容器就地补偿。
b)利用并联电力电容器补偿无功：①宜就地平衡补偿，低压部分的无功功率宜由低压电容器补偿；高压部分的无功功率宜由高压电容器补偿。容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备的无功功率宜单独就地补偿。补偿基本无功功率的电容器组，宜在配变电所内集中补偿。在环境正常的车间内，低压电容器宜分散补偿。②当采用高、低压自动补偿装置效果相同时，宜采用低压自动补偿装置。③对电梯等经常出现负力下放处于发电运行状态的机械设备电动机，不应采用电容器单独就地补偿。
3 电动机节能
(1)根据电动机经济运行的原则合理选用电动机
(2)选用高效率电动机,减少电动机损耗。
在工程设计中应优先选用高效率电动机，此类电动机具有能耗低、效率高、效率曲线平坦、功率因数高、起动力矩提高等特点，可以节省电能。同时应对一次性投资和长期运行费用进行经济性综合比较，在合理的运行周期内运行费用优于成本费。
(3)电动机无功功率就地补偿：对距供电点较远的大、中容量连续运行工作制的电动机，采取电动机的无功功率就地补偿,提高功率因数，降低线损，达到经济运行。
(4)选择正确的起动方式：对于需频繁起动的容量较大的电动机设备，正确选择起动方式，将直接影响节电效果。近年来采用变频器起动的越来越多，因其原理是根据负载变化自行调节电动机转速使两者相适应，从而提高电动机运行效率来达到节电目的。
(5)轻载和空载运行电动机运行方式：
a)對经常处于轻负荷运行的电动机，应采用三角一星切换装置，以达到“轻载降压运行节电”的目的。
b)采用变频调速控制电动机使其在负载率变化时自动调节转速使得与负载变化相适应以提高电动机轻载时的效率从而达到节约电能的目的。
4 照明节能
照明节能是一项系统工程，要从提高整个照明系统的效率来考虑。照明工程设计节能的措施有主要有一下几个方面：
(1)选择合理的照明方式：对照度要求高，但作业密度不大的场所，适合采用混合照明方式，即用局部照明提高作业面的照度；在同一场所不同区域有不同照度要求时，应分区采用不同的照度标准值，采用分区一般照明方式；在高大的房间或场所可采用一般与加强照明相结合的方式。
(2)选择合理的照度标准值：《建筑照明设计标准》规定了各类场所的照度标准值。在实际工程设计中根据每个工程的区域、类别等条件，在满足视觉要求的条件下，选择合理的照度值，同时在计算照度时，不应超过标准值的110％。
(3)选用高光效照明光源：使用直管荧光灯的场所，应无条件选用细管径（即T8型或T5型）、三基色直管荧光灯；商店营业厅宜采用细管径直管形荧光灯、紧凑型荧光灯或小功率的金属卤化物灯；高度较高的工业厂房，应按照生产使用要求，采用金属卤化物灯或高压钠灯，亦可采用大功率细管径荧光灯；中等高度的公共建筑且显色性要求高的宜采用较小功率的陶瓷金卤灯；对于显色性要求不高的场所以及道路照明应采用光效更高的高压钠灯；尽量不用或少用白炽灯；不应使用荧光高压汞灯，更不应使用自镇流高压汞灯。
(4)选用高效节能灯具
(5)选用节能型镇流器。
(6)采用合理的控制方式：
1)公共建筑和工业建筑的走廊、楼梯间、门厅等公共场所的照明，宜采用集中控制，
并按建筑使用条件和天然采光状况采取分区、分组控制。
3)体育馆、影剧院、候机厅、候车厅等公共场所应采用集中控制，并按需要采取调
光或降低照度的控制措施。
4)旅馆的每间（套）客房应设置节能控制型总开关，并有断电延时功能。
5)居住建筑有天然采光的楼梯间、走道的照明，除应急照明外，宜采用节能自熄开
关(可采用红外移动探测加光控开关)。
6)每个照明开关所控光源数不宜太多。
7)有条件的场所，宜采用下列控制方式：天然采光良好的场所，按该场所照度自
动开关灯或调光；个人使用的办公室，采用人体感应或动静感应等方式自动开关灯；旅馆的门厅、电梯大堂和客房层走廊等场所，采用夜间定时降低照度的自动调光装置；大中型建筑，按具体条件采用集中或集散的、多功能或单一功能的自动控制系统。
