节能技术在建筑电气工程中的应用研究

朱经敏 王晓彤 张燕青 朱经鑫

（1.山东省立医院 2.山东特殊教育职业学院 3.菏泽市鄄城县阎什镇阎什中学 4.菏泽永恒热力有限公司）

0 引言

近年来，随着全球能源危机的日益加剧以及环境保护意识的提高，节能技术在建筑电气工程中的应用受到了广泛关注［1］。建筑电气工程是指为建筑物提供电力和电气设备系统的工程，其中电力消耗往往占据较大的比例。传统的建筑电气工程在设计和运行中存在一些问题，如能源浪费、环境污染和经济性差等。为了解决这些问题，节能技术在建筑电气工程中得到了广泛应用和研究。

1 建筑电气工程概述

建筑电气工程是建筑工程领域中的一个重要分支，它利用电力科学技术和信息科学技术为建筑工程提供服务。随着科技的飞速发展，建筑电气工程在现代建筑中发挥着越来越重要的作用。建筑电气工程的主要任务包括设计、安装和维护建筑物的电气系统，提供可靠、高效、安全的电力供应。这涉及到电力输配系统、照明系统、电气设备、安防系统、通信系统等方面的设计和布置。在建筑电气工程中，使用先进的信息科学技术，通过智能化系统对电力设备进行监控和管理，实现对建筑物能耗和用电负荷进行精确控制。同时，建筑电气工程也与绿色建筑概念紧密相连，通过选用高效节能的电气设备和系统，优化能源利用，减少对环境的影响［2］。建筑电气工程的发展也推动了现代建筑工程的创新。通过智能化系统的应用，对建筑物可以实现自动化、智能化的管理和控制，提高工作效率和居住舒适度。例如，通过智能照明系统和智能安防系统，可以根据使用需求自动调节照明亮度和控制安全设备，提供更便捷、舒适、安全的环境。

未来，随着数字化城市和智慧建筑的发展，建筑电气工程仍将继续发挥重要作用。新技术和新材料的引入将进一步推动建筑电气工程的创新和发展，为人们提供更优质的建筑环境［3］。同时，建筑电气工程也将紧密关联能源管理和环境保护，为实现可持续发展做出贡献。

2 电气节能技术的应用原则

2.1 满足需求设计原则

电气节能技术的应用应该始终以满足电气设备的需求为出发点。在应用节能技术之前，需要准确了解电气设备的使用需求，包括功率、容量、工作时间等。只有在满足这些需求的前提下，才能选择合适的节能技术，避免过度或不足的设计［4］。

2.2 节约经济设计原则

在应用节能技术时，需要充分考虑经济性。节能技术的成本与节能效果之间需要取得适当的平衡。因此，在选择和应用节能技术时，需要综合考虑技术本身的成本、维护成本和预期的节能效果，确保具备良好的经济性。

2.3 节约能源消耗原则

电气节能技术应用的核心目标是降低能源消耗。在设计中，需要重点考虑如何通过合理的设备配置、控制策略和监测手段等措施来减少电能的浪费。通过应用高效的电机、光源、照明控制系统、能源管理系统等技术，实现电能的有效利用，最大程度地降低能源的消耗。

2.4 应用现代技术原则

电气节能技术的应用要紧跟时代的科技进步。随着科技的不断发展，新的节能技术不断涌现。在设计中，应考虑应用先进的、高效的、可靠的技术手段，提高节能效果。例如，应用智能控制系统、光伏发电技术、电能质量改善技术等，实现电气系统的高效、智能化。

3 节能技术在建筑电气设计中的应用策略

3.1 供电配电进行节能优化

为了提高配电系统的运行效率和降低建筑物的单位能耗和系统损耗，必须进行合理的负荷计算，依据电源条件和负荷特点来确定变电所（站、室）的位置、电压等级和系统接线方式［5］。此外，还要根据需要配置无功功率补偿及谐波抑制装置，并合理选择节能型电气设备。在选择配电系统电压等级时，需要考虑负荷容量和供电距离等因素，以确定合适的电压等级。同时，系统应该具备简单、可靠且操作方便的特点，以避免出现过多的复杂环节和操作流程。一般情况下，建筑采用10kV电源进线，引自市政开闭所。

（1）配电用变压器

变压器的损耗主要分为四类：空载损耗、负载损耗、介质损耗和杂散损耗。

空载损耗是指变压器在无负载工作状态下的损耗。主要由铁心引起，与铁心材料的特性、磁通密度、芯片厚度和加工工艺等因素相关。随着高级电工钢的应用，变压器的空载损耗显著降低。非晶态合金作为铁心材料，具有特殊的磁特性，在磁通密度低于1.2T时，空载损耗小于0.2W／kg。与常规材料相比，相同容量的变压器可降低75%～80%的损耗；在进行变压器经济运行分析时，为了简化计算。常取：

所以，与普通干式变压器相比，选用非晶合金干式变压器（SHB15型）可以在保持负载损耗水平一致的情况下，明显降低空载损耗。非晶合金干式变压器采用非晶合金作为铁心材料，具有特殊的磁特性。相比普通变压器的铁心材料，非晶合金具有更低的磁通密度下限。因此，在低于1.2T的磁通密度下，非晶合金干式变压器的空载损耗显著降低。这意味着相同容量的变压器在无负载运行时消耗的能量更少。而负载损耗是由铜线圈的电阻引起的，对于非晶合金干式变压器和普通变压器来说，负载损耗水平是一致的。因此，在负载工作状态下，选用非晶合金干式变压器不会对损耗水平产生影响。

