试析建筑电气节能设计及照明节能设计

杨智

（中信建筑设计研究总院有限公司，湖北武汉430014）

摘要：随着我国现代化经济的飞速发展，电气在建筑中的应用日益广泛，建筑能耗在不断增加。因此在建筑电气设计中，电气的节能设计尤为重要。而电气照明能耗是建筑能耗的重要组成部分，而且随着社会的发展，照明能耗在用电比例中不断增长，因此照明的节能设计势在必行。

关键词：建筑电气；节能设计；照明节能设计

前言

随着经济的发展，对于能源的需求量也越来越大。电能资源作为我国经济建设的主力支撑，电能资源问题越来越受到关注，建筑电气节能工作势在必行。由于建筑电气设计中的节能措施技术性很强，是一项影响因素众多的复杂工程。因此，需要加大对节能设计的投入来减少电能的浪费，提高电能的利用率，有效降低资源消耗。

1建筑电气节能应该遵循的设计原则

1.1适用性原则

所谓的适用性原则就是在满足为建筑物内的良好的人工环境提供必要的能源，为建筑设备提供必须的动力，为用电设施提供可靠的负荷容量等条件的情况下，优化供配电设计，从而促进电能的合理化运用。要保证建筑物照明的照度、色度及显色指数；要满足建筑物舒适卫生的良好环境；满足各处运输通道的畅通无阻等等。

1.2节约性原则

所谓的节约性原则就是指在电气节能设计中要充分考虑到实际的经济效益，不能因为节能而过高的消耗投资，增加运行费用。而是要科学合理的选用节能设备和材料，争取实现用较低的投资得到最大的经济效益。使因节能而增加的投资可以在最短的时间内用节能减少下来的运行费用收回。

1.3节能性原则

所谓节能性原则就是要节省无谓消耗的能量。首先要找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物的功能无关的，在考虑采取什么措施节约能源。着眼于电气设备自身的电能消耗、变压器的功能损耗、传输线上的电能损耗等方面，设计应该把握“满足功能、经济合理、技术先进的原则”。

2建筑电气节能设计措施

2.1提高供配电系统的功率因数

传输有功功率是为了满足建筑物功能所必须的，是不变的。而在供配电系统中的某些用电设备（如电动机、变压器、灯具的镇流器以及很多家用电器等）都具有电感性，会产生滞后的无功电流，它要从系统中经过高低压线路传输到用电设备末端，无形中又增加了线路的功率损耗。然而这部分损耗是可以避免的，具体方法有以下几种：

（1）减少用电设备无功损耗，提高用电设备的功率因数。在设计中尽可能采用功率因数高的用电设备如同步电动机等，电感性用电设备可选用有补偿电容器的用电设备（如配有电容补偿的荧光灯）等。

（2）用静电电容器进行无功补偿，电容器可产生超前无功电流抵消用电设备的滞后无功电流从而达到提高功率因数同时又减少整体无功电流。在具体工程设计中有采用分散就地补偿和高低压柜集中补偿等方式，可根据具体情况具体分析。

2.2合理选择变压器

变压器作为配电系统的基本设备，其损耗大约占总能耗的6%，主要分为铁耗和铜耗，铁耗又称为空载损耗，与负荷大小无关，故应选择节能型的变压器。铜耗与负荷的大小有关，故在选择变压器的容量和台数时，应根据负荷运行的时间性变化，相应地选择变压器的运行参数和台数。减少变压器的有功损耗。变压器的有功损耗按下式计算：

ΔΡ=Ρo+β2Ρk式（1）中：ΔΡ－变压器的有功损耗（KW）；Ρo－变压器的空载损耗（KW）；Ρk－变压器的短路损耗（KW）；β－变压器的负载率.

（1）Ρo作为变压器的空载损耗又称铁损，它是由铁芯涡流损耗及漏磁损耗组成，其值与铁芯材料及制造工艺有关，与负荷大小无关，所以在选用变压器时最好选择节能型变压器如S9，SL9，SC8等。它们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，减少铁芯涡流损耗，45°全斜度接缝结构使接缝密合性好，减少了漏磁损耗。

（2）Ρk是变压器额定负载传输的损耗又称变压器线损，它取决于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小，并与负荷率平方成正比。因此，在选择变压器时应选用阻值较小的绕组，如铜芯变压器。β2Ρκ用微分求它极值时，是在β=50%时每千瓦的负荷，此时变压器的能耗最小，但在β=50%负载率时仅减少变压器的线损，并未减少变压器的铁损，因此也不是最节能的。综合初装费，变压器、高低压柜、土建投资及运行费用，又要使变压器在使用期内预留适当的余量，变压器最经济节能运行的负载率一般在75%～85%之间。

