建筑電氣的設(shè)計(jì)與節(jié)能盧小軍武漢市政工程設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,湖北武漢市430023摘要:目前全世界都存在能源短缺,而我國(guó)又是一個(gè)能源消耗大國(guó),每年要從國(guó)外進(jìn)口大量的石油和天然氣等。我國(guó)人均資源和能源相對(duì)貧乏,不到世界人均水平的一半,而我國(guó)能源利用率又低,大約為百分之三十。我國(guó)單位建筑面積能耗相當(dāng)于發(fā)達(dá)國(guó)家的二到三倍,同時(shí)我國(guó)正處于城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速發(fā)展時(shí)期,每年以十幾億平方米的速度遞增。目前,我國(guó)建筑能耗約占全社會(huì)總能耗的27%左右(根據(jù)建設(shè)部和國(guó)家建材局的統(tǒng)計(jì))。到2020年,全國(guó)將新增建筑面積約200億平方米,建筑能耗占全社會(huì)總能耗的比例將更高。本文就建筑電氣設(shè)計(jì)及應(yīng)用情況進(jìn)行了研究,以此保障國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全、改善環(huán)境、増強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。關(guān)鍵詞:建筑電氣設(shè)計(jì)節(jié)能中圖分類(lèi)號(hào):TE08文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A1、建筑電氣節(jié)能的設(shè)計(jì)焦點(diǎn)分析(1)電動(dòng)機(jī)節(jié)能設(shè)計(jì)。降低電動(dòng)機(jī)電能損耗的主要途徑,是提高電動(dòng)機(jī)的工作效率和功率因數(shù)。在工程設(shè)計(jì)中,應(yīng)根據(jù)負(fù)荷特性考慮選擇更為省電的電動(dòng)機(jī),其關(guān)鍵在于明確負(fù)荷是斷續(xù)還是連續(xù)。斷續(xù)負(fù)荷時(shí),即在額定負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)采用常用電源,使電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。如果輕負(fù)荷時(shí)不能停止電動(dòng)機(jī)的工作,則應(yīng)考慮釆用調(diào)速裝置。當(dāng)需要低速運(yùn)行時(shí)考慮采用逆變器變頻裝置或其他方式調(diào)速。若為連續(xù)負(fù)荷,要了解電動(dòng)機(jī)的輸出功率是否與各種負(fù)荷相匹配,如果是風(fēng)機(jī)和泵等平方遞減負(fù)荷特性,在輕載時(shí)打開(kāi)風(fēng)門(mén)和閥門(mén),采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行可以節(jié)約電能(②)照明節(jié)能設(shè)計(jì)。一是改善照明器的控制方式。民用建筑應(yīng)采用各種節(jié)能型開(kāi)關(guān)或裝置,同一場(chǎng)所需求不同的區(qū)域可以采取分區(qū)安裝亮度不同的燈具。二是采用智能照明控制系統(tǒng)。通過(guò)系統(tǒng)控制不同工作場(chǎng)合的照明工作模式,在可以保證必要照明的同時(shí),有效地減少燈具的工作時(shí)間,延長(zhǎng)燈具的壽命,節(jié)省不必要的能源開(kāi)支,這也是照明控制系統(tǒng)節(jié)能的最大優(yōu)勢(shì)。三是充分利用自然光。自然光是綠色能源,目前利用自然光的方式主要有導(dǎo)光管法棱鏡多次反射法、光電效應(yīng)法。民用建筑設(shè)計(jì)時(shí)靠近室外部分的建筑面積,門(mén)窗尺寸應(yīng)盡量增加,玻璃門(mén)窗透光率也應(yīng)較好,讓更多的自然光照射到房間里。四是合理選用光源、燈具及附件。在選擇光源時(shí)參照《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50034-2004)的規(guī)定,并結(jié)合居住建筑設(shè)計(jì)的特點(diǎn),不應(yīng)采用白熾燈,使用提供高效光源、照明器反射面的反射比較高的燈具。燈具中國(guó)煤化工的選擇應(yīng)根據(jù)懸掛高度而定,一般在懸掛較高的場(chǎng)所,選用高壓CNMHG較低的場(chǎng)所照明采用熒光燈。