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摘要：電力设计是民用建筑中的重头大戏，也消耗了很多社会资源和社会能源。降低建筑电气能源消耗是大事所趋，但是电气节能设计是一项专业性、技术性非常强的工程。要从多方面分析和讨论。本文笔者对民用建筑电气设计的节能措施进行了探讨，希望对相关从业人员具有借鉴意义。
关键词：民用建筑，电气设计，节能，措施
中图分类号：TU24文献标识码： A
引言
随着国内外日益严峻的能源紧张形势，各个国家对建筑节能技术的研发和应用日益重视，低碳建筑、绿色建筑的建设已经成为建筑发展的新方向。虽然建筑节能措施囊括建筑设计中各个专业，缺一不可，但作为建筑中所有设备动力源泉的电，其节能设计对于建筑节能的重要性不言而喻。然而，由于相关节能技术的研究和应用成果不多，建筑电气节能被简单的理解为将用电设备更换为节能设备即可。因此，重新梳理建筑电气节能的理念并对其进行系统性的研究总结，并将其铺开推广应用，是十分必要与紧迫的。
1 民用建筑电气节能设计中应遵循的原则
建筑电气节能的原则: 保证建筑物功能性的完整，做到功能不简化、标准不降低，在满足上述条件的前提下，科学的选择建筑中所需的电气设备，并对其进行合理、经济的管控，从而实现整楼能源的高效利用。
1． 1 适用原则
首先应保证建筑物功能的完整性: 满足规范中对不同使用区域照明功率密度、照度标准的要求; 符合建筑中特殊场所安防、消防的要求; 满足功能性场所特殊工艺要求，如康乐场所的一些康乐设施的用电，直播大厅的分区照明及舞台动力设备用电。对于上述必要的用电负荷，需要考虑建筑物外电源情况、设备负荷容量、负荷等级、负荷用电特殊要求等，合理的配置其供配电系统，为建筑物节能打好基础。
1． 2 经济、高效原则
在选择节能手段时，不应忽略此节能措施的实际经济效益预期，避免出现节能投资远超项目节能预期回收经济收益的情况。在确定节能方案以及具体措施时，应该进行经济技术比较，不能盲目跟风。
1． 3 重点节能原则
通过节能方案及具体措施的比对及经济技术比较，重点应落在能通过设备替换、技术升级、方案优化而实现的节能部分上。对于有条件的建筑，可以通过设置能源监控系统来实现对建筑物能耗的实时监控与分析，从而更好地确定设备的运行与管理方式。
2 民用建筑电气节能措施
2． 1 建筑电气系统的优化设计
设计人应根据业主对建筑各项使用功能要求，建筑物自身及周围的特点，国家的规范措施，结合现有的节能措施及技术，能耗计算及不同方案的经济技术比较后，合理的确定电气系统的方案。同时应熟悉各种节能新技术、新产品的特点，根据项目情况进行选择。政府有关职能部门应严格审查建筑电气节能设计内容，严禁不满足国家及地方相关节能标准的项目开工建设。
2． 2 科学确定电力变压器型号、规格及运行方式
1) 降低电力变压器的损耗。选择空载损耗及满载损耗较低的节能型电力变压器，同时在满足系统短路容量的前提下，选择阻抗电压越小的变压器，其损耗越小。
2) 提高变压器的负载率。实验结果表明，变压器的负载率应在 75% ～ 85% 时效率最高。在设计中应避免出现大马拉小车的情况。
3) 变压器并联运行。变压器的容量选择应使其工作在最佳负载率附近。对于设置 2 台及以上的配电变压器的场所，应均衡分配用电负荷，使变压器负荷率尽量一致。当有多台变压器并联供电时，应进行变压器经济运行的计算来合理的确定投入运行的变压器的台数，从而实现减少变压器损耗的目的。当有较大的季节性负荷时，应单设变压器，以便在负荷不使用时，将变压器退出运行从而实现节能。
2． 3 合理选择配电线路
由于线路的阻抗，当电流流过时，会产生有功功率损耗和无功功率损耗。配电线路有功及无功损耗的降低可采取以下几种措施来实现:
