建筑電氣設計中的節(jié)能設計分析

摘要：能源問題已成為全球共同關注的問題，能源短缺成為制約經濟發(fā)展的重要因素。建筑中的節(jié)能設計已得到充分重視，做到合理使用能源、提高能源利用效率，為能源的節(jié)約提供了保障。文章通過對建筑電氣設計的概述，分別從配電變壓器、配電線路、電動機、照明幾個方面介紹了建筑電氣設計對建筑節(jié)能型的影響。 

關鍵詞：建筑電氣;節(jié)能設計;配電變壓器;配電線路;電動機;照明;

Abstract: the energy problem has become a global concern, energy shortage be restricted the economic development of important factors. The architecture of energy saving design has got much attention and achieve fair use energy, improve the efficiency of energy utilization, and for energy conservation to provide the safeguard. Based on a brief overview of the construction of electrical design, respectively from the distribution transformer, the power distribution lines, motor, lighting introduced several aspects of building energy-saving building electrical design of influence.

Keywords: electrical building; Energy saving design; Distribution transformer; Distribution circuit; Motor; Lighting;

1建筑電氣設計概述 

    1.1建筑電氣設計的原則。  

1.1.1滿足建筑物的使用功能。 

    建筑電氣設計的原則應滿足以下幾點：照明的照度、色溫、顯色指數；滿足舒適性空調的溫度及新風量；滿足上下、左右的運輸通道暢通無阻；④滿足特殊工藝要求，如娛樂場所的一些電氣設施的用電，展廳的工藝照明及電力用電等。 

1.1.2考慮實際經濟效益。

    節(jié)能應按國情考慮實際經濟效益，不能因為節(jié)能而過高地消耗投資，增加運行費用，而是應該讓增加的部分投資，能在幾年或較短的時間內用節(jié)能減少下來的運行費用進行回收。  

    1.1.3節(jié)省無謂消耗的能量。 

    節(jié)能的著眼點，應是節(jié)省無謂消耗的能量。首先找出哪些地方的能量消耗是與發(fā)揮建筑物功能無關的，再考慮采取什么措施節(jié)能。如變壓器的功率損耗，傳輸電能線路上的有功損耗都是無用的能量損耗，又如量大面廣的照明容量，宜采用先進技術使其能耗降低。 

    1.2設計要達到的目標。 

住宅電氣設計的設備選型應能滿足居民在住宅居住期內(一般按30 50年考慮)用電的增長，以居民遠期負荷發(fā)展為依據，以居民生活用電達到中等電氣化水平為目標。

根據居民生活情況，使每戶住宅的供電達到4 10kW的水平，并保證在住宅居住期內不再改造。

    1.3具有合格的電能質量，家用電器能正常工作。 

為新建居民住宅電氣設計提供參考，使電氣安裝一次達到要求，不搞重復建設。

2選擇更先進更節(jié)能的配電變壓器

        隨著市場經濟的發(fā)展和科技的不斷進步，新材料新工藝的廣泛應用，新的低損耗配電變壓器先后開發(fā)成功，盡管配電變壓器已是高效率的設備，但由于數量的巨大和空載耗電的固定性，變壓器效率即使有微小的改進也能獲得相當大的能源節(jié)約和減少溫室氣體的排放，因此其本身存在巨大的節(jié)能潛力.現在在我國應用的較多的主要有油浸式變壓器，干式變壓器，箱式變壓器等。

2.1油浸式變壓器：國家從1999年起國家規(guī)定淘汰并停止生產S7系列油浸式配電變壓器，2001年在S9基礎上我國又開發(fā)出S11系列變壓器，使空載損耗進一步降低。S11型變壓器適應范圍廣，性能水平優(yōu)于S9，節(jié)約能源，與S9變壓器比，它的空載損耗平均降低百分之三十，空載電流平均下降百分之七十，而且噪音水平也下降了，減少了城市的噪音污染。

        2.2干式變壓器：近年隨著高層及大中型建筑的增多，以前用量較少的干式變壓器因為它的結構簡單，維護方便，安全性能好等優(yōu)點已得到很大發(fā)展。目前SC9型為國內干式新型節(jié)能變壓器，損耗比老產品大大降低，比老SC8干式變壓器空載損耗平均降低百分之八十七，負載損耗平均降低百分之十，另外變壓器的噪音水平也明顯降低。

        2.3箱式變壓器：箱式變壓器即為高低壓預制式變電站，由變壓器制造廠生產。因為占地面積較小而且就近設于負荷中心，可降低線損，也屬于節(jié)能變壓器，現在在民用住宅小區(qū)中應用非常多。

        綜上所述，目前適合國內需求的節(jié)能產品是S9型及S11型配電變壓器，有防火要求的地方，可采用環(huán)氧

樹脂澆注的干式變壓器，住宅小區(qū)多為箱式變壓器。而配電變壓器的節(jié)能原理主要體現在減少變壓器的有功功率損耗：

變壓器的有功功率損耗如下式表示：△Pb＝Po＋Pkβ2其中：△Pb——變壓器有功損耗（KW）；Po——變壓器的空載損耗（KW）；Pk——變壓器的有載損耗（KW））；β——變壓器的負載率。Po部分為空載損耗又稱鐵損，它是由鐵芯的渦流損耗及漏磁損耗組成，是固定不變的部分，大小隨矽鋼片的性能及鐵芯制造工藝而定。所以，變壓器應選用節(jié)能型的，如S9、及SC9等型油浸變壓器或干式變壓器，它們都是采用優(yōu)質冷軋取向矽鋼片，由于“取向”處理，使矽鋼片的磁疇方向接近一致，以減少鐵芯的渦流損耗；45°全斜接縫結構，使接縫密合性好，以減少漏磁損耗。

