建筑电气节能设计

建筑电气节能设计浅述摘要：本文作者结合工作实际经验，对建筑电气的节能途径和内容进行了简单的论述，总结了几点电气节能设计的观点，可供同行借鉴。

关键词：建筑电气；低压配电；照明；空调；电梯；节能设计引言随着经济的高速发展，能源的消耗和需求也日益增加，能源紧缺已成为制约经济发展的全球性难题，降耗节能也成为各国必须解决的问题。

因此，节能和节电已成为我国的基本国策，是国家经济发展的一项长远战略方针。

1建筑电气节能设计存在的问题近年来，国家有关部门先后制订和颁布了《“十一五”十大重点节能工程实施意见》、《公共建筑节能设计标准》，《民用建筑节能设计标准》、《全国民用建筑工程设计技术措施，节能专篇（电气）》、《电气设备节能设计》等相关法规或行业指导资料。

但是，建筑电气节能还存在着不少问题或片面的理解，很多标准和规范偏重于建筑和空调方面，电气只纳入照明节能的内容，并未把其他电气节能纳入，很不全面。

其实，电气节能涉及的内容是很多的，但要坚持在充分满足建筑物功能要求的前提下，提高能源利用率，减少能源消耗的原则。

在民用建筑的电能损耗中，空调用电占40～50%，甚至70%，给排水设备用电占10～15%。

可见，在建筑能耗方面，空调占了大部分，其次是照明和给排水，但这些方面的节能都与电气有关。

2电气节能的主要内容及途径2.1建筑智能化建筑智能化是指利用智能化技术，实现建筑物建筑设备管理自动化（ba）、通信自动化（ca）和办公自动化（oa）。

其中建筑设备管理自动化（ba）系统是节能的重要手段。

其功能包括对空调设备、供配电、给排水、照明、电梯等系统的监视、控制、测量和最佳运行方式的自动调节，力求各个系统做到运行安全、可靠、节约能源、节省人力。

其节能效果可达10～30%。

2.2供配电系统的节能（1）正确的负荷计算供电设计中，负荷计算是确定建筑物容量选择设备的基础，也是节电的基础，负荷计算偏大，必然导致设备选型过大而浪费资源及增加耗电。

目前的负荷计算常用单位指标法和需要系数法。

单位指标法是按不同建筑物提出的单位面积变压器容量装置指标，适用在方案设计及初步设计时估算负荷用。

需要系数法引自工业企业的负荷计算，现在民用建筑中套用，在施工图设计阶段中用作负荷计算用，作为选择变压器和导线的依据。

这种计算方法一般偏大，并要注意消防设备和备用负荷（尤为一备一用的水泵设备）不应纳入计算的安装容量中。

（2）变配电所位置尽量接近负荷中心（如冷气机房、水泵房），以减少低压线路长度，降低线路损耗。

（3）合理选择变压器负荷率变压器每天24小时运行，本身有一定损耗，包括两部分，产生于铁芯的铁损和初次级绕组的铜损。

制造厂设计时，负载为50～60%范围内，变压器处于经济运行区，即运行最经济，这是降低变压器损耗的一种方法。

以往一向认为，我们沿用的负荷计算方法偏于保守，实际使用时变压器的负荷率不足60%，从充分利用变压器考虑、负荷率设计的标准是在70%～80%，但从节能角度看，变压器的负荷率在50%～60%时是最经济运行，最节能的。

（4）灵活选择变压器容量、台数和供电方式最大负荷（夏天，含空调）冬天负荷（不含空调）总负荷（kw）其中变压器负荷率负荷密度w/㎡总负荷（kw）负荷密度w/㎡空调、水泵、电梯（kw）照明及电子设备（kw）1028 48 18 47% 51.4 327 16.3表一某设计大厦电力负荷运行统计表注：该设计大厦为22层办公大楼（含负一层地下车库、1～21层办公层，建筑面积2万平方米。

