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摘要：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。建筑节能是能源节约的重点，而建筑电气节能是建筑节能的重要方面。本文着眼于电气节能设计应遵循的原则，重点从变压器的选择、节能电路设计、照明节能、提高功率节能等多个方面和角度，论述了建筑电气节能的技术措施及其在工程设计中的合理应用。
關键词：电气节能电气系统电气系统技术改造
一 建筑电气设计节能的原则
建筑电气设计节能的原则建筑电气节能应坚持三个原则。一是满足建筑物的功能，即满足照明的亮度、色温、显色指数；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。二是考虑实际经济效益。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。三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。因此，节能措施也应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。
总之，笔者认为节能设计应把握“满足功能、经济合理、技术先进”的原则。具体说来，可重点从以下多个方面采取节能措施，将节能技术合理应用到实际工程中。
二 建筑电气节能设计的措施
(一) 变压器节能设计
变压器的有功功率损耗如以下以式:
△Pb＝Po＋Pkβ2
Pb 为变压器有功损耗；Po 为变压器的空载损耗；Pk 为变压器的有载损耗；β 为变压器的负载率。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，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。
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。
（二）线路节能设计
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。公式如下:
△P＝3IΦ2R×10
其中 Φ 为相电流；R 为线路电阻。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该：第一，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。第二，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；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。
（三）电动机运行的节能设计
在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，由设备制造厂商统一供应的。其节能措施只能贯彻在运行过程中，除了上述的用就地补偿电容器以减少线路由于输送超前无功而引起的有功损耗外，还应减少电机轻载和空载运行。采用变频调速器，使其在负载下降时，采用变频的方式，自动调节转速，使其与负载的变化相适应。采用这种方式，可提高电机在轻载时的效率，达到节能的目的。但是，这种设备的价格仍偏高，在应用中受到一定的限制。另一种节能方式是采用软起动器，软起动器设备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。它可用在电动机容量较大，又需要频繁起动的设备，以及附近用电设备对电压的稳定要求较高的场合。
（四）照明系统节能
（1）改进灯具控制方式：根据照明的使用特点，可采取分区控制灯光或适当增加照明开关点，采用各种节能型开关或装置。卧房、病房、客房等的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。
（2）优先选用低能耗、性能优的光源用电附件：如电子镇流器、节能型电感镇流器、电子触发器以及电子变压器等。公共建筑的荧光灯宜选用带有无功功率补偿的灯具，紧凑型荧光灯具应选用电子镇流器，气体放电灯宜采用电子触发器等。
（五）提高功率进行节能
减少供用电设备无功消耗，提高自然功率因素，其主要措施有
(1) 正确设计和选用变流装置，对直流设备的供电和励磁，应采用硅整流或晶闸管整流装置，取代变流机组、汞弧整流器等直流电源设备。
(2) 限制电动机和电焊机的空载运转。设计中对空载率大于50％的电动机和电焊机，可安装空载断电装置 ；对大、中型连续运行的胶带运输系统，可采用空载自停控制装置 ；对大型非连续运转的异步笼型风机、泵类电动机，宜采用电动调节风量、流量的自动控制方式，以节省电能。
(3) 条件允许时，采用功率因数较高的等容量同步电动机代替异步电动机，在经济合算的前提下，也可采用异步电机同步化运行。
(4) 荧光灯选用高次谐波系数低于15％的电子镇流器 ；气体放电灯的电感镇流器，单灯安装电容器就地补偿等，都可使自然功率因数提高到0.85～0.95。
按全国供用电规则规定，高压供电的用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户，在当地供电局规定的电网高峰负荷时功率因素应不低于0.9。当自然功率因素达不到上述要求时，应采用电容器人工补偿的方法，以满足规定的功率因素要求。实践表明，每kV 补偿电容每年可节电150～200kWh，是一项值得推广的节电技术。特别是对于下列运行条件的电动机要首先应用 ：①远离电源的水源泵站电动机。②距离供电点200m 以上的连续运行电动机。③轻载或空载运行时间较长的电动机。④YZR、YZ 系列电动机。
