建筑电气设计中的节能设计分析

摘要：能源问题已成为全球共同关注的问题，能源短缺成为制约经济发展的重要因素。建筑中的节能设计已得到充分重视，做到合理使用能源、提高能源利用效率，为能源的节约提供了保障。文章通过对建筑电气设计的概述，分别从配电变压器、配电线路、电动机、照明几个方面介绍了建筑电气设计对建筑节能型的影响。 

关键词：建筑电气;节能设计;配电变压器;配电线路;电动机;照明;

Abstract: the energy problem has become a global concern, energy shortage be restricted the economic development of important factors. The architecture of energy saving design has got much attention and achieve fair use energy, improve the efficiency of energy utilization, and for energy conservation to provide the safeguard. Based on a brief overview of the construction of electrical design, respectively from the distribution transformer, the power distribution lines, motor, lighting introduced several aspects of building energy-saving building electrical design of influence.

Keywords: electrical building; Energy saving design; Distribution transformer; Distribution circuit; Motor; Lighting;

1建筑电气设计概述 

    1.1建筑电气设计的原则。  

1.1.1满足建筑物的使用功能。 

    建筑电气设计的原则应满足以下几点：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；满足上下、左右的运输通道畅通无阻；④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。 

1.1.2考虑实际经济效益。

    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。  

    1.1.3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。如变压器的功率损耗，传输电能线路上的有功损耗都是无用的能量损耗，又如量大面广的照明容量，宜采用先进技术使其能耗降低。 

    1.2设计要达到的目标。 

住宅电气设计的设备选型应能满足居民在住宅居住期内(一般按30 50年考虑)用电的增长，以居民远期负荷发展为依据，以居民生活用电达到中等电气化水平为目标。

根据居民生活情况，使每户住宅的供电达到4 10kW的水平，并保证在住宅居住期内不再改造。

    1.3具有合格的电能质量，家用电器能正常工作。 

为新建居民住宅电气设计提供参考，使电气安装一次达到要求，不搞重复建设。

2选择更先进更节能的配电变压器

        随着市场经济的发展和科技的不断进步，新材料新工艺的广泛应用，新的低损耗配电变压器先后开发成功，尽管配电变压器已是高效率的设备，但由于数量的巨大和空载耗电的固定性，变压器效率即使有微小的改进也能获得相当大的能源节约和减少温室气体的排放，因此其本身存在巨大的节能潜力.现在在我国应用的较多的主要有油浸式变压器，干式变压器，箱式变压器等。

2.1油浸式变压器：国家从1999年起国家规定淘汰并停止生产S7系列油浸式配电变压器，2001年在S9基础上我国又开发出S11系列变压器，使空载损耗进一步降低。S11型变压器适应范围广，性能水平优于S9，节约能源，与S9变压器比，它的空载损耗平均降低百分之三十，空载电流平均下降百分之七十，而且噪音水平也下降了，减少了城市的噪音污染。

        2.2干式变压器：近年随着高层及大中型建筑的增多，以前用量较少的干式变压器因为它的结构简单，维护方便，安全性能好等优点已得到很大发展。目前SC9型为国内干式新型节能变压器，损耗比老产品大大降低，比老SC8干式变压器空载损耗平均降低百分之八十七，负载损耗平均降低百分之十，另外变压器的噪音水平也明显降低。

        2.3箱式变压器：箱式变压器即为高低压预制式变电站，由变压器制造厂生产。因为占地面积较小而且就近设于负荷中心，可降低线损，也属于节能变压器，现在在民用住宅小区中应用非常多。

        综上所述，目前适合国内需求的节能产品是S9型及S11型配电变压器，有防火要求的地方，可采用环氧

树脂浇注的干式变压器，住宅小区多为箱式变压器。而配电变压器的节能原理主要体现在减少变压器的有功功率损耗：

变压器的有功功率损耗如下式表示：△Pb＝Po＋Pkβ2其中：△Pb——变压器有功损耗（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，它是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S9、及SC9等型油浸变压器或干式变压器，它们都是采用优质冷轧取向矽钢片，由于“取向”处理，使矽钢片的磁畴方向接近一致，以减少铁芯的涡流损耗；45°全斜接缝结构，使接缝密合性好，以减少漏磁损耗。

