综述建筑电气节能设计技术

分类：电力论文发表 时间：2011-03-24 09:06 关注：(1)

综述建筑电气节能设计技术
刘都义

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摘要：节约能源，保护环境，是我国长期的重大方针。随着现代化科技的迅速发展，节能技术、节能设备也将不断提高和发展。本文根据笔者从事电气设计专业的多年经验，阐述了建筑电气设计节能的重要性。

关键词：建筑电气；节能设计；节能措施

“节能降耗” 是国家的基本国策之一。建筑电气领域节约用电蕴含着巨大的潜力，同时，节能具有重大意义，它不仅能有效地缓和电力供需矛盾，保证国民经济持续、高速、健康的发展，而且经济效益显著，是一种经济的电力开发形式。

1 建筑供配电系统节能
建筑供配电系统节能包含尽可能地减少在输送、转换、运行过程中的损耗及系统使用中的节能，就建筑供配电系统节能而言，主要包括三个方面：供配电系统节能设计、变压器节能和系统运行管理节能。
1．1 供配电系统节能设计
根据用电负荷容量及其分布、用电设备特点及负荷等级，合理设计供配电系统，使系统在最佳状态下运行，实现供配电系统的经济节能运行。设计应从下面几个方面考虑。
(1)供配电系统应尽量简单可靠，同一电压等级供电系统变配电级数不宜多于2级，尽量减少变电级数过多产生的电能损耗。
(2)合理选择供电电压。同等情况下，电压越高，损耗越小。民用建筑用电设备电压等级大部分为220／380 V，但一些大型或特大型的民用建筑的空调主机为了达到节能目的，经方案比较，可以选择l0(6)kV的制冷设备。
(3)变电所应靠近负荷中心，低压配电间应靠近电气竖井，合理分布供电网络，使低压供电半径控制在200 m以内，供电线路的电压损失已满足规范的允许值，减少线路电压损失，提高供电网络的供电质量及网络运行的经济效益。
(4)在选择变压器容量和台数时，应根据负荷情况，综合考虑投资和年运行费用，对负荷合理分配，选取容量与电力负荷相适应的变压器，使其工作在高效低耗区内。
(5)合理选择电缆、导线截面。在满足允许载流量、运行电压损失等各种技术指标前提下，应按经济电流密度合理选择导线截面，并应从降低电能损耗、减少投资和节约有色金属等方面综合衡量。此外，对于环形供电方式，为降低线路的电阻值，将开式网运行改为闭式网运行，同样可明显降低线路损耗。
(6)合理地提高供配电系统的功率因素。若系统自然功率因素达不到接入电网要求时，应进行无功补偿，提高功率因素，减少能量损耗。具体方法下面二种。
A、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。
B、用静电电容器进行无功补偿，提高功率因数。
1．2 变压器节能
变压器节能的实质就是降低其损耗、提高其运行效率。变压器运行中的铁损、杂散损耗是固有的，而铜损是随负载率的平方而变化。为降低能耗，除了从自身材质、结构等方面着手外，还应重视变压器运行中的降损，综合初装费，变压器、高低压柜、土建投资及运行费用，又要使变压器在使用期内预留适当的余量，故变压器节能措施主要为：
(1)合理选择变压器容量和台数，选择容量与电力负荷相适应的变压器，对负荷进行合理分配，使其工作在高效低耗区内。
(2)选用节能型变压器，节能变压器具有损耗低、重量轻、噪音低、效率高、抗冲击、节能显著等优点，设计时应首选高效低损的节能变压器。如油浸式变压器已出现了比S9系列更节能的S10，S1I系列。S11型变压器与s9型变压器相比，空载损耗平均降低30％ ，空载电流平均下降70％。新型干式变压器SC9系列以及非晶合金变压器等产品，也都显示了低损耗的节能潜力。
(3)加强运行管理，实行变压器经济运行。电力用户内部变电所之间宜设置联络控制，在负荷变化情况下，及时投入或切除部分变压器，防止变压器轻载和空载运行，从而减少损耗。
1．3 系统运行管理的节能措施
(1)用电峰谷调节实现节能，合理用电是节约能源的重要内涵之一，电是不可储存的，充分发挥电力资源的综合效益，利用电力系统的低谷电能，实行避峰用电，也是一种间接的节能降耗办法。
(2)通过抑制电力谐波达到节能效果。民用建筑，尤其是现代智能建筑中，存在的大量3次谐波污染，不仅会严重影响电能质量，还将增加功率损耗，造成电能的浪费。抑制谐波的措施主要有以下几点。
A、改善配电系统。选用D．Yn11接线组别的三相配电变压器，为3次谐波电流提供环流通路；尽可能保持三相电压平衡；对谐波源负荷采用专用回路供电，减少谐波对其他负荷的影响，也有助于集中抑制和消除谐波。
B、降低谐波源的谐波含量。在谐波源设备选型上，尽量选用谐波含量少的设备，最大限度地避免谐波的产生。
C、在谐波源处安装滤波器，吸收谐波电流。
D、防止并联电容器组对谐波的放大。当并联电容器组附近有谐波源，谐波电流超过规定允许值时，应在回路中设置串联电抗器，或将电容器组的某些支路改为滤波器，还可以采取限定电容器组的投入容量，避免电容器对谐波的放大。

