試論建筑電氣設計中的節(jié)能方式

試論建筑電氣設計中的節(jié)能方式摘要：文章闡述了建筑電氣設計中的節(jié)能原則、節(jié)能方法，從變壓器容量選擇、功率因數(shù)補償、照明調(diào)光設備、電動機起動設備選擇等方面，論述電氣設計中的幾種節(jié)能方法。關(guān)鍵詞：電氣節(jié)能變壓器損耗功率因數(shù)照明節(jié)能變頻調(diào)速軟起動器由于人口的增加，工業(yè)的發(fā)展，生活水平的提高，能源的消耗也就急劇增加，能源危機迫在眉睫。因此，各行各業(yè)提出了節(jié)能的要求，節(jié)約二次能源--電能，也就成為民用建筑電氣設計的焦點。建筑電氣設計節(jié)能的原則建筑電氣節(jié)能應堅持以下三個原則：

1.滿足建筑物的功能

即滿足照明的照度、色溫、顯色指數(shù)；滿足舒適性空調(diào)的溫度及新風量，也就是舒適衛(wèi)生；滿足上下、左右的運輸通道暢通無阻；滿足特殊工藝要求，如娛樂場所的一些電氣設施的用電，展廳的工藝照明及電力用電等。

2.考慮實際經(jīng)濟效益

節(jié)能應按國情考慮實際經(jīng)濟效益，不能因為節(jié)能而過高地消耗投資，增加運行費用。而是應該讓增加的部分投資，能在幾年或較短的時間內(nèi)用節(jié)能減少下來的運行費用進行回收。

3.節(jié)省無謂消耗的能量

節(jié)能的著眼點，應是節(jié)省無謂消耗的能量。首先找出哪些地方的能量消耗是與發(fā)揮建筑物功能無關(guān)的，再考慮采取什么措施節(jié)能。如變壓器的功率損耗，傳輸電能線路上的有功損耗都是無用的能量損耗，又如量大面廣的照明容量，宜采用先進技術(shù)使其能耗降低。

因此，節(jié)能措施也應貫徹實用、經(jīng)濟合理、技術(shù)先進的原則。

建筑電氣節(jié)能的途徑1.減少變壓器的有功功率損耗

變壓器的有功功率損耗如下式表示：△Ｐｂ＝Ｐｏ＋Ｐｋβ２其中：

△Ｐｂ--變壓器有功損耗（ＫＷ）；

Ｐｏ--變壓器的空載損耗（ＫＷ）；

Ｐｋ--變壓器的有載損耗（ＫＷ）；

β--變壓器的負載率。

Ｐｏ部分為空載損耗又稱鐵損，它是由鐵芯的渦流損耗及漏磁損耗組成，是固定不變的部分，大小隨矽鋼片的性能及鐵芯制造工藝而定。所以，變壓器應選用節(jié)能型的，如Ｓ９、ＳＬ９及ＳＣ８等型油浸變壓器或干式變壓器，它們都是采用優(yōu)質(zhì)冷軋取向矽鋼片，由于"取向"處理，使矽鋼片的磁疇方向接近一致，以減少鐵芯的渦流損耗；４５°全斜接縫結(jié)構(gòu)，使接縫密合性好，以減少漏磁損耗。

Ｐｋ是傳輸功率的損耗，即變壓器的線損，決定于變壓器繞組的電阻及流過繞組電流的大小，即負載率β的平方成正比。因此，應選用阻值較小的繞組，可采用銅芯變壓器。從Ｐｋβ２用微分求它的極值，在β＝５０％處每千瓦的負載，變壓器的能耗最小。因此，在８０年代中期設計的民用建筑，變壓器的負載率絕大部分在５０％左右，在實際使用中有一半變壓器沒有投入運行，這種做法有的設計人員一直沿襲至今。但是，這僅是為了節(jié)能，而沒有考慮經(jīng)濟價值。舉下例可看出其不可取的程度。ＳＣ３－２０００ＫＶＡ的變壓器，當β＝５０％時相對于β＝８５％時可節(jié)能為Ｐ＝１６．０１×（０．８５２－０．５２）＝７．５６ＫＷ，按商場最高用電小時計：每天１２小時，３６５天全營業(yè)，則總節(jié)約電能：Ｗ＝７．５６×１２×３６５＝３３１１３ＫＷ·ｈ。按營業(yè)性電價每度０．７８元計，則每年節(jié)約：３３１１３×０．７８＝２５８２８元。