Pk是传输功率的损耗，即变压器的线损，决定于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小，即负载率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。从Pkβ2用微分求它的极值，在β＝50％处每千瓦的负载，变压器的能耗最小。因此，在80年代中期设计的民用建筑，变压器的负载率绝大部分在50％左右，在实际使用中有一半变压器没有投入运行，这种做法有的一直沿袭至今。但是，这仅是为了节能，而没有考虑经济价值。举下例可看出其不可取的程度。

        SC3－2000KVA的变压器，当β＝50％时相对于β＝85％时可节能为P＝16.01×（0.852－0.52）＝7.56KW，按商场最高用电小时计：每天12小时，365天全营业，则总节约电能：Ｗ＝

7.56×12×365＝33113ＫＷ·ｈ。按营业性电价每度0.78元计，则每年节约：33113×0.78＝25828元。按每千瓦的初装费投资：       

2000KVA变压器应是大型民用建筑，必然双电源进线，则初装费每KVA为2240元，每年节能省下的电费只能提供（25828/2240＝11.53）11.53KVA的初装费。还有988.5KVA的初装费，加上由于加大变压器容量而多付的变压器价格，由于变压器增加而使出线开关柜、母联柜增加引起的设备购置费，安装上述设备使土建面积增加而引起的土建费用，这是笔相当可观的投资，还没有计及折旧维护等费用。由此可见，取变压器负载率为50％是得不偿失的。

        事实上50％负载率仅减少了变压器的线损，并没有减少变压器的铁损，因此也不是最节能的措施。计及初装费、变压器、低压柜、土建的投资及各项运行费用，又要使变压器在使用期内预留适当的容量，变压器的负载率应在75％～85％为宜。这样也可以做到物尽其用，因为变压器绝缘的使用年限满负荷计为20年，20年后可能有更好的变压器问世，这样就可以有机会更换新的设备，才能使该建筑总趋技术领先地位。为减小变压器损耗，当容量大而需要选用多台变压器时，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。

3 配电线路损耗 

建筑中供电线路长且多,由于电阻的存在,当电流通过时就会产生功率损耗,其计算公式是: 式中:ΔΡ—三相输电线路的功率损耗;I—线电流;R—线路相电阻。对于供电线选定的条件下,“R”值不变。可见电流越大,电路损失越大。线路的电阻R=ρL/S,电阻与电阻率ρ、导线长度L成正比,与导线截面S成反比。要减少电阻损耗应从以下几个方面考虑: 

选用电阻率ρ较小的导线,如铜芯导线较佳,铝线次之。减少导线长度,在设计中线路应尽量走直线少走弯路,另外在低压配电中尽可能不走或少走回头路。变电所应尽可能地靠近负荷中心,以减少供电半径。增大导线截面积,对于较长的线路,在满足载流量、热稳定、保护配合及电压降要求的前提下,在选定线截面时加大一级线截面。这样增加的线路费用,可以由以后的运行费用抵消。 

4电动机的节能分析 

减少电动机损耗的主要途径是提高电动机的工作效率和功率因数。但是在具体工程中电动机通常都是水暖及建筑等专业设备所配套的,因此电气设计节能措施主要在运行过程中。除了就地电容器补偿减少线路损耗外,还应减少电动机低效率的轻载和空载运行。主要的措施是采用变频调速控制电动机使其适应负载的变化,以提高电动机轻载时的效率从而达到节约电能的目的。如对于空调系统的循环泵采用变频控制后空调系统的运行费可节约30～40%。

5照明节能措施 

照明节能设计就是在保证作业面视觉要求、不降低照明质量的前提下,减少照明系统中光能的损失,从而最大限度的利用光能,通常的节能措施有以下几种:(1)充分利用自然光,在设计中电气设计人员应多与建筑专业配合,做到充分合理地利用自然光使之与室内人工照明有机地结合,从而节约人工照明电能。(2)使用高效节能灯具和高效电子镇流器、节能型电感镇流器、电子触发器以及电子变压器等,公共建筑场所内的荧光灯宜选用带有无功补偿的灯具,紧凑型荧光灯优先选用电子镇流器,气体放电灯宜采用电子触发器。(3)对于照明灯具进行控制也是一种行之有效的节电方法。根据照明使用特点可采取分区控制灯光或适当增加照明开关点。卧房、病房、客房等床头灯可采用调光开关,高级客房采用节电钥匙开关,公共场所及室外照明可采用程序控制或光电、声控开关,走道、楼梯等人员短暂停留的公共场所可采用节能自熄开关。