试论建筑电气设计中的节能方式

　

摘要： 文章阐述了建筑电气设计中的节能原则、节能方法，从变压器容量选择、功率因数补偿、照明调光设备、电动机起动设备选择等方面，论述电气设计中的几种节能方法。

关键词：电气节能　变压器损耗　功率因数　照明节能　变频调速　软起动器
　　由于人口的增加，工业的发展，生活水平的提高，能源的消耗也就急剧增加，能源危机迫在眉睫。因此，各行各业提出了节能的要求，节约二次能源--电能，也就成为民用建筑电气设计的焦点。建筑电气设计节能的原则建筑电气节能应坚持以下三个原则：

　　1. 满足建筑物的功能
　　即满足照明的照度、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，如娱乐场所的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
　　节能应按国情考虑实际经济效益，不能因为节能而过高地消耗投资，增加运行费用。而是应该让增加的部分投资，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。首先找出哪些地方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。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，宜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。
　　建筑电气节能的途径
　　1.减少变压器的有功功率损耗
　　变压器的有功功率损耗如下式表示：△Ｐｂ＝Ｐｏ＋Ｐｋβ２其中：
　　△Ｐｂ--变压器有功损耗（ＫＷ）；
　　Ｐｏ--变压器的空载损耗（ＫＷ）；
　　Ｐｋ--变压器的有载损耗（ＫＷ）；
　　β--变压器的负载率。
　　Ｐｏ部分为空载损耗又称铁损，它是由铁芯的涡流损耗及漏磁损耗组成，是固定不变的部分，大小随矽钢片的性能及铁芯制造工艺而定。所以，变压器应选用节能型的，如Ｓ９、ＳＬ９及ＳＣ８等型油浸变压器或干式变压器，它们都是采用优质冷轧取向矽钢片，由于"取向"处理，使矽钢片的磁畴方向接近一致，以减少铁芯的涡流损耗；４５°全斜接缝结构，使接缝密合性好，以减少漏磁损耗。
　　Ｐｋ是传输功率的损耗，即变压器的线损，决定于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小，即负载率β的平方成正比。因此，应选用阻值较小的绕组，可采用铜芯变压器。从Ｐｋβ２用微分求它的极值，在β＝５０％处每千瓦的负载，变压器的能耗最小。因此，在８０年代中期设计的民用建筑，变压器的负载率绝大部分在５０％左右，在实际使用中有一半变压器没有投入运行，这种做法有的设计人员一直沿袭至今。但是，这仅是为了节能，而没有考虑经济价值。举下例可看出其不可取的程度。
　　ＳＣ３－２０００ＫＶＡ的变压器，当β＝５０％时相对于β＝８５％时可节能为Ｐ＝１６．０１×（０．８５２－０．５２）＝７．５６ＫＷ，按商场最高用电小时计：每天１２小时，３６５天全营业，则总节约电能：Ｗ＝７．５６×１２×３６５＝３３１１３ＫＷ.ｈ。按营业性电价每度０．７８元计，则每年节约：３３１１３×０．７８＝２５８２８元。
　　 按每千瓦的初装费投资：２０００ＫＶＡ变压器应是大型民用建筑，必然双电源进线，则初装费每ＫＶＡ为２２４０元，每年节能省下的电费只能提供（２５８２８／２２４０＝１１．５３）１１．５３ＫＶＡ的初装费。还有９８８．５ＫＶＡ的初装费，加上由于加大变压器容量而多付的变压器价格，由于变压器增加而使出线开关柜、母联柜增加引起的设备购置费，安装上述设备使土建面积增加而引起的土建费用，这是笔相当可观的投资，还没有计及折旧维护等费用。由此可见，取变压器负载率为５０％是得不偿失的。
　　事实上５０％负载率仅减少了变压器的线损，并没有减少变压器的铁损，因此也不是最节能的措施。计及初装费、变压器、低压柜、土建的投资及各项运行费用，又要使变压器在使用期内预留适当的容量，变压器的负载率应在７５％～８５％为宜。这样也可以做到物尽其用，因为变压器绝缘的使用年限满负荷计为２０年，２０年后可能有更好的变压器问世，这样就可以有机会更换新的设备，才能使该建筑总趋技术领先地位。

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　　为减小变压器损耗，当容量大而需要选用多台变压器时，在合理分配负荷的情况下，尽可能减少变压器的台数，选用大容量的变压器。例如需要装机容量为２０００ＫＶＡ，可选２台１０００ＫＶＡ，不选４台５００ＫＶＡ。因为选用前者可节能：△Ｐ＝４×（１．６＋４．４４）－２×（２．４５＋７．４５）＝４．３６ＫＷ（全按β＝１００％计，同等条件，ＳＣ３变压器）。
　　在变压器选择中，能掌握好上述三点原则，即满足了节约能源，又经济合理的原则。
　　减少线路上的能量损耗
　　由于线路上存在电阻，有电流流过时，就会产生有功功率损耗。其公式如下：△Ｐ＝３ＩΦ２Ｒ×１０－３（ＫＷ）
　　式中：ＩΦ--相电流（Ａ）
　　Ｒ--线路电阻（Ω）
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