分析：建筑电气节能技术

节约能源、保护环境是我国长期的重大方针，也是全世界所关注的重要课题。建筑节能已成为时代的需要，而电气节能是建筑节能的组成部分。这样就要求电气设计人员在设计过程中，应进行方案比较，从可靠性、经济性及节能等方面进行综合考虑，通过合理的运行方案减少不必要的能源损耗。本期专题从多个方面探讨建筑电气节能技术，以期对电气设计人员有所帮助。

建筑电气节能设计首先应遵循的三个原则。

（1）满足建筑物的功能

满足照明的照度、色温、显色指数；满足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；满足特殊工艺要求，如娱乐场所一些电气设施的用电、展厅的工艺照明及电力用电等。

（２）考虑实际经济效益

节能应考虑国情及经济效益，不能因为节能而过高地消耗投资，增加运行费用。而是应该让增加的投资在几年或较短的时间内用节能效益进行回收。

（３）节省无谓消耗的能量

节能的着眼点应是节省无谓的能量。首先找出哪些地方的能量消耗与发挥建筑物功能无关，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；又如量大面广的照明容量，要采用先进技术使其能耗降低。因此，节能措施也应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。

接下来从多个方面对建筑电气节能技术进行剖析。

一、负荷计算

负荷计算是电气设计的基础工作，如果负荷计算不准确，不仅会造成设备选择不合理，还会出现供配电系统运行存在安全隐患。实际工程中较多出现负荷计算过大的问题，直接造成一次投资过大，运行成本较高。

规划阶段负荷计算一般选用符合密度法；方案设计阶段负荷计算一般选用单位指标法；施工图设计阶段负荷计算一般选用需用系数法。

规划单位建设用地负荷指标如表1所示。

表1 规划单位建设用地负荷指标

规划单位建筑面积负荷指标如表2所示。

表2 规划单位建筑面积负荷指标

各类建筑物的用电指标如表3所示。

表3 各类建筑物的用电指标

用电设备的需用系数及功率因数如表4所示。

表4 用电设备的需用系数及功率因数

二、提高系统的功率因数

提高功率因数能给节能带来可观的效益，功率因数越小，变压器实际的可输出有功功率越小。

变压器实际输出功率与功率因数呈线性递减关系。功率因数为0.9时，变压器实际出力减少10%；功率因数为0.8时，变压器实际出力减少20%；当功率因数等于1时，变压器输出功率可达到额定容量。

因此，应合理选择变压器容量、线缆及敷设方式等措施，减少线路感抗以提高用户的自然功率因数。当采用提高自然功率因数措施后仍达不到要求时，应进行无功补偿。10kV及以下无功补偿宜在配电变压器低压侧集中补偿，且功率因数不宜低于0.9.高压侧的功率因数指标，应符合当地供电部门的规定。

电容器的安装容量可按下列计算：

1）35kV变电所可按变压器容量的10%～30%计。

2）10kV、20kV变电所可按变压器容量的20%～30%计。

三、降低变压器损耗

非晶合金铁芯变压器，具有低噪音、低损耗等特点，其空载损耗仅为常规产品的五分之一，且全密封免维护，运行费用极低。选用节能型变压器，更换或改造高能耗的变压器。新建或改建工程应选用SL7、S9、SC(B)9、SGB10及SGB11-R等型号的节能型变压器。与传统产品相比，SL7无励磁调压变压器，10kV系列的空载损失和短路损失分别降低41.5%和13.9%；S9系列变压器与SL7系列变压器相比，其空载损失和短路损失又分别降低5.9%和23.3%。SGB11-R系列卷铁心干式变压器比SC(B)9系列变压器空载损耗降低40%，空载电流降低70%～85%；比SGB10系列变压器空载损耗降低24%，负载损耗降低11.7%。S11系列是目前推广应用的低损耗变压器，空载损耗较S9系列低75％左右，其负载损耗与S9系列变压器相等。

变压器的负荷率较低时，变压器自身损耗所占的比例较大，变压器效率较低；变压器的负载率在40%～70%之间，其效率最高，自身损耗最小；负载率过高，损耗明显增大。

四、配电线路的节能设计

减少供配电线路损耗线损是供配电线路经济运行的重要指标,由于配电线路有电阻,有电流通过时就会产生功率损耗。在具体工程中,线路上电流一般是不变的,那么要减少线损,只能尽量减少线路电阻。

1）尽量选用电阻率ρ较小的导线,如铜芯导线较佳,铝线次之。

2）尽可能减少导线长度,在设计中线路应尽量走直线少走弯路,另外在低压配电中尽可能不走或少走回头路。变电所应尽可能地靠近负荷中心,以减少供电半径。

3）增大导线截面积,对于较长的线路,在满足载流量,热稳定,保护配合及电压降要求的前提下,在选定线截面时加大一级线截面。这样增加的线路费用,由于节约能耗而减少了年运行费用,综合考虑节能经济时还是合算的。

