可持續(xù)發(fā)展背景下建筑電氣系統(tǒng)節(jié)能措施研究

賀 橋

（重慶市規(guī)劃設計院，中國 重慶 401120）

0 引言

現(xiàn)代建筑中廣泛采用了變壓器、空調(diào)、電動機、照明、電梯等耗能系統(tǒng)，建筑作為我國一個重要的能耗源，對其節(jié)能方法和節(jié)能措施的研究已是刻不容緩。目前我國還處在一個比較初級的發(fā)展階段，必須采取相應的措施來解決這個重要的問題。

1 對建筑電氣系統(tǒng)的優(yōu)化設計

設計單位應要求設計人員設計的每項電氣分項工程，都有較詳細的電氣負荷計算書和采取了哪些節(jié)能措施。另外，系統(tǒng)在確定設計方案時，要按照“以人為本”的設計思路，做任何項目設計之前，都要深入現(xiàn)場，與業(yè)主進行有效溝通，結合工程的具體情況，根據(jù)負荷特點、建筑使用功能要求、建筑物的結構特征和周圍環(huán)境特點等多方面綜合考慮，經(jīng)過全面技術分析比較后確定出最佳的設計方案。要及時掌握各種節(jié)能新技術的原理，在設計中適當采用以獲得巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。政府有關職能部門應加強對建筑電氣設計項目的審核管理，可以委托相關技術部門如學會等對設計圖紙文件進行嚴格審查，對未達到國家有關節(jié)能標準的設計嚴禁施工建設。

2 合理選擇變壓器的規(guī)格、型號

變壓器中存在著阻抗，它們消耗、浪費大量的電能。為了節(jié)約電能，減少電路電能損耗，可以考慮適當降低變壓器的負載率，但是這樣勢必造成工程初始投資提高。變壓器節(jié)能的實質(zhì)就是:降低其有功功率損耗、提高其運行效率。配電變壓器低壓側輸出電網(wǎng)，宜盡可能形成環(huán)形網(wǎng)絡，以便能隨負荷變化而采取及時切換，或決定投入運行的變壓器臺數(shù)，且又不影響各環(huán)節(jié)所需電力供應。對于季節(jié)性變化負荷，可以采取并聯(lián)運行的方法來減少電能損耗，但對于晝夜變化大的負荷，采取上述方法降低變壓器電能損耗是不合理的，因為這將使變壓器的開關操作次數(shù)過多，增加開關檢修量。鐵芯是變壓器電磁交變，會因其材質(zhì)結構產(chǎn)生磁滯和渦流損耗。非晶態(tài)合金應用于電力變壓器的鐵芯，具有特殊的磁特性，它與普通材料相比，同容量時可降低75%-80%的損耗。目前已逐步推廣。

2.1 減小變壓器的有功損耗

變壓器的有功功率損耗如下式表示:

△Pb=P0+Pk+β2

△Pb是變壓器的有功損耗。β是變壓器的負載率。P0為空載損耗又稱鐵損，它由鐵心的渦流損耗及漏磁損耗組成，其值與硅鋼片的性能及鐵心制造工藝有關，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，而與負荷大小無關。它可以由變壓器空載實驗測定。

2.2 提高變壓器的負載率

當對Pkβ2用微分求極值，在β=50%處，變壓器每千瓦的負載能耗最小。因此在20世紀80年代初、中期設計的大型建筑，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。這種做法一直沿襲至今，這僅是為了節(jié)能，而沒有考慮經(jīng)濟價值。

2.3 盡量選用大容量的變壓器

合理選擇變壓器容量，應使變壓器在運行時的負載率盡可能接近最佳負載率，這是提高變壓器的技術經(jīng)濟效益和搞好變壓器節(jié)能的根本性措施。

3 合理選擇電線和電纜

3.1 減小導線長度

第一，線路盡可能走直線，少走彎路以減少導線長度;第二，低壓線路應不走或少走回頭線，以減少來回線路上的電能損失;第三，變壓器盡量接近負荷中心，以減少供電距離，當建筑物每層平面在10000平方米左右時，至少要設2兩個變配電所，以減少干線的長度;第四，在高層建筑中，低壓配電室應靠近豎井，而且由低壓配電室提供給每個豎井的干線，不至于產(chǎn)生支線沿著干線倒送的現(xiàn)象。

