建筑電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能設(shè)計(jì)分析

摘要：能源問題已成為全球共同關(guān)注的問題，能源短缺成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。建筑中的節(jié)能設(shè)計(jì)已得到充分重視，做到合理使用能源、提高能源利用效率，為能源的節(jié)約提供了保障。文章通過對建筑電氣設(shè)計(jì)的概述，分別從配電變壓器、配電線路、電動(dòng)機(jī)、照明幾個(gè)方面介紹了建筑電氣設(shè)計(jì)對建筑節(jié)能型的影響。 

關(guān)鍵詞：建筑電氣;節(jié)能設(shè)計(jì);配電變壓器;配電線路;電動(dòng)機(jī);照明;

Abstract: the energy problem has become a global concern, energy shortage be restricted the economic development of important factors. The architecture of energy saving design has got much attention and achieve fair use energy, improve the efficiency of energy utilization, and for energy conservation to provide the safeguard. Based on a brief overview of the construction of electrical design, respectively from the distribution transformer, the power distribution lines, motor, lighting introduced several aspects of building energy-saving building electrical design of influence.

Keywords: electrical building; Energy saving design; Distribution transformer; Distribution circuit; Motor; Lighting;

1建筑電氣設(shè)計(jì)概述 

    1.1建筑電氣設(shè)計(jì)的原則。  

1.1.1滿足建筑物的使用功能。 

    建筑電氣設(shè)計(jì)的原則應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)：照明的照度、色溫、顯色指數(shù)；滿足舒適性空調(diào)的溫度及新風(fēng)量；滿足上下、左右的運(yùn)輸通道暢通無阻；④滿足特殊工藝要求，如娛樂場所的一些電氣設(shè)施的用電，展廳的工藝照明及電力用電等。 

1.1.2考慮實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益。

    節(jié)能應(yīng)按國情考慮實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益，不能因?yàn)楣?jié)能而過高地消耗投資，增加運(yùn)行費(fèi)用，而是應(yīng)該讓增加的部分投資，能在幾年或較短的時(shí)間內(nèi)用節(jié)能減少下來的運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行回收。  

    1.1.3節(jié)省無謂消耗的能量。 

    節(jié)能的著眼點(diǎn)，應(yīng)是節(jié)省無謂消耗的能量。首先找出哪些地方的能量消耗是與發(fā)揮建筑物功能無關(guān)的，再考慮采取什么措施節(jié)能。如變壓器的功率損耗，傳輸電能線路上的有功損耗都是無用的能量損耗，又如量大面廣的照明容量，宜采用先進(jìn)技術(shù)使其能耗降低。 

    1.2設(shè)計(jì)要達(dá)到的目標(biāo)。 

住宅電氣設(shè)計(jì)的設(shè)備選型應(yīng)能滿足居民在住宅居住期內(nèi)(一般按30 50年考慮)用電的增長，以居民遠(yuǎn)期負(fù)荷發(fā)展為依據(jù)，以居民生活用電達(dá)到中等電氣化水平為目標(biāo)。

根據(jù)居民生活情況，使每戶住宅的供電達(dá)到4 10kW的水平，并保證在住宅居住期內(nèi)不再改造。

    1.3具有合格的電能質(zhì)量，家用電器能正常工作。 

為新建居民住宅電氣設(shè)計(jì)提供參考，使電氣安裝一次達(dá)到要求，不搞重復(fù)建設(shè)。

2選擇更先進(jìn)更節(jié)能的配電變壓器

        隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，新材料新工藝的廣泛應(yīng)用，新的低損耗配電變壓器先后開發(fā)成功，盡管配電變壓器已是高效率的設(shè)備，但由于數(shù)量的巨大和空載耗電的固定性，變壓器效率即使有微小的改進(jìn)也能獲得相當(dāng)大的能源節(jié)約和減少溫室氣體的排放，因此其本身存在巨大的節(jié)能潛力.現(xiàn)在在我國應(yīng)用的較多的主要有油浸式變壓器，干式變壓器，箱式變壓器等。

2.1油浸式變壓器：國家從1999年起國家規(guī)定淘汰并停止生產(chǎn)S7系列油浸式配電變壓器，2001年在S9基礎(chǔ)上我國又開發(fā)出S11系列變壓器，使空載損耗進(jìn)一步降低。S11型變壓器適應(yīng)范圍廣，性能水平優(yōu)于S9，節(jié)約能源，與S9變壓器比，它的空載損耗平均降低百分之三十，空載電流平均下降百分之七十，而且噪音水平也下降了，減少了城市的噪音污染。