按每千瓦的初裝費投資：２０００ＫＶＡ變壓器應是大型民用建筑，必然雙電源進線，則初裝費每ＫＶＡ為２２４０元，每年節(jié)能省下的電費只能提供（２５８２８／２２４０＝１１．５３）１１．５３ＫＶＡ的初裝費。還有９８８．５ＫＶＡ的初裝費，加上由于加大變壓器容量而多付的變壓器價格，由于變壓器增加而使出線開關(guān)柜、母聯(lián)柜增加引起的設備購置費，安裝上述設備使土建面積增加而引起的土建費用，這是筆相當可觀的投資，還沒有計及折舊維護等費用。由此可見，取變壓器負載率為５０％是得不償失的。事實上５０％負載率僅減少了變壓器的線損，并沒有減少變壓器的鐵損，因此也不是最節(jié)能的措施。計及初裝費、變壓器、低壓柜、土建的投資及各項運行費用，又要使變壓器在使用期內(nèi)預留適當?shù)娜萘?，變壓器的負載率應在７５％～８５％為宜。這樣也可以做到物盡其用，因為變壓器絕緣的使用年限滿負荷計為２０年，２０年后可能有更好的變壓器問世，這樣就可以有機會更換新的設備，才能使該建筑總趨技術(shù)領先地位。

為減小變壓器損耗，當容量大而需要選用多臺變壓器時，在合理分配負荷的情況下，盡可能減少變壓器的臺數(shù)，選用大容量的變壓器。例如需要裝機容量為２０００ＫＶＡ，可選２臺１０００ＫＶＡ，不選４臺５００ＫＶＡ。因為選用前者可節(jié)能：△Ｐ＝４×（１．６＋４．４４）－２×（２．４５＋７．４５）＝４．３６ＫＷ（全按β＝１００％計，同等條件，ＳＣ３變壓器）。在變壓器選擇中，能掌握好上述三點原則，即滿足了節(jié)約能源，又經(jīng)濟合理的原則。減少線路上的能量損耗

由于線路上存在電阻，有電流流過時，就會產(chǎn)生有功功率損耗。其公式如下：△Ｐ＝３ＩΦ２Ｒ×１０－３（ＫＷ）

式中：ＩΦ--相電流（Ａ）

Ｒ--線路電阻（Ω）

例如，在Ｌ＝１００ｍ的ＶＶ－３×５０＋２×２５的電纜上傳輸６０ＫＷ，ｃｏｓφ＝０．８的電能，其有功損耗量，可由以下步驟求得：ＩΦ＝６０×１０３／（×３８０×０．８）＝１１３．６Ａ

芯線溫度７０℃的５０ｍｍ２銅芯線每公里電阻Ｒ０＝０．４４，則Ｒ＝０．１×０．４４＝０．０４４（Ω）

△Ｐ＝３×１１３．６２×０．０４４×１０－３＝１．７０４ＫＷ

從以上可看到，線路上的功率損耗相當于每６ｍ的線路上安一個１００Ｗ的燈泡。命的弱點是發(fā)光率太低，因此目前常被各種發(fā)光率高，光色好，顯色性能優(yōu)異的新光源取代。表１列出了各種光源每Ｗ的光通量Ｌｍ。從表中可以看出低壓鈉燈和高壓鈉燈的發(fā)光率最高，但由于色溫低，光色偏暖，顯色指數(shù)在４０～６０之間，顏色失真度大，只能在路燈或廣場照明用，其中顯色指數(shù)在６０的高顯色性鈉燈可與汞燈組成混合燈，用于工廠及體育館照明，這也是量大面廣的照明部分；發(fā)光率很高的金屬鹵化物燈，三基色熒光燈及稀土金屬熒光燈，由于色溫范圍廣，自３２００Ｋ～４０００Ｋ，光色選擇性好，顯色指數(shù)又高，可達８０～９５，顏色失真度小，尤其金屬鹵化物燈對人的皮膚顯色性特別好，因此除用作商場、展廳的照明外，還廣泛用在車站的候車室、碼頭的候船室、航空港的候機樓以及舞臺的燈光照明等；一般熒光燈及稀土金屬熒光燈可用在寫字樓、住宅的照明；熒光高壓汞燈、自整流高壓汞燈、鈉燈及三者組合的混光燈常用于生產(chǎn)廠房的照明。盡量不用或少用白熾燈，只有在局部藝術(shù)照明或防止高頻光譜照射的古董字畫照明中才使用，雖然它光色好，顯色指數(shù)最高，但達不到節(jié)能的目的。建筑物盡量利用自然采光，靠近室外部分的建筑面積，應將門窗開大，采用透光率較好的玻璃門窗，以達到充分利用自然光的目的。凡是可以利用自然光的這部分的照明，可采用按照度標準檢測現(xiàn)場照度，進行燈光自動調(diào)節(jié)。

