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试论建筑电气设计中的节能方式简介：用建筑的节能潜力很大，应在设计中精心考虑。但是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。关键字：建筑，电气，节能方式由于人口的增加，工业的发展，生活水平的提高，能源的消耗也就急剧增加，能源危机迫在眉睫。因此，各行各业提出了节能的要求，节约二次能源--电能，也就成为民用建筑电气设计的焦点。建筑电气设计节能的原则建筑电气节能应坚持以下三个原则：1.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。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。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。—中国建筑节能网因此，节能措施也应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。建筑电气节能的途径1.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、ＳＬ９及ＳＣ８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，这种做法有的设计人员一直沿袭至今。但是，这仅是为了节能，而没—中国建筑节能网有考虑经济价值。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。例如需要装机容量为２０００ＫＶＡ，可选２台１０００ＫＶＡ，不选４台５００ＫＶＡ。因为选用前者可节能：△Ｐ＝４×（１．６＋４．４４）－２×（２．４５＋７．４５）＝４．３６ＫＷ（全按β＝１００％计，同等条件，ＳＣ３变压器）。在变压器选择中，能掌握好上述三点原则，即满足了节约能源，又经济合理的原则。—中国建筑节能网减少线路上的能量损耗由于线路上存在电阻，有电流流过时，就会产生有功功率损耗。其公式如下：△Ｐ＝３ＩΦ２Ｒ×１０－３（ＫＷ）式中：ＩΦ--相电流（Ａ）Ｒ--线路电阻（Ω）例如，在Ｌ＝１００ｍ的ＶＶ－３×５０＋２×２５的电缆上传输６０ＫＷ，ｃｏｓφ＝０．８的电能，其有功损耗量，可由以下步骤求得：ＩΦ＝６０×１０３／（×３８０×０．８）＝１１３．６Ａ芯线温度７０℃的５０ｍｍ２铜芯线每公里电阻Ｒ０＝０．４４，则Ｒ＝０．１×０．４４＝０．０４４（Ω）△Ｐ＝３×１１３．６２×０．０４４×１０－３＝１．７０４ＫＷ从以上可看到，线路上的功率损耗相当于每６ｍ的线路上安一个１００Ｗ的灯泡。在一个工程中，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，减少线路上的能耗必须引起设计重视。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。应选用电导率较小的材质做导线。铜芯最佳，但又要贯彻节约用铜的原则。因此，在负—中国建筑节能网荷较大的二类、一类建筑中采用铜导线，在三类或负荷量较小的建筑中采用铝芯导线。减小导线长度。首先，线路尽可能走直线，少走弯路，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，至少要设两个变配电所，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，而且由低压配电室提供给每个竖井的干线，不至于产生支线沿着干线倒送的现象。亦即低压配电室与竖井位置的布局上应使线路都分向前送，尽可能减少回头输送电能的支线。增大导线截面。首先，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，再加大一级导线截面，所增加的费用为Ｍ，由于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，则应加大一级导线截面。一般而言，导线截面小于７０ｍｍ２，线路长度超过１００ｍ的增加一级导线截面比较容易实现上述条件。其次，利用某些季节性负荷的线路，这些用户不用时，可提供给常期用户作供电线路使用，以减少线路和电阻。