现代智能建筑电气设计及节能措施分析

李国然

LI Guo-ran

（佛山市嘉邦置业有限公司）

(Foshan Jiabang Property Co., Ltd.)

1 引言

在对建筑电气进行设计时，最需要注意的地方和其根本目的就是既要确保建筑必备的各项功能的实现，又要满足设计和建筑的安全需求，随着人们物质生活水平的提升，人们对环境保护、节约能源、降低成本、增加效率等问题越来越关注，当然，建筑电气节能设计作为比较流行的趋势也受到了人们的广泛关注，其也正在成为社会关注的焦点和建筑电气设计者们开发和探索的重要课题。文章结合建筑电气设计，并将其实践作为出发点，通过探讨、分析建筑电气中供配电系统、配电线路、变压器、照明设施等设备，充分挖掘出节能的潜力，再结合一些目前已有的研究、论文等提出具有可操作性的方法，希望可给后续建筑电气的发展和研究提供参考和帮助。

2 变压器节能的措施

通过变压器来实现节能，其实质是保证变压器有功功率损耗的降低来促进其运行效率的提升，计算变压器有功损耗的算式见式（1）。

式（1）中：△P为变压器的有功损耗，kW；Po为变压器的空载损耗，kW；Pk为变压器的短路损耗，kW；β为变压器的负载率。

1）Po用来表示变压器的空载损耗，亦称铁损，其由铁芯涡流损耗和漏磁损耗共同组成，铁芯的制造工艺和材料会影响到Po的值，但不会受到负荷大小的影响，因此，在选取变压器时最好选择例如SC8、S9、SL9等相对节能型的变压器。这些节能型的变压器均采用优质的冷轧取向矽钢片，对矽钢片进行“取向”处理不但可让矽钢片在磁畴方向上保持高度的一致，还能在最大程度上减少铁芯涡流的损耗[1]。

2）Pk表示变压器在额定负载传输时的损耗，也就是变压器的线损，在使用微分求取β2Pk的极值时，此时的负荷是β=50%时每1kW的负荷，变压器的能耗值在此时最小，但是如果在β=50%负载率的情况下只保证减小变压器的线损，而不能保证变压器铁损的减少，这样也不能达到有效节能的目的。通过综合初装费、土建投资、运行费用等各项费用，再结合变压器在使用时需要预留出适当余量的需求可得出，变压器最节能且经济的运行负载率约为75%～85%。

3）在设计变压器的台数和容量时，要对用电负荷进行合理分配，从而对变压器的台数和数量进行合理选择，保证变压器在高效区内工作，这样能在最大程度上减少变压器的总损耗。如果负荷降至30%以下，则要按照实际的负荷更换容量较小的变压器。若负荷大于80%且通过计算得出不利于经济运行时，可考虑更换容量大一级的变压器。若容量较大且需要选择多台变压器时，一定要根据现场的实际情况对负荷进行合理分配，尽量选取容量较大的变压器，减少投入运行的变压器台数。针对分期实施的项目，可考虑采用多台变压器分时运行的方案，尽量避免变压器轻载运行而使损耗加大。可将联络线铺设在内部多个变电所之间，然后按照现场的实际情况和负荷的大小来切除部分变压器，从而减小能耗；若负荷对于可靠性的要求较高且不能受到影响时，比较适合设置专用的变压器。

3 提高供配电系统的功率因数

想要减少线路的损耗，最主要的手段就是保证建筑配电系统功率因数的提高。下面是两种提高配电系统功率因数的措施和方法。

1）促进设备自然功率因数的提高。在设计建筑电器系统时，尽量在功能和工艺条件允许的状况下用功率因数比较高的同步电机来代替异步电动机，也可考虑通过异步电机进行同步运行的方式来提升系统的整体功率因数。图1是电机变频控制系统的结构框图[2]。

图1 电机变频控制系统结构图

2）为系统配置无功补偿装置。因为电容器会在运行的过程中产生超前的无功，而大量的非线性负载则会在建筑电气系统的运行过程中产生大量滞后的无功，针对这两个性质，可通过为系统配置无功补偿装置的方法来帮助系统提升功率因数。

