2018浅谈建筑电气设计与建筑节能的关系
摘要：本文阐述了建筑电气与建筑节能的关系，从供配电系统、动力设备、照明系统、暖通空调控制系统、能源管理系统等五方面对建筑电气优化设计提出了具体的节能技术措施，并对部分节能措施进行了对比分析，为进一步研究建筑电气的节能相关问题，提供了依据。http://
关键词：电气设计；节能；优化设计
Abstract: this paper expounds the construction of electrical and energy conservation of the building, the relationship of power supply system, power from equipment, lighting systems, hvac control system, energy management system five aspects such as building electric optimization design puts forward the specific energy-saving technical measures, and some measures of energy saving are analysed and compared. For further study of the problems related to the construction of electrical energy, to provide the basis.
Keywords: electrical design; energy saving; optimization design
中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：
前言
建筑节能涉及多专业技术及其融合，如建筑设计、建筑维护结构、暖通空调系统、照明系统等多方面问题。电气设计是建筑节能的重要内容之一。建筑物用电量的多少与建筑物内相关耗能设备的性能参数有紧密的联系，而决定建筑物用电量最主要的因素是建筑电气系统的设计。一个好的建筑电气设计会让建筑用电合理、规范，更好的发挥相关节能技术的节能效果，如空调冷水机组的优化运行控制策略使空调冷水机组的用电量变得更加合理、有效。综上所述，优化建筑电气设计可以显著的减少建筑物用电量和投资，达到节能的目的。常用建筑电气设计优化方法主要包括以下几个方面。
供配电系统的优化设计
1.1合理计算建筑物的用电负荷
计算负荷务求恰当，过小会引起设备、线路过热，加速损坏其绝缘，过多损耗能量，增加电压损失而破坏正常的运行条件，甚至引起电线着火，造成重大事故。反之，若计算负荷过大，则会引起变压器容量过剩，线路截面过大，开关整定电流过高，使投资增加，造成不必要的浪费。合理选择用电负荷计算方法，可达到节能、节材的目的，避免不必要的投资和浪费。用电负荷计算方法宜按以下原则选取：方案设计阶段可采用单位面积功率法；扩初阶段可用需要系数法，施工图设计阶段应采用需要系数法。
1.2变压器的优化设计
首先要进行建筑的电气设计，通过参考电力负荷曲线详细地计算，然后确定设计的方法,使负荷曲线尽量平坦，尽量减少闲置设备和闲置容量，使功率得到最大的利用，减少浪费。变压器容量的选择应遵循以下原则：（1）在建筑物内部的干式变压器，容量不宜超过2000kVA；（2）按变配电所供电范围内的所有设备容量，初估变压器台数，每个变配电所至少二台；（3）当一个变配电所设有二台及以上的变压器时，应将计费性质相同的设备集中在一台变压器上；（4）多层或高层常按支线的供电距离设置配电小室，安装干线及各类配电箱。
1.3减少线路电量的损耗
导线材质方面，应选用电导率较小的材质做导线，铜芯最佳；减小导线长度；增大导线截面。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，应再加大一级导线截面。
线路方面，采用单（三）相变压器混合线路。大部分线路损耗是大于10kV的配电上。在线路上采用单（三）相变压器混合供电方式，即高压进户从而缩短低压线路长度，使配电线路线损有了较大幅度的降低，提高了供电可靠率和电压合格率。某社区用单相、三相混合线路对原单相线路进行了改造，表1是改造前后的线损比较情况。改造后经计算10kV地区综合线损率下降许多，为7.13%降至3.28%。变压器的改造费用6～7年可以全部收回。
动力设备的优化设计
在综合性建筑中，动力设备的节能主要考虑水泵和风机。如某星级酒店中水泵的能耗占总能耗的30%，因此对风机和水泵采取节能措施是十分必要的。
2.1变频调整节能原理
对动力设备的节能分析，关键要考虑电动机的调速方式。以水泵为例，调速问题主要归结为减速问题。根据风机的比例定律，对于风机和水泵，流体流量与转速成正比，即
（1）
扬程与转速的2次方成正比，即
（2）
功率与转速的3次方成正比，即
