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摘要：本文介绍了建筑电气节能设计的重要意义，并重点从建筑供配电系统、建筑动力设备系统、建筑电气照明系统等几方面，对建筑电气设计的节能途径进行了探讨。
关键词：建筑电气；节能设计
Abstract: this paper introduces the electrical architecture energy-saving design, the importance of building and the focus of power supply system, from building the power equipment system, building electric lighting system and so on several aspects, the architecture of energy saving of the electrical design methods are discussed.
Keywords: electrical building; Energy saving design
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
引 言：节约能源，保护环境，是我国长期的重大方针。当前，党中央提出了建设“资源节约型”社会的目标，大力推广“节能省地”型建筑，在“十二五”规划纲要中，首次将建筑节能工程列入国家十大节能工程。建筑电气能耗在建筑能耗中占有相当大的比例，因此，建筑电气的节能设计就显得尤为重要。节能措施应该贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。本文着重从建筑供配电系统、动力设备控制系统和电气照明系统等几方面，对建筑电气节能设计进行探讨。
1 建筑供配电系统节能
建筑供配电系统节能包含尽可能地减少在输送、转换、运行过程中的损耗及系统使用中的节能，就建筑供配电系统节能而言，主要包括建筑供配电系统节能设计、变压器节能和系统运行管理节能。
1．1建筑供配电系统节能设计
根据用电负荷容量及其分布、用电设备特点及负荷等级，合理设计供配电系统，使系统在最佳状态下运行，实现供配电系统的经济节能运行。设计应从下面几个方面考虑。
(1)供配电系统应尽量简单可靠，同一电压等级供电系统变配电级数不宜多于2级，尽量减少变电级数过多产生的电能损耗。
(2)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220／380 V，但一些大型或特大型的民用建筑的空调主机为了达到节能目的，经方案比较，可以选择10(6)kV的制冷设备。
(3)变电所应靠近负荷中心，低压配电间应靠近电气竖井，合理分布供电网络，使低压供电半径控制在200 m以内，供电线路的电压损失已满足规范的允许值，减少线路电压损失，提高供电网络的供电质量及网络运行的经济效益。
(4)在选择变压器容量和台数时，应根据负荷情况，综合考虑投资和年运行费用，对负荷合理分配，选取容量与电力负荷相适应的变压器，使其工作在高效低耗区内。
(5)合理选择电缆、导线截面。在满足允许载流量、运行电压损失等各种技术指标前提下，应按经济电流密度合理选择导线截面，并应从降低电能损耗、减少投资和节约有色金属等方面综合衡量。此外，对于环形供电方式，为降低线路的电阻值，将开式网运行改为闭式网运行，同样可明显降低线路损耗。
1．2变压器节能
变压器节能的实质就是降低其损耗、提高其运行效率。变压器运行中的铁损、杂散损耗是固有的，而铜损是随负载率的平方而变化。为降低能耗，除了从自身材质、结构等方面着手外，还应重视变压器运行中的降损，综合初装费，变压器、高低压柜、土建投资及运行费用，又要使变压器在使用期内预留适当的余量，故变压器节能措施主要为：
(1)合理选择变压器容量和台数，选择容量与电力负荷相适应的变压器，对负荷进行合理分配，使其工作在高效低耗区内。
(2)选用节能型变压器，节能变压器具有损耗低、重量轻、噪音低、效率高、抗冲击、节能显著等优点，设计时应首选高效低损的节能变压器。如油浸式变压器已出现了比S9系列更节能的S10，S11系列，Sll型变压器与S9型变压器相比，空载损耗平均降低30％，空载电流平均下降70％。新型干式变压器SC9系列以及非晶合金变压器等产品，也都顯示了低损耗的节能潜力。
