淺析建筑電氣節(jié)能技術(shù)的合理應(yīng)用

薛青輝

(陜西建工集團(tuán)總公司，陜西西安710003)

隨著社會(huì)的發(fā)展，人口的增多，地球上的資源越來越匱乏。我國是一個(gè)人口眾多的國家，每年都要消耗大量的能源。我國的人均資源和能源還不到世界人均水平的一半，但我國的建筑面積能耗達(dá)到了發(fā)達(dá)國家的2～3倍?？梢钥闯鑫覈墓?jié)能空間還是很大的。積極研究建筑電氣節(jié)能的方法對環(huán)境保護(hù)、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。

1 建筑電氣節(jié)能應(yīng)該遵循的原則

建筑電氣節(jié)能技術(shù)在建筑工程中不能盲目的使用，不能為了節(jié)能而損害使用需求，損害建筑應(yīng)有的功能，更不應(yīng)該為了節(jié)能而忽略其成本規(guī)劃。因此，在建筑電氣的節(jié)能設(shè)計(jì)中我們應(yīng)該遵循以下原則。

(1)實(shí)際性。從我國的國情和實(shí)際的經(jīng)濟(jì)條件來考慮，不應(yīng)該盲目地為了節(jié)能而忽視經(jīng)濟(jì)效益。要仔細(xì)比較節(jié)能材料和節(jié)能設(shè)備的性價(jià)比，使在節(jié)能上花費(fèi)的財(cái)力、物力等投資能夠取得理想的效果，得到相應(yīng)的回報(bào)。

(2)適用性。電氣節(jié)能必須做到滿足建筑空間的舒適性和一些特殊的工藝要求，滿足建筑對亮度、色溫方面的要求。這也是對建筑物內(nèi)的人工環(huán)境的完整性提出的要求。另外，建筑電氣技術(shù)還應(yīng)該為建筑中的設(shè)備提供合理的能源供應(yīng)，滿足建筑物的環(huán)境要求。

(3)節(jié)能性。建筑電氣節(jié)能技能最關(guān)鍵也是最重要的一步就是考量其節(jié)能性。為了避免浪費(fèi)，必須要采取有效的措施。在其發(fā)展過程中應(yīng)該更加關(guān)注建筑電氣設(shè)備自身的能源消耗情況以及傳輸線路上的電能損耗這些問題。

2 照明應(yīng)用中的節(jié)能措施

在我國的建筑照明中，年照明的用電量占到了總發(fā)電量的10%左右，主要是因?yàn)橐缘托д彰鳛橹?，故還有很大的節(jié)能空間。照明用電量達(dá)到如此高的因素有很多，主要表現(xiàn)在對電光源和用電時(shí)間的控制不力，以及受到環(huán)境反射和燈具光效比的影響。要想做到照明的節(jié)能，應(yīng)該采取以下幾項(xiàng)措施。

2.1 利用自然光，減少照明時(shí)間

如果是住宅建筑，可以充分地利用自然光，采用節(jié)能燈具，在白天讓自然光透過玻璃窗達(dá)到利用光的目的。對照明系統(tǒng)的控制，應(yīng)該從幾個(gè)方面做起:一是一支20 W的電子節(jié)能熒光燈起到的照明效果和一支100 W的白熾燈的效果是一樣的，但前者更加省電;二是高層住宅中的白熾燈和熒光標(biāo)識(shí)燈用發(fā)光二極管標(biāo)示燈取代;三是蹺板式開關(guān)用聲控開關(guān)、延時(shí)開關(guān)、感應(yīng)式開關(guān)取代;四是線圈、鐵心鎮(zhèn)流器逐漸用電子鎮(zhèn)流器取代。這些技術(shù)的改進(jìn)更加符合生活的實(shí)際需求，能起到更好的節(jié)電效果。

2.2 采用高效節(jié)電新光源和照明系數(shù)高的燈具

高效節(jié)電新光源具有效率高和顯色性好的優(yōu)點(diǎn)，能在一定的電功率內(nèi)產(chǎn)生高通量的光，而且發(fā)熱量損失小。顯色好表現(xiàn)在產(chǎn)生同樣視覺效果的情況下減小電力消耗。所以要根據(jù)不同場合的特點(diǎn)選擇適合的新能源。另外，還要考慮燈具的通風(fēng)散熱和維護(hù)保養(yǎng)方面。以增加燈具的照明利用系數(shù)。