        2.2干式變壓器：近年隨著高層及大中型建筑的增多，以前用量較少的干式變壓器因?yàn)樗�的結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，安全性能好等優(yōu)點(diǎn)已得到很大發(fā)展。目前SC9型為國內(nèi)干式新型節(jié)能變壓器，損耗比老產(chǎn)品大大降低，比老SC8干式變壓器空載損耗平均降低百分之八十七，負(fù)載損耗平均降低百分之十，另外變壓器的噪音水平也明顯降低。

        2.3箱式變壓器：箱式變壓器即為高低壓預(yù)制式變電站，由變壓器制造廠生產(chǎn)。因?yàn)檎嫉孛娣e較小而且就近設(shè)于負(fù)荷中心，可降低線損，也屬于節(jié)能變壓器，現(xiàn)在在民用住宅小區(qū)中應(yīng)用非常多。

        綜上所述，目前適合國內(nèi)需求的節(jié)能產(chǎn)品是S9型及S11型配電變壓器，有防火要求的地方，可采用環(huán)氧

樹脂澆注的干式變壓器，住宅小區(qū)多為箱式變壓器。而配電變壓器的節(jié)能原理主要體現(xiàn)在減少變壓器的有功功率損耗：

變壓器的有功功率損耗如下式表示：△Pb＝Po＋Pkβ2其中：△Pb——變壓器有功損耗（KW）；Po——變壓器的空載損耗（KW）；Pk——變壓器的有載損耗（KW））；β——變壓器的負(fù)載率。Po部分為空載損耗又稱鐵損，它是由鐵芯的渦流損耗及漏磁損耗組成，是固定不變的部分，大小隨矽鋼片的性能及鐵芯制造工藝而定。所以，變壓器應(yīng)選用節(jié)能型的，如S9、及SC9等型油浸變壓器或干式變壓器，它們都是采用優(yōu)質(zhì)冷軋取向矽鋼片，由于“取向”處理，使矽鋼片的磁疇方向接近一致，以減少鐵芯的渦流損耗；45°全斜接縫結(jié)構(gòu)，使接縫密合性好，以減少漏磁損耗。

Pk是傳輸功率的損耗，即變壓器的線損，決定于變壓器繞組的電阻及流過繞組電流的大小，即負(fù)載率β的平方成正比。因此，應(yīng)選用阻值較小的繞組，可采用銅芯變壓器。從Pkβ2用微分求它的極值，在β＝50％處每千瓦的負(fù)載，變壓器的能耗最小。因此，在80年代中期設(shè)計(jì)的民用建筑，變壓器的負(fù)載率絕大部分在50％左右，在實(shí)際使用中有一半變壓器沒有投入運(yùn)行，這種做法有的一直沿襲至今。但是，這僅是為了節(jié)能，而沒有考慮經(jīng)濟(jì)價(jià)值。舉下例可看出其不可取的程度。

        SC3－2000KVA的變壓器，當(dāng)β＝50％時(shí)相對于β＝85％時(shí)可節(jié)能為P＝16.01×（0.852－0.52）＝7.56KW，按商場最高用電小時(shí)計(jì)：每天12小時(shí)，365天全營業(yè)，則總節(jié)約電能：Ｗ＝

7.56×12×365＝33113ＫＷ·ｈ。按營業(yè)性電價(jià)每度0.78元計(jì)，則每年節(jié)約：33113×0.78＝25828元。按每千瓦的初裝費(fèi)投資：       

2000KVA變壓器應(yīng)是大型民用建筑，必然雙電源進(jìn)線，則初裝費(fèi)每KVA為2240元，每年節(jié)能省下的電費(fèi)只能提供（25828/2240＝11.53）11.53KVA的初裝費(fèi)。還有988.5KVA的初裝費(fèi)，加上由于加大變壓器容量而多付的變壓器價(jià)格，由于變壓器增加而使出線開關(guān)柜、母聯(lián)柜增加引起的設(shè)備購置費(fèi)，安裝上述設(shè)備使土建面積增加而引起的土建費(fèi)用，這是筆相當(dāng)可觀的投資，還沒有計(jì)及折舊維護(hù)等費(fèi)用。由此可見，取變壓器負(fù)載率為50％是得不償失的。