(3)加强运行管理，实行变压器经济运行。电力用户内部变电所之间宜设置联络控制，在负荷变化情况下，及时投入或切除部分变压器，防止变压器轻载和空载运行，从而减少损耗。
1．3 系统运行管理的节能措施
(1)用电峰谷调节实现节能，合理用电是节约能源的重要内涵之一，电是不可储存的，充分发挥电力资源的综合效益，利用电力系统的低谷电能，实行避峰用电，也是一种间接的节能降耗办法。
(2)通过抑制电力谐波达到节能效果。民用建筑，尤其是现代智能建筑中，存在的大量3次谐波污染，不仅会严重影响电能质量，还将增加功率损耗，造成电能的浪费。抑制谐波的措施主要有以下几点。
①改善配电系统。选用D．Ynl1接线组别的三相配电变压器，为3次谐波电流提供环流通路；尽可能保持三相电压平衡；对谐波源负荷采用专用回路供电，减少谐波对其他负荷的影响，也有助于集中抑制和消除谐波。
②降低谐波源的谐波含量。在谐波源设备选型上，尽量选用谐波含量少的设备，最大限度地避免谐波的产生。
③在谐波源处安装滤波器，吸收谐波电流。
③防止并联电容器组对谐波的放大。当并联电容器组附近有谐波源，谐波电流超过规定允许值时，应在回路中设置串联电抗器，或将电容器组的某些支路改为滤波器，还可以采取限定电容器组的投入容量，避免电容器对谐波的放大。
2建筑动力系统节能
由于建筑动力用电设备通常容量较大，故其消耗的电能亦较大。据统计，约占整个建筑耗电的40％一60％，如此大容量的动力用电设备，无疑使我们在节电方面大有所为。动力系统节电应在满足工艺要求的前提下，尽可能减少电动机电能损耗，提高电能的有效利用率。其节电技术如下。
2．1 采用高效率节能型电动机
采取各种切实可行的措施，减少电动机的各部分损耗(主要为负载损耗及空载损耗)、提高电动机的效率和功率因数。采用高效率电机(Y，Y2系列)减少的耗电量与普通标准电动机相比，其总损耗减少20％一30％，效率可提高3％一6％。
2．2根据负荷特性合理地选择电动机
首先，要了解负荷的特性，然后，根据电机的工作环境及负载特点，选用合适的电动机，提高电动机及其拖动负载的运行效率，减小损耗。
2．3选择正确的起动方式
对于需频繁起动的电动机设备，正确选择起动方式，将直接影响节电效果。如直接起动方式，建议除特别小容量(<0．75 kW)的电动机外，应尽量不予采用；减压起动则有利于节电，故适用于容量较大的电动机。近年来，在民用建筑中采用变频器起动的越来越多，因其原理是根据负载变化自行调节电动机转速使两者相适应，从而提高电动机运行效率来达到节电目的。
2．4轻载电动机采取降压运行
对经常处于轻负荷运行的电动机，应采用三角一星切换装置，以达到“轻载降压运行节电”的目的。
2．5根据负载情况对电动机采取就地补偿对距供电点较远的大、中容量连续运行工作制的电动机，应采取电动机的无功功率就地补偿装置。
2．6选择合理的控制系统，提高运转效率对于纳入建筑设备监控系统管理的动力设备，可根据系统设计需要，由程序控制其起动和运行，同时，还可通过控制系统的负载来达到节能目的。
3电气照明节能
据估计，我国照明用电量约占总发电量的10％左右，而建筑照明用电，占建筑耗电的20％～30％，且现有照明装置以低效照明为主，节电潜力巨大。照明节能设计主要可从以下几个方面着手。
3．1 选择合理的照度标准和照明方式
作为照明节能的一个重要环节，照明设计应根据工作面的分布情况选取合理的照度标准值，正确考虑照度标准的高、中、低3档的照度值；根据视觉作业特点，选择合适的照明式，尽量少用一般照明，可考虑非均匀照明、混光照明以及其他灵活的照明系统，如设置照度梯度，使灯光物尽其用，达到节能的目的。
3．2照明的艺术效果与节能相结合
目前，有些照明设计一唯偏向于艺术效果，追求场面宏大，在灯具的选用和布局上不太注重用电和节约电能问题。所以，必须摒弃一些奢华的设计思路，在灯具的艺术造型和布局型式选择上能充分考虑节能的因素，以客观实际需求为前提，最大限度地考虑节能的前提下精心设计达到一定的艺术效果。
3．3进行精确的照度计算
建筑电气照明设计中，往往对照度计算过于粗略，凭经验估算，仅凭经验估算是不可能把照度值控制在照明标准规定的误差范围内，会造成实际效果与要求不符，或浪费能源，所以，要获得精确的照度，必须通过较为精确的计算。
3．4选择高效光源