對氣體放電燈，采用燈光無級自動調(diào)節(jié)，即調(diào)節(jié)燈絲從而達到調(diào)光的目的。但其代價太高，每套３６Ｗ的燈管需要增加２０００元～３０００元的投資，而節(jié)省下來的電能，其電價是有限的，因為這僅在白天日照強時（一般在上午１０時到下午３～４點鐘這段時間內(nèi)）可減少一點人工照明，每支燈充其量節(jié)能２５％，每天按１２小時計，每年按３６５天計，則節(jié)省運行費用：ｍ＝３６×０．２５×１２×３６５×０．７８×１０－３＝３０．７元所以增加控制的投資需要２０００～３０００／３０．７＝６５～９７年才能回收，這是沒有實用意義的。在工作照明中采用這種調(diào)光方案是不可取的。它只適宜用于特殊條件下，如氣象臺、導航站等小面積控制室，要求室內(nèi)的照度與室外自然光自然協(xié)調(diào)的環(huán)境，才可采用這種調(diào)光設備。另外，這種調(diào)光設備用于稀土金屬熒光燈，其頻閃效應使人眼不易接受。對于可以充分利用自然光而且需要調(diào)光的場合，可采用分組分片自動開停的控制方案，雖然會有突變過程，但不會影響視力，也不會影響人的情緒，是可取的方式。

對長期需要開停，但又要按人流的多少自動調(diào)整照度的場合，在增加投資不多的情況下，對熒光燈可利用調(diào)壓的方式，固定幾級調(diào)節(jié)，如北京地鐵采用澳大利亞的調(diào)光設備就是如此。

熒光燈采用調(diào)電壓調(diào)光，其節(jié)能效果并不顯著。因為，氣體放電燈的發(fā)光是靠離子在高電壓下產(chǎn)生碰撞，達到一定能級而使熒光粉發(fā)光，因此光通量并不與電壓成正比，電壓下降１０％，光通量差不多下降３０％～４０％，電壓下降３０％，燈會全熄。因此，氣體放電燈采用調(diào)壓方式調(diào)光，在實際工程中也很少采用。

照明節(jié)能中，除了滿足照度、光色、顯色指數(shù)外，應采用高效光源及高效燈具，對能利用自然光部分的燈具或可變照度的照明采用成組分片的自動控制開停方式，可達到照明節(jié)能的效果。電動機在運行過程中的節(jié)能

在建筑電氣中的電動機都是與暖通、水道、建筑等工種的設備配套的，由設備制造廠商統(tǒng)一供應的。因此，其節(jié)能措施只能貫徹在運行過程中，除了上述的用就地補償電容器以減少線路由于輸送超前無功而引起的有功損耗外，還應減少電機輕載和空載運行。因為，在這種情況下，電機的效率是很低的，消耗的電能并不與負載的下降成正比。采用變頻調(diào)速器，使其在負載下降時，采用變頻的方式，自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使其與負載的變化相適應。采用這種方式，可提高電機在輕載時的效率，達到節(jié)能的目的。但是，這種設備的價格仍偏高，因此在應用中受到一定的限制。另一種節(jié)能方式是采用軟起動器，軟起動器設備是按起動時間逐步調(diào)節(jié)可控硅的導通角，以控制電壓的變化。由于電壓可連續(xù)調(diào)節(jié)，因此起動平穩(wěn)，起動完畢，則全壓投入運行。此設備也可采用測速反饋、電壓負反饋或電流正反饋，利用反饋信息控制可控硅導通角，以達到速度隨負載的變化而變化。它可用在電動機容量較大，又需要頻繁起動的設備，以及附近用電設備對電壓的穩(wěn)定要求較高的場合。因為它從