建筑電氣節(jié)能研究

郎東瑩

（濱州學(xué)院建筑工程學(xué)院， 山東 濱州 256600）

0 引言

建筑電氣由電源、動力系統(tǒng)和照明系統(tǒng)組成，電氣能耗也主要來源于這三大組成部分。相對于歐美等發(fā)達(dá)國家，我國建筑電氣能耗偏高，能源有效使用率偏低，節(jié)能意識不強(qiáng)，在建筑電氣節(jié)能方面，我國還處于初級的發(fā)展階段。因此，采取正確的節(jié)能措施，解決建筑電氣節(jié)能中存在的問題，提高電氣能源利用率，顯得至關(guān)重要[1]。

1 建筑電氣節(jié)能現(xiàn)狀及存在的問題

我國建筑節(jié)能體系起步較晚，于1986年才頒布了第一部有關(guān)建筑節(jié)能降耗的行業(yè)法規(guī):《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》[2]，這與美國、英國、加拿大等發(fā)達(dá)國家在建筑節(jié)能方面相比，有較大的差距，也存在著諸多的問題需要解決：

（1）存在不合理的建筑電氣設(shè)計現(xiàn)象。合理的建筑電氣工程設(shè)計能夠大幅降低電氣系統(tǒng)的能耗，但是具體的實施過程中，有些設(shè)計單位和設(shè)計人員對此不夠重視，或有些工程設(shè)計周期較短，設(shè)計人員忽略了節(jié)能設(shè)計的質(zhì)量，這都會增加能源的消耗。

（2）建筑節(jié)能相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范不夠系統(tǒng)和全面。目前，我國還未對建筑節(jié)能的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行全面系統(tǒng)的概述，這導(dǎo)致部分工程在實際執(zhí)行過程中造成選型不合適，如建筑照明系統(tǒng)的光源選擇不合理，一味提高照明照度，造成能源浪費(fèi)；電氣系統(tǒng)選用導(dǎo)線、電纜選擇不合適，造成線損較大；變壓器選擇容量選擇不匹配，或者選擇變壓器規(guī)格、型號不合適，造成運(yùn)行效率偏低，電能損耗嚴(yán)重。

（3）存在較多技術(shù)方面的問題。例如，有些電氣設(shè)備長期工作在非高效范圍內(nèi)，增加了電能的消耗；空調(diào)系統(tǒng)不合理的系統(tǒng)設(shè)計導(dǎo)致其工作效率偏低，電能浪費(fèi)嚴(yán)重。

（4）變頻設(shè)備在供電系統(tǒng)的過量使用，這會對電網(wǎng)系統(tǒng)造成諧波分量所占比重加大，不但會影響電氣設(shè)備的使用壽命，還會造成電能的浪費(fèi)。

（5）許多建筑電氣設(shè)備的調(diào)節(jié)裝置不完善。例如，水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備的開關(guān)控制僅存在手動控制，無節(jié)能控制模式，這導(dǎo)致設(shè)備長時間的運(yùn)行增加了電能的損耗。

隨著社會的發(fā)展，近年來我國建筑節(jié)能工作在各方面都取得了長足的進(jìn)步，節(jié)能的重視程度逐漸加深，在相關(guān)部門和各行業(yè)的共同努力下，我國出臺了多項支持建筑節(jié)能的政策及標(biāo)準(zhǔn)。例如，《建筑節(jié)能施工質(zhì)量驗收規(guī)范》、《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》、《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施——建筑節(jié)能專篇》等[3]。這些建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的實施，為建筑電氣節(jié)能的發(fā)展提供了保證。

2 建筑電氣節(jié)能設(shè)計原則

建筑電氣節(jié)能可以節(jié)約能源資源，對建筑節(jié)能具有重要意義，但是在采取節(jié)能降耗的措施過程中，不能為了達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)而影響了建筑的特性和功能，更不能為了節(jié)能而盲目的增加投資，忽略了建筑成本。因此，建筑電氣節(jié)能的設(shè)計應(yīng)遵循以下原則：