全部采用集中空调，安装两台1250kva变压器，变压器功率密度125va/㎡。

变压器的单台容量一般不超过2000kva为宜。

对于南方地区，只制冷、只在夏天使用，有明显的季节性。

办公大楼空调设备只在上班时使用，此类设备宜使用专用变压器，按季节性或时间性停用。

其供电方式应灵活、在变压器间设低压联络开关，可以在一定季节或晚上停用部分变压器，以节能能源。

对体育场馆，比赛用电可停用部分变压器，用部分变压器供整个或几个场馆用电。

笔者对该设计大厦负荷作了调查（详见表一），从统一可看出，此办公楼的实际最大负荷密度为51.4w/㎡（含空调），而停用空调时，负荷密度为16.3w/㎡.变压器安装密度为125va/㎡，最大负荷时，变压器负荷率为47%。

每年11月～次年4月停用空调，停用一台变压器，以一台变压器维持全办公楼负荷。

（5）选用低损耗变压器目前普遍使用的干式变压器系列已发展至10型。

按变压器行业的规定，每一个新的系列均比前一个系列节能。

例如新型低损耗干式变压器scb10型与sc9型相比，空载损耗平均低20%，负荷损耗平均低15%。

在tn和tt系统接在型式的低压系统中，应选用d.yn11接线的变压器。

这类变压器的优点是三相电流不平衡时，变压器仍可得到充分的利用，也有利于抑制三次谐波，有利于节能。

（6）改善电力品质电力品质包括无功功率因数补偿和谐波处理，均与节电有关。

①无功率因数补偿：一般通过关联静电电容器补偿无功损耗，使功率因数提高至0.90～0.93之间。

补偿方式宜采用集中与分数相结合，如荧光灯的补偿应分散在每支灯设补偿电容，以减少线路损耗。

②谐波治理：随着电子产品的增多和可控硅调光、变频调速设备的使用，网络中的高次谐波成分增加，使变压器发热增大，中性线电流增大，电耗增大。

因此，对建筑物的电气设备应认真分析其产生谐波的可能性和数量。

治理谐波的方法就是在电网中装设谐波滤波器。

谐波滤波器分无源滤波器和有源滤波器两种。

无源滤波器是由电容器和电抗器串联而成，结构简单，且价格较低，用得较多。

当网络的非线性负载及谐波较稳定时，应选用无源滤波器装置。

当网络的非线性负载变化较大，谐波不稳定，且无源滤波器不能有效工作时才选用有源滤波器。

目前对用电设备产生的谐波值很难作出准确的计算，只能凭工程经验估算，运行后再作相应调调整。

（7）应急电源的选择目前使用的应急电源有柴油发电机组、ups不间断电源、eps应急电源、蓄电池组等。

每一种应急电源各有特点，可以适用于不同的场合。

从容量考虑，发电机适合大容量的设备（如消防水泵、电梯），可靠性高，但自起动时间较长、一般要求15秒以内起动并带全负荷。

ups容量较小，但切换时间短，可在毫秒以内起动，特别适用于容量较小、要求切时间短的设备，如计算机房、音响设备。

eps容量比ups大、但切换时间稍长，在250毫秒以内，适用于照明及动力负荷。

从节能角度考虑、ups和eps都利用蓄电池作基本电源，需要对蓄电池充电、消耗电能。

因此，从节能考虑，宜使用柴油发电机组作应急电源。

2.3电气照明节能（1）按国家规范《建筑照明设计标准》的规定，满足照度标准和功率密度标准。

（2）选用节能光源和高效灯具各种光源的发光效率见表二：光源种类光效（im/w）显色指数(ra) 色温（k）平均寿命（h）白炽灯15 100 2800 1000卤钨灯25 100 3000 2000～5000普通荧光灯70 70 全系列10000三基色荧光灯93 80～98 全系列12000紧凑型荧光灯60 85 全系列8000高压汞灯 50 45 3300～4300 6000金属卤化物灯75～95 65～92 3000/4500/5600 6000～20000高压钠灯 100～200 23/60/85 1950/2200/2500 24000表二、各种电光源的技术指标发光效率低的白炽灯一般不应使用，应大力推广使用节能灯具。