2 建筑动力系统节能
由于建筑动力用电设备通常容量较大，故其消耗的电能亦较大。据统计，约占整个建筑耗电的40％～60％，如此大容量的动力用电设备，无疑使我们在节电方面大有所为。动力系统节电应在满足工艺要求的前提下，尽可能减少电动机电能损耗，提高电能的有效利用率。其节电技术如下。
2．1 采用高效率节能型电动机
采取各种切实可行的措施，减少电动机的各部分损耗(主要为负载损耗及空载损耗)、提高电动机的效率和功率因数。采用高效率电机(Y，Y2系列)减少的耗电量与普通标准电动机相比，其总损耗减少20％～30％，效率可提高3％～6％。
2．2 根据负荷特性合理地选择电动机
首先，要了解负荷的特性，然后，根据电机的工作环境及负载特点，选用合适的电动机，提高电动机及其拖动负载的运行效率，减小损耗。
2．3 选择正确的起动方式
对于需频繁起动的电动机设备，正确选择起动方式，将直接影响节电效果。如直接起动方式，建议除特别小容量(＜0.75 kW)的电动机外，应尽量不予采用；减压起动则有利于节电，故适用于容量较大的电动机。近年来，在民用建筑中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。
2．4 轻载电动机采取降压运行
对经常处于轻负荷运行的电动机，应采用星三角切换装置，以达到“轻载降压运行节电”的目的。
2．5 根据负载情况对电动机采取就地补偿
对距供电点较远的大、中容量连续运行工作制的电动机，应采取电动机的无功功率就地补偿装置。
2．6 选择合理的控制系统。提高运转效率
对于纳入建筑设备监控系统管理的动力设备，可根据系统设计需要，由程序控制其起动和运行，同时，还可通过控制系统的负载来达到节能目的。

