民用建筑电气节能设计

摘 要：当下,我国的建筑业审批制度中,除了消防、环保（包括绿化）、人防、抗震外,建筑节能已列入强制性的审查专项.这就要求我们在民用建筑设计中有专门的节能篇章.在这个节能篇章中,电气专业的民用建筑节能设计可从供配电系统设计方案、产品的选用、运行节能控制方案等三个主要方面着手.

关 键 词：民用建筑；电气；节能设计

【分类号】：TU85

1.建筑电气节能的基本要求

建筑电气节能设计除满足相关的建筑能源法律规范外,还应达到以下基本要求：建筑功能性要求――包括建筑物的照明亮度、色温等,满足生活健康、舒适的要求,在特定的一些场所内,还应达到相应供电照明的标准；无谓能源损耗的较低要求――无谓能耗是建筑电气节能设计的关键点,降低如变压器的功率损耗等无关能量以及应用先进的科技产品达到能量消耗；经济效益的要求――建筑节能设计也应立足经济效益的角度,任何投资都应考虑所处的大环境,不能为了节能过高的增加成本,投资节能运营时应能满足较快时间运营费用回收的要求.建筑的电气节能设计应做好以上立足点,进行有效的投资运营.

2.供配电系统设计方案与节电

2.1变压器容量、台数的确定

应根据负荷情况合理选择变压器容量、台数,其接线应能适应负荷变化时,按经济运行原则灵活投切变压器.变压器效率与变压器负荷和损耗有关.变压器负载率为0.3-1时效率较高,0.5-0.6时最高.民用建筑选用变压器数量及投切方式时,要充分考虑根据不同季节的负荷率灵活调整变压器数量.例如南方地区装设空调的民用建筑,到春、冬季时完全可以切断50%的变压器,使运行的变压器处于其高效区内.

2.2变配电所应尽量靠近负荷中心,以缩短配电半径,减小线路损失

民用建筑的主要用电为空调用电,其次为照明用电,还有所占份额不大的电梯、水泵、风机等动力用电.一般来说,有空调的民用建筑,负荷中心往往是在空调主机附近.

2.3合理选择供电电压

同等情况下,电压越高,损耗越小.民用建筑用电设备电压等级大部分为220/380V,但一些大型或特大型的民用建筑的空调主机为了节能目的,可以选择10（6）KV的设备.

2.4合理选择提高功率因素的方案

提高功率因素可以减少线路及变压器损耗.在用电设备选型及调速控制方案一定的情况下,若自然功率因素达不到要求,应进行无功功率的补偿.方案是：对供电点较远且无功功率较大的设备采用就地补偿,在用电设备集中的地方采用成组补偿,民用建筑内其他的无功功率则主要在变电所内集中补偿,并多采用自动无功功率补偿加固定补偿方式.

2.5合理选择电缆、导线截面

这方面应按经济观点选择载流部分的截面,需从降低电能损耗、减少投资和节约有色金属两方面来衡量.从降低电能损耗考虑,电缆或导线的截面越大越节电；从减少投资和节约有色金属出发,则导线截面越小越有利.线路投资和电能损耗都影响年运行费.但从整个国民经济评价来说,减少投资了,节约有色金属了,也就是节能了,因为生产有色金属本身就要耗能.实践证明,综合考虑各方面的因素,按经济电流密度合理选择电缆、导线截面,亦是落实节能政策的一个举措.线路的选择问题,过去老的民用建筑电气设计规范贯彻的是一条“以铝代铜”的原则,而现在新的规范中该原则已取消,其原因主要就是从大局出发,从国民经济评价观点出发,综合考虑节能效果.

在我国目前情况下,选择铜芯线路已是大家的共识.密集型封闭母线槽及预分支电缆的批量性生产,亦为按经济电流密度选线路提供了更加广阔的空间.