2.3 合理選擇照明方案

在建筑的布燈中，要采用光通利用系數(shù)高的方案，應(yīng)該選擇分區(qū)照明方式。在空調(diào)集中和照明容量大的場所最好使照明燈具和空調(diào)的回風(fēng)口相結(jié)合。在高照度和有光色要求的場所要用兩種以上的光源來進(jìn)行混合照明。在室內(nèi)采用高反射率的飾面材料也可以達(dá)到利用光源的效果。

3 電動(dòng)機(jī)的節(jié)能措施

提高電動(dòng)機(jī)的工作效率對降低電動(dòng)機(jī)電能損耗具有重要的意義。在高層住宅中，用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的電氣設(shè)備，比如電梯、風(fēng)機(jī)等使用的電量占到了總發(fā)電量的30%左右。所以，對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)降損具有十分重要的意義。我們應(yīng)該采用高節(jié)能的電動(dòng)機(jī)。例如YX系列的電動(dòng)機(jī)的效率就比X系列電動(dòng)機(jī)的效率高3倍。在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)要根據(jù)電氣設(shè)備不同的負(fù)載情況來選擇合適容量。一般來說，電動(dòng)機(jī)是根據(jù)其額定負(fù)載下的數(shù)值來作為效率指標(biāo)的，在負(fù)載率為75%～100%時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的效率最高，節(jié)電效果也最好。在一般的情況下，電動(dòng)機(jī)的額定功率比負(fù)載的實(shí)際功率要高10%左右。只有當(dāng)電動(dòng)機(jī)的效率和額定的效率相差不多時(shí)，容量才是最合適的。也只有在電動(dòng)機(jī)的效率與額定效率稍低時(shí)，才能決定是否要減小容量。在高層住宅中，像水泵、風(fēng)機(jī)這些電氣設(shè)備耗用的軸功率都和轉(zhuǎn)速有關(guān)系。而且需要在運(yùn)行的過程中調(diào)節(jié)負(fù)載量。根據(jù)功率和負(fù)載量的關(guān)系可以看出，在同樣的負(fù)載量下，使用變速調(diào)節(jié)需要的軸功率比使用定速閥門調(diào)節(jié)要小一些，并且有更明顯的效果。這歸因于變速調(diào)節(jié)的閥門沒有阻力損耗。所以，要使電動(dòng)機(jī)有更好的轉(zhuǎn)速，可以采用這幾種方法:一是改變轉(zhuǎn)差率、電機(jī)極數(shù)和電源頻率。當(dāng)前常用的調(diào)速方式有三種，分別是交流變頻調(diào)速、變級(jí)調(diào)速以及電磁耦合器調(diào)速。其中變頻調(diào)速是通過變頻器和輔助控制裝置來改變輸入電壓和頻率來對電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。這種方法具有很多優(yōu)勢，效率高、損耗小和調(diào)速精度高，還可以通過微機(jī)來實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制，是一種比較成熟的調(diào)速方法。比較適合用在高層建筑中的電動(dòng)機(jī)使用;二是提高控制的技術(shù)。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生電能損耗，停止時(shí)會(huì)產(chǎn)生制動(dòng)能耗，因此減少電動(dòng)機(jī)起動(dòng)、制動(dòng)的次數(shù)也可以有效降損節(jié)能。應(yīng)該對生活中和消防水箱中的水的容量進(jìn)行監(jiān)視，以便更好地控制水泵起動(dòng)的次數(shù)，在一定時(shí)間內(nèi)減少起動(dòng)和制動(dòng)的次數(shù)。另外，可以在高層住宅樓的電梯中運(yùn)用變聯(lián)控制功能，控制多臺(tái)電梯的起動(dòng)和制動(dòng)次數(shù)，減小單臺(tái)電梯平均行程。這樣也能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能的效果。也可以對多臺(tái)電梯進(jìn)行分區(qū)運(yùn)行以達(dá)到減少起動(dòng)、制動(dòng)次數(shù)的目的。變極多速電動(dòng)機(jī)具有多種轉(zhuǎn)速和多種輸出效率，是通過改變電動(dòng)機(jī)的極數(shù)和輸出效率來完成的。變極多速電動(dòng)機(jī)具有運(yùn)行可靠、結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，其不足之處是不能進(jìn)行無級(jí)調(diào)速。電磁耦合器調(diào)速是通過對勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)調(diào)速的，但首先要在電動(dòng)機(jī)上接上電磁耦合器。它的優(yōu)點(diǎn)是控制功率小、調(diào)速范圍廣，可以進(jìn)行無級(jí)調(diào)速。