结语：综上所述，建筑电气的节能潜力很大，应在设计中精心考虑各种可行的技术措施。同时，在选用节能的新设备时，应具体了解其原理、性能、效果，从技术、经济上进行比较后，再合理选定节能设备，以真正达到有效节能的目的。
關键词：电气节能电气系统电气系统技术改造
一 建筑电气设计节能的原则
建筑电气设计节能的原则建筑电气节能应坚持三个原则。一是满足建筑物的功能，即满足照明的亮度、色温、显色指数；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。二是考虑实际经济效益。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。三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。因此，节能措施也应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。
总之，笔者认为节能设计应把握“满足功能、经济合理、技术先进”的原则。具体说来，可重点从以下多个方面采取节能措施，将节能技术合理应用到实际工程中。
二 建筑电气节能设计的措施
(一) 变压器节能设计
变压器的有功功率损耗如以下以式:
△Pb＝Po＋Pkβ2
Pb 为变压器有功损耗；Po 为变压器的空载损耗；Pk 为变压器的有载损耗；β 为变压器的负载率。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，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。
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。
（二）线路节能设计
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。公式如下:
△P＝3IΦ2R×10
其中 Φ 为相电流；R 为线路电阻。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该：第一，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。第二，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；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。
（三）电动机运行的节能设计
在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，由设备制造厂商统一供应的。其节能措施只能贯彻在运行过程中，除了上述的用就地补偿电容器以减少线路由于输送超前无功而引起的有功损耗外，还应减少电机轻载和空载运行。采用变频调速器，使其在负载下降时，采用变频的方式，自动调节转速，使其与负载的变化相适应。采用这种方式，可提高电机在轻载时的效率，达到节能的目的。但是，这种设备的价格仍偏高，在应用中受到一定的限制。另一种节能方式是采用软起动器，软起动器设备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。它可用在电动机容量较大，又需要频繁起动的设备，以及附近用电设备对电压的稳定要求较高的场合。
（四）照明系统节能
（1）改进灯具控制方式：根据照明的使用特点，可采取分区控制灯光或适当增加照明开关点，采用各种节能型开关或装置。卧房、病房、客房等的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。
（2）优先选用低能耗、性能优的光源用电附件：如电子镇流器、节能型电感镇流器、电子触发器以及电子变压器等。公共建筑的荧光灯宜选用带有无功功率补偿的灯具，紧凑型荧光灯具应选用电子镇流器，气体放电灯宜采用电子触发器等。
（五）提高功率进行节能
减少供用电设备无功消耗，提高自然功率因素，其主要措施有
(1) 正确设计和选用变流装置，对直流设备的供电和励磁，应采用硅整流或晶闸管整流装置，取代变流机组、汞弧整流器等直流电源设备。
(2) 限制电动机和电焊机的空载运转。设计中对空载率大于50％的电动机和电焊机，可安装空载断电装置 ；对大、中型连续运行的胶带运输系统，可采用空载自停控制装置 ；对大型非连续运转的异步笼型风机、泵类电动机，宜采用电动调节风量、流量的自动控制方式，以节省电能。
(3) 条件允许时，采用功率因数较高的等容量同步电动机代替异步电动机，在经济合算的前提下，也可采用异步电机同步化运行。
(4) 荧光灯选用高次谐波系数低于15％的电子镇流器 ；气体放电灯的电感镇流器，单灯安装电容器就地补偿等，都可使自然功率因数提高到0.85～0.95。
按全国供用电规则规定，高压供电的用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户，在当地供电局规定的电网高峰负荷时功率因素应不低于0.9。当自然功率因素达不到上述要求时，应采用电容器人工补偿的方法，以满足规定的功率因素要求。实践表明，每kV 补偿电容每年可节电150～200kWh，是一项值得推广的节电技术。特别是对于下列运行条件的电动机要首先应用 ：①远离电源的水源泵站电动机。②距离供电点200m 以上的连续运行电动机。③轻载或空载运行时间较长的电动机。④YZR、YZ 系列电动机。
结语：综上所述，建筑电气的节能潜力很大，应在设计中精心考虑各种可行的技术措施。同时，在选用节能的新设备时，应具体了解其原理、性能、效果，从技术、经济上进行比较后，再合理选定节能设备，以真正达到有效节能的目的。