同時(shí)熒光燈、金屬鹵化物燈應(yīng)配用電子鎮(zhèn)流器或節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器,使用電感鎮(zhèn)流器的氣體放電燈應(yīng)在燈具內(nèi)設(shè)置電容補(bǔ)償,熒光燈功率因數(shù)不低于0.9,金屬鹵化物燈功率因數(shù)不應(yīng)低于0.85(3)配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí),合理分配用電負(fù)荷、合理選擇變壓器容量和臺(tái)數(shù),使其工作在高效區(qū)內(nèi),可有效減小變壓器總損耗。另外,變配電所應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心位置,可以降低電能損耗,提高電壓質(zhì)量,節(jié)省線材。當(dāng)負(fù)荷率低于30%時(shí),應(yīng)按實(shí)際負(fù)荷換小容量變壓器;當(dāng)負(fù)荷率超過(guò)80%并通過(guò)計(jì)算不利于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí),可放大一級(jí)容量選擇變壓器。當(dāng)容量大而需要選用多臺(tái)變壓器時(shí),在合理分配負(fù)荷的情況下,盡可能減少變壓器的臺(tái)數(shù),選用大容量的變壓器。例如需要裝機(jī)容量為2000KVA,可選2臺(tái)1000KVA,不選4臺(tái)500KVA。因?yàn)榍罢呖倱p耗比后者小,且綜合經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)于后者。對(duì)分期實(shí)施的項(xiàng)目,宜采用多臺(tái)變壓器方案,避免輕載運(yùn)行而增大損耗;內(nèi)部多個(gè)變電所之間宜敷設(shè)聯(lián)絡(luò)線,根據(jù)負(fù)荷情況,可切除部分變壓器,從而減少損耗;對(duì)可靠性要求高、不能受影響的負(fù)荷,宜設(shè)置專用變壓器。(4)合理計(jì)算用電負(fù)荷。由于一般工程的干線、支線等線路總長(zhǎng)度動(dòng)轍數(shù)萬(wàn)米,線路上的總有功損耗相當(dāng)可觀,所以,減少線路上的損耗必須引起設(shè)計(jì)足夠重視。同時(shí)隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展,人們的生活水平提高,用電負(fù)荷不斷增加,特別是大功率家用電器的使用,提出了如何計(jì)算用電負(fù)荷問(wèn)題。用電負(fù)荷計(jì)算方法宜按照以下原則選取。一是對(duì)于住宅建設(shè),在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段均可采用單位指標(biāo)法和單位面積法。二是在方案設(shè)計(jì)階段可以采用單位指標(biāo)法。三是在初步設(shè)計(jì)階段與施工圖設(shè)計(jì)階段,宜采用需要系數(shù)法。用電負(fù)荷計(jì)算方法選擇得當(dāng),會(huì)達(dá)到節(jié)約成本、節(jié)材、節(jié)能的目的。相反,如果選擇不當(dāng),會(huì)帶來(lái)不必要的投資與能源浪費(fèi)。2、建筑電氣節(jié)能應(yīng)用策略(1)高效光源、高效燈具和節(jié)能控制措施。首先,對(duì)于住宅公共部分節(jié)能控制措施即是指采用節(jié)能自熄開(kāi)關(guān)。由于住宅公共部分是無(wú)人值守的,所以燈具在人來(lái)時(shí)點(diǎn)亮,人去時(shí)熄滅是很重要的。其次,照明節(jié)能工程中的一個(gè)較為主要的內(nèi)容是如何充分利用天然光源。在照明節(jié)能的實(shí)施工程中,應(yīng)當(dāng)充分加以利用,制定建筑物的采光標(biāo)準(zhǔn),確定采光方式,將采光和照明有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。第三,高效光源顧名思義具有高光效,顯色好等優(yōu)點(diǎn)。試驗(yàn)證明,白熾燈百分之九十的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊彷椛?只有百分之十的電能轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢?jiàn)光,而這種熱輻射性又往往帶來(lái)火災(zāi)隱患。LED、LⅦ等節(jié)能燈均為高效光源,應(yīng)積中國(guó)煤化工(2)供配電系統(tǒng)的節(jié)能措施。