現代智能建筑電氣設計及節能措施分析

李國然

LI Guo-ran

（佛山市嘉邦置業有限公司）

(Foshan Jiabang Property Co., Ltd.)

1 引言

在對建筑電氣進行設計時，最需要注意的地方和其根本目的就是既要確保建筑必備的各項功能的實現，又要滿足設計和建筑的安全需求，隨著人們物質生活水平的提升，人們對環境保護、節約能源、降低成本、增加效率等問題越來越關注，當然，建筑電氣節能設計作為比較流行的趨勢也受到了人們的廣泛關注，其也正在成為社會關注的焦點和建筑電氣設計者們開發和探索的重要課題。文章結合建筑電氣設計，并將其實踐作為出發點，通過探討、分析建筑電氣中供配電系統、配電線路、變壓器、照明設施等設備，充分挖掘出節能的潛力，再結合一些目前已有的研究、論文等提出具有可操作性的方法，希望可給后續建筑電氣的發展和研究提供參考和幫助。

2 變壓器節能的措施

通過變壓器來實現節能，其實質是保證變壓器有功功率損耗的降低來促進其運行效率的提升，計算變壓器有功損耗的算式見式（1）。

式（1）中：△P為變壓器的有功損耗，kW；Po為變壓器的空載損耗，kW；Pk為變壓器的短路損耗，kW；β為變壓器的負載率。

1）Po用來表示變壓器的空載損耗，亦稱鐵損，其由鐵芯渦流損耗和漏磁損耗共同組成，鐵芯的制造工藝和材料會影響到Po的值，但不會受到負荷大小的影響，因此，在選取變壓器時最好選擇例如SC8、S9、SL9等相對節能型的變壓器。這些節能型的變壓器均采用優質的冷軋取向矽鋼片，對矽鋼片進行“取向”處理不但可讓矽鋼片在磁疇方向上保持高度的一致，還能在最大程度上減少鐵芯渦流的損耗[1]。

2）Pk表示變壓器在額定負載傳輸時的損耗，也就是變壓器的線損，在使用微分求取β2Pk的極值時，此時的負荷是β=50%時每1kW的負荷，變壓器的能耗值在此時最小，但是如果在β=50%負載率的情況下只保證減小變壓器的線損，而不能保證變壓器鐵損的減少，這樣也不能達到有效節能的目的。通過綜合初裝費、土建投資、運行費用等各項費用，再結合變壓器在使用時需要預留出適當余量的需求可得出，變壓器最節能且經濟的運行負載率約為75%～85%。

3）在設計變壓器的臺數和容量時，要對用電負荷進行合理分配，從而對變壓器的臺數和數量進行合理選擇，保證變壓器在高效區內工作，這樣能在最大程度上減少變壓器的總損耗。如果負荷降至30%以下，則要按照實際的負荷更換容量較小的變壓器。若負荷大于80%且通過計算得出不利于經濟運行時，可考慮更換容量大一級的變壓器。若容量較大且需要選擇多臺變壓器時，一定要根據現場的實際情況對負荷進行合理分配，盡量選取容量較大的變壓器，減少投入運行的變壓器臺數。針對分期實施的項目，可考慮采用多臺變壓器分時運行的方案，盡量避免變壓器輕載運行而使損耗加大。可將聯絡線鋪設在內部多個變電所之間，然后按照現場的實際情況和負荷的大小來切除部分變壓器，從而減小能耗；若負荷對于可靠性的要求較高且不能受到影響時，比較適合設置專用的變壓器。

3 提高供配電系統的功率因數

想要減少線路的損耗，最主要的手段就是保證建筑配電系統功率因數的提高。下面是兩種提高配電系統功率因數的措施和方法。

1）促進設備自然功率因數的提高。在設計建筑電器系統時，盡量在功能和工藝條件允許的狀況下用功率因數比較高的同步電機來代替異步電動機，也可考慮通過異步電機進行同步運行的方式來提升系統的整體功率因數。圖1是電機變頻控制系統的結構框圖[2]。

圖1 電機變頻控制系統結構圖

2）為系統配置無功補償裝置。因為電容器會在運行的過程中產生超前的無功，而大量的非線性負載則會在建筑電氣系統的運行過程中產生大量滯后的無功，針對這兩個性質，可通過為系統配置無功補償裝置的方法來幫助系統提升功率因數。

