1、現(xiàn)代建筑電氣節(jié)能設(shè)計現(xiàn)代建筑電氣節(jié)能設(shè)計本文闡述了建筑電氣節(jié)能設(shè)計的基本意義和基本原則，并敘述了建筑電氣節(jié)能的主要途徑，介紹了電氣設(shè)計中節(jié)能方法。浙江省建筑設(shè)計研究院楊彤電能是一種重要的二次能源，應(yīng)用十分廣泛，幾乎滲入社會生活的各個方面。電能既是發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，也是制約發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的一個重要因素，我國和世界上絕大多數(shù)國家一樣面臨著能源危機(jī)，而在加強(qiáng)能源開發(fā)和建設(shè)的同時，最大限度地提高能源的利用效率，大力降低能源的消耗也已經(jīng)越來越得到重視。2000年底發(fā)布的(節(jié)能管理辦法規(guī)定，加強(qiáng)用電管理，即“電力需求側(cè)管理”(Demand Side Management，縮寫DSM)，要求通過提高

2、終端用電效率和優(yōu)化用電方式，在完成同樣用電功能的同時，減少電量消耗和電力需求，達(dá)到節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)低成本電力服務(wù)所進(jìn)行的用電管理。關(guān)鍵詞，Keywords它是綜合資源規(guī)劃方法在電力資源規(guī)劃上變壓電器麓燃攤 的應(yīng)用，把電力需求側(cè)管理技術(shù)引入能源規(guī)劃中，除了電力供應(yīng)方資源外，把需求提照明節(jié)能。高用電效率減少的電量消耗和改變用電方羈掃補(bǔ)償。線燃。式降低的電力需求視為一種資源同時參與電力規(guī)劃。根據(jù)中華人民共和國節(jié)約能源法的有關(guān)規(guī)定，固定資產(chǎn)投資工程項目的設(shè)計和建設(shè)，應(yīng)當(dāng)遵守合理用能標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能設(shè)計規(guī)范，達(dá)不到合理用能標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能設(shè)計規(guī)范的項目，依法審批的機(jī)關(guān)不得批準(zhǔn)建66 l嘭嘉胡建筑電氣專刊第2

3、期設(shè)；項目建成后，達(dá)不到合理用能標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能設(shè)計規(guī)范要求的，不予驗(yàn)收。針對建筑行業(yè)中的電氣專業(yè)，節(jié)能監(jiān)察中的主要技術(shù)依據(jù)有(包括部分地方規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn))：企業(yè)能源計量器具配備和管理導(dǎo)則GB廠I171671999評價企業(yè)合理用電技術(shù)導(dǎo)則GBT3485-1998(三相異步電動機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行GBT3485-1998公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn))DGJ08-1072004(上海工程建設(shè)規(guī)范)公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)GB50189-2005建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)GB50034-2004(照明設(shè)備合理用電DB31178-1996建筑電氣設(shè)計節(jié)能的原則建筑電氣節(jié)能應(yīng)滿足以下四個原則：(1)建筑節(jié)能要滿足建筑物的功能，保證安全性、舒適性

4、和提高工作效率。(2)建筑節(jié)能同時要滿足經(jīng)濟(jì)性。應(yīng)考慮投資和運(yùn)行費(fèi)用的回收。(3)建筑節(jié)能要考慮技術(shù)的先進(jìn)性原則。(4)建筑節(jié)能要考慮節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的原則。建筑電氣節(jié)能的途徑1減少變壓器的功率損耗，合理選擇變壓器的負(fù)載率(1)變壓器功率損耗的計算變壓器功率損耗包括有功和無功兩部分?，F(xiàn)代建筑電氣節(jié)能設(shè)計變壓器的有功損耗。變壓器的有功損耗由兩部分組成，一部分是鐵心中的有功損耗即鐵損，用Pfe表示。鐵損在變壓器一次繞組外施電壓和頻率恒定的條件下是固定不變的，與負(fù)荷大小無關(guān)。它可以由變壓器空載實(shí)驗(yàn)測定。變壓器二次繞組開路而一次繞組上加上額定電壓時，變壓器的有功損耗即為“空載損耗”，用Pn表示。因?yàn)?/p>