        事實(shí)上50％負(fù)載率僅減少了變壓器的線損，并沒有減少變壓器的鐵損，因此也不是最節(jié)能的措施。計(jì)及初裝費(fèi)、變壓器、低壓柜、土建的投資及各項(xiàng)運(yùn)行費(fèi)用，又要使變壓器在使用期內(nèi)預(yù)留適當(dāng)?shù)娜萘浚�變壓器的�?fù)載率應(yīng)在75％～85％為宜。這樣也可以做到物盡其用，因?yàn)樽儔浩鹘^緣的使用年限滿負(fù)荷計(jì)為20年，20年后可能有更好的變壓器問世，這樣就可以有機(jī)會(huì)更換新的設(shè)備，才能使該建筑總趨技術(shù)領(lǐng)先地位。為減小變壓器損耗，當(dāng)容量大而需要選用多臺(tái)變壓器時(shí)，在合理分配負(fù)荷的情況下，盡可能減少變壓器的臺(tái)數(shù)，選用大容量的變壓器。

3 配電線路損耗 

建筑中供電線路長且多,由于電阻的存在,當(dāng)電流通過時(shí)就會(huì)產(chǎn)生功率損耗,其計(jì)算公式是: 式中:ΔΡ—三相輸電線路的功率損耗;I—線電流;R—線路相電阻。對于供電線選定的條件下,“R”值不變�？梢婋娏髟酱�,電路損失越大。線路的電阻R=ρL/S,電阻與電阻率ρ、導(dǎo)線長度L成正比,與導(dǎo)線截面S成反比。要減少電阻損耗應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮: 

選用電阻率ρ較小的導(dǎo)線,如銅芯導(dǎo)線較佳,鋁線次之。減少導(dǎo)線長度,在設(shè)計(jì)中線路應(yīng)盡量走直線少走彎路,另外在低壓配電中盡可能不走或少走回頭路。變電所應(yīng)盡可能地靠近負(fù)荷中心,以減少供電半徑。增大導(dǎo)線截面積,對于較長的線路,在滿足載流量、熱穩(wěn)定、保護(hù)配合及電壓降要求的前提下,在選定線截面時(shí)加大一級(jí)線截面。這樣增加的線路費(fèi)用,可以由以后的運(yùn)行費(fèi)用抵消。 

4電動(dòng)機(jī)的節(jié)能分析 

減少電動(dòng)機(jī)損耗的主要途徑是提高電動(dòng)機(jī)的工作效率和功率因數(shù)。但是在具體工程中電動(dòng)機(jī)通常都是水暖及建筑等專業(yè)設(shè)備所配套的,因此電氣設(shè)計(jì)節(jié)能措施主要在運(yùn)行過程中。除了就地電容器補(bǔ)償減少線路損耗外,還應(yīng)減少電動(dòng)機(jī)低效率的輕載和空載運(yùn)行。主要的措施是采用變頻調(diào)速控制電動(dòng)機(jī)使其適應(yīng)負(fù)載的變化,以提高電動(dòng)機(jī)輕載時(shí)的效率從而達(dá)到節(jié)約電能的目的。如對于空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)泵采用變頻控制后空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)可節(jié)約30～40%。

5照明節(jié)能措施 

照明節(jié)能設(shè)計(jì)就是在保證作業(yè)面視覺要求、不降低照明質(zhì)量的前提下,減少照明系統(tǒng)中光能的損失,從而最大限度的利用光能,通常的節(jié)能措施有以下幾種:(1)充分利用自然光,在設(shè)計(jì)中電氣設(shè)計(jì)人員應(yīng)多與建筑專業(yè)配合,做到充分合理地利用自然光使之與室內(nèi)人工照明有機(jī)地結(jié)合,從而節(jié)約人工照明電能。(2)使用高效節(jié)能燈具和高效電子鎮(zhèn)流器、節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器、電子觸發(fā)器以及電子變壓器等,公共建筑場所內(nèi)的熒光燈宜選用帶有無功補(bǔ)償?shù)臒艟?緊湊型熒光燈優(yōu)先選用電子鎮(zhèn)流器,氣體放電燈宜采用電子觸發(fā)器。(3)對于照明燈具進(jìn)行控制也是一種行之有效的節(jié)電方法。根據(jù)照明使用特點(diǎn)可采取分區(qū)控制燈光或適當(dāng)增加照明開關(guān)點(diǎn)。臥房、病房、客房等床頭燈可采用調(diào)光開關(guān),高級(jí)客房采用節(jié)電鑰匙開關(guān),公共場所及室外照明可采用程序控制或光電、聲控開關(guān),走道、樓梯等人員短暫停留的公共場所可采用節(jié)能自熄開關(guān)。