4 照明电气的节能设计

4.1 光源的选取要恰当合适

①应用于室内场所的照明设施，可考虑选取例如U型管节能荧光灯、T5细管等相对小功率的高压钠灯或荧光灯作光源，不推荐使用白炽灯；如果开关灯的频率比较大，则可考虑使用双螺旋白炽灯。

②应用于室外场所或相对比较空旷的室内场所的额照明设施，可考虑选取钠灯等此种金卤灯中具有较高显色度且高光比较强的气体放电灯作为照明的光源。

③应用于空间狭小、位置较高且维修维护较为麻烦、困难场所的照明设施，推荐使用光效高、寿命较长的高频无极荧光灯。

4.2 节电开关要选取恰当且使用合理

在进行建筑照明系统的设计时，需时刻保持节能的理念，选择控制开关时也不能例外，尽量在满足使用场合的前提下，考虑引入声控、光敏、温度感应等手段对照明装置进行控制。例如在走廊、楼道、楼梯间、公共场所等地方可接入声控、光控、程序控制开关来实现对照明设施的控制；病房、宾馆客房、卧室等地方可接入有明暗调光功能的调光开关来实现对床头灯的控制[3]。

4.3 光源用电附件要选择合理

在设计建筑电气照明系统的过程中，应注重能耗相对较低、性能比较优异的光源用电附件并对其进行推广和普及。当然在进行设计时，也必须要对考虑到电子镇流器、电子触发器、电子变压器、节能型高功率因数电感镇流器等设备进行综合且充分的考虑，具体可参考《建筑照明设计标准》（GB 50034-2013）。

5 电动机节能设计

5.1 选用高效率电动机

想要减少电动机的电能损耗，最直接有效的办法就是提升其效率和功率。通过对比可知，高效电动机的效率要比普通电动机高出约3%～6%，其平均功率因数要比普通电动机高出约7%～9%，总损耗方面则减少了约20%～30%，各项数据都显示高效电动机在节电方面有着很好的效果。所以，在对技术进行改造和设计时，可考虑使用YZR、Y、YZ等系列较新、效率较高的电动机，这样就可在最大程度上确保节省电能。从另一个角度而言，一般效率较高的电动机会比普通电机的价格高出约20%～30%，所以使用高效电动机一定要对资金的回收期进行考虑，也就是在最短的时间内依靠节省的电费来收回多出的设备费用。一般情况下，选用高效电动机时必须要符合下面列出的条件：负载率≥0.6；每年连续运行时间≥3000h；在运行的过程中，电机没有频繁停止启动的现象；单机要有较大的容量。

5.2 选用交流变频调速装置

在我国，节约电能最常用的措施就是推广交流电机的调速节电技术。通过变频调速装置的使用，就算电机在运行的过程中负载持续下降，也会对转速自行进行调节，从而适应负载的变化。这样做既能保证电机在轻载时运作效率的提升，也能达到节能的效果。当前，由大功率晶体管（GTR）、绝缘门双极晶体管（IGBT）、门极可关断开关（GTO）、普通晶闸管等电力电子器件组合而成的静止变频器在异步电动机的调速中已有着较广泛的使用[4-5]。当然，在设计时，还是要依据变频的种类以及需要调速的电机设备来选取选合适的变频调速装置。

6 结语

综上所述，在对建筑电气进行设计时，采用的技能设计措施和方法不仅要满足技术方面的功能需要，还要让整个建筑物在电气设计时具有一定的经济合理性和先进性，契合建筑物节能环保的需求，满足可持续发展的要求。

[1]王家涛.智能化建筑电气工程的设计与应用研究[D].武汉：湖北工业大学，2017.

[2]刘钊，唐振宇.基于智能化建筑电气节能优化设计分析[J].中国高新技术企业，2017（01）：118-119.

[3]郑梅阳.智能建筑电气节能设计研究[J].中国高新技术企业，2012（15）：98-99.

[4]章永清.智能建筑电气节能设计研究[J].科技创新与应用，2017（35）：104+107.

[5]任丹华.关于智能建筑电气节能设计的探究[J].智能建筑与智慧城市，2017（10）：56-57.