光源的效率与电力消耗最为密切，常用各类光源中高压钠灯的光效为最高，而荧光灯和金属卤化物灯次之，高压汞灯不高，而白炽灯为最低。按不同的工作场所，选择相适应的高效光源，可以降低电能消耗，节约能源。故在设计中，应严格控制使用白炽灯(除了特别需要场所)，尽量减少高压汞灯的使用量；推广使用细管径荧光灯和紧凑型荧光灯；大力推广高效、寿命长的高压钠灯和金属卤化物灯。
3．5合理选用灯具
灯具节能应主要体现在高效率上，若效率过低，则很难用其他方法补救其节能效果。在GB 50034—2004(建筑照明设计标准》中已明确规定，室内外灯具效率分别高于50％和70％，在所有灯具中，直接型灯具效率最高；带格栅式和带保护罩的灯具效率最低。故在满足眩光限制和其他特殊要求下，应选择前者。同时，根据使用现场不同，采用控光合理、光通量维持率高、光利用系数高、照明与空调一体化的灯具等，以达到节能目的。
3．6优选启动设备
照明节能不应忽视启动设备的耗电问题，节能光源只有配有节能型启动设备才能使照明节能。节能型启动设备自身的能耗低、功率因素高、谐波分量低。
3．7充分利用天然光源
在工程设计中，电气设计人员应与建筑专业配合，从建筑结构方面充分获取天然光，如开大面积的顶部天窗，利用天井空间与利用屋顶采光，有条件的，可采用光导纤维、棱镜组反射及导光管等新技术进行采光，提高对自然光的利用。
4 结束语：
建筑电气领域节约用电蕴含着巨大的潜力，同时，节能具有重大意义，它不仅能有效地缓和电力供需矛盾，保证国民经济持续、高速、健康的发展，而且经济效益显著，是一种经济的电力开发形式。建筑电气节能过程，贯穿于项目的决策、设计、施工、投产、使用等整个周期。作为专业电气设计人员，应该在整个设计过程中精心考虑，严谨地进行方案比较，从安全性、可靠性、经济性及节能性等方面进行综合考虑，选择合理的供配电方案，采用先进技术，选用高效设备，实施电网的经济运行技术，在节约能源、促进科学技术进步的同时，又保护了环境，取得社会效益及经济效益的双赢，保证我们高速的经济发展势头，实现社会的可持续发展。
参考文献：
[1]任红.建筑电气设计中的节能措施[J].建筑电气，2008，27(2)
[2]龚国栋.浅谈建筑电气设计的节能[J].浙江建筑，2007，24(1)
[3]羅建华.建筑电气设计中的节能措施[J].广东科技，2007(1)
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：建筑电气；节能设计
Abstract: this paper introduces the electrical architecture energy-saving design, the importance of building and the focus of power supply system, from building the power equipment system, building electric lighting system and so on several aspects, the architecture of energy saving of the electrical design methods are discussed.
Keywords: electrical building; Energy saving design
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
引 言：节约能源，保护环境，是我国长期的重大方针。当前，党中央提出了建设“资源节约型”社会的目标，大力推广“节能省地”型建筑，在“十二五”规划纲要中，首次将建筑节能工程列入国家十大节能工程。建筑电气能耗在建筑能耗中占有相当大的比例，因此，建筑电气的节能设计就显得尤为重要。节能措施应该贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。本文着重从建筑供配电系统、动力设备控制系统和电气照明系统等几方面，对建筑电气节能设计进行探讨。
1 建筑供配电系统节能
建筑供配电系统节能包含尽可能地减少在输送、转换、运行过程中的损耗及系统使用中的节能，就建筑供配电系统节能而言，主要包括建筑供配电系统节能设计、变压器节能和系统运行管理节能。
1．1建筑供配电系统节能设计
根据用电负荷容量及其分布、用电设备特点及负荷等级，合理设计供配电系统，使系统在最佳状态下运行，实现供配电系统的经济节能运行。设计应从下面几个方面考虑。
