淺談電氣節能在建筑智能化中的應用
陳國賢
摘要:本文敘述了我國建筑電氣節能的現狀,針對建筑智能化過程中出現的耗能較大問題,提出對建筑實施供配電系統的節能、照明系統的節能、設備監控系統的節能和使用新型材料的節能等節能措施,提高能源利用率,以達到有效節能的目的。
關鍵詞：建筑工程  電氣節能 智能化
引言
　智能建筑的節能是一個系統工程，智能建筑的節能比一般建筑的節能較復雜。既要考慮通常意義上的建筑節能，又要考慮到建筑智能化系統的IT節能，同時還要面臨建筑智能化中各系統的充分利用、降低能耗等問題。因此，智能建筑的節能是一個綜合性、全方位的課題，需要社會各方共同探討，尋找解決辦法。可見,要進行建筑節能,必須考慮建筑的電氣節能。
1 建筑電氣節能的現狀
隨著社會的發展和文明的進步,節能理念讓越來越多的人所接受,但是在實際應用中,建筑的電氣節能并不能達到預期的效果,存在著很多問題。例如在空調設備運行方面,為保證室內氣候的舒適,很多建筑采用中央空調來調節室溫,而設計的空調裝機冷量較大,同時人們把空調制冷溫度設定普遍較低,且辦公室使用許多設備又散發熱量等都增加了能耗;另外在電氣照明方面,許多大型公共建筑白天也是燈火通明,造成極大的能源浪費,所以電氣節能是建筑節能中必不可少的一部分。
2 電氣節能的措施
本文主要從供配電系統的節能、電氣照明的節能、電氣設備的節能和新能源的利用等幾個方進行論述。
2.1供配電系統的節能
現代高層建筑的用電量相當大,在確定變電所位置時,應盡量使高壓供電深入負荷中心,對節約電能、提高供電質量極其重要，能最大限度地降低線路損耗,節約電能。另外,對現有不合理的供配電系統進行技術改造，也可以有效地降低線路損耗,節約電能。
2.1.1變壓器的節能
為了減少變壓器的有功損耗,應盡量在變壓器設備的選擇上多加考慮。變壓器的有功損耗按下式計算:
P=P+βP
式中:△P—變壓器的有功損
P0—變壓器的空載損耗
PK—變壓器的短路損耗
β-變壓器的負載率。
(1) P又稱鐵損,它是由鐵芯渦流損耗及漏磁損耗組成,是固定不變的部分,其值與鐵芯材料及制造工藝有關, 所以變壓器應選擇節能型的,如S9、S10、SC8等型油浸式變壓器或干式變壓器,以減少漏磁損耗。
(2) P稱變壓器線損,它取決于變壓器繞組的電阻及流過繞組電流的大小,與負荷率β的平方成正比。因此,在選擇變壓器時,應選用阻值較小的繞組,如銅芯變壓器。
(3)通過變壓器有功損耗的計算,當變壓器在輕載下運行時,空載損耗的比重增加,功率因數降低(低于0.5),這將造成電力系統的電能損耗增加;另外考慮長期發展的需要,也不允許將變壓器的負荷率取得過高,所以變壓器負荷率在75%~85%之間比較合適。合適的負載率可以有效減少變壓器的總損耗。
(4)需要考慮負荷變化時,變壓器具備投入和切除的方法。例如,學校建筑在學校放假期間,變壓器負荷率降低,為了有效減少不必要的損耗,可以將相關變壓器切除,能夠減少大量不必要的浪費。
2.1.2提高系統的功率因數
(1)提高功率因數的意義
在供配電系統中的用電設備如電動機、變壓器、燈具的鎮流器以及很多家用電器等都具有電感性,會產生滯后的無功電流,它要從系統中經過高低壓線路傳輸到用電設備末端,即增加了線路的功率損耗。另一方而,提高系統功率因數,使負荷電流減少,相當于增大了發配電設備的供電能力。
(2)提高功率因數的措施
減少用電設備無功損耗,提高用電設備的功率因數，主要是感性用電設備可選用有補償電容器的用電設備(如配有電容補償的熒光燈)，即用電容器進行無功補償。在配電系統中,要求無功補償后,功率因數應為0.9以上,為了達到這個要求,在供配電系統中要裝合適的補償設備,既不能欠補償,也不能過補償。