3.2 增大導線截面

首先，對于比較長的線路，除滿足載流量、熱穩(wěn)定、保護的配合及電壓損失所選定的截面，再加大一級導線截面，所增加的費用為M，由于節(jié)約能耗而減少的年運行費用為m，則M/m為回收年限，若回收年限為幾個月或一、二年，則應加大一級導線截面。一般而言，導線截面小于70平方厘米，線路長度超過100米的增加一級導線截面比較容易實現(xiàn)上述條件。其次，利用某些季節(jié)性負荷的線路，這些用戶不用時，可提供給常期用戶作供電線路使用，以減少線路和電阻。

4 電動機節(jié)能的途徑

減少電動機電能損耗的主要途徑是提高電動機的工作效率和功率因數(shù)。在建筑工程中應選用高效率的電動機。選擇電動機類型時，必須正確掌握負荷特性，弄清楚負荷是連續(xù)的還是斷續(xù)的。若為連續(xù)負荷，要了解電動機的輸出功率是否與各種負荷相匹配，如果是風機和泵等平方遞減負荷特性，在輕載時打開風門和閥門，采用調(diào)速電動機在低速運行，可以節(jié)約電能。斷續(xù)負荷時，要了解輕負荷時能否停止電動機的運行，或運行中能否把多余的能量釋放出來。如果即使輕負荷時也不能停止電動機的工作，則應考慮采用交流變頻調(diào)速裝置。

在民用建筑中，動力負荷主要是風機和水泵電動機類，有資料顯示星級酒店中水泵的能耗占總能耗的30%，所以對風機和水泵采取節(jié)能措施是十分必要的，而一般水泵電動機的容量是根據(jù)可能出現(xiàn)的最大負荷來選擇的。而水泵在運行過程根據(jù)需求情況水流量是變化的。水泵的工作特性是流量與轉速成正比，揚程與轉速平方成正比，軸功率與轉速立方成正比。當流量減少一半時采用調(diào)速的方法將電動機的轉速降低一半，則這時電動機的軸功率只是額定功率的1/8，對于需要變流量運行的水泵采用調(diào)速技術可大幅度的降低能耗。目前變頻調(diào)速是一種高效能的調(diào)速方式，可以在保持正常轉差率下運轉實現(xiàn)無級調(diào)速，可以在低速運行時使電動機輸出最大轉矩不變，起到了節(jié)能降耗的目的。

5 提高功率因數(shù)

在民用建筑中，為減少無功功率流動引起的損耗，應改變電容器集中安裝的做法，對容量超過10kW的風機、水泵、傳送帶等，電動機端設置就地補償裝置。對空調(diào)主機及冷凍泵等，常在其附近設專用變配電所，可以集中補償。但若供電距高超過20m時，也最好采用就地補償。

電動機就地補償裝置的接線有兩種方式。一是并接在熱元件的一次線之后，熱元件的整定電流應按補償后的電機工作電流計，這種接線適合新安裝的電機;另一種是裝補償電容器于接觸器主接點之后，熱元件一次線圈之前，熱元件的整定電流不計補償?shù)挠绊?，適合于進行改造的電機接線。這樣做可使電容器與電動機一起投切。

負荷較平穩(wěn)的電動機采用就地補償，因為負載變動時，電動機端電壓也變化，使電容器放電沒有完成又開始充電，這時，電容器會產(chǎn)生無功浪涌電流，易使電機產(chǎn)生過電壓而損壞。因此斷續(xù)負載，如電梯、自動扶梯、自動步行道等不應在電動機端加裝補償電容器。

6 合理選擇節(jié)能光源

眾所周知，合理選擇節(jié)能燈具是建筑照明實現(xiàn)節(jié)能的重要措施，熒光燈是應用廣泛，用量最大的氣體放電光源，它具有結構簡單、光效高、發(fā)光柔和、壽命長、無頻閃和無電磁輻射等優(yōu)良性能，把它應用到建筑物照明中會取得良好的照明和節(jié)電效果。熒光燈的發(fā)光效率是白熾燈的4～5倍，壽命是白熾燈的7～8倍，是高效節(jié)能光源。

7 結束語

總之，我國正處于大量消耗自然資源、原材料以支撐經(jīng)濟高速增長的工業(yè)化時期，能源對經(jīng)濟增長的約束作用已經(jīng)開始顯現(xiàn)，節(jié)能成為關系到我國國計民生的大事。

[1]狄全熙,呂巖.建筑電氣節(jié)能設計的研究[J].內(nèi)蒙古石油化工,2008(6):89-91.

[2]盧若凡.建筑電氣節(jié)能設計[J].四川建材,2005(3):322-323.