9)城市道路照明采用光控和时间控制相结合的智能控制方式。
8)城市夜景照明应具备平日、一般节日、重大节日开灯的多种控制模式；应能分区、分建筑物集中控制，或自动定时控制。
(7)照明计量：以用户为单位计量和考核照明用电量；建立照明运行和维护管理控制。
(8)充分利用天然光，把照明和天然光结合。
(9)定期清洁照明器具和室内表面，定期更换光源和维护制度。
5 低压电气的节电
低压电器是量大面广的基础原件，就每只低压电器而言，所消耗的电能并不大，
一般仅数瓦或数十瓦，但由于用量大（如热继电器、熔断器和信号灯等），所以总的耗电量也是很可观。因此，采用成熟、有效、可靠的节电型低压电器是节电工作不可忽视的部分。
设计时应积极选用具有节电效果的新系列低压电器，以取代功耗大的老产品。
6 结束语
建筑电气节能过程，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，从安全性、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，实行社会的可持续发展。
参考文献
[1]《建筑照明設计标准》 GB 50034—2004
[2]《民用建筑电气设计规范》 JGJ 16-2008
[3]注册电气工程师职业资格考试专业考试复习指导书(供配电专业)
[4]照明设计手册（第二版）
[5]工业与民用配电设计手册（第三版）
关键词：电气节能；建筑电气设计；变压器损耗；线路损耗；功率因数；镇流器;
中图分类号： TE08 文献标识码： A
1 变压器节能
变压器节能的实质就是降低其有功功率损耗、提高其运行效率。变压器的有功功率损耗为：
△P=P0+β2PK
式中，△P为变压器有功功率损耗，kW；P。为变压器空载损耗，kW；PK为变压器短路损耗，kW；β为变压器的负载率，％。
P。是变压器空载损耗又称铁损，它由铁心的涡流损耗及漏磁损耗组成，其值与铁心的材质及铁心制造工艺有关，而与负荷大小无关，是基本不变的部分。因此，变压器应选用低损耗节能型变压器（S9、S10、S11系列）或非晶合金铁心变压器（SH系列）。
PK是传输功率的损耗，即变压器的线损，它取决于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小。因此，应选用阻值较小的绕组，可采用铜芯变压器。
但计及初装费、变压器、低压柜、土建的投资及各项运行费用．又要使变压器在使用期内预留适当的容量，变压器的负载率应在75％一85％为宜。
工程设计中选择变压器的容量及台数时，应根据计算负荷、负荷性质及生产班次等条件进行选择。当负载率低于30％，而且损失率又很高，应按实际负荷换小容量变压器；当负载率超过80％并通过计算不利于经济运行时，可放大一级容量选择变压器；向一、二类负荷供电的变压器，当选用两台变压器时，应同时使用；对采用多台变压器的厂房，其配电系统设计，应根据实际情况，有切换每台变压器的可能性，通过调整参数使参数好的变压器在运行状态，让参数差的在备用状态；对于夜里或节假日里不生产的车间或设备，可把其中不能停电的负荷集中到某一台变压器上，设置专用变压器，停用其他变压器；不允许变压器长期空载运行；在大型厂房或非三班生产的车间中，应安装照明专用变压器供电。
在变压器设计选择中，如能掌握好上述原则及措施，则既可达到节能目的，又符合经济合理的要求。
2 供配电系统节能
(1)根据用电性质，用电容量选择合理供电电压和供电方式。
1)根据负荷容量及分布，变配电所的位置应接近负荷中心，减少变压级数，缩短供
电半径。
2)合理选择导线截面
配电线路中线路损耗公式如下：
△P=3I2ФR*10-3（kW），R=ρL/S＝＞△P=3I2ФρL *10-3/S（kW）
式中，△P为线路功率损耗，kW；IФ为相电流，A；R为线路电阻，Ω；ρ为导线的电导率；L为导线长度；S为导线截面积。