3 电气照明节能
据估计，我国照明用电量约占总发电量的10％左右，而建筑照明用电，占建筑耗电的20％～30％，且现有照明装置以低效照明为主，节电潜力巨大。照明节能设计主要可从以下几个方面着手。
3．1 选择合理的照度标准和照明方式
作为照明节能的一个重要环节，照明设计应根据工作面的分布情况选取合理的照度标准值，正确考虑照度标准的高、中、低3档的照度值；根据视觉作业特点，选择合适的照明式，尽量少用一般照明，可考虑非均匀照明、混光照明以及其他灵活的照明系统，如设置照度梯度，使灯光物尽其用，达到节能的目的。
3．2 照明的艺术效果与节能相结合
目前，有些照明设计偏向于艺术效果，追求场面宏大，在灯具的选用和布局上不太注重用电和节约电能问题。所以，必须摒弃一些奢华的设计思路，在灯具的艺术造型和布局型式选择上能充分考虑节能的因素，以客观实际需求为前提，最大限度地考虑节能的前提下精心设计达到一定的艺术效果。
3．3 进行精确的照度计算
建筑电气照明设计中，往往对照度计算过于粗略，凭经验估算，仅凭经验估算是不可能把照度值控制在照明标准规定的误差范围内，会造成实际效果与要求不符，或浪费能源，所以，要获得精确的照度，必须通过较为精确的计算。
3．4 选择高效光源
光源的效率与电力消耗最为密切，常用各类光源中高压钠灯的光效为最高，而荧光灯和金属卤化物灯次之，高压汞灯不高，而白炽灯为最低。按不同的工作场所，选择相适应的高效光源，可以降低电能消耗，节约能源。故在设计中，应严格控制使用白炽灯(除了特别需要场所)，尽量减少高压汞灯的使用量；推广使用细管径荧光灯和紧凑型荧光灯；大力推广高效、寿命长的高压钠灯和金属卤化物灯。
3．5 合理选用灯具
灯具节能应主要体现在高效率上，若效率过低，则很难用其他方法补救其节能效果。在GB50034—2004《建筑照明设计标准》中已明确规定，室内外灯具效率分别高于50％和70％ ，在所有灯具中，直接型灯具效率最高；带格栅式和带保护罩的灯具效率最低。故在满足眩光限制和其他特殊要求下，应选择前者。同时，根据使用现场不同，采用控光合理、光通量维持率高、光利用系数高、照明与空调一体化的灯具等，以达到节能目的。
3．6 优选启动设备
照明节能不应忽视启动设备的耗电问题，节能光源只有配有节能型启动设备才能使照明节能。节能型启动设备自身的能耗低、功率因素高、谐波分量低。
3．7 充分利用天然光源
在工程设计中，电气设计人员应与建筑专业配合，从建筑结构方面充分获取天然光，如开大面积的顶部天窗，利用天井空间与利用屋顶采光，有条件的，可采用光导纤维、棱镜组反射及导光管等新技术进行采光，提高对自然光的利用。
3．8 充分利用间接光源
采用提高室内反射面的反射光量来提高照度，在一些场所，可以利用墙面、顶棚、地面的反射来增加照度，如设置全反射的镜面，采用反射系数高的墙面装饰材料，使用这些反射面成为间接光源，提高电能的利用率。
3．9 采用合理的控制方式
灯具的控制方式可分为手动控制与自动控制两种：对于手动控制，一是可适当增加照明开关点，以达到分区控制灯光的目的；二是可采用各种类型的节电开关，如调光开关、定时开关、节电控制器等，都有显著的节能效果。而自动控制，则包括红外遥控开关、光电照明控制、中央控制系统及智能照明控制系统等方式，可结合具体的工程实际，选用以节约用电。
3．10 积极推广使用新型光源
发光二极管(LED)被称为“绿色光源”，白光LED理论发光光效可达200 lm／W，目前实验室里已经达到100 lm／W，50 lm／w 的产品已进入市场，其较同等亮度的白炽灯耗电减少约80％ ，节能潜力巨大；随着LED的迅速发展，发光光纤得以广泛应用，与LED光源结合，发光光纤现已在建筑物立面装饰、室内装饰及水下装饰广泛使用；室外照明可选用太阳能灯具。
3．11 加强日常照明维护
加强对灯具与光源的清洁与维护工作，因为灯具与光源严重积尘后，会使照度明显降低，导致电能浪费。

4 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] GB50189-2005公共建筑节能设计标准[S]．
[2] 李宏毅，金晶．建筑工程电气节能[M]．北京：中国电力出版社，2004．
[3] 江亿．超低能耗建筑技术及应用[M]．北京：中国建筑工业出版社，2005．
[4] 北京照明学会照明设计专业委员会．照明设计手册[M]．北京：中国电力出版社，1998．

 

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