5、空載電流在一次繞組中的損耗很小，所以認(rèn)作是鐵損。鐵損其實(shí)是鐵心的渦流損耗和鐵心的漏磁損耗引起的。新型節(jié)能型變壓器在鐵心制造工藝和硅鋼片質(zhì)量方面均作了改進(jìn)。另一部分是變壓器一、二次繞組中電阻所產(chǎn)生的有功損耗，即銅損，用巴，表示。它由短路實(shí)驗(yàn)確定。變壓器二次側(cè)繞組短路而電流達(dá)到額定時的有功損耗，稱為“短路損耗”，用t表示。因?yàn)槎蝹?cè)短路時一次側(cè)短路電壓很小，在鐵心中產(chǎn)生的有功損耗可略去不計。變壓器的有功損耗為A P=A Pce+Pcu即P=只+t(盧)2式中，盧變壓器的負(fù)荷率。變壓器的無功損耗。變壓器的無功損耗也由兩部分組成，一部分用來產(chǎn)生主磁通即產(chǎn)生勵磁電流的一部分無功功率，用Q。表示。它只與繞

6、組電壓有關(guān)，與負(fù)荷無關(guān)。它與勵磁電流(或近似地與空載電流)成正比，即aol轉(zhuǎn)s0100式中，厶變壓器空載電流占額定電流的百分比；&變壓器的額定容量。消耗在變壓器一、二次繞組電抗上的無功功率用Q。來表示，由于變壓器繞組的電抗遠(yuǎn)大于電阻，因此QN近似地與短路電壓(即阻抗電壓)成正比，即QN一眼sN100式中，畋變壓器短路電壓占額定電壓的百分比。變壓器的無功損耗為Q=A ao+QN(S3dSN)2一IoS#100+剮100($30SN)2或aSN(10l100+uKlOO(盧)2)式中，S。變壓器的計算負(fù)荷。上述各式中的A Po，A Pk，厶，均可從有關(guān)手冊或產(chǎn)品樣本中查得。Standamd DiS

7、CUSSion由上述可見，選擇新型的低能耗變壓器和合理選擇變壓器的負(fù)載率節(jié)能意義非常重大。變壓器的無功損耗比有功損耗大得多，因此變壓器容量大而臺數(shù)較多時，應(yīng)考慮在高壓側(cè)裝設(shè)靜電電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償。當(dāng)資料不全時，在負(fù)荷計算中低損耗電力變壓器的功率損耗可按下列簡化公式計算有功功率損耗A P*0015S30無功功率損耗a一0-06S30(2)高效節(jié)能的新型變壓器卷鐵心配電變壓器(Sl 1)該變壓器近年來在我國逐漸推廣應(yīng)用，其適用范圍廣，性能水平優(yōu)，與S9系列變壓器相比空載損耗平均降低30，空載電流平均下降70。非晶合金配電變壓器自1979年發(fā)明至今，因其成本太高而未能全面推廣應(yīng)用，但其空載損耗比硅鋼

8、片的下降70。SC9干式新型節(jié)能變壓器比SC8干式變壓器的空載平均損耗下降87，負(fù)載損耗下降10；對IzLS9油浸變壓器空載損耗平均下降1 7，負(fù)載損耗平均下降23。(3)我國的高效低損耗變壓器的推廣已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步，1998年國家有關(guān)部門已明確規(guī)定禁止生產(chǎn)和銷售S7系列變壓器，推廣應(yīng)用S9系列節(jié)能變壓器。為了使電力用戶更好地選用合適的變壓器，國家電網(wǎng)公司準(zhǔn)備出臺配電變壓器能效及技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價導(dǎo)則，目前正在制定中。(4)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指使電力系統(tǒng)的有功損耗最小、經(jīng)濟(jì)效益最佳的運(yùn)行方式。電力系統(tǒng)的有功損耗不僅與設(shè)備的有功損耗有關(guān)，而且與設(shè)備的無功損耗有關(guān)。由于無功的增加，將使電力系統(tǒng)的電流加大，從而

9、使電力系統(tǒng)的有功損耗增加。一般電力變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率在50左右。以上從節(jié)能的角度上考慮是正確的，但是如果計及初裝費(fèi)、由于加大變壓器容量而多付的變壓器價格、有可能增加的高低配電柜的費(fèi)用、運(yùn)行和折舊維護(hù)費(fèi)用，從經(jīng)濟(jì)價值來看，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況選擇合適的變壓器負(fù)載率。2減少線路能量損耗線路功率損耗包括有功和無功兩部分。2005年8月建筑電氣?？厝愫鶬 67(1)線路的有功功率損耗是電流通過線路，由于線路上電阻的存在，而產(chǎn)生的功率損耗。按下式計算APwL=31 230RL式中，k計算電流；尺線路單位長度的電阻；線路的長度；P0線路單位長度的有功功率損耗。在一個工程中，線路縱橫交錯，使用的各