（3）在选择变压器容量和台数时，应根据负荷情况，综合考虑投资和年运行费用，对负荷合理分配，选取容量与电力负荷相适应的变压器，使其工作在高效低耗区内。

2.3用电设备选择

用电设备的节约是一个系统工程，与整体建筑设计及功能需求息息相关。如：建筑物需要设置合理的布局，最大限度的取得自然通风采光等自然条件，从而减少相应电气设备的使用；建筑物需要设置良好的隔热保温措施，以节约人工空调的需求；充分利用太阳能，如太阳能热水器、太阳能路灯等绿色设备；在建筑装饰上，尽量采用浅色系的装修材料，以增加建筑材料对光的反射系数，利于照明节能；在大面积玻璃外墙的区域，设置窗帘，以利于夜间照明等一系列措施。在确定使用电气设备的场所中，符合使用条件的前提下尽量选用能源效率高的产品，同时治理用电设备带来的电网附加损耗。以照明为例，在经常需要开断的场所，选用普通白炽灯、卤钨灯、LED灯可减少频繁开断带来的灯具寿命减少，其中LED灯光效及使用寿命最高；而需要长时间点燃的场所，则淘汰白炽灯选用高光效的LED或气体放电光源；气体放电灯推广使用低能耗性能优的光源用电附件，如电子镇流器、节能型电感镇流器、电子触发器以及电子变压器；对大量使用变频器等电力电子设备、气体放电灯的场所考虑使用谐波滤波器等。

2.4用电设备的控制与管理

电气设计应考虑合理的控制设备及回路，为节能管理提供基础。对于有调速要求的电机设备，如空调风机、水泵等，采用变频控制可以很好的实现节能；对于照明、末端空调设备等，在设计上需要合理地划分控制分区。以照明为例，在控制回路设计上，白天可利用自然光的区域与不能利用自然光的区域宜分开设置控制回路；同一个区域按不同照度需求分布多组控制回路或采用调光设备等一系列措施。控制回路的划分越细、单个回路服务的范围越小越有利于节能控制，但是控制设备的初始投入也会增大，在设计上，应结合实际需要选择。合理地使用、管理用电设备，是节能的关键的环节。在人员比较固定的场所，如小型办公场所，要做到积极宣传，唤起大家的节能意思，号召所有人参与到节能控制中来，按需开启用电设备，离开作业场所主动关闭设备电源，让每个人的举手之劳换得最经济的节能效应；在一些人员密集、流动性大的场所，如大型工厂、人员密集的写字楼、大型商业、大型公共服务场所等，应采用专人集中管理或选用建筑物设备能效跟踪控制节能管理系统实现智能化的节能控制与管理；而在一些平时人员较少、人员流动性大的场所，如住宅楼梯间、大型建材展示仓库的照明等，可采用自动感应人流开启相应区域照明的控制方式。

3电气照明系统节能设计措施

3.1合理确定照明设计方案

照明方案的合理设计一般遵循实用和实效性。通常的设计内容包括可以在空调房间装置空调照明组合系统，控制好用电量的指标，或者直接进行数值设置。对某些需要高光线要求的区域，可以采用多个光源的相互配合。如果室内场所有一定的光色的要求可以安装一些混合照明。反正，照明方式的选择依据实际需要进行设置，最基本的要求是经济实惠且效能好。而且，浅色的建筑材料更有利于彰显光线，通过颜色视觉，从而达到颜色与光线的相融合、配合。因此可以在室内的屋顶、地面或者墙壁上选择浅色的装饰材料。在工作场所，根据不同需要选择不同照明方式、照明数值。

3.2推广使用高光效光源，采用高效率节能灯具

在建筑室内灯具选择上，必须选择控光效率高、效果好的灯具，从而节约电能。除此之外，还必须注意灯具的配光曲线，降低单位面积耗电量，减少运行和投资费用。一般情况下，均选用直管荧光灯，因为直管荧光灯光效高、性价比高、显色性好、使用寿命长。对于高大厅堂等易维护的场所，可选用使用寿命足够长的高频无极荧光灯，其显色性好、方便快捷、安全可靠耐用。

3.3研究新技术新产品，优选气体放电光源启动设备

在建筑电气照明节能设计时，应该大量应用天然光和光纤照明，有效运用现代科技手段，合理选择照明线路和控制开关与方案。尤其对于写字楼等高楼大厦，有许多大玻璃，所以应该充分利用天然光线，它可以通过玻璃折射入室内。除此之外，还可以采用自动控制幕帘来调控光线强弱，从而使光线舒适。对于地下室等光线照不到的地方，可以采用光纤照明方式，它是通过光采集袋将太阳光传送到室内端口。

3.4合理选择照明方式和照度值

在照明控制方法上，应选用单灯控制、双控开关控制、智能控制、多灯控制、探测器控制等多种方法并用。在公共场所采用集中控制和分区分组控制两种方式。对于功能较复杂的建筑，采用智能照明控制系统，保证节能效果。对于夜景照明，应设计多种模式的控制方式。建筑电气照明节能设计中关键问题就是正确选择照度值，照度过大或是过小都会影响人们的生活和工作。

4结语

总而言之，在建筑电气节能设计中，需要从各方面落实。而照明节能设计作为其中重要的组成部分，需要设计者根据实际的情况，选择合理的节能方式，从而降低电能的消耗，达到节约能源的目的。

参考文献：

[1]周蓓蓓．建筑电气中照明节能设计分析[J]．城市建筑，2014（02）

[2]陈德明．建筑电气照明节能的设计研究[J]．职业技术，2014（10）

[3]何叶．建筑电气照明节能技术的研究[D]．西安：长安大学，2014：1-75