1) 合理规划配电线路。
首先，合理的确定变配电所、配电室、电气竖井及配电箱体的位置，使变电所、配电室、配电箱尽量处在负荷中心处，电气竖井的位置尽量不走回头线路，从而减少配电线路的长度; 其次，合理的确定配电线路的配电方式，根据负荷的具体情况分别可采用链式配电或树干式配电，以减少线路的重复引出。
2) 合理选择配电线路的截面积。
电线、电缆截面的选择除了需校验热稳定性、计算线路电压降、考虑检修维护等要求外，还应根据经济电流密度来选择导线及电缆的截面，从而使电能损失减少，又不致过分增加线路投资、维修管理费用和有色金属的消耗量。
2． 4 合理选择电动机及其启动方式
民用建筑中，动力负荷主要由风机与水泵电动机构成，其能耗在建筑总能耗中所占比例较大，通过选择节能型电动机可以显著减少电动机电能损耗。对于大容量电机应根据电机类型合理选择启动方式。流量变化的水泵电机，可采用变频器进行启停、调速控制，根据电机所带的负载变化对转速进行调整，达到节能的效果。同时，由于变频器内部含有滤波电容，能起到无功补偿的作用从而实现减少无功损耗。负载持续率低于 50% 的电机、焊机，持续运行的胶带传输系统，可配以空载自停开关装置或空载断电开关装置。
2． 5 合理选择无功补偿及补偿方式
设备在运转的过程中一部分是有用功，一部分是无用功。电网中的电力负荷比如电动机、变压器等大部分都有感性负荷，在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率。特别是现在电气设备越来越多，能耗越来越大的情况下，无用功过多就恶化了供电质量。减少感性负荷供应，装设动态无功补偿和适当的滤波装置，能够在一定程度上制约无用功，减少系统损耗，提高电能质量，改善电压质量，增加变压器容量，达到节省电费的效果通过在配电系统中设置无功补偿装置，提高了配电系统的功率因数，可显著的减少无功电流所造成的电能损耗。有条件的建筑物，可采用就地式无功补偿和集中式无功补偿相配合的综合补偿方式; 对安装容量超过 10 kW 的电机类用电设备，可在电机控制柜处就地设置无功补偿装置。对于其他设备的无功功率，在变电所低压侧进行集中补偿。需要注意的是，对于变负载的设备，其电动机端电压随负载而变化，会造成就地无功补偿装置内的电容器出现无功涌流，严重的情况会导致电机由于涌流过电压而烧毁。因此对于此类设备不应采取就地无功补偿的方式。2． 6 合理照明灯具及控制方式
建筑物内应尽量使用高效节能照明装置，要求光源、灯具、配件都应为节能型。日光 LED 的能耗仅为白炽灯的 1/10，节能灯的 1/4，并且使用寿命较长。三基色节能荧光灯的发光效率比普通节能灯高30%左右，比一般白炽灯高5 倍 ～7 倍，因此建筑物内的照明灯具应尽量选择 LED 灯及节能型荧光灯形式以实现节能。合理的选择照明灯具的控制方式亦对节能至关重要。对于大空间，应根据功能需要合理的选择分区控制方式; 对于楼梯间、走道的灯具应尽量选择声光控、智能控制等方式。
3 结语
综上所述，作为建筑设计重要组成部分的电气设计，对节能设计的实现至关重要。民用建筑电气节能设计能够缓解我国能源危机，降低能源消耗。电气工程师在设计中要充分使用自己的专业特长，深入研究各种节能技术和节能措施，精细考虑、反复衡量、谨慎思考，为能源的可持续发展做出一部分贡献。
参考文献:
［1］ 詹 新． 建筑电气节能设计之探讨［J］． 衡水学院报，2008，10( 1) : 91-93．
［2］ 李红生． 配电变压器节能运行方式的探讨［J］． 节能技术，2002( 3) : 124-135．
［3］ 周 鄂． 电机学［M］． 北京: 水利电力出版社，1995．