10、類導(dǎo)線電纜不計其數(shù)，所以在線路上消耗的有功功率是相當(dāng)可觀的，減少線路上的能耗必須引起設(shè)計人員的高度重視?，F(xiàn)在建筑中大量使用銅導(dǎo)線，在線路電流一定的條件下，減少導(dǎo)線長度或增大導(dǎo)線截面是減少線路損耗的兩條措施。第一，線路盡可能走直線少走彎路，不走回頭線；第二，變壓器應(yīng)接近負(fù)荷中心，減少低壓供電長度。大型民用建筑宜設(shè)置多個變電所，低壓配電房應(yīng)盡量靠近高層建筑電氣豎井。超高層建筑應(yīng)在頂層或避難層增設(shè)變電所；第三，對于比較長的線路，除了滿足載流量、保護(hù)配合及電壓損失所選定的截面外，宜適當(dāng)增加導(dǎo)線截面來換取較低的線路損耗，此時建議對增加投資的費(fèi)用與回收年限進(jìn)行計算和比較。根據(jù)上海市工程建設(shè)規(guī)范公共建筑節(jié)能

11、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)第739的要求：電力干線的最大工作壓降應(yīng)不大于2，分支線路的最大工作壓降應(yīng)不大于3。(2)線路的無功功率損耗是電流通過線路電抗產(chǎn)生的，按下式計算QwL=3，23L式中，k計算電流；x線路單位長度的電抗；L線路的長度；Q為線路單位長度的無功功率損耗。在取得線路的電抗值的時候，要根據(jù)導(dǎo)線敷設(shè)的幾何均距。所謂幾何均距即是指三相線路各相導(dǎo)線間距離的幾何平均值，A=(a，a，a，)13。當(dāng)導(dǎo)線按等邊三角形排列時，A=a，。如果導(dǎo)線為水平等距離排列時A=2ma=126a。式中，a三相線路的線間距離。68 l嘭嘉胡建筑電氣專刊第2期根據(jù)有關(guān)資料，常用的大截面電力電纜的電抗值往往是電阻值的50以上，而

12、使用單芯電纜情況比較多的時候。更應(yīng)考慮電抗產(chǎn)生的線路無功損耗，同時考慮線路的敷設(shè)方法。3提高系統(tǒng)的功率因數(shù)(1)功率因數(shù)瞬時功率因數(shù)由功率因數(shù)計量表直接測量得到，或由功率表、電壓表和電流表測量的數(shù)據(jù)計算得到。它可以反映設(shè)備運(yùn)行時的無功功率的變化情況，以便采取合適的措施。平均功率因數(shù)為某一段時間內(nèi)根據(jù)有功電能表和無功電能表的讀數(shù)計算出的，也稱加權(quán)平均功率因數(shù)。最大負(fù)荷時的功率因數(shù)是指負(fù)荷計算時按P，。和計算而得到的功率因數(shù)。(2)裝設(shè)并聯(lián)靜電電容器提高功率因數(shù)變壓器的無功損耗比有功損耗大得多，因此變壓器容量大而臺數(shù)較多時，應(yīng)考慮在一次側(cè)裝設(shè)靜電電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償。二次側(cè)集中補(bǔ)償。目前民用建筑設(shè)計

13、時，絕大部分采用二次側(cè)的集中補(bǔ)償，但這種做法僅是為了提高用戶處的功率因數(shù)，減少了區(qū)域變電所至用戶處的無功傳輸。但對建筑而言經(jīng)過低壓配電系統(tǒng)至各用電點(diǎn)的無功傳輸沒有減少。就地功率因數(shù)補(bǔ)償。民用建筑中應(yīng)增加對10kW以上負(fù)荷平穩(wěn)的電動機(jī)和風(fēng)機(jī)、空調(diào)主機(jī)及冷凍機(jī)組的就地補(bǔ)償裝置。提高設(shè)備的自然功率因數(shù)，照明設(shè)計中選擇電子鎮(zhèn)流器或節(jié)能型的電感鎮(zhèn)流器。(3)減少自然無功，無功補(bǔ)償和選擇合適的補(bǔ)償裝置的安裝地點(diǎn)，才能完整地實(shí)現(xiàn)合理的無功補(bǔ)償，達(dá)到節(jié)能的目的。4照明節(jié)能照明的經(jīng)濟(jì)性是照明技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的重要指標(biāo)之一，它涉及面很廣，直接與經(jīng)濟(jì)性相聯(lián)系的有光源燈具的價格、配線施工費(fèi)、用電量的大小和所耗費(fèi)用的有高低