线路上的电流是不能改变的，要减少线路损耗，应从以下几方面入手：a) 选用电导率ρ较小的材质做导线。铜心最佳，但又要贯彻节约用铜的原则。 b) 减小导线长度L。 c) 增大线缆截面S。
(2)设计中选择低能耗、高功率因数的电气设备。
(3)根据用电负荷的特性和变化规律，正确选择和配置变压器容量和台数，通过运行方式的择优，合理调整负荷，实现变压器及配电网的经济运行。
a)提高负荷率降损节电;b)削峰填谷节电降损；c)平衡三相负荷。
(4)提高功率因数，减少电能损耗。
1)提高功率因数节能作用：
a)减少线路损耗。线路损耗公式为：
△P=3I2R*10-3＝P2R*103/U2cos2φ（kW）
式中，△P为三相输电线路功率损耗，kW；P为电力线路输送的有功功率，kW；U为线电压，V；I为线电流，A；cosφ为电力线路输送负荷的功率因数。
由上式可以看出，在系统有功功率P一定的情况下，cosφ越高(即减少系统无功功率Q)三相输电线路功率损耗△P将越小。所以，在线路的电压U和有功功率P不变的情况下，改善前的功率因数为cosФ1，改善后的功率因数为cosФ2，则三相回路实际减少的功率损耗为：
△P=(P/U)2R(1/cos2φ1-1/cos2φ2)*103(kW）
因此提高系统功率因数、减少无功功率在线路上传输，可减少线路损耗，达到节能的目的。
b)减少变压器的铜耗。
提供变压器二次侧的功率因数，变压器节约的有功功率如下式：
△P=(P2/SN)2 (1/cos2φ1-1/cos2φ2)PK(kW）
式中，△P为变压器的有功功率节约值，kW；P2为变压器负载侧输出功率，kW；SN为变压器额定容量，Kva；cosФ1为变压器原负载功率因数；cosФ2提高后的变压器原负载功率因数； Pk为变压器的短路损失，kW。
从上式可知提高变压器二次侧的功率因数，可减少变压器的铜损，并能减少线路及变压器的电压损失。
2)提高功率因数的技术措施：
a)提高用电设备的自然功率因数，主要措施有：①合理安排和调整工艺流程，改善电气设备的运行状态。②合理使用异步电动机及变压器，变压器要做到经济运行。③正确设计和选用变流装置，对直流设备的供电和励磁，应采用硅整流或晶闸管整流装置，取代变流机组、汞弧整流器等直流电源设备。④限制电动机和电焊机的空载运转。⑤条件允许时，采用功率因数较高的等容量同步电动机代替异步电动机，在经济合算的前提下，也可采用异步电动机同步化运行。⑥荧光灯选用高次谐波系数低于15％的电子镇流器；气体放电灯的电感镇流器，单灯安装电容器就地补偿。
b)利用并联电力电容器补偿无功：①宜就地平衡补偿，低压部分的无功功率宜由低压电容器补偿；高压部分的无功功率宜由高压电容器补偿。容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备的无功功率宜单独就地补偿。补偿基本无功功率的电容器组，宜在配变电所内集中补偿。在环境正常的车间内，低压电容器宜分散补偿。②当采用高、低压自动补偿装置效果相同时，宜采用低压自动补偿装置。③对电梯等经常出现负力下放处于发电运行状态的机械设备电动机，不应采用电容器单独就地补偿。
3 电动机节能
(1)根据电动机经济运行的原则合理选用电动机
(2)选用高效率电动机,减少电动机损耗。
在工程设计中应优先选用高效率电动机，此类电动机具有能耗低、效率高、效率曲线平坦、功率因数高、起动力矩提高等特点，可以节省电能。同时应对一次性投资和长期运行费用进行经济性综合比较，在合理的运行周期内运行费用优于成本费。
(3)电动机无功功率就地补偿：对距供电点较远的大、中容量连续运行工作制的电动机，采取电动机的无功功率就地补偿,提高功率因数，降低线损，达到经济运行。
(4)选择正确的起动方式：对于需频繁起动的容量较大的电动机设备，正确选择起动方式，将直接影响节电效果。近年来采用变频器起动的越来越多，因其原理是根据负载变化自行调节电动机转速使两者相适应，从而提高电动机运行效率来达到节电目的。