3.电气产品的设计选用

在民用建筑电气设计中,由电气专业设计人员设计选型并与节电直接相关的主要设备有：变压器、光源、灯具、调速装置等,次要的有：信号灯、熔断器、热继电器以及接触器等.（1）变压器应选用低能耗、高效率的,采用高导磁的优质冷轧晶粒取向硅钢片和先进工艺制造的新系列节能变压器.例如SL7、SLZ7、SC、S9型.（2）光源应选用高效光源.除显色性要求高、场所使用要求特殊等情况外,尽量少用白炽灯、管形卤钨灯、自镇流高压汞灯、氙灯等.应根据使用功能要求,多选用荧光灯、金属卤化物灯、钠灯、外镇流高压汞灯.设计时,一些有改善光色要求的场所,可以考虑用两种以上光源组成混光照明.进行泛光照明设计时,若能使光源光色与被照射物表面颜色结合起来,同样视觉效果情况下更能节电.（3）灯具应选用高效率的.这里我们把灯具分为照明器和发光装置.为了节约电能,设计时应首先考虑用直接配光或半直接配光的照明器,灯具悬挂不高的照明器能用广照型的就不用深照型,多选用玻璃灯罩、搪瓷反射罩等制成的光源衰减较慢的照明器；少选用光效低的发光天栅、光檐、光龛等发光装置.（4）能节电的调速装置种类很多,但民用建筑中目前主要采用两种调速装置以达到节电及功能控制要求：一是变频调速装置.它主要用于经常起动的电机、有变流量（或恒流量）要求的风机、水泵.如恒压生活水泵、稳压消防泵、要根据负荷改变流量的冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔风机等.二是变极调速装置.它主要用于控制平时及消防应急时两用的送风排烟（气）风机.但要顺便一提的是,民用建筑中,对一些偶尔试验起动一下的设备,如消防栓泵、喷淋泵等,不建议滥用变速调速装置.（5）占民用建筑耗电量不大的一些低压电器产品亦不能忽视用节能型的替代能耗高的.例如：用RT20、RT16系列熔断器取代RT10系列熔断器后,降低了熔体的电阻约15%,每只熔断器平均可节电约3W.用JR20、T系列热继电器取代JR0、JR16系列热继电器后,全系列平均节电30%,每只热继电器平均可节电约4W.新型信号灯AD1、AD系列与旧型XD2、XD3、XD5、XD6相比,平均节电率可达70%,每只信号灯平均节电约8W.而60A以上的大、中型交流接触器采用节电技术（加一个节电器）后,节电率可高达85%以上,每台接触器平均节电约50W!平均来说,在3.1条中所述设备的用电量还不到整个民用建筑设备用电的50%,而大量的用电设备的选择,是由建筑、给排水、暖通等其它工种来选型的,电气专业工种只是负责配电、控制设计.但既然与用电有关,既然电气专业人员参与了设计,配角也应有配角的戏,要时时关注并建议相关专业选用节电型产品：空调机组的选型必须考虑高效能的,例如可模块化投入运行的或变频控制的；风机或水泵的设计选型要合理,使风机和水泵的额定流量和压力接近于工艺要求的流量与压力,其所配套的电动机必须选用Y、YZ或YZR系列节能型电动机；电梯的选择,曳引机采用变频器调速取代异步电动机调压调速,设置能量回馈装置把机械能变换成电能,设置“睡眠功能”节电器等；电热水器建议采用太阳能电热水器,等等.

4.电气设备运行方案中的节能措施

对民用建筑的电气节能措施而言,如果说系统方案的选择、设备的选型是初期的、一次性的措施,那么设备运行方案的确定与执行则是贯穿建筑物运行全过程的、长期性节能措施.节能并不意味着降低工作或生活的标准,而是通过合理的运行方案减少不必要的能源损耗.电气设备的运行方案包括两个层次,从小的方面来说是用电设备的控制方式；从大的方面来说则是电气系统的管理方式.

4.1用电设备的节能控制方式

4.1.1照明类

照明类设备的运行特点是设备数量多、控制点分散、控制的时间性和控制依据在不同的场合差异较大.采取的节能控制方式有：（1）分散控制,合理划分区域；（2）时间控制；（3）感应控制（红外、声音、日光和照度等）；（4）场景控制；（5）智能照明控制系统.

4.1.2电机类

电机类设备包括空调系统、风机、水泵等,其运行特点是设备功率大、控制复杂、不同系统的工艺流程差异大.对电机类设备,应当从工艺流程入手,分析其节能关键控制点,从而采取的相应的节能控制方式；如冷源系统,其冷冻水泵、冷却水泵都是按最大设计负荷选定的,而实际运行负荷在绝大部分时间内远低于设计负荷,因此采用变频调节的变流量控制系统,将取得明显的节能效果.

4.2用电设备的节能管理方式

通过楼宇自控系统（BAS）对用电设备进行计算机化管理,与传统的人工管理方式相比,更为精确、可靠、科学,从而有效地实现节能.

4.2.1优化设备的启停控制程序

例如,为了保证使用者从一进入房间就获得舒适的温度等条件,需要提前开启空调机组,那么提前多长时间开启机组,才能既满足舒适性要求,又不浪费能源?如果凭人的感觉和经验来操作,误差往往较大,而楼控系统的启动时间控制软件则可根据季节、室内外温湿度的不同条件自动调整最佳启动时间,

4.2.2优化系统的运行参数

根据美国国家标准局统计资料表明,在夏季设定温度每下降1摄氏度,将增加9%的能耗.因此空调系统的控制精度对于节能有巨大的影响.在人工管理条件下,1摄氏度或2摄氏度的误差是很难感觉出来的,而楼宇自控系统通过温湿度传感器、二氧化碳传感器的设置,精确地测量室内各种参数并对电动水阀、电动风阀进行精确地调节,可以使室内温度变化幅度控制在1摄氏度甚至更小的范围内.有效地避免了能源的浪费.

4.2.3合理有效地使用设备

通过楼宇自控系统的历史记录和统计功能、故障报警功能,我们可以及时了解设备的累积运行时间等数据和实时运行情况,及时安排设备的轮换运行、保养和检修,有效地延长设备的运行寿命及运行状况,同样可以达到节能的作用.

5.结束语

建筑电气节能设计是为实现建筑周期内电气能源的节约最大化的设计,其实现了建筑物的环境保护、居民生活的舒适保障.建筑电气的节约用电具备着巨大的潜力,节能意义大到可以缓和电力紧缺的现状,确保国民经济稳增长的发展.同时,进行针对性节能设计,能在确保成本投入合理的情况下,实现有效的建筑电气节能目标与效益.