电气设计中的节能措施

中国城市规划设计研究院 宫周鼎

众所周知，节能减排是一项重要国策。毋庸质疑，建筑工程中的电气设计节能措施是落实节能国策的重要方面之一。建筑工程的建设目标是众多使用功能的集成，因此，我们不宜过分强调某些方面，轻视或者忽视另一些方面。我们应当注重优化设计，在电气设计的节能规划中不断总结经验，在统筹兼顾，平衡相关要素的前提下争取较大的节能效果。

1 电气节能设计与工程造价

由于追求效益最大化的市场经济规律的普遍作用所致，建筑工程建设单位现在比以往更加注重性能价格比。在电气设计中，业主不仅看节能方面，更主要的看节省一次性投资。

节能体现在运行费用方面，而工程造价体现在一次投资费用方面。事实上运行费用的节约与一次投资的节省往往是相互矛盾的。例如白炽灯比节能灯造价低却浪费电能。也有的情况下可以兼顾造价低和效果好，例如在较小型的地下室、车库的照明方式，是采用普通照明加应急照明的并用方式，还是全部采用应急照明、只设一个双路终端自动切换电源箱,显然后者较好。由此可引申出：设计超标要具体问题具体分析。国家规范为最低要求，设计标准不能低于国标；所以经济发展超前地区的地方标准往往要求高于国家规范。

电气设备、材料的选择关乎节能，但具体的选择要看具体情况。例如电缆电线截面的选择，从节能的角度看最好选用电阻小的电缆以减少线路的有功损耗，采用较大截面的铜芯线，相对电阻小、节能。在投资条件允许时电缆的选择可以根据线路的计算电流将电缆截面放大一级。这样可节省线路的有功损耗，减削电压损失，提高电能质量。据有关计算资料，如果将电缆截面放大一级，则每米电缆年损耗要小30kWh左右（按计算电流为200A，年最大负荷利用小时为4000h计算）。关于电缆的选型也与价格、节能有关（同截面的YJV电缆价格要比VV型电缆的高），需要设计时注意。

变压器的选型应选用空载损耗和负载损耗低的新型节能产品，例如SGB11-R型或SB10型干式变压器，SGB11-R变压器的空载损耗比SB9型低。油浸式变压器比干式变压器节能。

变压器的容量选择关乎节能。单台变压器的容量不宜过大。变压器本身是能量变换输入装置，非电动机一类电器，但因本身容量大、电流大，其发热耗电也很可观。阻抗随温升加大，故变压器不宜过大或过小。过大了不利照明、动力、空调分开为专用变压器，且在用电低谷时“大马拉小车”。过小时台数多、易过载、加剧热损耗。因此老的民用建筑电气设计规范将小区单台变压器容量标准限定不大于630kVA/台，新的民用建筑电气设计规范将标准限量提高到1250kVA。

变压器的容量越大则空载损耗越大，因此变压器容量不宜过大。如果变压器容量选择过大不仅增加初期投资，而且变压器长期在空载下运行使空载损耗比重增加。建议有条件时选用单台变压器容量不宜超过1000kVA；选用可节省占地面积及节省设备投资的箱式变压器。在空调地区，对于大、中型建筑或较大的住宅小区内，可以选择设置空调专用变压器，可在非空调季节切除空调变压器（夏用冬停）。

变压器负荷率的确定也与节能有关。一般合理的负荷率为0.75～0.85。变压器的运行效率与变压器的负荷率有很大关系，当变压器长期空载运行时，空载损耗比重增加，功率因数低于0.5，造成电力系统的电能损耗增加；当变压器负荷率大于85%时，则变压器的寿命将缩短，效率降低，建议变压器长期工作负荷率不宜大于85%。

供电电压等级应根据用电容量、供电距离、初投资及年运行费用（包括变压器损耗和供电线路损耗）等各种因素综合比较后确定，如果输送功率为100kW以下，输送距离为600m以下，建议选择380/220V供电；如果输送功率为200～2000kW，输送距离为6～20km，建议选用10kV电压供电。

多层住宅的垂直配电干线宜采用三相配电系统，而且三相应尽量做到三相平衡以减少电网的中性线电流及变压器的损耗。

对于大型住宅小区（建筑面积＞10万m2），应根据总体规划的总图布置，将变电站或箱式变压器设置在负荷中心，尽量减少供电距离，节省电缆数量及节省电能损耗及电压降，从而节省工程投资。在室内，供电半径大小宜控制在干线200m、支线50m以内，太远了电压降加大，电阻变大,电能消耗显著增加。