(1)供配电系统应尽量简单可靠，同一电压等级供电系统变配电级数不宜多于2级，尽量减少变电级数过多产生的电能损耗。
(2)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220／380 V，但一些大型或特大型的民用建筑的空调主机为了达到节能目的，经方案比较，可以选择10(6)kV的制冷设备。
(3)变电所应靠近负荷中心，低压配电间应靠近电气竖井，合理分布供电网络，使低压供电半径控制在200 m以内，供电线路的电压损失已满足规范的允许值，减少线路电压损失，提高供电网络的供电质量及网络运行的经济效益。
(4)在选择变压器容量和台数时，应根据负荷情况，综合考虑投资和年运行费用，对负荷合理分配，选取容量与电力负荷相适应的变压器，使其工作在高效低耗区内。
(5)合理选择电缆、导线截面。在满足允许载流量、运行电压损失等各种技术指标前提下，应按经济电流密度合理选择导线截面，并应从降低电能损耗、减少投资和节约有色金属等方面综合衡量。此外，对于环形供电方式，为降低线路的电阻值，将开式网运行改为闭式网运行，同样可明显降低线路损耗。
1．2变压器节能
变压器节能的实质就是降低其损耗、提高其运行效率。变压器运行中的铁损、杂散损耗是固有的，而铜损是随负载率的平方而变化。为降低能耗，除了从自身材质、结构等方面着手外，还应重视变压器运行中的降损，综合初装费，变压器、高低压柜、土建投资及运行费用，又要使变压器在使用期内预留适当的余量，故变压器节能措施主要为：
(1)合理选择变压器容量和台数，选择容量与电力负荷相适应的变压器，对负荷进行合理分配，使其工作在高效低耗区内。
(2)选用节能型变压器，节能变压器具有损耗低、重量轻、噪音低、效率高、抗冲击、节能显著等优点，设计时应首选高效低损的节能变压器。如油浸式变压器已出现了比S9系列更节能的S10，S11系列，Sll型变压器与S9型变压器相比，空载损耗平均降低30％，空载电流平均下降70％。新型干式变压器SC9系列以及非晶合金变压器等产品，也都顯示了低损耗的节能潜力。
(3)加强运行管理，实行变压器经济运行。电力用户内部变电所之间宜设置联络控制，在负荷变化情况下，及时投入或切除部分变压器，防止变压器轻载和空载运行，从而减少损耗。
1．3 系统运行管理的节能措施
(1)用电峰谷调节实现节能，合理用电是节约能源的重要内涵之一，电是不可储存的，充分发挥电力资源的综合效益，利用电力系统的低谷电能，实行避峰用电，也是一种间接的节能降耗办法。
(2)通过抑制电力谐波达到节能效果。民用建筑，尤其是现代智能建筑中，存在的大量3次谐波污染，不仅会严重影响电能质量，还将增加功率损耗，造成电能的浪费。抑制谐波的措施主要有以下几点。
①改善配电系统。选用D．Ynl1接线组别的三相配电变压器，为3次谐波电流提供环流通路；尽可能保持三相电压平衡；对谐波源负荷采用专用回路供电，减少谐波对其他负荷的影响，也有助于集中抑制和消除谐波。
②降低谐波源的谐波含量。在谐波源设备选型上，尽量选用谐波含量少的设备，最大限度地避免谐波的产生。
③在谐波源处安装滤波器，吸收谐波电流。
③防止并联电容器组对谐波的放大。当并联电容器组附近有谐波源，谐波电流超过规定允许值时，应在回路中设置串联电抗器，或将电容器组的某些支路改为滤波器，还可以采取限定电容器组的投入容量，避免电容器对谐波的放大。
2建筑动力系统节能
由于建筑动力用电设备通常容量较大，故其消耗的电能亦较大。据统计，约占整个建筑耗电的40％一60％，如此大容量的动力用电设备，无疑使我们在节电方面大有所为。动力系统节电应在满足工艺要求的前提下，尽可能减少电动机电能损耗，提高电能的有效利用率。其节电技术如下。
2．1 采用高效率节能型电动机
采取各种切实可行的措施，减少电动机的各部分损耗(主要为负载损耗及空载损耗)、提高电动机的效率和功率因数。采用高效率电机(Y，Y2系列)减少的耗电量与普通标准电动机相比，其总损耗减少20％一30％，效率可提高3％一6％。
2．2根据负荷特性合理地选择电动机
首先，要了解负荷的特性，然后，根据电机的工作环境及负载特点，选用合适的电动机，提高电动机及其拖动负载的运行效率，减小损耗。
2．3选择正确的起动方式