五、电气照明的节能

卤钨灯和白炽灯光效很低，寿命短，综合能效低下。高压钠灯、三基色荧光灯和高频无极灯综合能效较高，应大力推广。

细管荧光灯较粗管荧光灯在光效、汞的用量等方面有不可比拟的优势，用细管荧光灯取代粗管荧光灯的节能效果十分显著。长管荧光灯比短管荧光灯的光效高约17%，综合能效高约45%。

开敞式灯具由于没有遮挡，灯具发出的光能较多，其效率理应最高。如果眩光、美观、安全能满足要求，尽量选用开敞式灯具。

对于体育照明用的高强度气体放电灯，通常选用金属卤化物灯，其灯具效率建议不低于70%。

采用智能照明节能控制系统对灯具进行控制，可以起到显著的节能效果。智能照明控制系统是一个总线型式的标准局域网络。它由系统单元、输入单元和输出单元三部分组成。所有的单元器件（除电源外）均内置微处理器和存储单元，由一根五类数据通信线（或光纤）将控制器件连接起来组成“手牵手”的网络。除电源设备外，每一单元设置唯一的地址，并用软件设定其功能。智能照明节能控制系统优越性有以下几点：

1）照明设施控制系统能够通过合理的管理，利用智能时钟管理器可以根据不同日期、不同时间按照各个功能区域的运行情况预先进行光照度的设置，不需要照明时，保证将灯关掉；在大多数情况下，很多区域其实不需要把灯全部打开或开到最亮，照明设施控制系统能用最经济的能耗提供最舒适的照明；在一些公共区域如会议室、休息室等，利用动静探测功能在有人进入时才把灯点亮或切换到某种预置场景。

2）智能照明控制系统自动调节照度的方式，可以充分利用室外的自然光，只有必需时才把灯点亮达到要求的亮度，节电效果十分明显。

3）智能照明控制系统能成功地抑制电网的冲击电压和浪涌电压，还可通过系统人为地确定电压限制，提高灯具寿命。采用软启动和软关断技术，避免开启灯具时电流对灯丝的热冲击，使灯具寿命进一步延长。

六、风机、水泵的节能

民用建筑中，风机和水泵是用量最多的动力设备之一，其节能意义重大。

风机、水泵的轴功率与其转速的三次方成正比。如果转速不变，风机、水泵的轴功率与风机风压、泵扬程成正比。因此，从节能角度考虑，当需要改变风机或水泵的流量时，不应采用常规改变风门或阀门开度的方法进行调节，而应当采用改变电动机转速的方法调节流量，以达到节能的目的。当转速降低到额定转速的一半时，实际功率只有额定功率的12.5%，节能效果非常可观。

交流异步电动机的调速方法有以下几种：

1）改变交流电动机的定子频率。

2）改变电动机磁极对数。

3）调节异步电动机的转差率。

具体调速的方法有变压、电磁转差离合器、双馈电机调速、变极对数、变频变压等。

水泵、风机系统调节方式，取决于：工作流量变化规律；管路性能曲线的静扬程所占全扬程的比例；泵或风机容量的大小；调节装置价格高低、可靠性、调节效率及功率因数特性等。全面衡量后选用最合适的调节方式，必要时进行全面的经济技术分析比较。

七、电梯节能技术

电梯动力系统节能技术可通过电梯再生能量回馈实现，将运动中负载的机械能通过变频器变换成电能并回送给交流电网，或供附近其他用电设备使用，使电机拖动系统在单位时间消耗电网电能下降。普通的变频器大都采用二极管整流桥将交流电转化成直流，然后采用IGBT逆变技术将直流转化成电压、频率都可调整的交流。这种变频器只能工作在电动状态，所以称之为二象限变频器。由于二象限变频器采用二极管整流桥，无法实现能量的双向流动，没有办法将电机回馈系统的能量送回电网。在某些电动机要回馈能量的应用中，如电梯、提升设备、离心机系统，只能在二象限变频器上增加电阻制动单元，将电动机回馈的能量消耗掉。

IGBT功率模块可以实现能量的双向流动，如果采用IGBT为整流桥，用高速度、高运算能力的DSP产生SPWM控制脉冲。一方面可以调整输入的功率因数，消除对电网的谐波污染，让变频器真正成为绿色产品；另一方面可以将电动机回馈产生的能量返送到电网，达到节能的效果。

节能控制方案如下：

1）电动机发电的电能不是通过电阻热耗，而是通过直流侧电能并联控制系统，将发电的能量合理分配给其他用电电梯，从而实现节能的目的。

2）当发电能量过剩时，电动机发电的电能不是通过电阻热耗，而是通过整流逆变器再将这部分电能回馈给电网。

3）某一时刻电梯总用电大于总发电电能时，采用直流电能并联控制方案，只有在直流侧并联控制能量过剩时，才采用回馈控制。

4）当有一部电梯处于回馈能量状态时，其他所有电梯的整流功能全部停止，即整流与回馈不能同时进行，避免环流发生。

5）当控制系统发生故障或有突发情况发生时，可切断控制器使一部或几部电梯单独运行，此时电梯变频器直流侧不再并联，电梯制动产生的电能直接回馈给电网。

当然，电梯制动产生的电能必须符合国家电网公司的要求后方可并网。