另外，建筑物中的风机、水泵的电动机容量选择时裕量不要留得太大，特别是互为备用的电动机。

2 电气节能设计与照明质量

在照明设计中贯彻节能标准，严格执行国家、地方的节能规定，按“照度标准、功率密度标准”设计，是设计人员应尽的义务。

照度值满足照度标准，照明功率密度值满足节能要求。这两个方面需要同时兼顾，不应单纯为了节能降低照明质量。

首先，照明是电气节能设计的主要内容，必须给予充分的重视。主要的节能措施就是贯彻执行国家标准GB50034-2004《建筑照明设计标准》以及地方节能规定。对于标准中列举的场所，照明平面图上或说明中不仅要标出照度值，还要标出照明功率密度值的实际计算值以及其它需要控制的节能指标，不列出是错误的，不利于各种节能核查。特别是需要二次照明设计的装修区域，虽然其施工图设计由装修设计者完成，但是在土建设计单位的施工图上电气设计应当对装修区域列出所要求的照度值和照明功率密度值。

其次照明质量即标准要求的各种场所的照度值要予以保证。为此，采用新型高效节能灯就成为必要的手段。基本办法就是在灯具和光源选择方面，不用或严格限用白炽灯，多采用节能灯、气体放电灯、太阳能灯、高效荧光灯等高效光源。设计中一般用细管型T8、T5型荧光灯，可以满足功率密度要求。显色要求高的地方可以采用显色性好的三基色灯管。同时多用电子式镇流器，镇流器的功率消耗满足国家标准。地下室、机房、走廊等容易忽略的地方也要符合功率密度要求。

在控制方式上，照明控制要注意一室多灯多开关，不应多灯、多路一个开关；灯多时多路控制；多层住宅楼梯灯采用声控自熄方式；高层住宅楼梯灯及电梯厅，用双控开关，或用自熄声控开关并增加强制点亮措施以满足消防要求。住宅的公共部位，除电梯厅外，也应采用节能自熄灯具。

3 电气节能设计与智能化

在社会整体现代化的进程中，人们越来越追求工作、生活环境的舒适、高效、便捷、安全、优美和绿色节能。智能建筑工程就是现代实现这个目标的高新技术手段。随着建筑业本身技术发展，人们对建筑提出了包括智能化、信息化等更高要求。现在，“智能建筑”早成为现代建筑的标志，成为房地产开发商宣传的亮点，同时，这也是电气设计节能的主要途径。

建筑智能化系统一般包括楼宇自控系统、综合布线与信息网络系统、火灾报警与联动控制系统、办公自动化系统、系统集成等子系统。子系统的多少由建筑使用性质、投资规模等因素决定。建筑智能化系统除了通过节省投资（与传统建筑各系统独立建设方法相比）、提高建筑的运行管理效率（与传统的管理方法相比）实现间接节能外，直接的节能主要方式就是使用建筑设备管理系统（BMS）。根据国内外经验，在室内人工环境条件类似的前提下，与传统建筑相比，采用节能措施后可节能20%左右，经济效益较为可观。

BMS是智能建筑的支柱之一。其主要任务是对建筑物内的主要机电设备实行全面的监控，内容包括给排水、空调通风、采暖供热、动力照明、电梯等设备。主要手段是精确调节、集中管理、自动控制。

通过对机电设备尤其是对耗能主力——空调和照明的自动控制（定时、定照度、制订调整节能策略软件等），在不影响环境舒适程度如照度、温度、湿度等前提下，实现尽可能高的节能效果。

4 电气节能设计与夜景、节日照明

“让城市在夜间亮起来！”一度成为不少旅游城市的口号。加之政治的需要，大量的节日照明、标志造型、泛光立面照明、水边照明、广场照明、雕塑照明、临街建筑轮廓线照明以及五光十色的商业霓虹灯涌现在街头，消耗着大量的电能。显然，电气节能设计与夜景、节日要素是矛盾的。要想兼顾两方面，一是加强管理，采用天亮天黑照度自控亮灭、定时自控亮灭的控制方式；二是LED灯大量应用。LED堪称新一代光源，其光效、耗能等指标优越于其他光源。视觉效果好，耗电少。

5 电气节能设计与物业管理

物业管理是实现节能目标的重要因素，是技术手段所不能替代的。如今一些智能建筑不能很好发挥作用，究其原因，就是管理水平、人员素质不能适应智能建筑的管理要求（人数相比大减，素质要求提高）。

物业管理涉及供电、消防、保安、邮电、计算机网络等方面的管理和收费。首先需要处理好楼宇自控系统与消防的关系，例如，对于照明箱，两者都要控制。楼宇自控系统为了自控节能；消防系统为了强制切除非应急照明、强制接通点亮应急疏散照明。

其次是计量。动力与照明应分开计量装表计费。出租类写字楼宜分层分商户装表；一个大单位宜分部门、科室装表，耗能指标落实到基层，不要吃大锅饭，有奖有罚才能有效利用设备节能潜力。

在变配电室的低压配电系统中的低压母线线路下应该设置无功补偿柜，并使其功率因数大于0.9，以减少系统和线路的无谓电能损耗。

为了节电，城市居民在住宅内一般都采用节能灯或荧光灯。宜要求居民所安装的灯具内设置电容补偿，使其功率因数大于0.9，以减少线路的无功损耗。

6 结语

综上所述，电气节能设计是一项涉及多方面的工作，应当细致周到，准确可靠的落实各项节能措施。