這主要提在運(yùn)輸、轉(zhuǎn)換等YHaCNMHG法主要有以下途徑。第一,慎重選用供電電壓。在相同的供電情況下,電壓越高,電能的損失越少。第二,變壓器型號(hào)及容量選擇合理,變壓器使用數(shù)量據(jù)實(shí)際建筑物所需采購(gòu),不可浪費(fèi),變壓器應(yīng)盡量選用SCB10、SCB11等節(jié)能型變壓器。目前新型的節(jié)能變壓器:非晶合金變壓器應(yīng)運(yùn)而生,它采用非晶合金帶材制作鐵芯,替代傳統(tǒng)硅鋼片鐵芯,其能耗比普通硅鐵變壓器降低60—80%,具有很好的節(jié)能效果,但是其前期投資相對(duì)普通硅鐵變壓器高,不過(guò)節(jié)省的電費(fèi)5年可以將初次投資增加的成本回收,經(jīng)濟(jì)性非常顯著。第三,電纜電線的選擇也直接影響著節(jié)能情況,由于線路損耗△P∝R,而R=p.L/S,則線路損耗△P與其電導(dǎo)率p、長(zhǎng)度L成正比,與其截面S成反比。選用電導(dǎo)率p較小的材質(zhì)做導(dǎo)線。銅芯最佳,但又要貫徹節(jié)約用銅的原則。因此,在負(fù)荷較大的一類(lèi)、二類(lèi)建筑中采用銅導(dǎo)線,在三類(lèi)或負(fù)荷量較小的建筑中可采用鋁芯導(dǎo)線。同時(shí)減小導(dǎo)線長(zhǎng)度L,變配電所應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心,以縮短線路供電距離,減少線路損失。低壓線路的供電半徑一般不超過(guò)200m,當(dāng)建筑物每層面積不少于10000m2時(shí),至少要設(shè)兩個(gè)變配電所,以減少干線的長(zhǎng)度。還可以適當(dāng)增大線纜截面S,對(duì)于比較長(zhǎng)的線路,在滿足載流量、動(dòng)熱穩(wěn)定、保護(hù)配合、電壓損失等條件下,可根據(jù)情況再加大一級(jí)線纜截面。假定加大線纜截面所增加的費(fèi)用為M,由于節(jié)約能耗而減少的年運(yùn)行費(fèi)用為m,則M/m為回收年限,若回收年限為幾個(gè)月或一、二年,則應(yīng)加大一級(jí)導(dǎo)線截面。一般來(lái)說(shuō),當(dāng)線纜截面小于70mm2,線路長(zhǎng)度超過(guò)100m時(shí),增加一級(jí)線纜截面可達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的節(jié)能效果。合理調(diào)劑季節(jié)性負(fù)荷、充分利用供電線路。如將空調(diào)風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)盤(pán)管與一般照明、電開(kāi)水等計(jì)費(fèi)相同的負(fù)荷,集中在一起,采用同一干線供電,既可便于用一個(gè)火警命令切除非消防用電,又可在春、秋兩季空調(diào)不用時(shí),以同樣大的干線截面?zhèn)鬏斴^小的負(fù)荷電流,從而減小了線路損耗。第四,整體功率因素的把握,適當(dāng)情況下可提高功率因素。M=3810°g0。由上式可以看出,在系統(tǒng)有功功率P一定的情況下,cosφ越高(即減少系統(tǒng)無(wú)功功率Q),功率損耗ΔP將越小,所以,提髙系統(tǒng)功率因素、減少無(wú)功功率在線路上傳輸,可減少線路損耗,達(dá)到節(jié)能的目的。(3)科學(xué)合理地利用太陽(yáng)能照明技術(shù)與產(chǎn)品。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,社會(huì)的進(jìn)步,人們對(duì)能源提出了越來(lái)越高的要求,尋找新能源成為當(dāng)前人類(lèi)面臨的迫切課題。由于太陽(yáng)能發(fā)電具有火電、水電、核電所無(wú)法比擬的清潔性、安全性、資源的廣泛性和充足性等優(yōu)點(diǎn),太陽(yáng)能被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最重要的能源。首先,太陽(yáng)能是無(wú)處不有、取之不盡、用之不竭的清潔能源。太陽(yáng)能照明技術(shù)的開(kāi)發(fā)利用,減少?gòu)U氣排放,可節(jié)省資源,減少對(duì)地球資源的使用和破壞,保護(hù)地球環(huán)境?？茖W(xué)合理地利用太陽(yáng)能照明在節(jié)能、環(huán)保方面具中國(guó)煤化工陽(yáng)能技術(shù)是利用電池組件將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿募夹g(shù),太陽(yáng)能CNMHG光伏發(fā)電系統(tǒng),將入射的太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能,提供給照明負(fù)荷。