建筑电气设计中的节能技术及其应用研究

陈朝煜

建筑电气设计中的节能技术及其应用研究

陈朝煜

(福建省机电建筑设计研究院 福建福州 350011)

分析了建筑电气的节能现状，深入探讨了其重要性和关键内容层面，并从建筑设备、照明及配电系统等方面，提出有效的设计方法。

建筑电气设备；节能技术；应用

0 引言

随着我国建筑行业的持续、飞速发展，节能在建筑电气设计中所发挥出的作用也越发重要。在建筑电气设备设计过程中，采取有效的节能措施，能够在较大程度上实现能量损耗的减少。因此，分析与考量各种节能因素，运用先进的软件、硬件设计方法与技术及具有较高使用效率的节能设备，遵循合理节能标准，能为人们提供舒适、绿色、健康的生存环境。

1 电气节能现状分析

近年来，随着我国经济持续稳健的发展，能源问题作为当前影响社会发展的重点问题，已引起社会的关注及政府部门的高度重视。随着国家对能源需求量的持续增大，各类能源存在供不应求状况；另外，能源浪费状况十分多见。依据相关调查可知，建筑能耗占社会总能耗的比例达45%，且呈现出逐年上升趋势。与西方发达国家相比，我国建筑能耗仍落后3～4倍[1]。因此，基于设计人员层级来考量，在设计阶段，应将建筑节能需求及所需条件考虑在内，此点尤为必要，具有运用可行性。

社会对建筑节能认知、认识及关注的日益提升，管理工作不断加强，技术研究不断深化，节能理念越发受到社会的高度重视，这些均可使建筑节能得到广泛推广，为建筑节能深层次运用创造了广泛而又优越的外部条件。但诸多建筑节能设备规定及规范仍然未能将电气节能划归在内，许多人认为建筑节能乃是建筑围护结构、空间及采暖的范畴，与其它专业无关。电气节能无需过多在意。即便是一些省级的建设标准，也仅仅对采暖通风空调进行例行性的控制与监测，而对于电气节能则缺少实际操作措施及各类指导工作。现实中，电气节能乃是一项十分复杂而又艰巨的工作，如若不对其进行综合、全面及系统化的分析与实施，则必然会导致新的能源产生巨大的浪费。

2 电气节能措施及重要性分析

在整个设计过程中，电气节能措施均有所运用与体现。比如：在建筑配电系统当中，依据负荷计算，合理选择变压器数量，另经计算得出恰当的变压器容量；对满足照明节能指标、照明标准及照明光源进行合理选择；对空调与照明相应节能，实施全面、综合、整体性的控制，针对诸如庭院照明及公共照明而言，在设置光控开关上，需单独设置；空调系统需选用变频控制或智能控制；对于电梯设备，则需采用群控方式；针对自动扶梯而言，可酌情选择先进的节电感应控制。

上述措施的投入使用，虽然增加了设备的投资，但产生的实际效益与节能需求，却明显高于所投入的成本。另外，这些设备具有较长的使用年限，应用范围也比较宽泛，比如针对大型公建项目，在选择机组类型时，需准确计算各个设备的用电量，然后将各个设备进行汇总，得出总体的用电量，为方案确定的关键要素。当前，在审查设计施工图过程中，电气节能已经是一个关键性的审查环节，伴随各种措施与规范不断健全与完善，在审查深度方面也将会不断深入。因此，各种节能措施的尽早应用，是当今能源社会可持续发展的必然要求。

3 电气节能设计关键内容

3.1 供配电系统的节能设计

(1)合理布置供配电系统，减少线路损耗[2]

首先，在方案设计的初始阶段，需将配电小间及变配电室的位置予以综合考虑，不仅要将供电半径考虑在内，而且还要将线路的长度尽可能缩短；除此之外，在线路具体的布线环节，需尽量走直线，减少导线长度，减少能源运输途中的损耗。其次，针对低压线路来考量，减少回线路电损。最后，针对高层建筑，在搭配与之对应的低压配电室时，需做到与竖井相靠近，且由低压配电室提供所需要的各种竖井干线，避免线路返送，尽可能让线路往前送。