（1）適用性原則。實施建筑電氣節(jié)能要在滿足建筑物使用功能的基礎(chǔ)上進(jìn)行，滿足人的使用需求，保障建筑電氣各系統(tǒng)正常的運(yùn)行，如建筑的照明系統(tǒng)要滿足照度、顯色指數(shù)、色溫等；通道要保持暢通；室內(nèi)要舒適、衛(wèi)生。因此，在進(jìn)行建筑電氣設(shè)計時，首先要考慮建筑物的功能類型，滿足建筑使用過程中的動力性、安全性和舒適性，達(dá)到供電可靠、運(yùn)行穩(wěn)定，其次才是根據(jù)使用的實際需要，科學(xué)的、合理的進(jìn)行節(jié)能設(shè)計，使電氣系統(tǒng)充分的利用電能資源，達(dá)到電氣節(jié)能的要求。

（2）實際性原則。節(jié)能應(yīng)該根據(jù)工程的實際情況，充分的考慮經(jīng)濟(jì)效益，不能因為節(jié)能而過高的增加消耗投資，實際性原則是要科學(xué)的減少能源消耗，而不是為此盲目的消耗更多的物資和資金，達(dá)到節(jié)能的目的。在節(jié)能的實施過程中，要對增加的節(jié)能成本進(jìn)行科學(xué)合理的估算，遵循經(jīng)濟(jì)性原則[4]，以最少的投入收獲最大的回報，既達(dá)到節(jié)能的要求，又對生產(chǎn)成本進(jìn)行有效控制。

（3）節(jié)能性原則。電氣節(jié)能的關(guān)鍵是在保證經(jīng)濟(jì)性的前提下減少無謂的消耗，降低能耗，合理的利用能源，提高利用效率，而不是通過加大資金的投入達(dá)到節(jié)能的目的。要確定出哪些設(shè)備運(yùn)行中的消耗與建筑物功能的實現(xiàn)無關(guān)，然后在有針對性的采取節(jié)能降耗措施，例如，通過合理有效的節(jié)能設(shè)計方案，降低輸電線路上的功率損耗；對用電負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化分配，降低減少電能的損耗[5]。

（4）技術(shù)性原則。采用先進(jìn)的電氣節(jié)能技術(shù)，能夠有效的降低能源的消耗，如電梯拖動系統(tǒng)中，采用電動機(jī)與曳引輪組合技術(shù)，可以減少35%以上的電能損失[6]，達(dá)到節(jié)能效率高，運(yùn)行成本低的效果。

（5）安全性原則。建筑電氣節(jié)能設(shè)計中，除了要考慮節(jié)能問題，還必須滿足建筑的安全性要求，例如，要重視電氣設(shè)計中的防火設(shè)計，加入相應(yīng)的防火措施；要優(yōu)化供電線路的設(shè)計，確保線路的安全性及穩(wěn)定性；要強(qiáng)化漏電保護(hù)設(shè)計，設(shè)置合理的漏電保護(hù)參數(shù)及選擇合適的漏電保護(hù)器；要布置合理的安全接地等。因此，建筑電氣在設(shè)計過程中，除了要保持降低能源消耗的同時，還要確保建筑的安全性，若在建筑節(jié)能設(shè)計過程中存在著安全問題，將會對建筑造成巨大的安全隱患。

因此，電氣設(shè)計人員在進(jìn)行電氣節(jié)能設(shè)計同時，要從適用性、實際性、節(jié)能性、安全性等方面綜合考慮，從而達(dá)到提高電能利用效率和節(jié)約能源的目的。

3 建筑電氣設(shè)計中的節(jié)能措施

建筑電氣系統(tǒng)在進(jìn)行規(guī)劃的過程中，要充分的考慮整個建筑系統(tǒng)的實用性、穩(wěn)定性和安全性，在此基礎(chǔ)上，提高實際應(yīng)用的效率，減少能源、資源 的浪費(fèi)，積極創(chuàng)造出節(jié)能環(huán)保的使用條件。采取有效的電氣節(jié)能措施，可以從電源節(jié)能、動力節(jié)能、照明節(jié)能三方面來實現(xiàn)。

3.1 電源節(jié)能

在電網(wǎng)的運(yùn)行過程中，電能在線路中的傳輸以及通過變壓器進(jìn)行升降壓，都會造成較大的能量損耗，因此，電源節(jié)能措施主要包括線路節(jié)能和變壓器節(jié)能兩個方面。