我國(guó)加入WTO后,我國(guó)在建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)領(lǐng)域中面臨著新的挑戰(zhàn),因?yàn)閲?guó)外的設(shè)計(jì)公司在設(shè)計(jì)過(guò)程中十分重視環(huán)保和節(jié)能,如果我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中不重視節(jié)能,就有可能被淘汰出局。對(duì)于設(shè)計(jì)者而言,就是要合理的選用設(shè)備(變壓器,電動(dòng)機(jī),電纜,照明光源等),合理確定供電電壓等級(jí)以及采用新材料,新技術(shù)等。目前已成功地把太陽(yáng)能組件和建筑構(gòu)件加以整合,如太陽(yáng)能屋面(頂)、墻壁及門(mén)窗等,實(shí)現(xiàn)了“光伏一建筑照明一體化(BIPV)”。(4)照明系統(tǒng)的節(jié)能。(a)減少設(shè)備使用時(shí)間。在設(shè)計(jì)的時(shí)候,樓梯間,走廊這樣的公共場(chǎng)所可采用自動(dòng)控制的方式,做到人來(lái)燈亮,人走燈滅,考慮到線路損耗。對(duì)于面積小的房間可采用一燈一控或二燈一控,面積較大的房間采用多燈一控的方式,同時(shí),設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分利用天然光,建筑物靠近室外的部分,在建筑物結(jié)構(gòu)允許的情況下,門(mén)窗盡可能開(kāi)的大些,門(mén)窗的玻璃采用選用透光率高的,以充分利用自然光的,靠近室外的部分,可用導(dǎo)光管,反射高窗或棱鏡窗將光線引入需要陽(yáng)光的地方,以最大限度地減少照明設(shè)備的使用時(shí)間。(b)提高光源的利用效率。首先要改善環(huán)境的反射條件,即建筑物內(nèi)的墻壁,天頂,地面以及家具的表面盡量光滑,色彩盡量選用淺色,當(dāng)然考慮到健康因素,屋頂和墻面的光反射系數(shù)宜在55%-60%之間,地面宜為15-35%。其次用高效光源,首選發(fā)光率高的光源,這些光源節(jié)能效果及光效都非常顯著,因此能夠在照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)達(dá)到節(jié)能的目的。(c)控制照明器的數(shù)量。在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮建筑類(lèi)型及功能的實(shí)際需要,按照我國(guó)照度標(biāo)準(zhǔn)確定最合適的照明,并且要結(jié)合房間面積確定照明器藪量及布置,在這方面,我們可以利用先進(jìn)的照明設(shè)計(jì)軟件做岀精確的計(jì)算,以確定燈具的最為合理的布置,在滿足舒適的前提下,最大限度減少照明器的使用。3、結(jié)語(yǔ)總之,建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)直接關(guān)系到整個(gè)建筑物的施工與項(xiàng)目運(yùn)行,同時(shí)貫穿于整個(gè)決策、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)。因此,只有采取合理的設(shè)計(jì)方案,應(yīng)用合理的節(jié)能器具以及優(yōu)化節(jié)能措施,才能實(shí)現(xiàn)建筑電氣節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展參考文獻(xiàn):[門(mén)]中國(guó)航空工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)第三版[M].北京:中國(guó)電力出版社,2005[2]李蔚.建筑電氣設(shè)計(jì)常見(jiàn)及疑難問(wèn)題解析第一版[M.北京:中國(guó)建筑工業(yè)岀版社中國(guó)煤化工CNMHG[3]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ16-2008民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范[s].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008中國(guó)煤化工CNMHG