建筑电气设计中的节能方案研究

摘要:简要介绍了建筑电气节能的必要性，从建筑电气设计的几个方面，即供配电系统、动力设备和建筑照明及其控制3个方面阐述了如何实现建筑内的电气节能;并进行了总结和展望。 关键词:建筑电气设计;供配电系统节能;动力设备节能;照明节能 1引言 在当前社会的各个行业，节能的理念已深入其中，建筑节能也不例外。由此可见，建筑电气节能在整个设计过程中是不可缺少的一部分，但建筑电气节能不仅是通俗的理解为抑制需求、减少能耗，而是应以提高能量利用率以获得最大的经济效益。值得一提的是，电气节能技术在工程设计中存在很大的潜力，这样以来不但可以缓和电力供需矛盾，又能保护环境，确保经济效益的持续健康的发展［1－5，8］。有关建筑电气节能的措施有很多种，一般通过供配电系统节能、动力设备节能和照明节能三种途径实现。 2供配电系统的节能 在建筑电气实际设计时，我们通过合理选择导线和电缆，尽量使三相负荷达到平衡和提高功率因素等措施，实现供配电系统的节能。 2．1合理选择导线和电缆 在满足允许载流量的前提下，一般按照年综合费用最小原则确定经济电流密度，然后根据经济电流密度合理选择电缆及导线的截面，选取截面推荐应用IEC287－3－2/1995《电力电缆截面的经济最佳化》标准选择电缆或导线的截面。在建筑电气设计过程中，380V供电系统的线缆损耗是不可以忽视的，数据显示，当电缆超过200m时，其经济性能会比较差，所以在供配电设计时，尽量将用电设备至变压器的距离控制在200m以内。电缆敷设时，尽可能走直线，以达到节能的目的。在很多工程实例中，在满足保护配合和载流量的前提下，我们可以适当增大一级电缆或者导线的截面，以达到减少线损、节能减排的目的［3］。例如，在实际设计过程中，不可避免会遇到过多的小容量设备供配电时，可以通过把这些小容量设备集中供电，增大电缆或者导线的截面。虽然增大了最初的投资，但在运行过程中减少了线损，长久来看是经济可行的。在设计中应尽量避免选用300mm2及以上截面的电缆，这类电缆的经济性较差。下面，举例说明，当环境温度为20℃，电缆敷设在埋地的管道内土壤热阻系数选择1km/W时，电缆YJV－0．6/1kV－3×300的载流量为467A，电缆YJV－0．6/1kV－3×150的载流量为319A，两根YJV－0．6/1kV－3×150的YJV电缆的载流量比一根300mm2大171A，而 电缆YJV－0．6/1kV－3×300和两根YJV－0．6/1kV－3×150投资基本差不多，因此，尽量避免选用300mm2及以上截面的电缆。 2．2提高功率因数 提高功率因数可以减少线路及变压器的损耗。在我们实际设计时，首先在设备选型上，应优先考虑功率因数指标较好的设备。其次就是进行无功功率的就地补偿，无功补偿设备应适当靠近无功源，低压用电设备产生的无功功率宜由低压侧的电容器来补偿，使10kV侧功率因数在0．9以上;高压用电设备产生的无功功率则应由高压侧的电容器来补偿。 2．3尽量使三相负荷达到平衡 三相负荷不平衡，会导致配电产生零序电流，这些都会增加线路和变压器的电能损耗。若三相线路内的不平衡度减少30%，电能损耗可降低7%;不平衡度减少50%，电能损耗可降低15%;因此在供配电设计时，尽量使三相负荷达到平衡，最大相负荷和最小负荷不宜超过或低于平均值的100±15%［4］。可使用交换相等办法使不对称负荷合理分配到各相，将不对称负荷分散接在不同的供电点，加大负荷接入点的短路容量、装设调整不平衡电流的无功补偿装置，可以在补偿系统无功的同时调整不平衡有功电流等方法来改善系统的平衡，以减少因不平衡带来的最大相的多余损耗。由图1某综合楼照明配电箱系统图可知，A相所带的负荷为3．0kW，B相所带的负荷为4．5kW，C相所带的负荷为9．0kW，三相负荷的平均值为5．5kW，最小负荷为A相，是三相负荷的平均值的54．5%，最大负荷为C相，是三相负荷的平均值的163．6%三相负荷严重不平衡。通过调整各相的负荷，尽量使不对称负荷分配到各相，调整后的系统图如图2所示，由图可知，明配电箱系统图A相所带的负荷为5．5kW，B相所带的负荷为5．5kW，C相所带的负荷为5．5kW，三相负荷达到平衡。 3设备节能的措施 在矿山企业中，动力设备的消耗占总电能消耗的75%以上，因此，建筑设计动力设备的节能显得尤为重要。 3．1选择高效率的电动机 减少电动机损耗的主要途径是通过提高电动机的功率因数和效率来实现。与普通电机相比，高效电动机的效率要高 3设备节能的措施 在矿山企业中，动力设备的消耗占总电能消耗的75%以上，因此，建筑设计动力设备的节能显得尤为重要。 3．1选择高效率的电动机 减少电动机损耗的主要途径是通过提高电动机的功率因数和效率来实现。与普通电机相比，高效电动机的效率要高3%～6%，总损耗减少20%～30%，因而具有较好的节电效果，所以在设备选型时，应选用高效率电动机。值得注意的是，高效电机价格比普通电动机要高10%～20%，故采用时要考虑投资回收期，一般符合下列条件时可考虑选用高效电机:一是负载率在0．6以上;二是每年连续运行时间在3000h以上;三是电动机运行时无频繁起;四是单机容量较大［5］ 3．2运用变频器对电动机调速 变频调速具有高效的调速方式，具达到很好的节能降耗的目的。如当变频器输出频率为12．5Hz时，其输出功率只有原电机功率的1/64，节能效果明显。