论民用建筑电气节能及措施研究

摘 要: 本文论述了民用建筑电气设计中的节能原则，从建筑照明节能、供配电系统节能、变压器节能、电气动力设备节能、物业管理节能等多方面提出了民用建筑中的一些电气节能措施。

关键词:民用建筑建筑节能措施

1、前言

近年来,我国在各行各业都提倡节能减排,节约能源是我国的基本国策,建筑电气设计中的节能是各设计人员必须严格执行的政策。为了贯彻国家有关法律法规和方针政策,改善公共建筑室内环境,提高能源利用率 ,政府相关部门制定了《建筑照明设计标准》GB50034-2004,《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005,《夏热冬暧地区居住建筑节能设计标准》JGJ75-2003；省建设厅根据本省的气候特点尚制定了《公共建筑节能设计标准》本省实施细节DBJ15-51-2007，文中增加了“建筑照明节能设计”内容，《夏热冬暧地区居住建筑节能设计标准》实施细节DBJ 15-50-2006。这些都是节能方面的专门规范,同时在国家其它相关电气规范中都不同程度地提及了电气节能的问题。在此笔者结合多年来电气设计工作的一些体会谈谈民用建筑电气设计节能。

2 民用建筑电气节能原则

2.1 应满足建筑物的功能要求

应满足照明的照度、色温、显色指数；满足空调的温度及新风量；满足上下、左右的运输通道畅通无阻；满足特殊工艺要求，如娱乐场所的一些电气设施的用电，展厅的工艺照明及电力用电等。

2.2 应考虑实际经济效益

节能应考虑经济效益，不能因为节能而过高地增加投资，增加运行费用；而是应该让增加的投资，能在几年或较短的时间内用节能措施减少下来的运行费用进行回收。

2.3 节省无谓消耗的能量

节能的关键，应是节省无谓消耗的能量。首先找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物功能无关的，再考虑采取相应措施节能。如变压器的功率损耗，传输电能线路上的有功损耗都是无用的能量损耗，又如量大面广的照明容量，宜采用先进技术使其能耗降低。

总而言之，节能措施应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。

3、建筑照明节能措施

3.1 充分利用自然光源

节约照明用电要充分利用自然光。一方面在满足建筑节能的情况下尽可能加大开窗面积；另一方面应充分利用太阳能，促进太阳能产品的开发和利用,以便减少电网的供电负荷。

3.2 选择合理的照度标准

合理选择照度是照明节能的重要方面。照度太低,会给人们工作和生活带来不便,损害工作人员视力,影响产品质量和生产效率；照度太高不仅浪费电能，而且对人的眼睛同样有害。因此, 应根据不同场所、不同用途选择与所进行的视觉工作环境相适宜的照度,照度选择应采用国家颁布的《建筑照明设计标准》GB50034-2004，各种场所的照明功率密度值均不应大于《公共建筑节能设计标准》实施细节DBJ15-51-2007中的相应规定。

3.3 选择合理的照明方式

照明方式分为:一般照明、局部照明和混合照明。在满足标准照度的条件下为节约电力,应恰当选择一般照明、局部照明和混合照明三种方式。例如大空间的车间及办公楼,只用一般的照明方式,用较多灯具也很难达到精细视觉作业要求的照度，如果按要求设置一个局部照明的光源,用电较少便可达到所需要求。

3.4 选择高效电光源及配套装置

通过科学合理的照明设计,采用光效高、寿命长和安全性能稳定的照明电器产品。如高效节能灯、节能荧光灯,节能电子镇流器、电器附件,最终达到高效、舒适、安全、节能的要求。常见电光源性能见表1。

表1 目前较成熟的电光源性能

灯具种类 灯型 光效/(Lm/W) 寿命/h 显示指数

照明白炽灯

采用一只9W的节能灯完全可以替代40W白炽灯、双端直管荧光灯T12型光效为55Lm/W,而现在T5型光效为104Lm/W,用T5管代替T12、T18管,可以节约近50%电能；电子镇流器自身消耗的电能比电感镇流的损耗要小得多,前者小于2W,后者耗能约9W,由此可见电子镇流器节电效果十分显著。在选择高效的电光源时,应充分考虑应用的场所,根据场所的特点和电光源的特性,合理、科学地选用。

4、建筑供配电系统节能措施

4.1 合理布置变配电房及电气管井位置

根据建筑的规模、用电负荷性质及容量,使配电房、电气间位置合理地靠近用电负荷中心,减少供电半径、减少电压损失，提高供电质量，减少电能的损耗。在高层建筑中，低压配电室应靠近电气竖井，而且由低压配电室供电给每个竖井的干线，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向前送电，尽可能减少回头输送电能的支线。

4.2减少电能在传输线路上的损耗

由于线路上存在电阻，电流通过时会产生功率损耗；根据电阻R=PL/S，电阻与电导率和导线长度成正比，与导线截面成反比。因此,在设计中应采用导电率较小的材料做导线,例如铜； 其次，应合理布置线路,尽可能减少线路长度；第三，合理选择导线截面,对较长的输配电线路,加大一级截面可减少线路电阻,从而使线损减少以达到节能的目的,长远来讲是划算的。