4 電氣節(jié)能的方法

4.1 合理的利用太陽照明技術(shù)

太陽能很容易獲取，它無處不在，可以說是取之不盡，用之不竭的資源。科學(xué)合理開發(fā)和利用太陽能來進(jìn)行照明，不僅能夠節(jié)省資源，還能夠有效地保護(hù)環(huán)境。減少廢氣排放量，減少對地球資源的破壞，從而保護(hù)人類生存的環(huán)境。太陽能照明技術(shù)是用光伏發(fā)電系統(tǒng)將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能，然后給照明提供負(fù)荷的。

4.2 綜合利用能源

一是冰蓄冷系統(tǒng)。制定控制冰蓄冷系統(tǒng)的策略和配置系統(tǒng)的方法。還有一些其他的方法也可以進(jìn)行節(jié)能，可以通過選擇合適的變壓器負(fù)載率來對變壓器進(jìn)行節(jié)能防耗。由于在線路上消耗的功率非常大，所以必須對線路的能量進(jìn)行節(jié)能降耗的改造。也可以通過在變壓器的一側(cè)設(shè)置靜電電容器來提高系統(tǒng)的功率因數(shù)?；蚴峭ㄟ^合理的選擇照明器具和合理的進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)來減小照明系統(tǒng)的光能損失;二是太陽光伏電源系統(tǒng)?！督ㄖ镫姎庋b置》中對太陽能光伏系統(tǒng)中的逆變器技術(shù)指標(biāo)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、電池技術(shù)要求等作出了明確的規(guī)定。

4.3 電氣設(shè)備的節(jié)能

空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能:空調(diào)系統(tǒng)主要是從以下幾個(gè)方面進(jìn)行節(jié)能。一是優(yōu)化控制冰蓄冷系統(tǒng)，由于現(xiàn)行的冰蓄冷系統(tǒng)還不是很先進(jìn)，所以仍然需要深入研究對冰蓄冷的控制辦法。融冰策略能夠在一定程度上提高能源利用效率和促進(jìn)蓄冷技術(shù)的商業(yè)化;二是控制變風(fēng)量系統(tǒng)的技術(shù);三是對冷卻系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制;四是優(yōu)化控制熱交換系統(tǒng)的溫差和流量。

給排水系統(tǒng)的電子優(yōu)化控制;電梯使用的控制策略，包括停車控制、合理選型和群控策略;電動(dòng)機(jī)的優(yōu)化控制，合理的選擇負(fù)載系數(shù)、調(diào)速方法等;電動(dòng)門窗的優(yōu)化控制，包括對自動(dòng)控制遮陽系統(tǒng)和對門窗進(jìn)行節(jié)能控制。

4.4 高效節(jié)能的照明控制設(shè)計(jì)

目前對控制高效節(jié)能的設(shè)計(jì)方法有這幾種:棱鏡窗，導(dǎo)光管，反射高窗，采光擱板。照明控制在整個(gè)的照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占有十分重要的位置。它是理論基礎(chǔ)的一部分，是支撐照明節(jié)能實(shí)施的重要部分。主要是因?yàn)檎彰骺刂颇軌蚴拐彰鳝h(huán)境有一種舒適的感覺，通過劃分光的空間營造出良好的光環(huán)境和不同的環(huán)境氛圍。除此之外，它還可以起到節(jié)能的效果。要把照明燈用到需要的地方，不需要的時(shí)候要避免造成浪費(fèi)，減少不必要的開燈時(shí)間和數(shù)量、照度，這也是節(jié)能方法的一種。目前，雖然我國的照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中也寫到了很多關(guān)于照明控制的內(nèi)容，但是對照明控制的程度還是比較欠缺。所以照明設(shè)計(jì)人員應(yīng)對它充分重視。