例如，将空调风机、风机盘管与照明、电开水等计费相同的负荷，集中在一起，采用同一干线供电，既可便于用一个火警命令切除非消防用电，又可在春秋两季空调不用时，使同样大的干线截面传输较小的电流，从而减小了线路损耗，这就相当于充分利用了季节负荷的线路。在设计中，认真落实上述三条措施，就可减少线路上的能量损耗，达到了线路节能的目的。提高系统的功率因数提高系统的功率因数，减少无功在线路上传输，以达到节能的目的。线路损耗的公式展开后得下列计算式：—中国建筑节能网△Ｐ＝３ＩΦ２Ｒ×１０－３＝（ＲＰ２／ＵＬ２＋ＲＱ２／ＵＬ２）１０－３（ＫＷ）式中：ＵＬ--线电压（Ｖ）Ｐ--有功功率（ＫＷ）Ｑ--无功功率（ＫＶａｒ）前项ＲＰ２／ＵＬ２为线路上传输有功功率而引起的功率损耗，后项ＲＱ２／ＵＬ２为线路上传输无功功率而引起的功率损耗。有功功率是满足建筑物功能所必须的，因此是不可变的。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，在线路上就产生了有功损耗，而这部分损耗是可以想办法改变的，其措施有以下几种。提高设备的自然功率因数，以减少对超前无功的需求，可采用功率因数较高的同步电动机；荧光灯可采用高次谐波系数低于１５％的电子镇流器；采用电感镇流器的气体放电灯，单灯安装电容器等，都可使自然功率因数提高到０．８５～０．９５，这就可减少系统高、低压线路传输的超前无功功率。由于感抗产生的是滞后的无功，可采用电容器补偿，因为电容器产生的是超前的无功，两者可以相互抵消，即Ｑ＝ＱＬ－ＱＣ，因此无功补偿，可以提高功率因数，因而也减小了无功的需求量。无功补偿装置应就地安装，实行就地补偿，这样才能使线路上的无功传输减少，达到节能的目的。目前，民用建筑设计中，绝大部分采用变压器低压侧集中补偿，这种做法仅减少了区域—中国建筑节能网变电站至用户处的高压线路上的无功传输，提高了用户处的功率因数，可以不受或少受电业局的罚款。而对用户，无功仍由变压器低压母线经传输线路输送到各用户点，低压线路上的无功传输并没有减少，那么无功补偿也就达不到节能的目的。在日本，东京电力公司的法规规定 容量达０．７５ＫＷ的电动机端，都要安装３０μＦ的静电电容器，以减少由于线路上传输无功而引起的有功损耗。在我国即将颁布的《工业与民用供电设计规范》中规定 容量较大，负荷平稳又长期使用的用电设备的无功负荷宜单独就地补偿，……。陕西省三电办在１９８９年就规定１０ＫＶ及以上的异步电动机，负荷较稳定的应采用就地补偿，……。我国目前生产的自愈式静电电容器的最小容量为３ＫＶａｒ，可以使７．５ＫＷ及以上的电动机无功获得就地补偿。为什么常提到负荷平稳的电动机可采用就地补偿，因为负荷变动时电机端电压也变化，使电容器没有放完电又充电，这时电容器会产生无功浪涌电流，使电机易产生过电压而损坏。因此，断续负载，如电梯、自动扶梯、自动步行道等不应在电动机端加装补偿电容器；另外，如星三角起动的异步电动机也不能在电动机端加装补偿电容器，因为它起动过程中有开路闭路瞬时转换，使电容器在放电瞬间又充电，也会使电机过电压而损坏。在民用建筑中应改变电容器集中安装的做法，对容量超过１０ＫＷ的风机、水泵、传送带等电动机端设置就地补偿装置，空调主机及冷冻泵等常在其附近设专用变配电所，可以集中补偿，但若供电距离超过２０ｍ时也最好采用就地补偿。电动机就地补偿装置的接线有二种方式，一是并接在热元件的一次线后，热元件的整定电流应按补偿后的电机工作电流计，这种接线适合新安装的电机；另一种是装补偿电容器在接触器主接点之后，热元件一次线圈之前，热元件的整定电流就不计补偿的影响，这适合于进行改造的电机接线，这样做可使电容器与电动机一起投切。—中国建筑节能网处理好上述三部分，即减少自然无功、无功补偿及补偿装置的安装地点，就可以实现合理的选择无功补偿方式而达到节能的目的。照明部分的节能因为照明用量大而面广，因此，照明节能的潜力很大，应从下列几方面着手：采用高效光源。白炽灯过去用得最广泛，因为它便宜，安装维护简单，它致命的弱点是发光率太低，因此目前常被各种发光率高，光色好，显色性能优异的新光源取代。表１列出了各种光源每Ｗ的光通量 Ｌｍ 。从表中可以看出低压钠灯和高压钠灯的发光率最高，但由于色温低，光色偏暖，显色指数在４０～６０之间，颜色失真度大，只能在路灯或广场照明用，其中显色指数在６０的高显色性钠灯可与汞灯组成混合灯，用于工厂及体育馆照明，这也是量大面广的照明部分；发光率很高的金属卤化物灯，三基色荧光灯及稀土金属荧光灯，由于色温范围广，自３２００Ｋ～