淺析建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)

姚云波

【摘 要】隨著人們節(jié)能意識的提高和綠色建筑理念的發(fā)展，建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)已經(jīng)被人們接受并逐步應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中，這對于降低建筑能耗，減少建筑行業(yè)發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的不利影響具有重要意義。因此，建筑設(shè)計(jì)師在電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該針對建筑能耗需要，通過供配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)和照明節(jié)能設(shè)計(jì)來達(dá)到節(jié)能降耗的目的，此外還要繼續(xù)探索電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的新方法，以進(jìn)一步提高電氣節(jié)能的效果。

【關(guān)鍵詞】建筑電氣；節(jié)能設(shè)計(jì)；措施

建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)性的工程，廣大設(shè)計(jì)人不但要從節(jié)能技術(shù)研究的本身入手，同時(shí)建筑電氣節(jié)能工程還需要全社會意識觀念的改變。只有在這樣的基礎(chǔ)上，先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)才能找到廣闊的用武之地，形成節(jié)能技術(shù)的良性循環(huán)。

1.建筑電氣節(jié)能的重要性

節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境是我國乃至全世界的重大課題，我國的電力能源絕大部分是來自煤、油等不可再生燃料。一方面，我國能源極為有限，難以滿足現(xiàn)代化發(fā)展的需要；另一方面，燃煤發(fā)電必然向大氣排出大量CO2、NO2及其他氮氧化合物，導(dǎo)致了環(huán)境污染。

隨著建筑業(yè)的迅速發(fā)展，其消耗的能源也在迅速增長，而建筑中消耗的能源大部分都是以電能的方式消耗的。多年以來，人們只是盲目用電，電氣設(shè)計(jì)人員只是按照前人的經(jīng)驗(yàn)來選照明、動力和電源等設(shè)備，很少考慮節(jié)電。待工程竣工后，運(yùn)行期間出現(xiàn)一些多余的能耗，也只能任其存在。因?yàn)闊o法做出有效的定量分析，也就無法找到一種讓人信服的解釋，再加上普通的單位和企業(yè)沒有認(rèn)識到我國一直處于能源匱乏的狀態(tài)，也就忽視了優(yōu)選節(jié)能設(shè)施和日常的節(jié)電教育，以致造成能源嚴(yán)重浪費(fèi)的后果。直至最近幾年，多個(gè)省份出現(xiàn)拉閘限電才暴露了問題的嚴(yán)重性。如果形勢繼續(xù)惡化，將進(jìn)一步加劇能源匱乏問題對人們生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，因此，在能源日益短缺的今天，建筑電氣的節(jié)能顯得尤為重要。現(xiàn)在，節(jié)能已落實(shí)到施工圖的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。

2.我國建筑電氣節(jié)能的基本原則

在我國，建筑電氣節(jié)能技術(shù)的發(fā)展遵循一定的原則。首先，要充分滿足建筑物的基本功能；其次，要減少建筑電氣的能源消耗；最后，還要提高能源利用率。因此，要堅(jiān)持實(shí)用、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)這三個(gè)原則。

2.1要充分滿足建筑物的基本使用功能

要充分滿足建筑物的基本使用功能，就要使照明的照度、色溫、顯色指數(shù)等指標(biāo)達(dá)到一定的要求；滿足上、下、左、右的運(yùn)輸通道暢通無阻；滿足舒適性空調(diào)的溫度及新風(fēng)量；滿足特殊工藝要求，如娛樂場所的一些電氣設(shè)施的用電，展廳的工藝照明及電力用電等。

2.2考慮實(shí)際效益節(jié)能需要

根據(jù)國情考慮實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益，但不能僅因?yàn)楣?jié)能目的而過多地對節(jié)能投資，增加運(yùn)行費(fèi)用，也不能建立在終止生產(chǎn)發(fā)展之上，應(yīng)使增加的部分投資能在幾年或較短的時(shí)間內(nèi)以節(jié)約的運(yùn)行費(fèi)用形式進(jìn)行回收。

2.3節(jié)省無謂的能量消耗

要找出與發(fā)揮建筑物功能無關(guān)的能量消耗，然后再采取相應(yīng)的措施節(jié)省能耗。例如，變壓器的功率損耗，傳輸電能線路上的有功損耗都是無謂的能量損耗，需要采取措施予以解決；又如照明容量，宜采用先進(jìn)節(jié)能技術(shù)使其能耗降低。

3.建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的措施

3.1供配電系統(tǒng)的節(jié)能措施

3.1.1合理設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)