对于需频繁起动的电动机设备，正确选择起动方式，将直接影响节电效果。如直接起动方式，建议除特别小容量(<0．75 kW)的电动机外，应尽量不予采用；减压起动则有利于节电，故适用于容量较大的电动机。近年来，在民用建筑中采用变频器起动的越来越多，因其原理是根据负载变化自行调节电动机转速使两者相适应，从而提高电动机运行效率来达到节电目的。
2．4轻载电动机采取降压运行
对经常处于轻负荷运行的电动机，应采用三角一星切换装置，以达到“轻载降压运行节电”的目的。
2．5根据负载情况对电动机采取就地补偿对距供电点较远的大、中容量连续运行工作制的电动机，应采取电动机的无功功率就地补偿装置。
2．6选择合理的控制系统，提高运转效率对于纳入建筑设备监控系统管理的动力设备，可根据系统设计需要，由程序控制其起动和运行，同时，还可通过控制系统的负载来达到节能目的。
3电气照明节能
据估计，我国照明用电量约占总发电量的10％左右，而建筑照明用电，占建筑耗电的20％～30％，且现有照明装置以低效照明为主，节电潜力巨大。照明节能设计主要可从以下几个方面着手。
3．1 选择合理的照度标准和照明方式
作为照明节能的一个重要环节，照明设计应根据工作面的分布情况选取合理的照度标准值，正确考虑照度标准的高、中、低3档的照度值；根据视觉作业特点，选择合适的照明式，尽量少用一般照明，可考虑非均匀照明、混光照明以及其他灵活的照明系统，如设置照度梯度，使灯光物尽其用，达到节能的目的。
3．2照明的艺术效果与节能相结合
目前，有些照明设计一唯偏向于艺术效果，追求场面宏大，在灯具的选用和布局上不太注重用电和节约电能问题。所以，必须摒弃一些奢华的设计思路，在灯具的艺术造型和布局型式选择上能充分考虑节能的因素，以客观实际需求为前提，最大限度地考虑节能的前提下精心设计达到一定的艺术效果。
3．3进行精确的照度计算
建筑电气照明设计中，往往对照度计算过于粗略，凭经验估算，仅凭经验估算是不可能把照度值控制在照明标准规定的误差范围内，会造成实际效果与要求不符，或浪费能源，所以，要获得精确的照度，必须通过较为精确的计算。
3．4选择高效光源
光源的效率与电力消耗最为密切，常用各类光源中高压钠灯的光效为最高，而荧光灯和金属卤化物灯次之，高压汞灯不高，而白炽灯为最低。按不同的工作场所，选择相适应的高效光源，可以降低电能消耗，节约能源。故在设计中，应严格控制使用白炽灯(除了特别需要场所)，尽量减少高压汞灯的使用量；推广使用细管径荧光灯和紧凑型荧光灯；大力推广高效、寿命长的高压钠灯和金属卤化物灯。
3．5合理选用灯具
灯具节能应主要体现在高效率上，若效率过低，则很难用其他方法补救其节能效果。在GB 50034—2004(建筑照明设计标准》中已明确规定，室内外灯具效率分别高于50％和70％，在所有灯具中，直接型灯具效率最高；带格栅式和带保护罩的灯具效率最低。故在满足眩光限制和其他特殊要求下，应选择前者。同时，根据使用现场不同，采用控光合理、光通量维持率高、光利用系数高、照明与空调一体化的灯具等，以达到节能目的。
3．6优选启动设备
照明节能不应忽视启动设备的耗电问题，节能光源只有配有节能型启动设备才能使照明节能。节能型启动设备自身的能耗低、功率因素高、谐波分量低。
3．7充分利用天然光源
在工程设计中，电气设计人员应与建筑专业配合，从建筑结构方面充分获取天然光，如开大面积的顶部天窗，利用天井空间与利用屋顶采光，有条件的，可采用光导纤维、棱镜组反射及导光管等新技术进行采光，提高对自然光的利用。
4 结束语：
建筑电气领域节约用电蕴含着巨大的潜力，同时，节能具有重大意义，它不仅能有效地缓和电力供需矛盾，保证国民经济持续、高速、健康的发展，而且经济效益显著，是一种经济的电力开发形式。建筑电气节能过程，贯穿于项目的决策、设计、施工、投产、使用等整个周期。作为专业电气设计人员，应该在整个设计过程中精心考虑，严谨地进行方案比较，从安全性、可靠性、经济性及节能性等方面进行综合考虑，选择合理的供配电方案，采用先进技术，选用高效设备，实施电网的经济运行技术，在节约能源、促进科学技术进步的同时，又保护了环境，取得社会效益及经济效益的双赢，保证我们高速的经济发展势头，实现社会的可持续发展。
参考文献：
[1]任红.建筑电气设计中的节能措施[J].建筑电气，2008，27(2)
[2]龚国栋.浅谈建筑电气设计的节能[J].浙江建筑，2007，24(1)
[3]羅建华.建筑电气设计中的节能措施[J].广东科技，2007(1)
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