建筑电气节能的有效途径探讨

摘要：建筑电气节能充分考虑如何在满足建筑物的功能的前提下尽量减少设备使用时间以及提高设备使用效率。本文探讨了建筑电气节能的有效途径。

关键词：建筑；电气；节能；途径

中图分类号：F407.6 文献标识码：A 文章编号：

随着我国经济的高速发展和人民生活水平的不断提高，促使用电设备的增长速度超过发电设备的增长速度，造成能源短缺，电力供应矛盾十分突出，严重影响我国经济的可持续发展和节约型社会的建设。所以建筑电气节能已成为时代的需要。建筑的节电措施包括2 个方面，即设计和日常运行管理其中，设计是否节能则又是问题的主导方面，本文仅对建筑设计的节能性和经济性两者的统一，谈一些个人看法。

一、变压器的选用

变压器是电压变换设备，广泛应用于电力系统，特别是10 kV 和35 kV 电压等级的变压器在电力和配电系统中普遍使用且数量巨大。据估计，目前在电网上运行的10 kV 和35 kV 级变压器容量约有10 亿kVA 以上。由于使用量大，运行时间长，变压器在选择和使用上存在着巨大的节能潜力，特别是量大面广的10 kV 和35 kV 级变压器。选择高效节能产品，不但对节约能源具有重要意义，同时还可以大大降低变压器的运营成本，是改善经济效益的重要途径。因此，选择变压器时，应选用低损耗节能型变压器，如S10 系列、S11 系列。SL7、S7 型变压器及以前的高损耗变压器已由国家先后公布淘汰，停止其生产和销售，不再采用。对于高层建筑、地下建筑、化工等单位及对消防要求较高场所，宜采用低损耗节能型干式电力变压器(SG10、SG11、SC6 等系列)。对电网电压波动较大，为改善电能质量，采用有载调压电力变压器。在变压器设计中，降低变压器的环境温度、平衡三相负荷、合理选择变压器接线方式等也是节约能源的有效途径。

二、电动机动力系统节能

1、选用高效率电动机。提高电动机的效率和功率因素，是减少电动机的电能损耗的主要途径。与普通电动机相比，高效电动机的效率要高3%～6%，平均功率因数高7%～9%，总损耗减少20%～30%，因而具有较好的节电效果。所以在设计和技术改造中，应选用Y、YZ、YZR 等新系列高效率电动机，以节省电能。另一方面，高效电机价格比普通电机要高20%～30%，故采用时要考虑资金回收期，即能在短期内靠节电费用收回多付的设备费用。一般符合下列条件时可选用高效电机：（1）负载率在0.6 以上；（2）每年连续运行时间在3 000 h 以上；（3）电机运行时无频繁启停(最好是轻载启动，如风机、水泵类负载)；（4）单机容量较大；

2、选用交流变频调速装置。大力推广交流电机调速节电技术，是当前我国节约电能的措施之一。采用变频调速装置，使电机在负载下降时，自动调节转速，从而与负载的变化相适应，即提高了电机在轻载时的效率，达到节能的目的。目前，用普通晶闸管、GTR (大功率晶体管)、GTO (门极可关断开关)、IGBT(绝缘门双极晶体管)等电力电子器件组成的静止变频器对异步电动机进行调速已广泛应用。变频调速是通过由电子元件组成的变频器及相应的辅助控制装置，来改变电动机的输入电压和频率以实现电动机的调速。与其他方法相比，变频调速具有自身损耗小，效率高，调速精度高的优点，通过微机还可以进行闭环自动控制，是理想的调速方法，尤其适用于高层建筑中水泵、风机、电梯等电动机的调速。提高控制技术，尽量减小交流电动机的启动、制动次数也是降损节能的有效措施，因为电动机启动时的大电流会造成电能损耗，电机停止时会产生制动能耗。采用控制技术监视各类生活、消防水箱的水容量，并科学地控制水泵启动的台数、相隔的时间能减少电动机启动、制动次数。

三、抑制谐波

随着用电设备的多元化, 由于许多外线性电气设备的投入运行, 如公共场所的高压荧光灯及家用电器等非线性用电设备接入电网, 会产生谐波电流注入电网, 产生的谐波电流将随着非线性能电设备负荷电流的大小而相应变化, 而流入电网各分路的谐波电流则随分路谐波阳抗的大小按反比例分配。大量谐波电流流入电网后, 通过电网阻抗产生谐波压降、叠加在电网基波上, 引起电网电压畸变, 将产生以下主要危害:

1、电机变压器等电气设备由于谐波电流而产生附加损耗, 从而引起过热, 使得绝缘介质老化加速, 导致绝缘损坏。

2、使变压器产生磁伸缩和噪声, 电抗器产生振动和噪声, 感应电动机引起固定数的振动力矩和转速的周期变动。

3、使相位控制设备的正常工作因信号紊乱而受到干扰, 如电子计算机误动作、电子设备误触发、电子元件测试无法进行。

4、使某些类型的继电保护、晶体管整流型保护变压器及母线复合电压保护, 由于相位变化而误动或拒动。

5、使通信网络、弱电回路产生杂音, 甚至造成故障。谐波产生的种种危害表明: 在电气设计工作中, 必须尽可能采取措施抑制谐波, 避免电网电压的畸变和保证用电设备的正常运行。

消除谐波的手段大体有三类: 无源滤波器、隔离和降低谐波的变压器和有源滤波器。无源滤波器主要针对特定频率的谐波电流, 只能滤除定次谐波电流, 隔离变压器只对3N 次谐波有效; 有源滤波器是一种动态抑制谐波和补偿无功的电力电子装置,它能对频率和大小都变化的谐波和无功进行补偿,是一种较理想的补偿谐波装置。

四、照明设计环节中的节能措施

1、 照明的节能设计。照明节能设计就是在保证不降低作业面视觉要求、不降低照明质量的前提下，力求减少照明系统中光能的损失，从而最大限度的利用光能。通常的节能措施有以下几种：（1）充分利用自然光，这是照明节能的重要途径之一，在设计中电气设计人员应多与建筑专业配合，做到充分合理地利用自然光使之与室内人工照明有机地结合，从而大大节约了人工照明电能；（2）选用高效光源。照明设计规范规定了各种场所的照度标准、视觉要求、照明功率密度等。照度标准不可随意更改，这就需要有效地控制单位面积灯具安装功率。光源的效率与电力消耗最为密切，在满足照明质量的前提下，一般场所应优先采用高效发光的荧光灯及紧凑型荧光灯，高大车间、厂房及体育场馆的室外照明等一般照明宜采用高压钠灯、金属卤化物灯等高效气体放电光源；（3）推广使用低能耗性能优的光源用电附件，如电子镇流器、节能型电感镇流器、电子触发器以及电子变压器等，公共建筑场所内的荧光灯宜选用带有无功补偿的灯具，紧凑型荧光灯优先选用电子镇流器，气体放电灯宜采用电子触发器；（4）采用合理的控制方式。充分利用天然光的照度变化，决定电气照明点亮的范围，实行一般照明的分区控制和适当增加照明开关点，改变全开习惯，在给定的时间和地点控制照明提供的照度，可有效地节能；采用各种类型的节电开关，如在旅馆客房设置节能控制型总开关，对居住建筑有天然采光的楼梯间、走道灯(应急照明除外)采用节能自熄开关等；公共场所、室外照明，可采用集中控制遥控管理的方式或采用自动控光装置；

2、提高供配电系统的功率因数。功率因数提高了可以减少线路无功功率的损耗，从而达到节能目的。具体方法有：（1）减少用电设备无功损耗，提高用电设备的功率因数。在设计中尽可能采用功率因数高的用电设备如同步电动机等，电感性用电设备可选用有补偿电容器的用电设备(如配有电容补偿的荧光灯)等；（2）用静电电容器进行无功补偿，电容器可产生超前无功电流抵消用电设备的滞后无功电流从而达到提高功率因数，同时，又减少整体无功电流。在具体工程设计中有采用分散就地补偿和高低压柜集中补偿等方式，可根据具体情况具体分析。

五、空调系统节能

空调能耗是建筑能耗的主要部分, 占总能耗的45% 以上。因此, 降低空调系统能耗是建筑节能的另一项重要任务。建筑空调的设计参数主要是指空气湿度、相对湿度、气流速度以及室内空气品质。空调节能的技术措施可归纳为8个方面, 即减少冷负荷、提高制冷机组效率、利用自然冷源、减少水系统泵机的电耗、减少风机电耗、采用自然通风、使用智能控制系统、中央空调余热回收。

减少冷负荷方面的节能措施主要是选择合理的室内参数, 局部热源就地排除, 合理使用室外新风量以及防止冷量的流失。提高冷源效率可采取的节能措施包括降低冷凝问题、提高蒸发问题和优选制冷设备等。减少空调水泵电耗可以从减小阀门及过滤网阻力、提高水泵效率和采用变流量模糊控制变频节能技术等几个方面着手改进。

如从基建时考虑到建筑主体节能, 再全面采用空调系统综合节能技术以及各项节能措施, 空调运行费用可减少30%以上。

电气节能是一个系统工程， 建筑电气节能充分考虑如何在满足建筑物的功能的前提下尽量减少设备使用时间以及提高设备使用效率。这个问题节能设计的出发点，从这个出发点，我们才能够因地制宜地设计合适的节能方案。应当说，建筑电气的节能方法有很多种，不啻文中所列，如提高电网功率，采用节能机电产品，智能化控制等等，但万变不离其宗，总的原则仍然是既节约能源又满足建筑物功能的需要。

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