同样功率下，一般节能灯比白炽灯省电60%，而寿命是白炽灯灯的8倍。

中央财政部日前设立了专项资金，对节能灯的推广和使用进行补贴，以市场平均价格五分之一的超低价卖给普通家庭，使用荧光灯时，应选用发光效率较高的细管（t8和t5）荧光灯具代替普通的大管荧光灯。

在体育场馆，选用高光效、低功耗的以金属卤化物作光源的体育照明灯具，比传统灯具可节电15～30%。

（3）照明线路设计时，力求三相照明负荷平衡。

（4）采用智能照明控制系统。

特别是公共照明，如展厅、餐厅、会议室等的照明都应纳入智能照明控制系统。

利用设备监控系统（ba）或专业的照明控制系统，对照明回路按不同季节、不同时间（日、夜）定时分组控制。

对办公室和会议室可设独立的控制系统。

根据自然光线强弱调节光暗或利用红外线人体感应，判断有无人而开关灯具。

（5）夜景景观照明要控制功率密度现在很多城市都在建筑物外墙装设夜间景观照明，对美化城市景观起了很大的作用，但由于景观照明的设计缺乏规范的约束，有的设计单纯追求高亮度、大面积、多色彩照明，造成浪费。

建议今后制订这方面的节能标准，以期达到既美化环境，又节约能源的目的。

应推广使用led灯及冷光源灯作夜间景观照明，可比传统泛光灯照明节电50%以上。

2.4空调系统的节能空调系统的能耗占建筑能能耗的40～60%，而且目前空间设备的选型普遍偏大，节能空间很大。

（1）建筑设备监控系统（ba）建筑设备监控系统（ba）主要是对建筑物的空调设备，包括冷热源（制冷主机、锅炉）、水泵（冷冻泵、冷却泵、热水泵、补水泵）、冷却设备（冷却塔）、末端设备（新风机组、组合式空调机组、风机盘管）的监控。

从节能角度而言，在保证环境舒适、保证一定的室内温度和湿度的前提下，尽可能减少机组的运行，以节约能源。

建筑设备监控系统（ba）在大多数智能建筑中使用，经过了十多年的经验积累，逐渐成熟，理论上其节能效果可达20～30% 。

但由于这种系统涉及空调技术和自动控制技术，需要很好的配合和现场二次编程、后期维护技术要求高、成本高等因素，系统的开通率和运行尚未理想，有待完善。

（2）主机房模糊控制系统此技术主要是通过全面的参数采集，运用现代模糊控制技术，对主机房的主机组、冷冻水系统的水泵和冷却水系统的水泵进行控制，实现空调冷媒流量跟随负荷的变化而动态调节，确保整个空调系统保持高效协调运行，降低能耗。

这种系统的特点是只集中于主机房的设备，容易实现，节能效果显著，逐步得到推广。

一些国内外的知名空调系统自控公司，以自投资金及设备，免费为旧有建筑物的空调系统进行节能改造，节能成果（电费）双方分成，这是一个值得关注的节能动向。

例如某一栋高层建筑，原已运行的建筑设备监控系统（ba）系统不理想，一个以模糊控制技术为基础的空调节能控制公司，在保留原有控制系统可随时脱开运行的前提下，投入250万元的控制设备。

在三年内，与业主方就节能电费分成，三年后全套设备无偿交业主方。

（3）蓄冰空调技术冰蓄冷空调是指在夜间用电低谷时段，开启制冷主机，将建筑物所需空调冷量制备好，并以冰的形式储存起来。

在白天用电高峰时段，关闭制冷主机，进行融冰供冷，达到同样降温的效果。

采用该技术的意义在于，为用户降低电费的同时，达到电网移峰填谷的目的。

冰蓄冷空调适用于商业、民用、工业等各种功能的建筑物中。