［4］ 李卓昆． 建筑电气照明系统的节能设计［J］． 山西建筑，2008，34( 22) : 226-227．
［5］ 李炳华，宋镇江． 建筑电气节能技术及设计指南［M］． 北京:中国建筑工业出版社，2011．
关键词：民用建筑，电气设计，节能，措施
中图分类号：TU24文献标识码： A
引言
随着国内外日益严峻的能源紧张形势，各个国家对建筑节能技术的研发和应用日益重视，低碳建筑、绿色建筑的建设已经成为建筑发展的新方向。虽然建筑节能措施囊括建筑设计中各个专业，缺一不可，但作为建筑中所有设备动力源泉的电，其节能设计对于建筑节能的重要性不言而喻。然而，由于相关节能技术的研究和应用成果不多，建筑电气节能被简单的理解为将用电设备更换为节能设备即可。因此，重新梳理建筑电气节能的理念并对其进行系统性的研究总结，并将其铺开推广应用，是十分必要与紧迫的。
1 民用建筑电气节能设计中应遵循的原则
建筑电气节能的原则: 保证建筑物功能性的完整，做到功能不简化、标准不降低，在满足上述条件的前提下，科学的选择建筑中所需的电气设备，并对其进行合理、经济的管控，从而实现整楼能源的高效利用。
1． 1 适用原则
首先应保证建筑物功能的完整性: 满足规范中对不同使用区域照明功率密度、照度标准的要求; 符合建筑中特殊场所安防、消防的要求; 满足功能性场所特殊工艺要求，如康乐场所的一些康乐设施的用电，直播大厅的分区照明及舞台动力设备用电。对于上述必要的用电负荷，需要考虑建筑物外电源情况、设备负荷容量、负荷等级、负荷用电特殊要求等，合理的配置其供配电系统，为建筑物节能打好基础。
1． 2 经济、高效原则
在选择节能手段时，不应忽略此节能措施的实际经济效益预期，避免出现节能投资远超项目节能预期回收经济收益的情况。在确定节能方案以及具体措施时，应该进行经济技术比较，不能盲目跟风。
1． 3 重点节能原则
通过节能方案及具体措施的比对及经济技术比较，重点应落在能通过设备替换、技术升级、方案优化而实现的节能部分上。对于有条件的建筑，可以通过设置能源监控系统来实现对建筑物能耗的实时监控与分析，从而更好地确定设备的运行与管理方式。
2 民用建筑电气节能措施
2． 1 建筑电气系统的优化设计
设计人应根据业主对建筑各项使用功能要求，建筑物自身及周围的特点，国家的规范措施，结合现有的节能措施及技术，能耗计算及不同方案的经济技术比较后，合理的确定电气系统的方案。同时应熟悉各种节能新技术、新产品的特点，根据项目情况进行选择。政府有关职能部门应严格审查建筑电气节能设计内容，严禁不满足国家及地方相关节能标准的项目开工建设。
2． 2 科学确定电力变压器型号、规格及运行方式
1) 降低电力变压器的损耗。选择空载损耗及满载损耗较低的节能型电力变压器，同时在满足系统短路容量的前提下，选择阻抗电压越小的变压器，其损耗越小。
2) 提高变压器的负载率。实验结果表明，变压器的负载率应在 75% ～ 85% 时效率最高。在设计中应避免出现大马拉小车的情况。
3) 变压器并联运行。变压器的容量选择应使其工作在最佳负载率附近。对于设置 2 台及以上的配电变压器的场所，应均衡分配用电负荷，使变压器负荷率尽量一致。当有多台变压器并联供电时，应进行变压器经济运行的计算来合理的确定投入运行的变压器的台数，从而实现减少变压器损耗的目的。当有较大的季节性负荷时，应单设变压器，以便在负荷不使用时，将变压器退出运行从而实现节能。
2． 3 合理选择配电线路
由于线路的阻抗，当电流流过时，会产生有功功率损耗和无功功率损耗。配电线路有功及无功损耗的降低可采取以下几种措施来实现:
1) 合理规划配电线路。