3.1.1 選用合適的供配電線路

（1）選擇正確的電網(wǎng)電壓等級。在相同的功率條件下，輸電線路的電壓等級越高，電流越小，損耗就會越低，所以，選擇合適的電壓等級對于電氣節(jié)能至關(guān)重要。

（2）設(shè)置合適的電源位置。為了減少供、輸電線路的損耗，電源設(shè)備應(yīng)盡可能的設(shè)置在負(fù)荷中心。負(fù)荷中心不同于幾何中心，它是指在工作過程中線路損耗最小的位置，將電源設(shè)置在負(fù)荷中心，輸電線路不一定最短，但是此方案能耗最低，最經(jīng)濟(jì)可行[7]。負(fù)荷中心一般可以通過負(fù)荷功率矩法、負(fù)荷電能矩法、負(fù)荷指示圖等計算方法近似得到[8]。

3.1.2 選用合適的變壓器

建筑工程中，變壓器用于輸電、變換電壓等環(huán)節(jié)，是電力系統(tǒng)中重要的電氣設(shè)備。降低變壓器的電能損耗，可以從有功功率損耗、無功功率損耗及綜合運(yùn)行功率損耗三方面進(jìn)行考慮。

（1）降低有功功率損耗。變壓器在工作過程中，有功功率損耗由空載損耗（又稱鐵損）及負(fù)載損耗（又稱銅損）組成。空載損耗與負(fù)載的大小無關(guān)，其大小與變壓器本身的鐵芯材質(zhì)有關(guān)，因此在選用變壓器時，選擇節(jié)能型的變壓器型號或者非合金材料的變壓器，可以大幅降低空載損耗。負(fù)載損耗代表著變壓器繞組上的電阻損耗，與電阻及流過負(fù)荷的電流大小有關(guān)，選擇較小繞組電阻的變壓器，可以減少負(fù)載損耗，如選擇繞組為銅芯材質(zhì)的變壓器。

（2）降低無功功率損耗。變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理進(jìn)行工作，其借助著交變磁場進(jìn)行著能量的傳遞與轉(zhuǎn)換，因此，變壓器是感性的無功負(fù)載，所建立的交變磁場需要的功率即為無功功率。降低無功功率有效的方法就是改善功率因數(shù)，提高功率因數(shù)就會提高電源的利用效率，具體方法有：避免建筑電力系統(tǒng)中空載或者輕載運(yùn)行；保證電力系統(tǒng)供電電壓的持續(xù)穩(wěn)定；正確的選擇變壓器的容量及臺數(shù)；使用調(diào)相機(jī)或者電容器等裝置對系統(tǒng)進(jìn)行無功的補(bǔ)償。

（3）降低綜合功率損耗。要綜合的降低變壓器的有功功率損耗及無功功率損耗而達(dá)到降低配電系統(tǒng)電能損耗，需要對變壓器綜合功率進(jìn)行整體考慮，科學(xué)分析，可以通過選擇變壓器合適的運(yùn)行方式，降低變壓器的綜合功率損耗。

除根據(jù)相關(guān)準(zhǔn)則確定好合適的配電線路、選用正確的變壓器之外，減少供電距離、增加線纜的截面、選用電阻率較低的輸電線路都會實現(xiàn)電源節(jié)能。

3.2 動力節(jié)能

電動機(jī)是建筑電氣系統(tǒng)重要的組成設(shè)備，在建筑領(lǐng)域運(yùn)用廣泛，其所消耗的電能占到電力系統(tǒng)總發(fā)電量的60%-70%，由于電動機(jī)運(yùn)行時易出現(xiàn)輕載、低效、能耗高狀態(tài)，浪費(fèi)電能現(xiàn)象嚴(yán)重，所以動力節(jié)能是建筑電氣節(jié)能的關(guān)鍵。

（1）維持電動機(jī)的高效運(yùn)行。提高電機(jī)的功率因數(shù)，避免電機(jī)出現(xiàn)空載或者輕載運(yùn)行狀態(tài)，相同容量的電動機(jī)，在一般情況下，鼠籠式電動機(jī)比繞線式電動機(jī)功率因數(shù)高，相同類型電動機(jī)，大容量電機(jī)功率因數(shù)高于小容量電機(jī)；選擇合適的啟動方式，可選用軟啟動器，避免電動機(jī)直接氣動、星/三角降壓啟動等傳統(tǒng)的啟動方式對電氣與機(jī)械的沖擊，使電動機(jī)的啟動與停止運(yùn)行趨于平穩(wěn)，在提高設(shè)備的使用壽命同時也減少電動機(jī)的運(yùn)行損耗。

