建筑电气工程设计的节能措施探析

韩 萍 （淮北工业建筑设计院有限责任公司，安徽 淮北 235000）

0 前言

节能作为绿色建筑评估中的重要一环，在设计、施工中的重视程度日益显著，电气节能又是节能技术及措施中必不可少的因素。作为电气设计人员，理应积极学习与使用适当的节能措施。

1 建筑电气工程设计的节能原则

为了确保建筑电气节能设计的有效性，在进行节能设计时应当遵循以下原则。

1.1 满足功能要求

对于建筑的电气节能设计，应当能够满足不同场所对照度、色温、显色指数等的照明要求，能够满足空调及动力设备舒适、卫生的要求，能够保证一般电力用电、专用场所的特殊工艺用电等。

1.2 保证经济合理

应当关注节能设计的经济性，使节能设计所引起投资增加部分，能够在未来较短的时间内以电气节能而节省的费用方式进行回收。

1.3 注重节约能源：

充分利用建筑物的自然采光、可再生能源（太阳能、风力等），减少能源消耗，如线路的电能损耗、线缆的有色金属消耗等，提高能源利用率。

综上所述，建筑电气设计应当遵循技术先进、经济合理、节约能源的原则。

2 建筑电气工程设计的节能措施

民用建筑的主要用电设备有照明装置、空调、电梯及其他动力设备等，约占整个建筑总能耗的80%，是采取节能措施的重点方面。由于节能技术涉及供配电系统的每一个环节，现代节能技术不仅要考虑系统节能和设备节能，同时还应关注使用过程中的运维节能。可靠、节能、智能、信息化的智能建筑电气产品也成为未来发展的方向。

2.1 合理设计供配电系统

2.1.1 供电电压选择

根据负荷性质、用电容量、供电距离、用电设备特点等因素，合理设计供配电系统和选择供电电压，参见建筑供配电系统框图。

①电压等级越高，线路电流越小，线路损耗就越低；

②供配电系统应尽量简单可靠，减少电能损失，并便于管理和维护，同一用户内，高压配电级数不宜多于两级，低压配电级数不宜多于3级；

③每条线路、每个配电装置都有明确的供电范围，不宜交错重迭，造成浪费。

2.1.2 变电所设置

变电所应尽量靠近负荷中心。高压电源越靠近负荷中心，越能缩短低压供电半径、降低电能损耗，并且减少电压损失、提高供电质量。如对于大型高层建筑，负荷容量大，配电距离较远，应提高供电电压等级；而超高层建筑除在地下层或首层设置主变配电室外，根据负荷分布情况，可在顶层或中间层设置分变配电室。

2.1.3 变压器设置

根据负荷情况合理选择变压器容量、台数，其接线应能适应负荷变化，按经济运行原则灵活投切变压器。

理论上，变压器计算负载率β=50%时能耗最小，效率最高，运行最经济。但在建筑工程中，计算负荷和实际负荷的差值往往较大，如空调、采暖等季节性负荷，商业、办公等时段性负荷，展演、体育等间歇性负荷，造成维持这个负载率的可能性与持续性不大。仅仅从变压器的最小能耗考虑负载率是不可取的，只有综合考虑经济效益才能达到节能、节省的目的。一般取负载率在80%～85%为宜。

当用电容量大而需要选用多台变压器时，应合理分配负荷，尽可能选用大容量的变压器，减少变压器的台数。分期投产或季节性负荷，宜采用多台变压器方案，根据负荷情况，可切除部分变压器，避免轻载运行增大损耗。

2.1.4 功率因数选择

适当采用无功功率自动补偿，提高功率因数。

配电系统三相负荷的不平衡度不大于15%。单相负荷较多的供电系统，宜采用部分分相无功自动补偿装置；容量较大的用电设备，当功率因数较低且离配变电所较远时，采用无功功率就地补偿方式。《安徽省公共建筑节能设计标准》中规定：高压供电的用电单位，在变压器低压侧经并联电容器集中进行无功自动补偿后，功率因数不应低于0.93。由市电电网低压供电的用电单位，经并联电容器进行无功自动补偿后，功率因数不应低于0.90。

2.1.5 导体截面选择

按经济电流密度合理选择导体截面。

一般按年综合运行费用最小原则确定经济电流密度。对于较长输电线路的电力电缆按经济电流密度初步选择截面，以保证初期投资和运行能耗兼顾后最经济。还需按长期发热条件和电压损失以及短路热稳定进行校验。由于线路损耗与其截面成反比，因此在满足载流量、动热稳定、电压损失及保护配合的条件下，还可根据情况加大一级线缆截面，以节约线缆能耗。当线缆截面小于70mm2，线路长度超过100m 时，一般选择增加一级线缆截面。

2.1.6 敷设安装方式确定

①对于建筑物内的变配电室，要充分考虑设备的运输及电缆的敷设通道，合理利用空间。在满足安全距离并留有发展备用位置的情况下，减少不必要的浪费。

②变压器的防护等级要根据工程情况合理选择。具有符合IP3X以上防护等级的金属外壳的变压器，在环境条件允许时，可以与高低压柜贴邻布置，减少变电所占用面积。但是，防护等级提高，变压器的散热条件变差、温升提高，导致损耗增加、绝缘易老化，影响其寿命及使用安全。

