建筑电气设计中节能减耗必要性探析

建筑电气设计中节能减耗必要性探析

姜晓利

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【摘要】为进一步加强国内民用建筑行业的电气节能设计，响应国家建设节能减排、低碳环保大环境的政策，本文从六个方面对国内高层民用建筑内各电气系统的能耗进行分析，针对各电气系统节能的关键环节，提出对应的减少能耗的措施，期望为我国民用建筑行业的电气节能设计提供参考。

【关键词】建筑物；能耗；电气设计；节能

1建筑能耗分析

1.1建筑能耗来源

建材生产阶段能耗主要指钢铁、铝材、水泥及其他建材生产、加工时产生的能耗，约占建筑总能耗的48%。建筑施工阶段能耗主要指建筑建设过程中水、电、媒、油、气等能源的消耗，约占建筑总能耗的5%。建筑运行阶段能耗主要指建筑各用能系统、用能设备运行期间产生的能耗，约占建筑总能耗的47%。

1.2主要研究方向

建材生产阶段及建筑施工阶段能耗可控性小，除非采用新技术、新材料，否则其节能的幅度有限。影响建筑运行阶段能耗的因素较多，如各用能系统的系统形式，各类设备的节能效率，对各用能系统采用的监控、管理手段等。国内现有的建筑物采用的能源形式单一，主要以电能为主，如通风空调系统、照明插座系统、电梯扶梯系统等均用电能来维持工作，故建筑电气节能就显得尤为重要。

2建筑电气系统的节能措施

高层民用建筑的电气系统主要包括：变配电系统、动力配电系统、照明插座系统、火灾自动报警系统、防雷接地系统、智能化系统。每个系统均有电源设备、用电设备、电能传输介质。节能的理念应从设计阶段贯穿到运营阶段，渗透入每个系统，如此才能最大限度降低建筑物电气系统的能耗。

2.1负荷计算

准确的负荷计算是保证建筑内各电气系统正常节能运行的基本条件。单位面积变压器安装容量是衡量建筑物用电情况的一个重要指标，设计阶段应根据末端实际用电量，选取合适的系数，从末端用电设备至前端配电变压器，逐级计算，合理配置变压器的容量和台数，并把每台变压器负荷率控制在70%~85%范围内；当存在大容量季节性负荷或错峰使用的负荷时，可设置专用变压器，把不同季节或不同时间段使用的负荷分配至同一台变压器供电，可降低变压器的容量。

2.2电气设备

（1）变压器。变压器运行时，会因磁滞及涡流现象，产生空载损耗，其大小取决于变压器的制造工艺，故变压器采购时，应选用低损耗、低噪声的节能型变压器，在有效控制其损耗的同时，也能减少对环境的污染。（2）电动机。我国电动机耗电量占全国总耗电量的比例超过一半。国内中小型电动机的平均效率为87%，落后于国际先进水平的92%。电动机有功损耗可按式（1）计算：W0=P0×t=P2×1-ηη×t（1）式中：W0-电动机电能损耗，J；P0-电动机有功损耗，kW；P2-电动机输出功率，kW；η-电动机效率；t-电动机运行时间，s。一台效率为0.87，输出功率10kW的三相异步电动机，持续运行1h，产生的能耗为5.4kJ，约1.5度电；当电动机效率提升1个百分点时，持续运行1h，可节约0.5kJ能耗，约0.14度电。民用建筑内的空调器、风机、水泵、电梯扶梯等采用的均是中小型电动机，尤其是大型民用建筑，采用的电动机数量多，当采用高效率、节能型电动机时，对于节能的效果显而易见。

