综合性电气设计中对节能方法的探讨

　　摘要：综合性建筑如大型写字楼、商业大厦及大型购物场所等结构比较复杂，电气功能要求比较高，包括大量的动力设备、电气设备、复杂的照明系统以及完善的消防安全系统。电气设备及线路节能设计分析

　　关键词：节能；电气设计；高层；

　　Abstract: The comprehensive construction such as large office buildings, business buildings and large shopping sites of the structure is complex, electrical function demand is higher, including a large number of power equipment, electrical equipment, complicated lighting system and improve the fire control safety system. Electrical equipment and circuit energy saving design analysis

　　Keywords: energy efficient; Electrical design; Top;

　　中图分类号：TE08   文献标识码：A    文章编号：

　　在进行高层建筑的电气设计时，通常会参考电力负荷曲线，通过详细的计算决定设计的方法，使得负荷曲线尽量平坦，减少闲置设备、闲置容量，使功率得到最大的利用，减少浪费。

　　1. 变压器

　　1) 通常建筑用电负荷相当大，并且都是长年运行，变压器的长期损耗很大。一般综合性建筑都有单独的配电房，出于节能考虑，配电房尽量位于负荷的中心，也便于提高供电质量。变压器是配电房里重要的耗电设备，主要包括空载损耗和负载损耗，空载损耗取决于变压器的制造等因素，称为铁损; 负载损耗取决于二次绕组的铜损。变压器的容量选择很关键，既要根据建筑物的性质、重要性来确定，也要根据日常总用电量来确定。

　　2) 电力负荷分析与计算。电力负荷分析主要从建筑物的规模、功能着手，考虑建筑物负荷的级别、服务对象、建筑物所处的位置、所在地区的气候条件和社会条件以及建筑物未来的发展规划等方面。电力负荷的计算方式主要有负荷密度法、单位指标法及需求系数法等。在综合性建筑的电气设计中，通常采用需求系数法进行计算，用负荷密度法、单位指标法进行。

　　计算的复核与校正。需求系数法计算公式为：

　　P = KePe，Q = P tan φ，S = P/cos φ

　　从节能角度探讨综合性建筑的电气设计方法

　　式中，P 为用电设备有功功率，kW; Q 为用电设备无功功率; S 为用电设备视在功率，kV·A;

　　Pe 为用电设备容量，kW; Ke 为用电设备的需求系数; tan φ 为最大负荷的加权平均功率因数。

　　3) 变压器容量的确定。建筑物的电力负荷 P确定后，建筑物的总装机容量 S 可以用下面的公式来确定

　　式中，P 为建筑物的电力计算负荷; cos φ2 为补偿后的平均功率因数; β 为变压器的负荷率，一般不小于 0. 9。在满足需求的情况下，根据公式确定损耗小的节能型变压器。

　　4) 变压器损耗与建筑物负荷率的关系。以单台变压器为例，变压器的效率用下式表示

　　式中，η 为变压器的效率; Pz 为变压器的输出功率; Po 为变压器空载有功损耗; Pk 为变压器额定电流时的负载损耗; β 为变压器的负荷率; 假设忽略了一次侧铜损。

　　实践数据得知变压器的负荷率在 0. 5 左右时效率最高，然后随着变压器负荷率的增加，变压器的效率逐渐降低。因此，变压器的负荷率过高也会增加电能损耗。由于现在综合性建筑物中的非线性负载日益增多，电力系统中的谐波分量增加，也就增加了变压器的负荷，而由谐波电流增加的这部分谐波负荷在负荷计算时无法准确计算，另外设计中又要考虑长期发展而预留一定裕量。这些因素都不允许将变压器的负荷率取得过高，通常变压器负荷率在 65% ～80% 之间比较合适。

　　2. 线路的最优化选择

　　供电线路的选择。综合性建筑物的结构比较复杂，动力、照明、消防及空调通风等的线路数量庞大，因此在设计阶段做好线路的节能计算是非常必要的。减少线路的损耗可以从以下三个方面考虑: ①提高功率因数。②减少供电系统的无功功率。③减少导线电缆中的电阻。从节能的观点来看，供电线路的节能最优选择实际是一个初始投资和导线长期损耗的函数。增加导线的截面