（3）
式中q、n、H和P――分别表示流量、转速、扬程和功率
2.2节能效益分析
由上面的公式可以分析：当转速减小时，电动机的功率将以其3次方的速率下降，因此变频调速的节电效果显著。如果流量由100%降低到70%，则转速相应降到70%，压力降到49%，而电极的功率降到34.3%，即节约电能65.7%，节能效果显著。目前，变频技术应用于风机、泵类设备驱动，取得了显著的节能效果，是一种理想的节能方式。
照明系统的优化设计
建筑照明节能主要有以下三种途径：一是充分利用自然采光，以降低白天时人工照明对能源的消耗；二是采用绿色照明产品质；三是公共场所采用智能化的照明控制系统来提高能源的利用率和降低能耗总量。
3.1充分利用自然光
充分利用自然光源是照明节能工程中的一个重要内容。白天尽可能利用天然光源，使建筑物内获得稳定的光照条件。自然光的利用分为两方面: 一是室内引入阳光, 提高白天阳光的利用率; 二是充分利用光能的转换, 白天积蓄能量, 晚上供应灯具照明用。
3.2 合理选用光源、灯具及附件
具体措施有以下三项：1）选择高效、节能、环保的光源，如细管、紧凑型荧光灯、高压钠灯、金属卤化物灯、中显钠金卤灯等；2）选用配光合理、效率高的灯具，如多平面反光镜定向射灯、蝙蝠翼配光灯具、块板式高效灯具等；3）节能镇流器的选用，按新的国际标准，不应选用传统电感镇流器，应按不同条件选用电子或节能电感型。
照明灯具的选择不仅与电气照明能耗有直接的关系，由于节能灯具功率的减小使它与配电变压器、输配电系统建造费、空调系统设备容量有紧密的联系。表2是某酒店照明节能及设备费比较技术参数：
从表2可看出，采用高效节能灯作为高级酒店照明光源，其建造费较低的。如果仅以一只白炽灯与一只高效节能灯来比较，当然是白炽灯便宜，但从整个工程建造费而言结论就恰好相反了。
3.3采用智能化的照明控制系统
采用智能化的照明控制系统，可以提高照明质量,减少不必要能源消耗，有利于照明的节能；同时可以延长灯具和电器附件的使用寿命，提高照明系统的可靠性；可以通过系统控制不同工作场合的照明模式，实现照明场景的多样化，以满足人们对照明舒适度和情趣的多种要求。
暖通空调控制系统的优化设计
公共建筑暖通空调系统的能耗至少占建筑总能耗的50%以上，系统节能潜力巨大。目前，暖通空调系统的自动控制基本上采用建筑设备自动化系统，简称BAS或BA系统。BA系统是智能建筑的特征之一，也是建筑节能的有效途径之一，节能效率达10%～30%。
4.1BA系统简介
BA系统是通过中央计算机系统的网络，将分布在各监控现场的区域智能分站连接起来，集中完成分散的操作和综合监控。系统中各子系统或设备应采用相同的通信接口，使用公开的通信协议，使系统具备集成和互操作能力。
4.2节能控制优化设计
BA系统控制方案的优化应将节约能耗和提高控制水平放在首位,对系统的结构和参数进行最佳匹配，使整体效能最佳。从整体上讲，暖通空调系统的自动控制应考虑下列策略：(1)机电设备启停优化控制；(2)变风量、变流量系统最优控制；(3)冬夏季部分负荷时水泵分设控制；(4)与冰蓄冷相结合的低温送风系统控制；(5)参数设定节能控制，包括温度标准设定、焓值控制、利用室内CO2浓度控制新风量等。
用户管理系统
电气设计完成以后，能不能在实际运行中起到节能的作用与使用者的管理水平是密不可分的。用户管理系统设置智能电力监控，负责电力能耗的在线监测和动态分析，其基本目标在于确保没有能源浪费以及将能源成本控制在预算范围之内。
用户管理系统主要用于以下几个方面：（1）高压监测功能。监视10kV高压配电柜进线、出线和母联断路器的开关状态及故障报警；（2）低压监测功能。实时检测回路的电流、电压、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电能、无功电能等电参数；（3）设备维修功能。根据历史记录、实际运行状况和检修条件，为设备检修提供建议；（4）预警记录功能。设定各电量参数的上下限值，在事故发生前提前报警,并根据不同类型的报警信号发出不同声音；（5）节能增效功能。通过调整尖峰谷平用电时间，优化电费成本；均衡负载，优化能耗分配。
结语
随着社会经济的快速发展，大型建筑不断涌现，精心进行节能设计，应用节能技术，选用高效节能设备，实现建筑的最大节能，具有重要的现实意义。同时，电气设计人员应增强理解电气节能设计在建筑节能中的作用，为建筑节能减排工作贡献力量。
参考文献：
中国建筑学会建筑电气分会．电气节能与太阳能应用技术．中国建筑工业出版社，2009．
洪元颐，李宏毅．建筑工程电气节能设计．中国电力出版社，2003．
乔世军，何 林．建筑节能电气设计技术措施．低温建筑技术，2006，5（113）：121-122．
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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