建筑电气设计中的节能问题探究

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　　摘要：建筑电气节能设计有利于节约能源，缓解我国能源资源供应与社会经济发展的矛盾，加快发展循环经济，实现我国国民经济的可持续发展。
　　关键词：建筑电气；节能；设计
　　
　　我国正处于城镇化建设的快速发展时期，已建项目的总建筑面积约为400亿平方米，每年还以十几亿平方米的速度递增。目前，我国建筑能耗约占全社会总能耗的27％左右（根据建设部和国家建材局的统计）。到2020年，全国将新增建筑面积约200 亿平方米，建筑能耗占全社会总能耗的比例将更高。作为二次能源的电能，如何降低损耗、高效利用，如何将节能技术合理应用到工程项目当中，已为建筑电气设计的焦点。
　　一、电气节能设计应遵循的原则
　　1、满足建筑物的功能
　　这主要包括：满足建筑物不同场所、部位对照明照度、色温、显色指数的不同要求；满足舒适性空调所需要的温度及新风量；满足特殊工艺要求。
　　2、考虑实际经济效益
　　节能应考虑国情以及实际经济效益，不能因为追求节能而过高地消耗投资，增加运行费用，而是应该通过比较分析，合理选用节能设备及材料，使增加节能方面的投资，能在几年或较短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。
　　3、节省无谓消耗的能量
　　节能的着眼点，应是节省无谓消耗的能量。设计时首先找出哪些方面的能量消耗是与发挥建筑物功能无关的，再考虑采取什么措施节能。
　　二、供配电系统的节能设计
　　1、合理使用变压器
　　合理选择配电变压器的容量是变压器经济运行的要求，而变压器容量太小易引起过负荷运行，过载损耗易增加；变压器容量太大，不能被充分利用，空载损耗易增加。因此，根据实际负荷确定配电变压器的容量，以确保变压器运行在最佳负荷状态，即变压器的负荷率不应低于 30%，宜工作在 70% -80%的范围之内。同时选择节能型变压器并根据企业用电特点可选择较为灵活的接线方式。
　　2、减少线路损耗
　　①尽量减少导线长度，在设计中，低压柜、配电箱出线回路尽量走直线，不走或少走回头线，变配电所应尽可能靠近负荷中心。低压线路的供电半径不宜超过 200m，大负荷密集地区供电半径不宜超过 100m，中负荷密集地区供电半径不宜超过150m，小负荷地区供电半径不宜超过 250m，这样可以减少电缆（线）长度，实现供电距离最短。
　　②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，应加大一级线缆截面这样增加的线路费用，可在减少年运行费用中得到补偿，估计在 2 -3 a 内可收。
　　③在高层建筑中，变配电室应靠近电气竖井，以减少主干线缆的长度。对面积大的高层建筑，应将电气竖井尽可能设在建筑物的中部（或两端），以便减少水平线缆的敷设长度，
　　3、合理进行无功补偿
　　在供配电系统中许多用电设备，如电动机、变压器、镇流器及大多数家用电器均为电感性负荷，会产生无功电流，它要流过高低传输线路，使线路产生功率损耗，所以在供配电系统设计时，要考虑采用电容柜对系统进行集中补偿或就地补偿，从而达到减少整体无功电流，提高功率因数的目的，当功率因数由 0.7 提高到 0.9 时，线路损耗可减少约 40% 设计选用功率因数的大小应满足电力部门的要求，当无明确要求时，高压用户的功率因数为 0.9 以上，低压用户的功率因数为 0.85 以上可见，对供配电网络实行无功功率补偿，既可改善电能质量，提高供电能力，更能节电降耗。
　　三、电气照明系统的节能设计
　　1、选用高效光源
　　按工作场所的条件，选用不同种类的高效光源，可降低电能消耗，节约能源。其具体要求如下：