能够自动调整转速的电机，其转速随负载变化而变化，从而提高了电机轻载的效率，从而达到节能的目的，其多用于空调类、压缩机类、泵类等负载。 3．3智能建筑监控管理系统 随着控制技术逐渐进入智能建筑的领域，推出了一系列效果显著的智能监控系统。通过智能建筑集中控制系统监控动力设备的运行状态，并对其控制，使设备处在运行效率最佳状态，从而达到节能降耗的目的。 3．4单独配置计量装置 动力设备的另一项重要的节能措施就是单独配置计量装置，这一点在很多规范中多次提到，尤其是功率在50kW及以上的电机，而在实际设计中，却被很多设计人员忽视，这方面应该引起相关设计人员的重视。采用以上设备节能措施的同时，还要淘汰一些长时间使用的电气设备，如电动机、变压器、风机、泵类、压缩机、电焊机、柴油机等等，这些设备有些具有效率低、能耗大的低的特点，有些老化的设备，会污染电网。 4建筑照明节能设计 建筑照明节能设计的目的是在在满足《建筑照明设计标准》(GB50034－2013)所对应的照度、功率密度值等相关标准值的前提下，尽可能减少照明能耗。建筑电气照明主要包括光源、灯具以及控制管理等几个方面，从理论的角度进行分析，照明用电量可以运用公式进行表示:L=NWT⑴式中:N表示灯具的数量，W表示每台灯具消耗的电功率(KW)，T表示开灯时间(h)，其中N=EA/FUK⑵式中:E表示平均设计的照度(Lx);A表示地板的面积(m2);F表示每台灯具的光通量(Lm);U表示利用系数;K表示灯具的维护系数。从式⑴和式⑵中可以看出，在满足《建筑照明设计标准》(GB50034－2013)中场所的照度要求前提下，如果要达到建筑照明节能的目的，必须选择高效的灯具，或者减少开灯的时间。下面从充分利用自然光源、选择高效的灯具和照明控制三个方面论述建筑照明节能设计［6］。 4．1充分利用自然光源 一般情况下相比人工照明，自然光更健康，更舒适，在实际照明设计时，应优先考虑自然光和照明有机地结合起来;白天尽可能室内引入自然光源，不仅能提高室内温度，而且节约照明能耗。目前应用的方法主要有:天然光棱镜窗、采光搁板、导光管系统、反射高窗等方法［7］。在住宅建筑中由于相关规范对居住空间的采光有严格要求，所以一般室内在白天不需要采用专门的采光装置。但是在采光较为困难半地下室、地下室及地下车库，灯具一般一直常明，从而导致建筑能耗大，在经过技术经济分析后，可以适当增设采光装置，节约电能。 4．2照明灯具节能措施 建筑照明节能的主要措施是推广选择节能灯具。表1列出了民建常用的照明灯具的性能参数，由表中使用寿命参数我们可以看出，白炽灯和普通荧光灯(T12、T10、T8)应该逐步淘汰，优先选取高效的节能荧光灯(T5)和LED节能灯，虽然LED节能灯价格偏高，但其寿命是节能荧光灯的10倍，年平均成本低。在以后的民建电气设计中，在满足基本光照需求的基础上，应推荐使用节能荧光灯(T5)和LED节能灯 4．3照明控制方面节能措施 建筑照明节能设计的另外一种非常有效的方法是选择合理的照明控制方式。不同场所的照明应选择不同的控制回路，照明开关尽量采用一灯一控，每个开关所控光源尽可能少;选择智能开关，如楼梯间灯采用声光控制，选用声光控、触摸延时开关。在智能建筑中，照明线路都装有照明稳压节电器，通过对照明线路稳压供电，给灯具一个稳定的电压。使用者可以根据自己的实际情况设置电压，对灯具的供电时间进行控制。实验数据显示，灯具采用照明稳压节电器后，通常可达五分之一以上节电效果。 5结语与展望 根本文对建筑电气节能的措施进行了探讨，从供配电系统、动力设备、照明节能三个方面分别论述了建筑电气节能的措施及可能性。今后，政府可以通过设立建筑电气科研基金、制定节能政策、鼓励采用节能设备等措施实现建筑电气节能领域的宏观调控;建立健全建筑节能评估体系;推广智能楼宇的设计;采用建筑设备监控系统实现机电设备节能;科研人员设计出更多的节能产品;人类的行为节能［8］;电气设计人员认真规划，坚持经济、实用、便民的原则，正确设计供配电系统，选用节能型电气产品，更换改造低效率、高电耗设备，进行相应的节能措施，并通过科学的管理，实现供配电系统及用电设备的经济可靠运行。 参考文献: ［1］康积灵．智能化建筑电气节能优化设计［J］．工程技术研究，2017(07):206-207． ［2］申潇雨．浅谈电厂电气节能降耗技术措施［J］．科技展望，2017，27(15):98． ［3］朱宗发．智能电力监控系统在电气节能中的应用［J］．工程技术，2015(29):276． ［4］张航，宋开伟，陈国福，等．城市道路照明节能改造中LED节能效果分析［J］．建筑节能，2015(12):94-98． ［5］叶晓雪．建筑电气节能设计及照明节能设计探讨［J］．工程技术研究，2017(03):201-202． ［6］任红．建筑电气设计中的节能措施［J］．建筑电气，2008，27(02):8-10． ［7］廖述龙．高层楼宇建筑电气节能技术研究［D］．上海交通大学，2011． ［8］FangL．BuildingElectricalDesignandEnergy－SavingMeasures［J］．AppliedMechanics＆Materials，2014，672-674:1811-1817． 苗琳璐西北矿冶研究院

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