在具體工程中,根據建筑的實際情況,可采用三相集中補償或單相智能無功補償。當三相負荷不平衡時,如果采用三相補償方式,會造成某相過補償或者欠補償,采用單相智能無功補償可以解決這一問題,根據單相無功檢測,自動投切單相電容器就地補償,有利于提高效率。
2.2照明系統的節能
要實現電氣節能,必須考慮照明節能。目前,我國啟動了“綠色照明工程”,目的是實現照明系統的高效節能、安全環保。為實現照明節能,應從以下幾個方面考慮：
2.2.1選擇高效節能的光源
在滿足照度和顯色性要求的前提下,盡量選用發光效率高、污染低的電光源,提高照明質量,保護視力,提高勞動生產率和能源有效利用率,從而達到節約能源的目的,故合理選擇電光源非常重要。
表1常用各類光源的效率及節能效果
光源名稱 功率(W) 光效率
(m/W) 電力消耗與白熾燈的比值 節能百分比(%)
白熾燈 40~200 8.75~14.6 
高壓汞燈 50~1000 27~50 
熒光燈 30~40 35~50 1/4~1/6 75~83
緊湊型熒光燈 7~36 40~62.7 1/4.5~1/7 77~86
高壓鈉燈 35~1000 54.9~117.1 1/4~1/8 75~87
金屬鹵化物燈 175~1000 66.7~162.8 1/5~1/7 80~86

常用各種光源效率及節能效果見表1,從表中可以看出,高壓鈉燈的光效最高,白熾燈的效率最低。高壓鈉燈和金屬鹵化物燈適用于高大的工業廠房,光效最高。直管熒光燈(以T5型熒光燈為推廣重點)使用于較低的室內場所,如辦公樓等。緊湊型熒光燈(包括H型、D型等)替代白熾燈,使用于家庭住宅、旅館、餐廳、走廊等場所。
2.2.2合理的照明燈具
除裝飾需要外,應優先選用直射型、光通比例較高、控光性能合理、反射或透射系數高、配光特性穩定的高效燈具。室內燈具效率不應低于70%(裝有遮光柵格時,不應低于55%);室外燈具效率不應低于40%(但室外投光燈不應低于55%)。
同時要注意各種燈具的電氣配件,合適的配件可以提高效率。如電子鎮流器取代電感鎮流器,應用于啟動熒光燈、節能燈、金屬鹵化物、高壓鈉燈,它重量輕,體積小、噪聲低、無頻閃效應,節能效果顯著。
2.3設備監控系統的節能控制
在高層建筑中,常采用建筑設備監控系統實現節能控制,其功能包括:實現受控機組和設備的起停;實時監測設備運行的工作狀態和故障報警信號。按預定的程序對系統的被控參數進行自動調節,優化運行方式,使被控設備運行趨于合理化,將具有明顯的節能效果。
2.4采用新技術、開發新能源
2.4.1太陽能光伏技術的應用
太陽光的能源充足,無污染,如果能充分利用太陽能為人類服務,將能大量節約許多地下能源的消耗,緩解能源緊張的問題,環境污染也會得到極大的改善。
目前,人們主要利用太陽能熱水器提供熱水,隨著科學技術的迅速發展,人們正在利用太陽能做更多的工作。特別是，美國能源部下屬的勞倫斯·伯克利研究所重點研究住宅節能技術,并和一些州政府合作建設“節能樣板房”予以示范。最出名的是其與能源部、佛羅里達州合作建設的“零能耗住宅”“、太陽能住宅”等。它在住宅屋頂安裝太陽能電池板,通過利用該地區充足的太陽能和采用建筑節能措施,讓住宅不再需要使用外來能源。
2.4.2應用半導體照明技術
LED(發光二極管)具有耗電量低、壽命長、反映速度快、能發出多種顏色的光等優點,是目前正在大力發展的半導體照明器件。隨著半導體技術的發展,其發光效率正不斷提高,目前可達50~80lm/W。可見,LED在未來具有廣闊的發展前景。
3 結語
目前,建筑智能化是我國建筑業的發展趨勢,實現建筑電氣節能對節約能源、保持社會可持續發展具有重要的意義。從本文分析可以看出,電氣節能潛力很大,應在設計中考慮各種可行的措施,通過經濟技術比較,采用技術先進、高效節能設備,真正達到節能的目的。
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