建筑設計中的電氣節能研究

高志遠 劉 磊

（大連都市發展設計有限公司，遼寧 大連 116011）

1 合理計算用電負荷

用電負荷計算方法選擇得當,會達到節材、節能的目的,若選擇不當,會帶來不必要的投資和能源浪費。用電負荷計算方法宜按下列原則選取:在方案設計階段可采用單位指標法,在初步設計階段及施工圖設計階段,宜采用需要系數法,對于住宅建設,在設計的各個階段均可采用單位指標法和單位面積法。

2 變壓器的經濟運行

變壓器的損耗包括空載損耗和負載損耗,即:Pb=Po+β2×Pk,

式中Pb-變壓器的有功損耗;Po-變壓器的空載損耗;Pk-變壓器的有載損耗;β-變壓器的負載率。

(1)Po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,它的大小取決于硅鋼片的性能及鐵芯的制造工藝。所以在建筑電氣設計中,應優先選擇節能型的變壓器,如S11-R、SL11-R及SGB11-R等油浸式變壓器及干式變壓器,它們都是采用優質冷軋取向硅鋼片,由于"取向"處理,使硅鋼片的磁疇方向接近一致,以減少鐵芯的渦流損耗。

(2)Pk是功率傳輸的損耗,即變壓器的銅損,取決于變壓器繞組的電阻及流過繞組的電流的大小,它與負載率β的平方成正比。應選用阻值較小的繞組,采用銅芯變壓器。考慮到初裝費、變壓器、低壓柜、土建的投資及各項運行費用,又要使變壓器在運行期間預留適當的容量,在確定變壓器容量時,變壓器的負載率應在75%-85%之間比較合適(建議β=0.8)。

(3)應根據負荷情況合理選擇變壓器容量、臺數。民用建筑應按經濟運行原則靈活選用變壓器數量及投切方式,對于負荷系數長期偏低的變壓器,應該考慮換用較小容量的變壓器,若變壓器選擇容量過大,長期低于經濟運行的負荷率,會造成有功損耗的上升,因為其鐵損并沒有減少,當容量大而需要選用多臺變壓器時,在合理分配負荷的情況下,盡可能減少變壓器的臺數,選用大容量的變壓器。如果運行條件許可,兩臺(或兩臺以上)并列運行的變壓器,可考慮在負荷低時切除一臺,或者采用在負荷變化自動調整運行臺數的裝置。

(4)同等情況下,電壓越高,損耗越小。建筑用電設備電壓等級大部分為220/380V,但一些大型或特大型的建筑的空調主機為了節能目的,可以選擇10(6)KV的設備。

3 減少線路的電能損耗

在一個工程中,線路較長且復雜交錯,線路上的總有功損耗是相當可觀的,減少線路的能耗須引起設計者足夠的重視。線路的電流是不能改變的,要減少線路損耗,只有減少線路電阻。線路電阻R=ρ×L/S(式中:ρ為電導率;L為導線長度;S為導線截面積)。因此,減少線路的損耗應從以下幾方面入手:

(1)選用電導率ρ較小的材質作導線,銅芯最佳。

(2)減少導線長度L。首先線路盡可能走直線,少走彎路,以減少導線長度;其次配電室或配電箱應位于負荷中心,減少配電導線長度L,以減少線路上的電能損失。建筑的主要用電為空調用電,其次為照明用電,還有所占份額不大的電梯、水泵、風機等動力用電。一般有空調的建筑,負荷中心往往是在空調主機附近。

(3)適當增大導線截面S,對于比較長的線路,除滿足載流量、熱穩定、保護的配合及電壓損失所選定的截面,應再加一級導線截面,這樣可以延長導線的使用壽命,減少線路的損耗,減少火災危險。

4 提高系統的功率因數

提高功率因數可以減少線路及變壓器損耗。線路上傳輸的功率分為有功功率和無功功率。有功功率是滿足建筑物功能所必須的,是不可變的。電氣系統的用電設備,如電動機、變壓器、線路、氣體放電燈中的整流器都具有電感,會產生滯后的無功功率,這就需要從系統中引入超前的無功功率相抵消,超前的無功功率就從系統經高低壓線路傳輸到用電設備,在線路上就產生了功率損耗。這部分損耗是可以通過以下幾種措施來降低的。

(1)提高設備的自然功率因數,以減少對超前的無功功率的需求,優先考慮采用功率因數較高的的同步電動機,熒光燈可采用高次諧波系數低于15%的電子鎮流器。

(2)由于感抗產生的是滯后的無功功率,可采用電容器補償,因為電容器產生的是超前的無功功率,兩者可以相互抵消。采用電感鎮流器的氣體放電燈,安裝電容器,可以提高功率因數,同時也提高了電源的輸送能力。

(3)在用電設備選型及調速控制方案一定的情況下,若自然功率因素達不到要求,應進行無功功率的補償。對供電點較遠且無功功率較大的設備采用就地補償,減少線路上的無功傳輸損耗,達到節能的目的;在用電設備集中的地方采用成組補償;建筑內其他的無功功率則主要在變電所內集中補償,并多采用自動無功功率補償加固定補償方式。

5 照明用電的節能設計

照明用電量大且面積廣,照明的節能潛力很大。照明節能設計中,除了滿足照度、光色、顯色指數外,不能單靠減少燈具數量或降低功率,要充分利用自然采光,改善環境的反射條件,推廣應用新光源和改進照明燈具的控制方式,從而達到節能的目的。

(1)采用高效節能光源。在燈具懸掛較高的場所的一般照明,宜采用高壓鈉燈、金屬鹵化物燈,除特殊情況外,不應采用管形鹵鎢燈及大功率普通白熾燈。在燈具懸掛較低的場所的一般照明,宜采用熒光燈，除特殊功能建筑物(如博展館、影劇院、高級飯店等場所)外,不應采用普通白熾燈。

(2)改善照明器的控制方式。照明器的控制,應根據各房間使用的不同特點和要求區別對待。面積較小的房間宜采用一燈一控或二燈一控的方式;面積較大的房間采用多燈一控的方式,但每個開關控制的燈數不宜太多,也應考慮適當數量的單控燈。建筑內的樓梯間、走廊等公共通道,照明器宜采用定時開關控制。在遠離側窗的天然采光不足的區域內的電氣照明,宜采用光電控制的自動調光裝置以隨天然光的變化而自動地調節電器照明的強弱,保證室內照明的穩定。室外照明宜采用光電自動開關或光電定時開關控制。

[1]肖漫.淺談建筑節能與建筑節能設計的體會.醫藥工程設計.2009-08-20