2.3照明节能

（1）照明灯具及光源。首先，照明设计应满足《建筑照明设计标准》等相关国家规范的要求；其次，应在满足显色性、启动时间等技术要求的前提下，优选光效高、显色性好、寿命长、运行安全可靠、安装维护简单方便、性价比较高的发光光源[1]。选用荧光灯、气体放电灯时，需配置镇流器。传统的电感镇流器运行功耗约占灯具额定功率的15%~20%，而具有更高功率因数的电子镇流器，其运行功耗仅占灯具额定功率的10%左右。大型建筑内灯具数量足有上万，采用高功率因数的电子镇流器，对于降低照明系统的电能损耗有明显作用。半导体技术的快速发展，使LED（发光二极管）灯广泛应用于民用建筑内。市场上的LED灯，光效可达60~100lm/W，同等亮度的条件下，消耗1度电，LED灯的使用时间要比其他传统光源灯具长得多。LED灯的使用不仅能起到降低能耗的效果，而且因其使用寿命长的特点，也有助于减少后期运维的成本。（2）照明控制方式。传统的照明控制方式是采用面板开关，人工手动控制，无法避免因人为因素造成的电能浪费。智能控制及调光技术的使用，可以有效解决这个问题。智能控制通过编程，可以任意选择需要开启的灯具，组合成不同的照明模式，使用者根据需要，仅控制需要照明区域的灯具；调光技术可以根据使用者的需求，在灯具最低至最高亮度之间平滑调节，直至最舒适的亮度。不同场所，也可选择其他节能手段，比如在人员停留时间不长的场所，选用人体感应控制，达到人来开灯，人走延时关灯的效果。另外，天然光作为一种零成本、取之不尽的天然资源，采用天然光照明，也能实现照明节能。在建筑中合适的场所，应有意识地利用自然光照明，不仅可以节省大量电费，更可以达到环保节能的目的[2]。

2.4配电线路

（1）截面及敷设环境的选择。电线电缆截面的选择，应在满足其动热稳定条件及末端对电压降要求的前提下，按经济电流密度选择适当的截面；同时，应避免其在易积水渗水、剧烈震动等恶劣环境下敷设，防止因绝缘损坏老化造成电能损耗。（2）敷设路由的设计。高层民用建筑中，电缆从低压房集中引出，故低压房应设置在负荷中心，并在其附近设置竖向电井，使配电线路尽量以最短距离敷设，控制在200m以内。减少电缆长度即可节省成本，也能减少电能在传输过程中的损耗。当配电区域平层面积大，用电点分散，且用电量相差不大时，可采用“总—分”的配电形式，在中心位置设置总配电箱，减少大截面电缆的敷设距离；当配电区域相对狭长，且用电点处在同一方向时，可采用“树干形”配电方式，减少同一方向电缆敷设的数量；对于高层民用建筑，可采用大容量母线竖向配电。

2.5运营管理

（1）建筑设备监控系统。建筑设备监控系统，对建筑物内的空调风机、水泵、电扶梯及其他用电设备采用现代化的自动控制技术进行全面、有效的监视和管理，并辅以丰富的控制策略，使受控设备运行在用户所设定的要求以及波动范围内，将能量负荷冗余保持在最佳边际成本状态下[3]。（2）能源管理系统。能源管理系统，对建筑内的用水、用电、用气、用冷的情况进行实时监测，可及时找出能源消耗异常点，既能减少管理成本，也能减少浪费。同时能源管理系统能对用水、用电、用气、用冷的情况进行分析并出具报表，供管理者了解建筑内的能耗情况并制定节能策略。

2.6新能源利用

除了以上节能策略，我们还应积极研究新型能源，加快新型能源应用的进度。太阳能是目前使用较为广泛的一种新型能源，但技术上尚不成熟，还存在着能量转换效率较低等问题。在对太阳能发电系统的应用过程中，需要设计人员综合考量设计区域的日光辐射量、日照时间长短、雷雨天气影响、建筑结构形式、能量转换效率与成本等问题，只要明确了以上这些问题，便可以在建筑设计中利用新能源技术实现更深层次的能源节约[4]。

参考文献

[1]廖述龙.高层楼宇建筑电气节能技术研究[D].上海：上海交通大学，2012.

[2]何叶.建筑电气照明节能技术的研究[D].西安：长安大学，2014.

[3]杨小琴.浅析超高层建筑电气节能设计[J].现代建筑电气，2009（22）：56-60.

[4]肖壮生.探讨建筑电气节能环保技术的相关问题[J].科技创新与应用，2020（23）：166-167.