4.5 提高功率因數(shù)和負(fù)荷率

變壓器的損耗和變壓器負(fù)荷的因數(shù)會(huì)對變壓器的功率和負(fù)荷造成一定的影響。一般而言，負(fù)荷率在0.5～0.6之間時(shí)，變壓器的效率達(dá)到最高;負(fù)荷率在0.3～0.75之間時(shí)，變壓器處在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)。負(fù)荷數(shù)一定時(shí)，變壓器的效率和功率因數(shù)成正比。變壓器的損耗形式有兩種:鐵損和銅損。減少銅損的方法是通過提高變壓器的功率因數(shù)來減少負(fù)荷的電流。系統(tǒng)的功率因數(shù)改善了，就能減少線路和變壓器的電壓損失，從而提高設(shè)備和線路的供配電能力。功率因數(shù)的提高能夠減少無功功率，也可以減少同一負(fù)荷功率需要的負(fù)荷電流和功率。為了減少投資，也可以使用較小線路截面和變壓器容量。對于已有的設(shè)備來說，功率因數(shù)的提高就有了多余的變壓器容量和線路截面。這樣就可以添加一些用電的設(shè)備以提高配電系統(tǒng)的供電能力。可以通過這些方法來提高功率因數(shù):(1)移相電容器補(bǔ)償法。用高壓電容器來補(bǔ)償高壓用電設(shè)備和變壓器的無功功率;(2)自然調(diào)整法。對電氣設(shè)備的容量要進(jìn)行合理的選擇，以提高負(fù)荷率。如果用電設(shè)備集中就采用成組補(bǔ)償，如果用電設(shè)備的供電點(diǎn)之間距離較遠(yuǎn)并且無功功率很大的就采用就地補(bǔ)償。減少供用電設(shè)備的無功消耗，提高用電設(shè)備的自然功率因數(shù)。

如果自然的功率因數(shù)還是無法滿足要求，可用人工補(bǔ)償?shù)姆椒M足功率因數(shù)要求。實(shí)踐證明每1000 V·A補(bǔ)償電容每年可節(jié)省電量150～200 kWh，可進(jìn)行廣泛推廣。無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)有幾點(diǎn)原則:一是分散與集中補(bǔ)償相結(jié)合的原則。如果用電設(shè)備的負(fù)荷較平穩(wěn)、無功容量較大以及距離供電點(diǎn)較遠(yuǎn)就要進(jìn)行單獨(dú)的就地補(bǔ)償;如果是集中在一塊的用電設(shè)備就用成組補(bǔ)償，無功功率則在變電所內(nèi)進(jìn)行集中補(bǔ)償。十分重要的一點(diǎn)是，就地安裝無功補(bǔ)償裝置比集中安裝、異地補(bǔ)償?shù)墓?jié)能效果都要好。它可以在一定程度上減少無功負(fù)荷傳輸。對于不平穩(wěn)的斷續(xù)負(fù)載，比如說電梯、自動(dòng)步行道等不應(yīng)該把補(bǔ)償電容器加裝在其電動(dòng)機(jī)上，因?yàn)樨?fù)荷的變化會(huì)引起電壓的變化，導(dǎo)致電機(jī)因產(chǎn)生過電壓而損壞。異步電動(dòng)機(jī)也不能在電動(dòng)機(jī)端額外的裝補(bǔ)償電容器，因?yàn)閱?dòng)時(shí)會(huì)瞬間轉(zhuǎn)換開路、閉路，也會(huì)造成電容器的放電和充電，同時(shí)進(jìn)行而損壞電動(dòng)機(jī);二是固定和自動(dòng)補(bǔ)償相結(jié)合的原則。也就是說對經(jīng)常變動(dòng)的負(fù)荷采用自動(dòng)補(bǔ)償，對無功功率則采用固定的補(bǔ)償。

5 結(jié)束語

總而言之，節(jié)約能源是保證可持續(xù)發(fā)展的必要條件。建筑電氣設(shè)計(jì)應(yīng)該在遵循電氣節(jié)能的原則下，選擇高效率的節(jié)能設(shè)備，采用科學(xué)的節(jié)能設(shè)計(jì)技術(shù)，達(dá)到電氣節(jié)能的最大化。

［1］黨進(jìn)喜．建筑電氣節(jié)能技術(shù)應(yīng)用探討［J］．企業(yè)導(dǎo)報(bào)，2011(6)

［2］耿玉峰．建筑電氣節(jié)能技術(shù)研究［J］．現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2011(3)

［3］李蔚，陳車．談建筑電氣節(jié)能技術(shù)的設(shè)計(jì)應(yīng)用［J］．武漢勘察設(shè)計(jì)，2011(4)