首先，合理的确定变配电所、配电室、电气竖井及配电箱体的位置，使变电所、配电室、配电箱尽量处在负荷中心处，电气竖井的位置尽量不走回头线路，从而减少配电线路的长度; 其次，合理的确定配电线路的配电方式，根据负荷的具体情况分别可采用链式配电或树干式配电，以减少线路的重复引出。
2) 合理选择配电线路的截面积。
电线、电缆截面的选择除了需校验热稳定性、计算线路电压降、考虑检修维护等要求外，还应根据经济电流密度来选择导线及电缆的截面，从而使电能损失减少，又不致过分增加线路投资、维修管理费用和有色金属的消耗量。
2． 4 合理选择电动机及其启动方式
民用建筑中，动力负荷主要由风机与水泵电动机构成，其能耗在建筑总能耗中所占比例较大，通过选择节能型电动机可以显著减少电动机电能损耗。对于大容量电机应根据电机类型合理选择启动方式。流量变化的水泵电机，可采用变频器进行启停、调速控制，根据电机所带的负载变化对转速进行调整，达到节能的效果。同时，由于变频器内部含有滤波电容，能起到无功补偿的作用从而实现减少无功损耗。负载持续率低于 50% 的电机、焊机，持续运行的胶带传输系统，可配以空载自停开关装置或空载断电开关装置。
2． 5 合理选择无功补偿及补偿方式
设备在运转的过程中一部分是有用功，一部分是无用功。电网中的电力负荷比如电动机、变压器等大部分都有感性负荷，在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率。特别是现在电气设备越来越多，能耗越来越大的情况下，无用功过多就恶化了供电质量。减少感性负荷供应，装设动态无功补偿和适当的滤波装置，能够在一定程度上制约无用功，减少系统损耗，提高电能质量，改善电压质量，增加变压器容量，达到节省电费的效果通过在配电系统中设置无功补偿装置，提高了配电系统的功率因数，可显著的减少无功电流所造成的电能损耗。有条件的建筑物，可采用就地式无功补偿和集中式无功补偿相配合的综合补偿方式; 对安装容量超过 10 kW 的电机类用电设备，可在电机控制柜处就地设置无功补偿装置。对于其他设备的无功功率，在变电所低压侧进行集中补偿。需要注意的是，对于变负载的设备，其电动机端电压随负载而变化，会造成就地无功补偿装置内的电容器出现无功涌流，严重的情况会导致电机由于涌流过电压而烧毁。因此对于此类设备不应采取就地无功补偿的方式。2． 6 合理照明灯具及控制方式
建筑物内应尽量使用高效节能照明装置，要求光源、灯具、配件都应为节能型。日光 LED 的能耗仅为白炽灯的 1/10，节能灯的 1/4，并且使用寿命较长。三基色节能荧光灯的发光效率比普通节能灯高30%左右，比一般白炽灯高5 倍 ～7 倍，因此建筑物内的照明灯具应尽量选择 LED 灯及节能型荧光灯形式以实现节能。合理的选择照明灯具的控制方式亦对节能至关重要。对于大空间，应根据功能需要合理的选择分区控制方式; 对于楼梯间、走道的灯具应尽量选择声光控、智能控制等方式。
3 结语
综上所述，作为建筑设计重要组成部分的电气设计，对节能设计的实现至关重要。民用建筑电气节能设计能够缓解我国能源危机，降低能源消耗。电气工程师在设计中要充分使用自己的专业特长，深入研究各种节能技术和节能措施，精细考虑、反复衡量、谨慎思考，为能源的可持续发展做出一部分贡献。
参考文献:
［1］ 詹 新． 建筑电气节能设计之探讨［J］． 衡水学院报，2008，10( 1) : 91-93．
［2］ 李红生． 配电变压器节能运行方式的探讨［J］． 节能技术，2002( 3) : 124-135．
［3］ 周 鄂． 电机学［M］． 北京: 水利电力出版社，1995．
［4］ 李卓昆． 建筑电气照明系统的节能设计［J］． 山西建筑，2008，34( 22) : 226-227．
［5］ 李炳华，宋镇江． 建筑电气节能技术及设计指南［M］． 北京:中国建筑工业出版社，2011．