Pk是傳輸功率的損耗，即變壓器的線損，決定于變壓器繞組的電阻及流過繞組電流的大小，即負載率β的平方成正比。因此，應選用阻值較小的繞組，可采用銅芯變壓器。從Pkβ2用微分求它的極值，在β＝50％處每千瓦的負載，變壓器的能耗最小。因此，在80年代中期設計的民用建筑，變壓器的負載率絕大部分在50％左右，在實際使用中有一半變壓器沒有投入運行，這種做法有的一直沿襲至今。但是，這僅是為了節(jié)能，而沒有考慮經濟價值。舉下例可看出其不可取的程度。

        SC3－2000KVA的變壓器，當β＝50％時相對于β＝85％時可節(jié)能為P＝16.01×（0.852－0.52）＝7.56KW，按商場最高用電小時計：每天12小時，365天全營業(yè)，則總節(jié)約電能：Ｗ＝

7.56×12×365＝33113ＫＷ·ｈ。按營業(yè)性電價每度0.78元計，則每年節(jié)約：33113×0.78＝25828元。按每千瓦的初裝費投資：       

2000KVA變壓器應是大型民用建筑，必然雙電源進線，則初裝費每KVA為2240元，每年節(jié)能省下的電費只能提供（25828/2240＝11.53）11.53KVA的初裝費。還有988.5KVA的初裝費，加上由于加大變壓器容量而多付的變壓器價格，由于變壓器增加而使出線開關柜、母聯柜增加引起的設備購置費，安裝上述設備使土建面積增加而引起的土建費用，這是筆相當可觀的投資，還沒有計及折舊維護等費用。由此可見，取變壓器負載率為50％是得不償失的。

        事實上50％負載率僅減少了變壓器的線損，并沒有減少變壓器的鐵損，因此也不是最節(jié)能的措施。計及初裝費、變壓器、低壓柜、土建的投資及各項運行費用，又要使變壓器在使用期內預留適當的容量，變壓器的負載率應在75％～85％為宜。這樣也可以做到物盡其用，因為變壓器絕緣的使用年限滿負荷計為20年，20年后可能有更好的變壓器問世，這樣就可以有機會更換新的設備，才能使該建筑總趨技術領先地位。為減小變壓器損耗，當容量大而需要選用多臺變壓器時，在合理分配負荷的情況下，盡可能減少變壓器的臺數，選用大容量的變壓器。

3 配電線路損耗 

建筑中供電線路長且多,由于電阻的存在,當電流通過時就會產生功率損耗,其計算公式是: 式中:ΔΡ—三相輸電線路的功率損耗;I—線電流;R—線路相電阻。對于供電線選定的條件下,“R”值不變。可見電流越大,電路損失越大。線路的電阻R=ρL/S,電阻與電阻率ρ、導線長度L成正比,與導線截面S成反比。要減少電阻損耗應從以下幾個方面考慮: 

選用電阻率ρ較小的導線,如銅芯導線較佳,鋁線次之。減少導線長度,在設計中線路應盡量走直線少走彎路,另外在低壓配電中盡可能不走或少走回頭路。變電所應盡可能地靠近負荷中心,以減少供電半徑。增大導線截面積,對于較長的線路,在滿足載流量、熱穩(wěn)定、保護配合及電壓降要求的前提下,在選定線截面時加大一級線截面。這樣增加的線路費用,可以由以后的運行費用抵消。 

4電動機的節(jié)能分析 

減少電動機損耗的主要途徑是提高電動機的工作效率和功率因數。但是在具體工程中電動機通常都是水暖及建筑等專業(yè)設備所配套的,因此電氣設計節(jié)能措施主要在運行過程中。除了就地電容器補償減少線路損耗外,還應減少電動機低效率的輕載和空載運行。主要的措施是采用變頻調速控制電動機使其適應負載的變化,以提高電動機輕載時的效率從而達到節(jié)約電能的目的。如對于空調系統的循環(huán)泵采用變頻控制后空調系統的運行費可節(jié)約30～40%。

5照明節(jié)能措施 

照明節(jié)能設計就是在保證作業(yè)面視覺要求、不降低照明質量的前提下,減少照明系統中光能的損失,從而最大限度的利用光能,通常的節(jié)能措施有以下幾種:(1)充分利用自然光,在設計中電氣設計人員應多與建筑專業(yè)配合,做到充分合理地利用自然光使之與室內人工照明有機地結合,從而節(jié)約人工照明電能。(2)使用高效節(jié)能燈具和高效電子鎮(zhèn)流器、節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器、電子觸發(fā)器以及電子變壓器等,公共建筑場所內的熒光燈宜選用帶有無功補償的燈具,緊湊型熒光燈優(yōu)先選用電子鎮(zhèn)流器,氣體放電燈宜采用電子觸發(fā)器。(3)對于照明燈具進行控制也是一種行之有效的節(jié)電方法。根據照明使用特點可采取分區(qū)控制燈光或適當增加照明開關點。臥房、病房、客房等床頭燈可采用調光開關,高級客房采用節(jié)電鑰匙開關,公共場所及室外照明可采用程序控制或光電、聲控開關,走道、樓梯等人員短暫停留的公共場所可采用節(jié)能自熄開關。