（2）采用變頻器供電構(gòu)成高效、節(jié)能的變頻調(diào)速系統(tǒng)。通過變頻器改變供電頻率，對電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行無級調(diào)節(jié)，使電機(jī)工作在理想的額定狀態(tài)，采用合適的變頻調(diào)速裝置，可以使電動機(jī)的節(jié)能效果提高10%以上，提高了系統(tǒng)的節(jié)能效益。

（3）選擇與建筑電氣系統(tǒng)配套的電動機(jī)。在電動機(jī)滿足機(jī)械工作的前提條件下，根據(jù)負(fù)荷特性，合理的選擇電動機(jī)，提高工作效率，也可加裝輕載節(jié)電器，使電機(jī)在空載、輕載等運(yùn)行狀態(tài)下，電動機(jī)端電壓自行降低，達(dá)到節(jié)約電能的目的。

3.3 照明節(jié)能

在建筑電氣系統(tǒng)中，照明系統(tǒng)能耗占到整個電氣系統(tǒng)能耗的20%-30%，所以照明節(jié)能是建筑電氣節(jié)能的重要組成部分。

（1）利用天然光源實現(xiàn)節(jié)能。照明系統(tǒng)與天然光結(jié)合使用，既能有利于節(jié)能環(huán)保，又能使照明環(huán)境舒適高效[9]。我們應(yīng)從被動的使用天然光源向積極的利用天然光源轉(zhuǎn)變，也可利用集光裝置進(jìn)行采光，提高天然光的利用率。

（2）選擇高光效節(jié)能光源。根據(jù)光源使用場合及不同的需求，從光效、壽命、節(jié)能等方面綜合考慮光源。白熾燈發(fā)光效率、壽命等處于較低水平，需減少使用；熒光燈能效高，使用壽命長，更加綠色環(huán)保，應(yīng)增加使用，其中，直管熒光燈發(fā)光效率、壽命、經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于緊湊型熒光燈；對于一些高層建筑，安裝高度較高，后期維護(hù)保養(yǎng)較困難，可選用高頻無極熒光燈。與電光源進(jìn)行配套使用的附件，也需進(jìn)行合理的選擇：產(chǎn)生主要功耗的鎮(zhèn)流器，應(yīng)選擇高品質(zhì)、低功耗的電子鎮(zhèn)流器；對于一些附件僅起到裝飾作用，但會造成光源的輸出效率下降，電能消耗增加，此情況下能減少附件的增加盡量減少附件，以提高燈具的使用效率。

（3）選用智能照明控制系統(tǒng)。對照明系統(tǒng)進(jìn)行智能的控制和管理，如采用自動調(diào)節(jié)照明系統(tǒng)，可以根據(jù)自然光的強(qiáng)弱自動調(diào)節(jié)建筑內(nèi)部照度強(qiáng)弱，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)照明穩(wěn)定，實現(xiàn)工作精度提高，同時保證了運(yùn)行成本降低和資源能源的節(jié)約。

（4）優(yōu)化照明供電系統(tǒng)設(shè)計。供電照明系統(tǒng)同樣也要做到節(jié)能優(yōu)化設(shè)計，例如，導(dǎo)線盡量設(shè)計為直線敷設(shè)；選用電阻率較小的導(dǎo)線；通過科學(xué)合理的計算實現(xiàn)照明負(fù)載的三相平衡，避免零線電流過大增加電能消耗。

（5）采用綠色節(jié)能技術(shù)。將節(jié)能技術(shù)與太陽能、風(fēng)能等綠色能源相結(jié)合，實現(xiàn)節(jié)約資源的目的。

4 結(jié)語

總之，在能源資源消耗日益嚴(yán)重的今天，建筑電氣節(jié)能已越來越引起人們的重視，只有采取有效的節(jié)能措施，才能提高電氣系統(tǒng)工作效率，減少能源損耗，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。