　　积可以减少损耗，但是要增加初始投资; 减少导线截面积会增加线路的长期损耗，但初始投资会减少，在二者之间寻求一个平衡，就是线路节能的最优选择。

　　通电线路的节能分析可以由下面的公式给出

　　M = M1 + M2

　　式中，M 为线路的总费用; M1 为电缆、线路的投资费用; M2 为线路长期的损耗费用，由电流大小、运行时间和电缆的寿命等组成。对电气设备，应该按照正常的工作条件来选择型号。电气设备的安装地点、工作环境和使用要求都会影响能量的损耗，因此对电气设备型号的选择必须考虑上面的因素，用短路电流的热效应和电动力效用来校验电器设备的稳定性，在保证安全、保证使用的前提下减少设备的电能损耗。

　　照明系统的设计

　　综合性建筑物使用面积大，有不同的功能区，照明的类别比较复杂，通常有工作区、走廊过道、消防通道和洗手间等地方的照明，因此照明系统的节能措施是考核建筑物照明设计是否合理的重要指标。通常照明系统的节能设计从两方面着手:①降低照明装置的单位耗电率。②在设计阶段采取节电措施减少不必要的损耗。

　　3. 充分利用自然光源

　　照明的节能除了优化灯具设计和照明控制系统外，如何最大程度地利用自然光源，确定采光方式，将自然光和人工照明结合起来是一个关键的问题。自然光的利用分两方面: 一是室内引入阳光，提高白天进入阳光的利用率; 二是充分利用光能的转换，白天积蓄能量，晚上供应灯具照明使用。室内灯具可以采用太阳能蓄电池系统。这两方面都涉及到初始投资和长期电能节约的问题，从能源节约角度看是很有必要的。选用高效的灯具，在不同的工作场所采用不同的照明灯具。

　　4. 合理确定照明方式

　　对房间等区域的照明，可以采用小功率的照明设施完成预定的照明功能，来减少照明损耗。通常有几个方面的措施: 采用适当的反射系数高的饰面，增加亮度; 限制照明范围，由于照明范围的大小可以很大程度地影响工作面的照度，因此需要合理布置照明设备，根据照度决定工作区。例如: 文件资料室可以采用低照度照明; 一般办公室、休息室采用中等照度照明; 设计工作室等采用高照度照明; 在走廊等区域可以在允许的情况下借助其他照明措施。

　　具体的照明设置措施如下: ①对洗手间、走廊和楼梯间等可以通过定时智能开关自动照明，感应到有人员时灯亮，在人员离开时可以自行断电。②采用调光开关，可以调整灯具的亮度。③灯具应该有独立的开关分别控制。

　　动力设备的节能设计

　　在综合性建筑中，动力设备的节能主要考虑水泵和风机，例如某星级酒店中水泵的能耗占总能耗的 30%，因此对风机和水泵采取节能措施是十分必要的。

　　5. 变频调速的节能原理

　　对动力设备的节能分析，关键考虑电动机的调速方式，以水泵为例，调速问题主要是减速问题。

　　根据风机的比例定律，对于风机和泵，流体流量与转速的一次方成正比，即

　　q/qe = n/ne

　　功率与转速二次方成正比，即

　　H/He = ( n/ne) 2

　　功率与转速的三次方成正比，即

　　p/pe = ( n/ne) 3

　　式中，q、n、H 和 p 分别表示流量、转速、扬程和功率。

　　由上面的公式可以分析得出: 当转速减小时，电动机的功率将以其三次方的速率下降，因此变频调速的节电效果显著。如果流量由 100% 降低到 70%，则转速相应降到 70%，压力降到 49%，而电 动 机 的 功 率 降 到 34. 3%，即 节 约 电 能65. 7% ，节能效果显著。

　　6. 通风空调系统

　　现代综合性建筑物中，由于工作性质的需要，空调系统是必须配备的设备，满足建筑物的温度调节和通风功能。通风空调系统的设计在满足室内舒适度的前提下，改变室内温度和湿度条件，根据需要进行通风工作。例如，夏天温度可以控制在 26℃左右。通风系统在冬、夏取最小的新风量，过渡季节采用全新风。配备检测室内温度成分的仪器，决定通风量的大小。合理布置通风空调设备的安装位置，减少系统的阻力，运用智能控制系统，使得通风空调系统经济运行，实现最大的节能效果。

　　7.结束语

　　综合性电气设计由于结构复杂，各项功能完善，因此对节能化设计就显得尤为重要，从以下三方面来考虑：

　　1) 采用节能设计方法。从设计角度，通过精确的计算，对整个电气系统做合适的估计，在满足使用的前提下，不做超过使用要求的设计。

　　2) 采用新技术。对电气系统的各个部分，评估初始投资和运行期的损耗与维修费用，尽可能采用新的成熟的技术，最终达到节能的目的。

　　3) 采用新材料。例如可以采用太阳能灯具，电源可以采用太阳能光伏系统。