浅谈电气设计与节能在建筑中的运用

张兵

摘要：节约能源、保护环境是我国长期的重大方针。但建筑电气节能是一项十分艰巨而复杂的工作，如果不对其进行系统、全面和综合的分析、研究和实施，要想做好建筑电气节能是十分困难的。

关键词：建筑；电气设计；节能

引言：

建筑电气设计是节能的源头之一，节能应从源头开始。节能的方法有很多，本文侧重在建筑电气设计方面从三个方面来谈谈建筑电气设计中的节能方法：

1在建筑设计过程中的节能

建筑电气设计过程中，每一步的设计计算左右着能源的消耗，精确的计算，合理的配电，就能有效地节约能源：

1.1照明的节能设计：

①严格执行照明功率密度（LPD）限值这是照明节能设计的基础：LPD计算式：LPD=Σ（PL+PB）/S，其中PL为光源功率；PB为镇流器或变压器功率，S为房间或场所面积。GB50024-2004《建筑照明设计标准》（以下简称国标）明确规定了各种不同场所的最大允许限值。CJJ45-2006《城市道路照明设计标准》（以下简称行标）规定了各类道路的最大允许LPD限值，设计时要严格遵守。在有装饰灯具的场所，可将装饰性灯具的功率按50%计入LPD值计算中。照明设计一定要保证LPD值不得大于国标和行标规定的限值。

1.2用电负荷的精确计算：

负荷的计算常用方法有：a、需要系数法（常用）：有功功率为Pc=KxPe（kW ）；无功功率Qc=Pctgφ（kvar）；视在功率Sc= P2c+Q2 槡c （kVA）。计算配电干线和变电所时，有功功率为Pc= KΣp Σ（KxPe）（kW ）；无功功率Qc= KΣq Σ（KxPetgφ）（kvar）；视在功率Sc=P2c+Q2c（kVA）。其中Pe为用电设备组功率，kW；Kx为需要系数；tgφ为功率因数角相对应的正切值。KΣq、KΣp分别为无功功率和有功功率的同时系数。b、利用系数法（必须求出该计算范围内用电设备有效台数及最大系数，是早期的二项式系数法和“ABC”算法的归纳算法）。c、单位面积功率法和单位指标法（常用于方案阶段）。在供配电系统工程设计中，计算三相系统用电负荷时，单相负荷必须换算成三相等效负荷，计算按式Pdx=3Pex，其中Pdx为三相等效负荷，Pex为单相负荷。在三相不对称状态下，只有单相负荷时，单相用电设备要均衡分配到三相上，用负荷最大的一相作为计算的单相负荷。如当U相负荷为30kW，V 相为27KW，W相为29kw时，三相容量应为90kW。故在设计过程中，要尽量平衡三相负荷，以降低负荷的三相总容量。同时，根据各种用电设备的实际用电情况准确计算出用电负荷。负荷计算高了，浪费有色金属，负荷计算低了，加速电气元件的绝缘老化，增大电能损耗。准确计算用电负荷是能源节约的基础。

① 合理选择照度标准值

国标和行标中规定了各类场所的照度标准值。不同的照度标准值决定着不同的灯具耗电功率。按照不同作业场所的需要，选定不同的作业面或参考平面，合理地确定不同的照度值。

②照明设计中自然光的利用高反射材料的推广

照明设计中应充分利用自然光，主要是太阳光的充分利用。如：办公场所与建筑设计配合，充分利用现代高科技材料，实现办公楼等场所透光隔热效果；道路的照明设计中，在需要灯光的时候才开启路灯。同时建议建筑设计师尽量运用高反射比的材料，减少吸光材料的运用。

③充分考虑照明的管理，强力推行节能开关

照明设计中应合理分配照明的回路，选择经济合理的控制方式。让照明分区控制，分时控制，或按照度设定值自动调控，并按平行于外窗来合理布置灯具和分配灯具控制回路。同时分单位计量，落实到单位，把节能意识灌输到人，就可以从管理上把握照明的节能。