根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)、供電距離、用電設(shè)備、負(fù)荷容量等因素，合理選擇供電電壓并設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)，力求簡單、可靠的供配電系統(tǒng)接線，且同一電壓供電系統(tǒng)配電級數(shù)不宜超過兩級；變配電所應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心，從而使配電半徑線路縮短，以降低線路末端電壓降，而多個(gè)變配電所之間宜設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)，這樣就可靈活根據(jù)負(fù)荷變化情況投入或切換變壓器，使變壓器能高效運(yùn)行，降低損耗；按經(jīng)濟(jì)電流密度合理選擇導(dǎo)線截面，一般按年綜合運(yùn)行費(fèi)用最小原則確定單位面積經(jīng)濟(jì)電流密度，以減少線路阻抗。

3.1.2合理選擇變壓器

電力變壓器應(yīng)當(dāng)選用10型及以上非晶合金等節(jié)能環(huán)保、低損耗和低噪聲的變壓器，變壓器的長期工作負(fù)載率不宜大于0.85。在選擇變壓器容量和臺數(shù)時(shí)，應(yīng)靈活根據(jù)負(fù)荷變化情況，綜合考慮投資和年運(yùn)行費(fèi)用，對負(fù)荷合理分配，選取容量與電力負(fù)荷相適應(yīng)的變壓器，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減少由于輕載運(yùn)行造成不必要的電能損耗。此外，降低變壓器的環(huán)境溫度、平衡三相負(fù)荷、合理選擇變壓器接線方式、季節(jié)性造成的負(fù)荷變化時(shí)靈活投切變壓器等也是降低能耗的有效途徑。

3.1.3提高功率因數(shù)和負(fù)荷率

變壓器效率與變壓器損耗和負(fù)荷有關(guān)，同時(shí)也與負(fù)荷的功率因數(shù)有關(guān)。經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)，負(fù)荷率為0.3～0.75；變壓器效率最高時(shí)，負(fù)荷率為0.5～0.6。當(dāng)負(fù)荷一定時(shí)，功率因數(shù)越高則變壓器效率越高?？傮w上，變壓器損耗主要是鐵損和銅損，所以提高變壓器二次側(cè)功率因數(shù)，可使總的負(fù)荷電流減少，從而減少銅損。改善系統(tǒng)功率因數(shù)，可改善線路及變壓器的電壓損失，由此提高現(xiàn)有設(shè)備和線路的供配電能力。由于減少了無功功率，提高了功率因數(shù)，供給同一負(fù)荷功率所需的負(fù)荷電流和功率均減少，可選擇較小的變壓器容量和線路截面，從而減少投資耗費(fèi)。對現(xiàn)有設(shè)備而言，提高了功率因數(shù)，變壓器容量和線路截面就有了富余，可增加用電設(shè)備，也就等于間接增大了配電系統(tǒng)的供電能力。

3.1.4變頻調(diào)速

用變頻調(diào)速的方法來減少電機(jī)輕載和空載運(yùn)行，同時(shí)利用水泵流量進(jìn)行節(jié)能的經(jīng)濟(jì)效益也是非常顯著的。當(dāng)所需流量減少，水泵轉(zhuǎn)速降低時(shí)，其電動機(jī)的所需功率按轉(zhuǎn)速的3次方下降。

3.1.5諧波治理

隨著大量非線性負(fù)載的廣泛使用，產(chǎn)生的大量諧波電流注入電網(wǎng)中，使電壓波形產(chǎn)生畸變?？赏ㄟ^選用D，yn11變壓器，設(shè)置濾波或隔離濾波裝置，合理選擇中性線截面、功率因數(shù)補(bǔ)償電容器組串聯(lián)消諧電抗器等措施抑制諧波，提高電能質(zhì)量。

3.2照明系統(tǒng)的節(jié)能措施

照明節(jié)能的基本原則是在保證不降低生產(chǎn)、作業(yè)視覺要求，不降低照明質(zhì)量的條件下，力求減少照明系統(tǒng)中光能的損失，最有效地使用照明用電。

做好照明節(jié)能工作應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

3.2.1根據(jù)視覺作業(yè)要求節(jié)能

應(yīng)根據(jù)GB50034—2004《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》確定合理的照明標(biāo)準(zhǔn)，不同場所應(yīng)有目的地進(jìn)行照明。由于我國幅員遼闊，各地區(qū)經(jīng)濟(jì)條件差別較大，民族習(xí)慣不同，因此還應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，在規(guī)范推薦的高、中、低值中確定合理的標(biāo)準(zhǔn)，對標(biāo)準(zhǔn)值的確定應(yīng)適度掌握，并合理利用局部照明。