4 照明電氣的節能設計

4.1 光源的選取要恰當合適

①應用于室內場所的照明設施，可考慮選取例如U型管節能熒光燈、T5細管等相對小功率的高壓鈉燈或熒光燈作光源，不推薦使用白熾燈；如果開關燈的頻率比較大，則可考慮使用雙螺旋白熾燈。

②應用于室外場所或相對比較空曠的室內場所的額照明設施，可考慮選取鈉燈等此種金鹵燈中具有較高顯色度且高光比較強的氣體放電燈作為照明的光源。

③應用于空間狹小、位置較高且維修維護較為麻煩、困難場所的照明設施，推薦使用光效高、壽命較長的高頻無極熒光燈。

4.2 節電開關要選取恰當且使用合理

在進行建筑照明系統的設計時，需時刻保持節能的理念，選擇控制開關時也不能例外，盡量在滿足使用場合的前提下，考慮引入聲控、光敏、溫度感應等手段對照明裝置進行控制。例如在走廊、樓道、樓梯間、公共場所等地方可接入聲控、光控、程序控制開關來實現對照明設施的控制；病房、賓館客房、臥室等地方可接入有明暗調光功能的調光開關來實現對床頭燈的控制[3]。

4.3 光源用電附件要選擇合理

在設計建筑電氣照明系統的過程中，應注重能耗相對較低、性能比較優異的光源用電附件并對其進行推廣和普及。當然在進行設計時，也必須要對考慮到電子鎮流器、電子觸發器、電子變壓器、節能型高功率因數電感鎮流器等設備進行綜合且充分的考慮，具體可參考《建筑照明設計標準》（GB 50034-2013）。

5 電動機節能設計

5.1 選用高效率電動機

想要減少電動機的電能損耗，最直接有效的辦法就是提升其效率和功率。通過對比可知，高效電動機的效率要比普通電動機高出約3%～6%，其平均功率因數要比普通電動機高出約7%～9%，總損耗方面則減少了約20%～30%，各項數據都顯示高效電動機在節電方面有著很好的效果。所以，在對技術進行改造和設計時，可考慮使用YZR、Y、YZ等系列較新、效率較高的電動機，這樣就可在最大程度上確保節省電能。從另一個角度而言，一般效率較高的電動機會比普通電機的價格高出約20%～30%，所以使用高效電動機一定要對資金的回收期進行考慮，也就是在最短的時間內依靠節省的電費來收回多出的設備費用。一般情況下，選用高效電動機時必須要符合下面列出的條件：負載率≥0.6；每年連續運行時間≥3000h；在運行的過程中，電機沒有頻繁停止啟動的現象；單機要有較大的容量。

5.2 選用交流變頻調速裝置

在我國，節約電能最常用的措施就是推廣交流電機的調速節電技術。通過變頻調速裝置的使用，就算電機在運行的過程中負載持續下降，也會對轉速自行進行調節，從而適應負載的變化。這樣做既能保證電機在輕載時運作效率的提升，也能達到節能的效果。當前，由大功率晶體管（GTR）、絕緣門雙極晶體管（IGBT）、門極可關斷開關（GTO）、普通晶閘管等電力電子器件組合而成的靜止變頻器在異步電動機的調速中已有著較廣泛的使用[4-5]。當然，在設計時，還是要依據變頻的種類以及需要調速的電機設備來選取選合適的變頻調速裝置。

6 結語

綜上所述，在對建筑電氣進行設計時，采用的技能設計措施和方法不僅要滿足技術方面的功能需要，還要讓整個建筑物在電氣設計時具有一定的經濟合理性和先進性，契合建筑物節能環保的需求，滿足可持續發展的要求。

[1]王家濤.智能化建筑電氣工程的設計與應用研究[D].武漢：湖北工業大學，2017.

[2]劉釗，唐振宇.基于智能化建筑電氣節能優化設計分析[J].中國高新技術企業，2017（01）：118-119.

[3]鄭梅陽.智能建筑電氣節能設計研究[J].中國高新技術企業，2012（15）：98-99.

[4]章永清.智能建筑電氣節能設計研究[J].科技創新與應用，2017（35）：104+107.

[5]任丹華.關于智能建筑電氣節能設計的探究[J].智能建筑與智慧城市，2017（10）：56-57.