1.3供配电系统的节能设计：

在供配电系统的功率损耗中，变压器的功率损耗占了很大的比例。变压器的功率损耗包括有功功率损耗和无功功率损耗：

有功功率损耗：△Pb=△Pob+△Pteb（Psjs/Pseb）2

无功功率损耗：△Pqb=△Pqob+△Pqeb（Psjs/Pseb）2

式中△Pb-变压器的有功功率损失（kW）

△Pob-变压器的空载有功功率损失（kW）

△Pteb-变压器额定负载下的铜损（kW）

Psjs-计算负荷的视在容量（kVA）

Pseb-变压器的额定容量（kVA）

△Pqb-变压器的无功功率损失（kvar）

△Pqob-变压器的空载无功功率损失（kvar）

△Pqeb-变压器在额定负载下无功功率损失的增

量（kvar）

可见，变压器的功率损耗不可避免，在建筑用电过程中都存在着负荷的高峰期和低谷期，故季节性负荷偏差很大的情况下，合理设计选用变压器，尽可能以多台小容量的变压器来替代大容量的变压器，在负荷小的状态下切除部分变压器无疑会带来较大的能源节约。如：南方某酒店，酒店配电用两台500kVA的变压器（一台主用空调动力用电，一台其他用电包括照明用电等）。6-10月时，负荷最大峰值为800kW，其余时间内由于气温不会太高而没用空调的制冷主机和循环冷冻泵、冷却泵等，其用电负荷最大峰值不会超过400kW。于是，除了6-10月份外其余时间只用一台变压器，切除另一台变压器，就省掉了另一台的功率损耗。

其次，变压器有个最佳负载系数：

△Pob-变压器的空载有功功率损失（kW）

△Pqob-变压器的空载无功功率损失（kvar）

△Pqob≈△I0% Pseb

△Pteb-变压器额定负载下的铜损（kW）

△Pqeb-变压器在额定负载下无功功率损失的增量

（kvar）

△Pqeb=△ud% Pseb

Kq-无功功率经济当量，建筑电气一般经过三级变压，

经验取值在0.08～0.1之间

△I0%和△ud%分别为变压器的空载电流百分数和短路

电压百分数。

以上数据均可以从变压器的产品说明书中查得。

即变压器的容量要尽量接近计算容量除以最佳负载系数，这时损耗最小。

1.4无功补偿：在配电系统中，由于多数感性负荷的存在无功功率不可避免，提高功率因素又是节能的一项重要手段。无功功率Q值小了，其视在功率S值就小了。设计中，可以在避开谐振危害状态下多用自动调节无功补偿设备，利用电压自动调节的启动元件，在低电压时分级投入，在电压升高时分级断开，结合时间调整实时自动在调整中提高功率因素，减少配电系统的无功功率从而节约能源。

1.5减少线损：严格把控变电所与末端用户的供电距离，要尽可能把变配电所选择在用电负荷的中心，尽可能减少输变电线路尤其是低压输电线路的长度，从而减少线损。在电压等级的选择上，让线路损耗值与设备初投资值进行比较，一般在五年回收期内都可以选择分散10KV中压进入负荷中心的做法来替代低压的输电线路，输电电压升高了，输电电流降低了，从而达到节能目标。目前10KV箱式变电站技术已非常成熟，为分散型变配电站的设置提供了有利条件。这种方案一般由于初投资比例比较重很多被投资方忽略，但设计中要多设计10KV中压进入负荷中心的做法，多方面比较经济的投资方案，做到尽量少投入，又节省线路损耗。

2设备、材料选型上的节能

在电气工程设计中，设备、材料的选型直接关系到能源的消耗问题。设计过程中应尽可能的选择合格的符合国家规范的节能产品：

①供配电系统线材的选型

降低线路能量损耗。一般说来，线路电能的损耗与线路的长度和负载大小有关系。适当情况下可以提高整体功率系数，减少导线的电阻，从而降低线路电能的损耗。具体的做法是线路路径要尽量走直线，减小导线长度；合理选择电缆电线的截面积；遵循减小供电路径的原则，合理确定电气用房的位置。

② 照明中的设备材料选型

1）充分利用自然光。自然光是绿色环保的清洁能源，在设计中要充分加以利用，比如增加靠近室外部分的门窗尺寸等，保证建筑物在白天利用自然光可获得稳定的照明条件。这样一来，可以很大程度的节约照明能耗，也利于提高室内的温度，进一步降低建筑的能耗； 2）根据建筑的各个部分照明的需求，合理选用照明灯具，采用各种节能开关。比如悬挂较高的场所使用高压钠灯，在走道使用声控开关等；

3）尝试性地使用太阳能技术及相关产品。太阳能技术的开发利用，可节约资源、保护生态环境，在节能减耗方面具有重大的意义。

③相关专业的设备选型

水暖通、消防、建筑专业等相关专业中，有用到一些压缩机、电动机、风机等动力设备，这些设备的选型尽量选用高效率的产品，或选择同步电动机、或通过现代的变频节能技术，适时控制设备运行能耗与负荷的关系，把这方面的能源损耗降低到最低点。

结束语：

建筑电气节能设计在改善公共建筑的使用环境和提高能源的利用率上具有重大的意义。所以在节能环保成为主题的今天，建筑节能设计具有很大的潜力，拥有巨大的发展空间。