14、、清掃和換燈泡的費(fèi)用。直接與經(jīng)濟(jì)性相聯(lián)系的如按房間室形選擇的照明器是否合理等。如不合理，將會影響利用系數(shù)的大小，從而進(jìn)一步影響初步投資和經(jīng)常性的運(yùn)行費(fèi)用。光源壽命的長短、光效率現(xiàn)代建筑電氣節(jié)能設(shè)計的高低、換燈泡的周期等都會影響照明方案的經(jīng)濟(jì)性。照明設(shè)計節(jié)能應(yīng)合理選擇光源和燈具，采用功率損耗低、性能穩(wěn)定的燈用附件，通過照度計算選用合理的照明方案并采用合適的照明控制方式。照明設(shè)計節(jié)能應(yīng)注意以下事項：(1)充分利用自然光，采用照明控制系統(tǒng)，借助各種不同的“預(yù)設(shè)置”控制方式和控制元件，對不同時間和不同環(huán)境的光照度進(jìn)行精確設(shè)置和合理管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。這種自動調(diào)節(jié)照度的方式，充分利用室外的自然光，只有當(dāng)滿足

15、“預(yù)設(shè)置”時才把靠窗的燈點(diǎn)亮或達(dá)到要求的亮度，利用最少的能源保證所要求的照度水平。(2)由于白熾燈的光效低，使用時發(fā)熱量大，必須嚴(yán)格控制其應(yīng)用。除了特別需要場所，否則不得選用白熾燈。以下場所可選用100W以下的白熾燈：需要經(jīng)常開關(guān)、移動和調(diào)節(jié)的局部照明場所；防止電磁波干擾的場所；因頻閃效應(yīng)影響視覺的場所；燈的開關(guān)頻繁及需要即時點(diǎn)燃的場所；照度不高且照明時間較短的場所；其他特殊要求的場所。(3)選用細(xì)管徑直管熒光燈、緊湊型熒光燈，充分利用國內(nèi)豐富的稀土資源，選用高品質(zhì)稀土三基色熒光燈。盡管其燈管的價格較高，但因其綜合費(fèi)用低、視覺質(zhì)量高、節(jié)能、維修保養(yǎng)少而得到了廣泛的應(yīng)用。(4)選用小功率的金屬鹵

16、化物燈或高壓鈉燈。(5)利用系數(shù)和房間的形狀有關(guān)，矮而寬的房間，多數(shù)直射光落在工作面上，利用系數(shù)較高；高而窄的房間，直射光落在工作面上的部分較小，利用系數(shù)低。通過合適選擇照明器的配光曲線提高利用系數(shù)，高而寬的房間應(yīng)選用寬配光照明器，高而窄的房間應(yīng)選擇窄配光照明器。(6)選擇高光輸出比的燈具。開敞式熒光燈的光輸出比不小于75；透明保護(hù)罩的熒光燈的光輸出比不小于65；磨砂或棱鏡保護(hù)罩的熒光燈的光輸出比不小于55；格柵熒光燈的光輸出比不小于60。(7)大型宴會廳、報告廳應(yīng)設(shè)置調(diào)光裝置或情景照明控制系統(tǒng)。(8)住宅的公共場所除高層住宅的電梯廳和應(yīng)急Standard DiSCUSSion照明外均應(yīng)設(shè)置節(jié)

17、能自熄開關(guān)。(9)選擇熒光燈或高效氣體放電燈時應(yīng)配用電子鎮(zhèn)流器或節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器。(10)由于光源和照明器的污染，使光通降低，這是造成能源使用上浪費(fèi)的原因之一。所以設(shè)計時應(yīng)采用維護(hù)管理容易的照明方式、照明器和光源。GB500342004標(biāo)準(zhǔn)頒布后，照明設(shè)計必須符合規(guī)定的能效標(biāo)準(zhǔn)，它采用房間或場所一般照明的照明功率密度(LPD)作為照明節(jié)能的評價指標(biāo)。因此，設(shè)計中要合理選擇高效光源、燈具及鎮(zhèn)流器等先進(jìn)節(jié)能產(chǎn)品，運(yùn)用更先進(jìn)的設(shè)計方法，實(shí)施綠色照明工程。5民用建筑機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行過程中的節(jié)能民用建筑內(nèi)部有大量的電氣設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備、給排水設(shè)備等等，這些設(shè)備數(shù)量多而且多分散在大樓的各個層次和角落