3.2.2充分利用自然光

照明的最佳光源是陽光，太陽光是免費(fèi)的，不需電力，也不造成污染。在寫字樓中，如果在設(shè)計(jì)時(shí)能在大樓內(nèi)部引入自然光線，員工會情緒更好，效率更高；在醫(yī)院中，住在靠近窗戶附近的病人康復(fù)得更快?，F(xiàn)在有些窗戶可以對光譜進(jìn)行選擇，引入日光的同時(shí)還可保持舒適。有一些創(chuàng)新的技術(shù)如側(cè)窗、天窗、光柵板和光線管道等，可將日光引入大樓內(nèi)部。在燈具布置時(shí)，將所控?zé)袅信c側(cè)窗平行，根據(jù)日照強(qiáng)弱來進(jìn)行燈具控制也是照明節(jié)能的有效手段。

3.2.3合理選擇光源和燈具

不同的使用場合，在滿足照明質(zhì)量的前提下，盡可能選擇高光效的光源。為充分利用光源發(fā)出的光通量，在燈具選用時(shí)應(yīng)注意選用配光合理、效率高、利用系數(shù)高的燈具，優(yōu)先選用開啟式直接照明燈具，并選擇電子鎮(zhèn)流器或節(jié)能型高功率因數(shù)電感鎮(zhèn)流器以提高功率因數(shù)。

3.2.4合理的照明控制方式

采用合理的照明控制方式是實(shí)現(xiàn)舒適照明的有效手段，也是節(jié)能的有效措施。照明控制系統(tǒng)分兩大類：手動控制和自動控制。

①手動控制是指按照使用者的個(gè)人意愿來控制所屬區(qū)域的照度水平。在照明開關(guān)應(yīng)用中，應(yīng)注意：a.居住建筑有天然采光的樓梯間、走道的照明，除應(yīng)急照明外，宜采用節(jié)能自熄開關(guān)；b.每個(gè)照明開關(guān)所控光源數(shù)不宜太多，每個(gè)房間燈的開關(guān)數(shù)不宜少于2個(gè)（只設(shè)置一只光源的除外）。但手動控制最不利的一點(diǎn)是當(dāng)人們意識到自然光線不足時(shí)會開燈，但當(dāng)自然光又恢復(fù)充足時(shí)，沒有什么因素促使人們把燈關(guān)掉，工作結(jié)束后如果燈還開著，這將浪費(fèi)大量的電能。

②與傳統(tǒng)的照明控制方式相比，近年來逐步發(fā)展起來的智能化照明控制系統(tǒng)體現(xiàn)出了優(yōu)越性。目前，智能照明控制系統(tǒng)多采用現(xiàn)場總線技術(shù)，借助各種不同的“預(yù)設(shè)置”控制方式和控制元件，對不同時(shí)間不同環(huán)境的光照度進(jìn)行精確設(shè)置和合理管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。只有當(dāng)必需時(shí)才把燈點(diǎn)亮或點(diǎn)到要求的亮度，利用最少的能源保證所要求的照度水平，節(jié)電效果十分明顯。

3.2.5高效照明和節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

T8/T5熒光燈、緊湊型熒光燈（CFL）、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈、電子鎮(zhèn)流器、半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）應(yīng)廣泛應(yīng)用。T8的節(jié)能量可達(dá)10%，T5比T8的節(jié)能效果還好；緊湊型熒光燈（CFL）比普通燈的壽命長，節(jié)能效果好，并且安裝簡便，非常適合在家庭及其他室內(nèi)場所安裝；高壓鈉燈代替高壓汞燈，電能可節(jié)約37%；金屬鹵化物燈代替高壓汞燈，電能可節(jié)約30%；半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）光的轉(zhuǎn)換效率高，壽命可達(dá)50000～100000h。在建筑物的公共場所，照明應(yīng)采用節(jié)能控制系統(tǒng)，盡量減少不必要的照明時(shí)間。除正確選用光源產(chǎn)品外，選擇高效照明燈具與光源合理配套使用，在滿足照明要求的情況下，可有效節(jié)約照明用電。

4.結(jié)語

總的來說，建筑電氣的節(jié)能技術(shù)較多，我們需要針對建筑物的實(shí)際情況優(yōu)選相應(yīng)的技術(shù)措施，提高對電能的利用效率，降低能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。電氣節(jié)能就是遵照國家的能源開發(fā)利用政策，在電力生產(chǎn)、輸送、使用各個(gè)環(huán)節(jié)中，研究分析電能消耗的規(guī)律，不斷改善用電狀況，減少損耗浪費(fèi)，即采取技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理和對環(huán)境保護(hù)無妨礙的一切措施，以實(shí)現(xiàn)電力供需的平衡。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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