③充分利用干线供电。如将空调、采暖等季节性负荷与等级相同的负荷用同一干线供电，便于快速切除非消防用电，还可在季节性负荷停运时，以同样大的干线截面传输较小的负荷电流，减少线路阻抗，降低了线路损耗。

④电力电缆采用电缆桥架敷设时，其托盘内电缆的总截面积不超过托盘内横断面积的40%，选择线缆截面应考虑多股线缆间运行散热的相互影响而导致的降容系数。托盘选用孔型或梯型，以提高电缆散热能力，减少电能损耗。

综上，合理设计供配电系统是电气节能的重要保证。

2.2 照明系统的节能

电气照明的节能是一项系统工程，不仅包括天然光的充分利用、照明方式的设计、高效照明灯具的选择，还包括照明的控制与维护管理。

2.2.1 照明方式设计

首先确定合适的照明方式，如根据照明场所的特点和需要选择一般照明、混合照明、重点照明等；选择照明光源时，应满足显色性、启动时间等要求。依据《建筑照明设计标准》选择各类建筑的不同场所的照度值，该标准中规定的照度值是经过实验验证和实践检验的，能够满足基本功能需要，实际设计照度与照度标准值的偏差不应超过±10%。同时该标准中还规定了照明功率密度限值，避免无限制提高标准而造成能源浪费。某些场所如体育场馆等还有对照度均匀度、反射比等要求以提高照明质量，此时要考虑平衡照明质量和节能的关系。

2.2.2 高效灯具选择

选择灯具时，在满足光源颜色、眩光限制和配光要求条件下，选用效率或效能高的灯具。对于荧光灯及气体放电灯还要选择节能型镇流器。近些年兴起的LED照明，亮度高、能耗小，也得到广泛应用。

2.2.3 合理照明控制

合理的照明控制也可实现节能。如对走廊、楼梯、过道等非长时停留的场所的照明灯具设置红外控制、声光控，实现人来灯开、人离灯熄；对照明房间或场所设置时钟控制；按靠近与远离采光窗的顺序设置灯具开关，以充分利用自然光等。还可采用智能照明节能控制装置，对数量多、使用面广的照明设施通过采用调光、控制照明时段，进一步达到节能的目的。

2.3 机电设备的节能

随着技术的发展，建筑内用电设备增多，为生活带来舒适的同时，其能耗也不可小觑。

2.3.1 电气设备

设计中应首选低损耗的节能型变压器。如 SCB12、SCB13干式变压器；SCBH15、SCBH16干式非晶合金铁芯变压器。它们是采用先进工艺制造的节能变压器，减少了铁芯的涡流损耗和漏磁损耗。其中的非晶合金变压器为新型的节能变压器，采用非晶合金替代传统硅钢片制造铁芯，使变压器的空载损耗降低70%～80%，节能效果显著。

变频器用于风机、泵类设备负荷的场合节能是一种理想的调速控制方式，节能效果显著。

根据负荷等级合理选用柴油发电机组、UPS和EPS电源。柴油发电机组具有机动灵活、投资较少、启动方便等优点，广泛作为应急/备用电源应用在民用建筑中。UPS用于向计算机类的要求确保供电不间断和稳压的重要负荷提供备用电源。EPS电源主要向应急照明、事故照明、消防设施等一级负荷供电，较UPS投资省、寿命长、效率高。

2.3.2 动力设备

除采用高效节能电机外，动力设备的运维节能是在其运行过程中采取的主动控制能耗的节能行为。

公共区域的空调系统，按预定时间表、区域是否有人等模式设置自动启停控制装置；风机盘管的控制应能对室内温度设定值范围进行限制等。

电梯采用变频调速拖动系统，并能实现电梯制动时呈发电状态将电能回馈至电网；采用先进的电梯控制技术，如电梯群控、轿厢无人自动关灯、自动扶梯感应启动等技术措施。

对生活给水、排水系统的水泵、水箱的水位及系统压力进行监测，根据状态自动控制相应水泵的启停。

2.4 降低谐波危害

具有谐波源的负荷（如变频装置、调光设备、电子镇流器等）、设备每相输入电流不大于16A的低压电气及电子设备发出的谐波电流值应符合相关规范的规定。

对谐波可能超标的用户，应在设计阶段采取限制谐波电流的方案和措施。如：选用谐波含量低的产品；加装有源/无源滤波吸收装置；加装动态无功补偿装置等。

2.5 能耗监测与智能化

建筑物中的电气设备的待机损耗、电开水器的反复加热等已造成了不小的能源耗费，因此为了合理的利用设备，节约能源，对建筑物内的电力能耗进行计量、分析、控制成为电气节能的重要措施之一。

大型建筑物应采用智能化的建筑设备自动化管理控制系统。自动监测、控制电气设备的使用，掌握建筑设备的状态、能耗和负荷的变动。通过有效的控制，如照明智能控制及维护管理、电力分项计量监测信息系统、错峰填谷等，可达到节能的目的。

随着建筑智能化行业的发展，近年来快速成长的BIM（建筑信息模型）、RTLS（实时定位系统）、人工智能诊断等智能技术，都在提效、节能上发挥着重要作用。

3 结语

总之，建筑电气设计应充分考虑选择高效率的节能设备，应用先进的设计技术，按照节能标准进行设计，并加强用电单位的节能管理和个人的节能意识，从而在为人们提供健康、舒适、安全的居住、工作和活动空间的同时最大限度地节约自然能源，保护环境。