18、。為了合理的利用設(shè)備，節(jié)約能源，大型民用建筑應(yīng)采用智能化的建筑設(shè)備自動化管理控制系統(tǒng)。自動控制、監(jiān)視和測量和建筑物設(shè)備管理的三大要素，目的是正確掌握建筑設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、事故狀態(tài)、能耗和負(fù)荷的變動。通過有效的控制，可達(dá)到節(jié)能的目的。目前大量的各類建筑均設(shè)置有全年舒適性的空調(diào)系統(tǒng)，每時每刻都在消耗大量的能源，空調(diào)設(shè)備的耗電在整個建筑中占4060，是建筑的耗能大戶，節(jié)能潛力最大?？照{(diào)系統(tǒng)的滿負(fù)荷是在考慮最不利使用工況下，建筑物中所有需要服務(wù)的房間或場所同時使用空調(diào)，各種冷負(fù)荷和熱負(fù)荷相互疊加而成的綜合最大值，實(shí)際運(yùn)行中，95以上時間處于部分負(fù)荷狀態(tài)，因而具有極大的節(jié)能潛力。通過監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵變量，接

19、受空調(diào)系統(tǒng)供水與回水溫度、壓差和流量等傳感器的信號，用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)自動精確地檢測空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷的變化，利用變頻器對水泵進(jìn)行變頻調(diào)速，實(shí)現(xiàn)水泵流量、壓差與空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷變化相匹配，從而達(dá)到節(jié)能的目的。電動機(jī)采用變頻調(diào)速，因?yàn)樾D(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與輸入電流的頻率成正比，如果改變電源的頻率，同步速率也隨之而改變，由此改變轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速率，從而達(dá)到節(jié)能的目的。變頻調(diào)速在水泵風(fēng)機(jī)調(diào)速中應(yīng)用十2005年8月建筑電氣?？叵埠鶭 69分廣泛。單臺用電功率大于350kW的電動機(jī)宜采用中壓電動機(jī)。6降低高次諧波電力諧波的主要危害存引起串聯(lián)諧振及并聯(lián)諧振，放大諧波，造成危險的過電壓或過電流；產(chǎn)生諧波損耗，使發(fā)電、變電和

20、用電設(shè)備效率降低；加速電氣設(shè)備絕緣老化，使其容易擊穿，從而縮短它們的使用壽命；使設(shè)備(如電動機(jī)、繼電保護(hù)、自動裝置、測量儀表、電力電子器件、計算機(jī)系統(tǒng)、精密儀器等)運(yùn)轉(zhuǎn)不正?；虿荒苷_操作；干擾通信系統(tǒng)，降低信號的傳輸質(zhì)量，破壞信號的正確傳遞，甚至損壞通信設(shè)備。變頻裝置、硅整流器、晶閘管裝置、調(diào)光設(shè)備、交流調(diào)速設(shè)備、電子鎮(zhèn)流器、UPS等具有諧波源的負(fù)荷，在運(yùn)行中注入電網(wǎng)的諧波電流和產(chǎn)生的電壓畸變率應(yīng)符合電能質(zhì)量一公共電網(wǎng)諧波)(GBT14549-1993)的規(guī)定。設(shè)備每相輸入電流小于等于16A的低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流值應(yīng)符合(低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流限值(GBl7625-11

21、998)的規(guī)定。對諧波可能超標(biāo)的用戶，應(yīng)加強(qiáng)在設(shè)計階段采取限制諧波電流的方案和措施。諧波治理就是在諧波源處安裝濾波器，就近吸收諧波源產(chǎn)生的諧波電流。無源濾波器只可以過濾一種諧波成分，如要過濾不同諧波，則需要連接不同的濾波器，而所有濾波支路對基波呈現(xiàn)容性，正好滿足無功補(bǔ)償，但對于有較好功率因數(shù)的設(shè)備，卻是不合適的，所以在預(yù)知裝置諧波時常用。而另外有利用時域補(bǔ)償原理的動態(tài)濾波器，這種濾波器的優(yōu)點(diǎn)是能做到適時補(bǔ)償，依靠測量諧波電流，然后制造與該畸變諧波電流反相的諧波電流，以消除諧波，且不增加電網(wǎng)的容性元件，但造價較高。現(xiàn)代高層民用建筑電氣設(shè)計中應(yīng)注意以下幾個問題：(1)大樓空調(diào)系統(tǒng)和給排水系統(tǒng)大量使用變頻設(shè)備，設(shè)計人員在選擇變頻器時需要考慮該變頻設(shè)備是否帶有電抗器用以提高阻抗，這些內(nèi)置交流電抗器雖然不能消除所有諧波電流，但能夠在很大程度上消除諧波電流。(2)配備了