　　一般室内场所照明，优先采用荧光灯或小功率高压钠灯等高效光源，推荐采用T5 细管、U 型管节能荧光灯，以满足《建筑照明设计标准》 （GB50034-2004）对照明功率密度（LPD）的限值要求。不宜采用白炽灯，只有在开合频繁或特殊需要时，方可使用白炽灯，但宜选用双螺旋（双绞丝）白炽灯。
　　高大空间和室外场所的一般照明、道路照明，应采用金属卤化物灯、高压钠灯等高光强气体放电灯。
　　气体放电灯应采用耗能低的镇流器，且荧光灯和气体放电灯，必须安装电容器，补偿无功损耗。
　　2、选用高效灯具
　　除装饰需要外，应优先选用直射光通比例高、控光性能合理；反射或透射系数高、配光特性稳定的高效灯具。
　　采用非对称光分布灯具。由于它具有减弱工作区反射眩光的特点，在一定的照度下，能够大大改善视觉条件，因此可获得较高的效能。
　　选用变质速度较慢的材料制成的灯具，如玻璃灯罩、搪瓷反射罩等，以减少光能衰减率。
　　室内灯具效率不应低于70％（装有遮光栅格时，不应低于55％）；室外灯具效率不应低于40％（但室外投光灯不应低于55％）。
　　3、选用合理的照明方案
　　①采用光通利用系数较高的布灯方案，优先采用分区一般照明方式。
　　②在有集中空调且照明容量大的场所，采用照明灯具与空调回风口结合的形式。
　　③在需要有高照度或有改善光色要求的场所，采用两种以上光源组成的混光照明。
　　④室内表面采用高反射率的浅色饰面材料，以更加有效地利用光能。
　　4、照明控制和管理
　　①充分利用自然光，根据自然光的照度变化，分组分片控制灯具开停。设计时适当增加照明开关点，即每个开关控制灯的数量不要过多，以便管理和有利节能。
　　②对大面积场所的照明设计，采取分区控制方式，这样可增加照明分支回路控制的灵活性，使不需照明的地方不开灯，有利节电。
　　③有条件时，应尽量采用调光器、定时开关、节电开关等控制电气照明。公共场所照明，可采用集中控制的照明方式，并安装带延时的光电自动控制装置。
　　④室外照明系统，为防止白天亮灯，最好采用光电控制器代替照明开关，以利节电。
　　⑤在插座面板上设置翘板开关控制，当用电设备不使用时，可方便切断插座电源，消除设备空载损耗、达到节电的目的。
　　三、智能控制设计
　　设计一种新的智能控制产品，首先应该根据结构性能要求和电性能要求进行选型，选材，并且根据设计经验制定出初始的设计方案。然后才能根据优化原则对其进行优化，如保证结构的强度、刚度和稳定的条件下，减轻重量，合理的分配材料，使结构的变形小，应力分布均匀，以及抗振性能强等 例如智能电源设计：ANSYS中优化设计的过程是一系列的分析――评估――修正的循环过程，即对于初始设计进行分析，对分析结果就设计要求进行评估，然后修正设计。这一循环过程重复进行，直到所有的设计要求都满足为止。参数化设计变量是指给结构的几何参数（长度、面积、角度等）、结构所受的载荷（集中力、均布力等）、分析所需用到的物理量（杨氏弹性模量、泊松比、密度等）赋值，设计变量的初值在计算的开始会用到，在优化循环过程中会被改变，
　　优化设计中构建有限元模型的过程与其它分析基本相同，但值得注意的是必须采用参数化建模，即给设计变量赋值时必须用参数代替具体的取值。后处理阶段提取计算结果并赋值给相应的参数。前处理、求解、后处理三个阶段的代码合称为分析文件。优化过程中每循环一次，ANSYS 程序就调用一次分析文件。
　　四、结束语
　　总之，建筑电气节能潜力很大，应在设计时精心考虑可行的技术措施，提高资源利用效率。应在设计中比较方案，从安全性、经济性和高效性等方面进行综合考虑，选用节能的控制设备、电气产品，选择合理的供配电方案等，减少中间过程的各种损耗，以达到真正节能的目的，为提高社会效益以及经济效益作贡献。

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