(5)轻载和空载运行电动机运行方式：
a)對经常处于轻负荷运行的电动机，应采用三角一星切换装置，以达到“轻载降压运行节电”的目的。
b)采用变频调速控制电动机使其在负载率变化时自动调节转速使得与负载变化相适应以提高电动机轻载时的效率从而达到节约电能的目的。
4 照明节能
照明节能是一项系统工程，要从提高整个照明系统的效率来考虑。照明工程设计节能的措施有主要有一下几个方面：
(1)选择合理的照明方式：对照度要求高，但作业密度不大的场所，适合采用混合照明方式，即用局部照明提高作业面的照度；在同一场所不同区域有不同照度要求时，应分区采用不同的照度标准值，采用分区一般照明方式；在高大的房间或场所可采用一般与加强照明相结合的方式。
(2)选择合理的照度标准值：《建筑照明设计标准》规定了各类场所的照度标准值。在实际工程设计中根据每个工程的区域、类别等条件，在满足视觉要求的条件下，选择合理的照度值，同时在计算照度时，不应超过标准值的110％。
(3)选用高光效照明光源：使用直管荧光灯的场所，应无条件选用细管径（即T8型或T5型）、三基色直管荧光灯；商店营业厅宜采用细管径直管形荧光灯、紧凑型荧光灯或小功率的金属卤化物灯；高度较高的工业厂房，应按照生产使用要求，采用金属卤化物灯或高压钠灯，亦可采用大功率细管径荧光灯；中等高度的公共建筑且显色性要求高的宜采用较小功率的陶瓷金卤灯；对于显色性要求不高的场所以及道路照明应采用光效更高的高压钠灯；尽量不用或少用白炽灯；不应使用荧光高压汞灯，更不应使用自镇流高压汞灯。
(4)选用高效节能灯具
(5)选用节能型镇流器。
(6)采用合理的控制方式：
1)公共建筑和工业建筑的走廊、楼梯间、门厅等公共场所的照明，宜采用集中控制，
并按建筑使用条件和天然采光状况采取分区、分组控制。
3)体育馆、影剧院、候机厅、候车厅等公共场所应采用集中控制，并按需要采取调
光或降低照度的控制措施。
4)旅馆的每间（套）客房应设置节能控制型总开关，并有断电延时功能。
5)居住建筑有天然采光的楼梯间、走道的照明，除应急照明外，宜采用节能自熄开
关(可采用红外移动探测加光控开关)。
6)每个照明开关所控光源数不宜太多。
7)有条件的场所，宜采用下列控制方式：天然采光良好的场所，按该场所照度自
动开关灯或调光；个人使用的办公室，采用人体感应或动静感应等方式自动开关灯；旅馆的门厅、电梯大堂和客房层走廊等场所，采用夜间定时降低照度的自动调光装置；大中型建筑，按具体条件采用集中或集散的、多功能或单一功能的自动控制系统。
9)城市道路照明采用光控和时间控制相结合的智能控制方式。
8)城市夜景照明应具备平日、一般节日、重大节日开灯的多种控制模式；应能分区、分建筑物集中控制，或自动定时控制。
(7)照明计量：以用户为单位计量和考核照明用电量；建立照明运行和维护管理控制。
(8)充分利用天然光，把照明和天然光结合。
(9)定期清洁照明器具和室内表面，定期更换光源和维护制度。
5 低压电气的节电
低压电器是量大面广的基础原件，就每只低压电器而言，所消耗的电能并不大，
一般仅数瓦或数十瓦，但由于用量大（如热继电器、熔断器和信号灯等），所以总的耗电量也是很可观。因此，采用成熟、有效、可靠的节电型低压电器是节电工作不可忽视的部分。
设计时应积极选用具有节电效果的新系列低压电器，以取代功耗大的老产品。
6 结束语
建筑电气节能过程，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，从安全性、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，实行社会的可持续发展。
参考文献
[1]《建筑照明設计标准》 GB 50034—2004
[2]《民用建筑电气设计规范》 JGJ 16-2008
[3]注册电气工程师职业资格考试专业考试复习指导书(供配电专业)
[4]照明设计手册（第二版）
[5]工业与民用配电设计手册（第三版）