建筑电气设计节能初探摘要：阐述建筑电气设计中节约能源的思想和原理，从变压器节能、照明节能、电动机节能，以及如何减少线路上的能量损耗、提高系统的功率因数等几个方面，论述建筑电气设计中的节能原则和方法。

关键词：建筑；电气节能；变压器节能；照明节能；电机节能随着我国经济的快速增长，能源的需求大幅增加，能源的供需矛盾日渐突出。

尤其是近两年，全国用电负荷增长较快，2008年以来已有三分之二的省（区，市）出现了不同程度的缺电甚至拉闸限电现象，而能源的紧张直接制约着经济的发展，严重影响人民生活水平的提高。

因此，要做到资源开发与节约并举，就要把节约能源，提高资源的利用率放在首位，具体在建筑电气设计中就要将节约能源的思想贯彻始终。

建筑电气设计节能的原则应坚持以下三个原则：首先应满足建筑物的功能即满足照明的照度、色温、显色指数；满足舒适性空调的温度及新风量，也就是舒适卫生；满足上下、左右的运输通道畅通无阻；满足特殊工艺要求，如娱乐场所的一些电气设施的用电，展厅的工艺照明及电力用电等。

其次结合实际经济效益节能应按国情考虑实际经济效益，不能因为节能而过高地消耗投资，增加运行费用。

而是应该让增加的部分投资，能在几年或较短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。

然后节省无谓消耗的能量节能的着眼点，应是节省无谓消耗的能量。

首先找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物功能无关的，再考虑采取什么措施节能。

如传输电能线路上的有功损耗，又如量大面广的照明容量，宜采用先进技术使其能耗降低。

因此，节能措施也应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。

以下从几个方面探讨建筑电气节能之道。

1变压器节能变压器的有功功率损耗用公式表示为△pb =po + pkβ2。

式中：△pb ———变压器的有功损耗( kw) ；po ———变压器的空载损耗( kw) ；pk ———变压器的有载损耗( kw) ；β———变压器的负载率。

po 部分为空载损耗又称铁损，它由铁芯的涡流损耗及漏磁损耗组成，是固定不变的部分，大小随矽钢片的性能及铁芯制造工艺而定。

所以，变压器应选用节能型的，如s11 型等油浸变压器或sc 系列干式变压器。

它们都采用优质冷轧取向矽钢片，由于采用了“取向”处理，使矽钢片的磁场方向接近一致，减少了铁芯的涡流损耗；同时45 °全斜接缝结构，使接缝密合性更好，也减少了漏磁损耗。

pk 是传输功的损耗，即变压器的线损，由变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小决定，与负载率β的平方成正比。

因此，应选用阻值较小的绕组，可采用铜芯变压器。

用微分求pkβ2 的极值，在β = 50%时，变压器的能耗最小。

因此，在以往的建筑电气设计中，变压器的负载率绝大部分在50%左右。

而事实上50%的负载率仅减少了变压器的线损，并没有减少变压器的铁损，因此50%的负载率不是最节能的。

如果计算初装费和变压器、低压柜、土建的投资及各项运行费用，同时使变压器在使用期内预留适当的容量，变压器的负载率在75%～85%为宜。

另外，为减小变压器自身的损耗，当容量大而需要选用多台变压器时，可在合理分配负荷的情况下，尽可能减少变压器的台数，选用大容量的变压器。

例如：需要装机容量为2 000 kva 时可选用2 台1 000 kva的变压器，而不选用4台500 kva。

变压器的选用应掌握好以上几点原则，这样既能满足节约能源的要求，又符合经济合理的原则。

2照明节能据统计，我国照明用电量已占总用电量的10%～12%。

按照我国提出的“中国绿色照明工程”规划，照明节电已成为建筑电气设计中节能的重要方面。

照明节能，是在保证照度标准和照明质量的前提下，力求减少照明系统中能量损失，最有效地利用电能。

2.1选用优质的电光源科学选用电光源是照明节能的首要工作。

节能的电光源发光效率高，每瓦电能发出更多光通量。

过去用得最广泛的是白炽灯，因为它便宜，安装维护简单，但其致命的弱点是发光率太低。

白炽灯泡发光效率一般为7～10 lm /w，寿命一般为1 000 h，特殊的为2 000 h。

单端的紧凑型荧光灯(俗称节能灯)其光通量一般为55 lm /w，采用一只寿命为3000～5 000 h的8w节能灯完全可以替代40 w 的白炽灯泡。

t10双端直管荧光灯的光通量为55 lm /w，寿命为3 000～5 000 h。

而现在的t5型细管荧光灯的光通量则达到80～90 lm /w，寿命达到8 000～10000 h。

一只28w的t5型细管荧光灯相当于40 w的t10型荧光灯，因此选用t5型细管荧光灯相比选用t10双端直管荧光灯可以节约大约30%的电能。

科学技术的发展，使新型节能电光源层出不穷。

除以上光源外，还有高强度气体放电灯，如高压钠灯、金属卤化物灯，还有微波灯、无极灯、led 发光二极管和半导体照明灯等都可以节约电能。

2.2选择节电的照明电器配件各种电光源中均需要有电器配件，其中镇流器就是一个高耗能器件。

例如，以往广泛应用的直管荧光灯电感镇流器，其自身功耗为光源功率的20%左右，这是一个相当高的比例，意味着40 w 的灯，其镇流器就耗电约8 w，其功率因数也只有0. 5；而节能的电感镇流器电能损耗率小于10%，更节能的电子镇流器，电能损耗率只有3% ～5% ，其功率因数能达到0. 9。