（2）应急电源

建筑电气工程中，选择应急电源时，如果备用电源的容量较大，优先考虑使用柴油发电机组作为第二电源，因为线式UPS不间断电源和EPS应急电源都需要依靠蓄电池组来提供电能，而为了确保应急电源的正常使用，设备通常需要保持在备载状态，如果长期运行，会不可避免地消耗电能，因此选择柴油发电机组是节约电能的最佳选择。然而，应急柴油发电机组适用于允许中断供电时间在15s以上的负荷切换。如果用电负荷需要毫秒级或秒级的电源切换时间，那么选择在线式UPS不间断电源或EPS应急电源会更合适。

3.2 照明系统进行节能优化

建筑电气工程中，在设计照明系统时，应当遵守国家相关标准，选择符合要求的照明光源。优先选择节能评价值高的高效光源，避免使用低光效的白炽灯。选用的光源和配套的镇流器的能效值不应低于国家规定的节能标准。此外，照明系统的功率因数也应不低于0.9。为了节约能源，楼梯间和走道的照明应采用节能自动关闭的开关。当前常用光源的主要技术指标见下表。

表 各种常用光源的主要技术指标

为了提高照明能效，选择合理的灯具配光方案是非常重要的。

（1）针对不同场所的需求，选择适合的灯具类型。在一般的场所，可以选择直接型灯具，不宜使用透射比较低的漫射型灯具。对于酒店大堂和候机厅等公共场所，可以采用半间接型或漫射型灯具。

（2）选择具有高光通维持率的灯具，以确保灯具在使用期间光通量不会降低。

（3）根据灯具的安装高度和室形指数RI的值，选择合适的配光曲线灯具。根据RI值的不同，可以选择宽配光、中配光或窄配光的灯具。

（4）选择具有高利用系数的灯具。一般来说，效率高的灯具也具有较高的利用系数。灯具的利用系数还会受到房间内装饰材料颜色和放射比等因素的影响。

（5）推广使用高光效和长寿命的LED灯来逐步替代传统灯具，LED灯具具有高效能照明、寿命较长、启动迅速、可调光、多彩和可调色温等特点，可以显著提高照明能效。

3.3 建筑设备的电气节能

建筑设备的电气节能可以从设备选型和设备运行两个方面来考虑［6］。一方面，在设备选型上，可以选择具有高能效标准的设备。例如，在变压器选型时，可以选择具有低能耗和高效率的变压器。对于电动机，选择高效率的电动机可以减少能源浪费。此外，在电梯配置上，选择具有节能功能的电梯设备也是很重要的。

另一方面，在设备运行上，可以采取一系列控制策略来实现节能。对于空调系统，可以采用智能控制策略，根据室内外环境的温度和湿度变化来调节空调的运行，以达到节能效果。在给排水系统中，可以采用节水设备和智能控制系统，合理规划和控制供水和排水，减少能源消耗。对于电梯设备，可以使用变频调速技术，根据人流量和需求调整电梯的运行速度，减少能源的消耗。

3.3.1 暖通空调系统

随着人们对生活环境舒适度要求的提高，暖通空调系统在建筑设计中扮演着越来越重要的角色。然而，暖通空调系统也是整个建筑中最主要的能耗系统之一，因此，应对其设计进行优化，以达到节能减排的目的。具体优化建议如下：

（1）优化暖通空调系统的运行管理：通过采用先进的管理技术和控制系统，对暖通空调系统进行智能化管理，根据室内外环境变化，实时调整系统运行参数，以达到最佳的节能效果。

（2）提高暖通空调系统的能效比：选择高能效比的设备，如高效空调机组、高效水泵等，同时优化系统运行流程，减少能量损失，提高系统整体能效。

（3）采用可再生能源：在暖通空调系统中引入可再生能源，如太阳能、地热能等，减少对传统能源的依赖，降低系统能耗。

3.3.2 风机水泵

风机和水泵是建筑中常用的电动机设备，它们的耗电量约占建筑总用电量的60%左右。在电力驱动领域，节电对于提高能源利用效率至关重要。因此，在选择电动机时，应遵循以下原则： （1）选用高效节能型产品，要选择符合国家标准《中小型三相异步电动机能效限定值及节能评价值》要求的高效节能型电动机，这些电动机具有较高的能效比，能在相同负荷下减少能耗；（2）对于负载不稳定且变动范围较大的电动机，应选用变频调速电机。这种电机可以根据负载需求自动调整转速，避免不必要的能量浪费，从而实现节能目的。

3.3.3 电梯

在建筑中，常年运行的动力设备包括客梯、消防电梯、扶梯和货梯等，这些设备的选择需要考虑载重量、提升高度和停层方案等。对于建筑中的客梯，可以选择交流驱动或直流驱动方式。在选择高档电梯时，建议采用变压变频（VVVF）调速方式，这种调速方式可以提供更加平稳和快速的运行效果。而对于成对或成组布置的电梯组，需要采用并联控制或群控方式，以确保多台电梯的协调运行和能源的有效利用。在计算多台电梯的电源容量时，需要考虑到同时使用的因素，以确保电力供应的稳定性和充足性。客梯的照明电源通常是单相220V。但如果选择多级梯或双自动扶梯，照明负载需要分别接到三相电源上，以尽量平衡三相负载，确保设备的稳定运行和能源的有效利用。

4 结束语

综上所述，为了实现建筑电气工程中的节能目标，需要从空调系统、供电配电系统、照明系统和动力系统等多个方面入手。在设计中，必须秉持满足需求、节约经济、节省资源和应用先进技术的原则。通过在各个系统中广泛应用绿色节能技术，可以实现整体节能效果。