4.3 合理选择变压器及减少变压器的有功功率损耗

变压器作为输变配电的重要设备,其性能参数节能、环保的优化是电气节能的一个重要方面。目前国内生产的干式变压器主要有两大类型:环氧树脂干式变压器(包括包绕式)和浸渍型干式变压器。

变压器的有功功率损耗如下式表示：Pb＝Po＋Pkβ2其中：

Pb--变压器有功损耗（KW）；Po--变压器的空载损耗（KW）；Pk--变压器的有载损耗（KW）；β--变压器的负载率。

Po部分为空载损耗又称铁损，它是由铁芯的涡流损耗及漏磁损耗组成，是固定不变的部分，大小随矽钢片的性能及铁芯制造工艺而定。所以，变压器应选用节能型的，如S9、SL9及SC8等型油浸变压器或干式变压器。

Pk是传输功率的损耗，即变压器的线损，决定于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小，即负载率β的平方成正比。因此，应选用阻值较小的绕组，可采用铜芯变压器。从Pkβ2用微分求它的极值，在β＝50％处每千瓦的负载，变压器本身的能耗最小，但是，因实际使用中有一半变压器没有投入运行，变压器利用率低，综合经济价值并不是最大。

事实上50％负载率仅减少了变压器的线损，并没有减少变压器的铁损，因此也不是最节能的措施。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％～85％为宜。这样也可以做到物尽其用，因为变压器绝缘的使用年限满负荷计约为20年， 20年后可能有更好的变压器问世，这样就可以有机会更换新的设备，才能使该建筑总处于技术领先地位。为减小变压器损耗，当容量大而需要选用多台变压器时，在合理分配负荷的情况下，尽可能减少变压器的台数，选用大容量的变压器。例如需要装机容量为 2000KVA，可选2台1000KVA，不选4台500KVA。因为选用前者可节能：P＝4（1．6＋4．44）－2（2．45＋7．45）＝ 4．36KW（全按β＝100％计，同等条件，SC3变压器）。

4.4 对配电系统进行无功补偿,提高功率。

有功功率是满足建筑物功能所必须的，因此是不可变的。系统中的用电设备，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，需要从系统中引入超前的无功相抵消，这样超前的无功功率就从系统经高、低压线路传输到用电设备，在线路上就产生了有功损耗，而这部分损耗是可以想办法改变的。提高设备的自然功率因数，以减少对超前无功的需求，例如采用功率因数较高的同步电动机；荧光灯可采用高次谐波系数低于15％的电子镇流器；采用电感镇流器的气体放电灯，单灯安装电容器等，都可使自然功率因数提高到0．85～0．95，这就可减少系统高、低压线路传输的超前无功功率。

功率因数是指有功功率与视在功率的比，无功补偿是电网采用的重要节能措施。合理的无功补偿配置投资少、收效快,可以减少输送无功电流造成的电能损耗,改善电压质量,充分发挥电力输送有功功率的潜力。变配电站安装集中补偿的电容器组,主要用于补偿主变压器变损与供电范围内尖峰时无功损耗,对降损、调压发挥重要作用。在民用建筑中,补偿方式分为集中补偿和就地补偿。

4.4.1 根据用户负荷水平的波动,在配电变压器380V侧集中电容补偿,投入相应数量的电容器进行跟踪补偿,其目的是提高专用变压器的功率因数,实现无功功率的就地平衡,对配电网和配电变压器的降损有一定作用,保证了用电设备电压水平。

4.4.2《供配电系统设计规范(GB50052-2009)》指出对容量较大、负荷平稳且经常使用的用电设备,无功负荷宜单独就地补偿,用户终端就地补偿可使线路损率减少20% ,减小电压降,改善电源质量,进而改善用电设备的启动和运行条件。

5、电气动力设备的节能措施

在建筑电气中的电动机都是与暖通、给排水专业有关，主要为水泵、风机、电梯、空调等。除了上述的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，还应减少电机轻载和空载运行的电能损耗。因为，在这种情况下，电机的效率是很低的，消耗的电能并不与负载的下降成正比。采用变频调速器，使其在负载下降时自动调节转速，使其与负载的变化相适应，采用这种方式，可提高电机在轻载时的效率，达到节能的目的,例如:变频空调,恒压或变压变频调速给水设备。另一种节能方式是采用软起动器或对功率较大的电机应采用降压起动，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，则全压投入运行。例如：自藕变压器降压起动，星三角转换降压起动，延边三角形降压起动

6、物业管理中的节能措施

加强用电管理，做好用电宣传，建立实施节电制度。定期清理照明灯具中的灰尘，及时更换已经老化的灯具以便提高照度。住宅实行一户一表制。

7、结束语

节约能源在民用建筑电气设计的每个环节都有相应的技术措施,工程设计人员应高度重视节能,掌握先进的节能设计方法和新型的节能产品,把节能措施运用到各项工程中。 民用建筑的节能潜力很大，在选用节能新设备上，应具体了解其原理、性能、效果，从技术、经济上进行比较后，再选定节能设备，以达到名副其实的节能。注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。