在量大面广的照明设计中，采用节能电子镇流器，节能的效果就非常明显。

《建筑照明设计标准》(gb 50034 - 2004) 3. 3. 5节对照明设计的镇流器选择原则做出了明确的规定。

电子镇流器或节能型电感镇流器的能效优于普通电感镇流器，电子镇流器对提高照明系统能效和质量有明显优势，是国际推荐应用的产品，也是未来发展的趋势。

2.3选择控制开关以充分利用自然光自然光是免费的光源。

充分利用自然光，就是要结合射入室内的自然光情况，合理地设置照明开关，使照明控制灵活、方便、合理。

充分利用室内受光面的反射性，也能有效地提高光的利用率，起到节电的作用。

2.4合理地选择照明方式在满足照度标准的条件下，为节约电能，应选用一般照明、局部照明和混合照明相结合的照明方式。

例如，工厂高大的机械加工车间，只用一般照明的方式，因为用很多灯也很难达到精细视觉作业所要求的照度值，如果要想达到精细视觉作业所要求的照度，在每个车床上安装一个局部照明光源即可，这样既满足了照度要求，又达到了节电的目的。

2.5合理地选择照度值选择照度是照明设计需要考虑的重要问题。

照度太低，会损害工作人员的视力，影响产品质量和生产效率。

不合理的高照度则会浪费电力。

选择照度必须与所进行的视觉工作相适应。

照明设计应按国家颁布的照明设计标准来选择照度，合理的照度值和优良的照明质量形成的光环境可以提高工作效率和改善人们的心情，因此，要综合考虑照明系统的总效率。

3减少线路上的能量损耗由于配电线路上存在电阻，有电流通过时，就会产生有功功率损耗。

其公式为△p = 3 i2 r ×10- 3( kw) 。

式中： i———相电流(a) ；r ———线路电阻(ω) 。

在一个工程项目中，配电线路左右上下纵横交错，小工程线路全长不下万米，大工程更是不计其数，所以线路上的总有功损耗是相当可观的，因此减少线路上的能耗必须予以足够重视。

线路上的电流是不能改变的，要减少线路损耗，只有减小线路电阻。

线路电阻r = p ×l /s ，即线路电阻与电导率p 成正比，与线路截面s 成反比，与线路长度l 成正比，因此减少线路的损耗应从以下几方面入手。

3.1选用电导率较小的材质做导线在所有电导率较小的材质中铜芯是最佳选择，但铜比一般材质的单价要高。

因此，在负荷较大的二类、一类建筑中采用铜导线，在三类或负荷量较小的建筑中可适当选用铝芯导线以减小成本。

3.2减小导线长度照明线路的设计应尽可能走直线，以减少导线长度；其次，低压线路应不走或少走回头线，以减少来回线路上的电能损失；第三，变压器尽量接近负荷中心，以减少供电距离，当建筑物每层平面在10000m2 左右时，至少要设2个变配电所，以减少干线的长度；第四，在高层建筑中，低压配电室应靠近竖井，由低压配电室直接提供干线至每个竖井，不产生支线沿着干线倒送的现象。

3.3增大导线截面对于比较长的线路，除满足载流量、热稳定、保护的配合及电压损失所选定的截面外，可视情况再加大一级导线截面。

假设因增大截面而增加的费用为m ，节约能耗而减少的年运行费用为m，则m /m为回收年限。

若回收年限为几个月或一二年，则可加大一级导线截面。

一般而言，导线截面小于70mm2、线路长度超过100 m的输电线路增加一级导线截面比较容易实现上述条件。

3.4合理地选择照明线路照明线路的损耗约占输入电能的4% ，影响照明线路损耗的主要因素是供电方式和导线截面积。

在目前国内大多数照明电压为220 v 的情况下，照明系统有单相二线、两相三线、三相四线3种供电方式。

三相四线式供电比其他供电方式线路损耗小得多。

因此，照明系统应尽可能采用三相四线制供电。

4提高系统的功率因数提高系统的功率因数，减少在线路上的无功传输，可以达到节能的目的。

系统中的用电设备，如电动机、变压器、线路、气体放电灯中的整流器都具有电感，会产生滞后的无功，需要从系统中引入超前的无功相抵消，这样超前的无功功率就从系统经高低压线路传输到用电设备，在线路上就会产生有功损耗，而这部分损耗是可以想办法改变的。

采用无功补偿可以提高功率因数，因而也就减小了无功的需求量。

无功补偿装置宜就地安装，实行就地补偿，这样才能减少线路上的无功传输，达到节能的目的。

5电动机节能建筑电气中的电动机都是与暖通、水道、建筑等工种的设备配套的，设计中可采用变频调速器。

变频调速器在负载下降时，能自动调节转速，使其与负载的变化相适应。

采用这种方式可以提高电机在轻载时的效率，达到节能的目的。

另一种节能方式是采用软起动器，软起动器是按起动时间逐步调节可控硅的导通角，以控制电压的变化。

由于电压可连续调节，因此起动平稳，起动完毕，则全压投入运行。

此设备也可采用测速反馈、电压负反馈或电流正反馈，利用反馈信息控制可控硅导通角，以达到速度随负载的变化而变化。

该技术可用在电动机容量较大、又需要频繁起动的设备中(例如电梯)以及附近用电设备对电压的稳定要求较高的场所。

因为它从起动到运行，其电流变化不超过3倍，可保证电网电压的波动在所要求的范围内。

6结束语建筑电气的节能潜力很大，应在设计中精心考虑。

在选用节能的新设备上，应具体了解其原理、性能、效果，从技术、经济上进行比较后，再选定节能设备，以达到真正节能的目的。

参考文献[1]《民用建筑电气设计规范》（jgj 16-2008）建设部[2]《电工学》秦曾煌高等教育出版社[3]gb 50034 - 2004，建筑照明设计标准[ s].[4]赵振民. 实用照明工程设计[m ]. 天津：天津大学出版社，2003.。