(2)针对供配电系统技术而言，选择切实有效的配电方案

对于建筑中诸如空调等具有相应季节性的设备，需为其专门配置专用型的变压器，由同一台变压器负责不同时间或季节的负荷，能够实现变压器容量的降低；针对采用一些具有季节性负荷的线路，则可通过共用干线的方式，实现电阻及线路的减少，运用相同大小的干线截面传送较小的电流，进而实现线路损耗的减少；针对变压器数量与容量之间的配合，则需对其开展针对性的计算与比较，全面、细致、综合化地计算出变压器的初投资。另外，还需选择较为妥善的负载率，通常情况下，选择75%～85%最为合宜[3]。

(3)选择合适的线缆截面及节能产品

本文拟通过介绍生物质颗粒燃料及其特性，综述国内外生物质颗粒燃料成型机发展现状，对比分析国内环模颗粒成型机和平模颗粒成型机的性能和应用，探讨国内外生物质颗粒燃料成型技术及设备存在的问题，并提出我国生物质颗粒燃料设备及产业化发展方向。

针对一些在供电质量方面要求比较高的工程项目，不仅需选用一些能够达到有载调压的、低损耗节能的变压器设备，而且还需选择较低消耗且较小噪音的接触器。结合建筑需要，还要合理挑选导线截面。

如若线路较长，除了需要与电压损失、保护的配合、热稳定及载流量所选定的界面相满足之外，还要外加一级导线截面与每日所需要的相应工作时长相结合，然后对此进行深入、详细的计算。如果把A作为增加的费用，由于节约能耗而减少的年运行费用为B，那么A/B便是回收年限。若回收年限为几个月或1年～2年，则应加大一级导线截面。通常，在导线截面取值上，以小于7mm2为宜，在长度上，不得高于100m，这样通过增加线路一级截面，便能较好地满足上述条件。

(4)多选用平衡三相负荷，提升设备功率因数

多选用平衡三相负荷，提升设备功率因数，选择适当容量及合适地点，对其实施无功补偿；除此之外，在选用同步电动机时，需选择具有比较高功率因数的；在荧光灯选择时，需选用的电子镇流器，在高次谐波系数上需<15%；所选用的气体放电灯需带有电感镇流器，在单灯上还要安装有电容器，这些均可提高自然功率因数，使其维持在0.85～0.95。减少系统高、低压线路传输的超前无功功率。

无功补偿装置，需尽量做到就地安装，将其就地补偿优势充分发挥出来，能够在一定程度上，减少线路无功传输，最终达到节能效果。当前，从民用建设节能设计角度来考量，低压侧相应集中补偿仍是比较常用且性能可靠的变压器。此种做法在某种程度上，虽然能够实现无功传输减少，但基于用户而言，变压器低压母线经连接线路，被输送至各用户点，在此过程中所进行的无功传输，在一定程度上不能发生较大程度改变。因此需选择一个比较稳妥位置，设置符合实际需要，且配合建筑使用的补偿装置，以此实现功率因数的最大化提升。而在空调主机等设备附近，则可依据实际需要设置专用性的变配电所，将其当作集中补偿之用。

若电动机负荷稳定，可在原地进行补偿，如若存有较大幅度的变动，电机端的电压也会与之对应变动，电容器在未完全放完电的状况下，又开始充电会造成电容器出现无用电流，造成电机有过电压状况，损坏电器设备[4]。所以针对诸如自动步行道、自动扶梯及电梯等设备，对于断续负载等无需在电动机端，安装补偿电容器。如星三角起动的异步电动机也不能在电动机端加装补偿电容器，因为它在启动过程中有开路闭路瞬时转换，使电容器在放电瞬间又充电，也会使电机因过电压而损坏。

针对谐波抑制或消除措施而言，可在无功补偿处，专门设置电抗器。在电抗器的选择上，可选用电抗系数为5.5%的，当调谐频率为214Hz时，可有效吸收50%～60%谐波。另外，选用压敏断路技术等，能够为运行稳定、安全，提供充足保证[5]。

3.2 照明节能设计

对于市场上的白炽灯而言，其便宜且安装方便，具有最高的显色指数，光色好，但具有比较低的发光率，不节能。因此，在部分住宅内声光控场所及局部艺术照明才使用。高压钠灯与低压钠灯具有最高的发光率，但因光色偏暖，色温低，显色指数仅为40～60时，具有较大的颜色失真度，在广场照明或路灯中较为多用。高显色性钠灯的显色指数在60时，可与汞灯组合使用，在体育馆及工厂内较多使用。而对于具有很高发光率的金属卤化物灯而言，即稀土金属荧光灯、三基色荧光灯等，因具有较广的色温范围，即3 000K～45 000K，高显色指数，通常达80～95，颜色失真度小，不仅在展厅、商场等场所可运用之外，还能在码头的候船室及候车厅等场所广泛应用。通常，稀土金属荧光灯，可用于写字楼等场所的照明。

(2)建筑物尽可能选用自然采光

与室外相近的部分，需开大门窗，所选用的玻璃门窗需具有较好的透光率，以此实现对自然光充分利用的目的。对具有比较大空间的场所，如大厅、商场及教室等，在设计灯具时，可与外窗平行，且进行分级分区控制。充分考虑靠窗的自然光，达到节能目的。对于自然光照明部分，可依据相关照度标准，进行现场照度检测，合理设置开关点，以此来调节灯光，使灯具灯光控制更为节能、方便与灵活。

3.3 建筑设备的电气节能

重要建筑物或者具有较大规模的建筑物，可运用楼宇自控系统，监控电动机、给排水及空调等，以此达到节能效果；给排水系统及空调系统，则需重点配合给排水及暖通专业施工，从中获取更加合理的控制方案。在选择设备时，对诸如水泵、变频调速风机及节能型电动机等进行合理运用，至此，方能最大化呈现节能效果。对于变频风机，通过变频调节送风量，即可实现风机电耗的大幅节约。

电梯可专门设置节能控制模式，将节电感应控制设置在自动扶梯上。将带一氧化碳自动探测器的相应诱导风机安装在车库内，对于所采用的全空气空调系统，则可布设二氧化碳传感器，依据建筑现场实际状况，调整风量，使之符合所需。运行时，便可减少耗能。除减少电容器无功损耗外，还需要减少空载运行及电机轻载。因为在此状况下，电机往往效率低，耗能与负载的下降，通常并非正比关系。选用变频调速器降低负荷时，选择变频方式对转速自动调节，促使其适应于负载的变化，实现电机在轻载状态下相应效率的提高，进而实现节能的目的。

但此设备价格往往较高，所以在实际应用过程中，通常会受到相应限制。软起动器为另外一种方式，此种节能方式主要是依据启动时间调节可控硅导通角，以此来控制电压。因电压能够进行连续性调节，所以启动比较平稳。当完成启动后，则可在全压状态下投入运行。此种节能方式不仅能够在频繁启动的设备中予以运用，而且还可用在电动机容量比较大的设备上。另外，可在附近用电设备对于电压具有较高要求的场合使用。由于其自启动至投入运行，在电力变化幅度上不会大于3倍，能够将电网电压的波动维持在固定范围内。但它所选用的是一种可控硅调压，这便造成正弦波在导通上比较缺乏，所以它要求具有比较完善的通风措施，还需强化散热措施；在价格方面，其较变频器便宜，当前被广泛应用于建筑领域中。

4 结语

总而言之，建筑电气设计作为整个建筑设计当中的重要构成，其节能设计效果好坏，则会对建筑节能效果的发挥起到决定作用。建筑电气节能乃是与每个节能设计者密切相关的设计领域。在对人们生活、工作不造成影响的状况下，对其实施合理的电气节能，不仅能够实现我国总电能消耗的减少，而且还可减少能源浪费，为国家节省大量能源花销。因此，在建筑电气设计中广泛应用节能技术，具有十分重要的现实意义与积极作用。

[1] 赵明月.建筑电气设计中的节能技术措施分析[J].中国科技投资,2014(A19):168-168.

[2] 丁玮.试论超高层建筑电气设计要点及节能技术[J].工程技术：全文版，00042-00043.

[3] 李蔚.电气节能技术在工程设计中的应用[C]//湖北省建设领域节能减排论坛资料汇编.2008:66-70.

[4] 王青丽.建筑电气设计中的节能措施及应用[J].工程技术：文摘版，00284-00284.

[5] 朱则刚.低碳经济给力建筑电气节能技术挑战未来[J].电气工程应用,2013(2):14-19.

Energy saving technology and its application in building electrical design

CHENChaoyu

(Fujian mechanical and electrical architectural design and Research Institute,Fuzhou 350011)

This paper first analyzed the status quo of the construction of electrical energy saving, and made in-depth study in its importance and the key content . Finally in order to provide reference for relevant application studying it put forward the effective design methods from the construction equipment.

Building electrical equipment; Energy saving technology; Application

陈朝煜(1970.10- )，男，高级工程师。

E-mail:chency98@126.com

2016-12-02

TU855

A

1004-6135(2017)04-0093-03