節能技術在建筑電氣工程中的應用研究

朱經敏 王曉彤 張燕青 朱經鑫

（1.山東省立醫院 2.山東特殊教育職業學院 3.菏澤市鄄城縣閻什鎮閻什中學 4.菏澤永恒熱力有限公司）

0 引言

近年來，隨著全球能源危機的日益加劇以及環境保護意識的提高，節能技術在建筑電氣工程中的應用受到了廣泛關注［1］。建筑電氣工程是指為建筑物提供電力和電氣設備系統的工程，其中電力消耗往往占據較大的比例。傳統的建筑電氣工程在設計和運行中存在一些問題，如能源浪費、環境污染和經濟性差等。為了解決這些問題，節能技術在建筑電氣工程中得到了廣泛應用和研究。

1 建筑電氣工程概述

建筑電氣工程是建筑工程領域中的一個重要分支，它利用電力科學技術和信息科學技術為建筑工程提供服務。隨著科技的飛速發展，建筑電氣工程在現代建筑中發揮著越來越重要的作用。建筑電氣工程的主要任務包括設計、安裝和維護建筑物的電氣系統，提供可靠、高效、安全的電力供應。這涉及到電力輸配系統、照明系統、電氣設備、安防系統、通信系統等方面的設計和布置。在建筑電氣工程中，使用先進的信息科學技術，通過智能化系統對電力設備進行監控和管理，實現對建筑物能耗和用電負荷進行精確控制。同時，建筑電氣工程也與綠色建筑概念緊密相連，通過選用高效節能的電氣設備和系統，優化能源利用，減少對環境的影響［2］。建筑電氣工程的發展也推動了現代建筑工程的創新。通過智能化系統的應用，對建筑物可以實現自動化、智能化的管理和控制，提高工作效率和居住舒適度。例如，通過智能照明系統和智能安防系統，可以根據使用需求自動調節照明亮度和控制安全設備，提供更便捷、舒適、安全的環境。

未來，隨著數字化城市和智慧建筑的發展，建筑電氣工程仍將繼續發揮重要作用。新技術和新材料的引入將進一步推動建筑電氣工程的創新和發展，為人們提供更優質的建筑環境［3］。同時，建筑電氣工程也將緊密關聯能源管理和環境保護，為實現可持續發展做出貢獻。

2 電氣節能技術的應用原則

2.1 滿足需求設計原則

電氣節能技術的應用應該始終以滿足電氣設備的需求為出發點。在應用節能技術之前，需要準確了解電氣設備的使用需求，包括功率、容量、工作時間等。只有在滿足這些需求的前提下，才能選擇合適的節能技術，避免過度或不足的設計［4］。

2.2 節約經濟設計原則

在應用節能技術時，需要充分考慮經濟性。節能技術的成本與節能效果之間需要取得適當的平衡。因此，在選擇和應用節能技術時，需要綜合考慮技術本身的成本、維護成本和預期的節能效果，確保具備良好的經濟性。

2.3 節約能源消耗原則

電氣節能技術應用的核心目標是降低能源消耗。在設計中，需要重點考慮如何通過合理的設備配置、控制策略和監測手段等措施來減少電能的浪費。通過應用高效的電機、光源、照明控制系統、能源管理系統等技術，實現電能的有效利用，最大程度地降低能源的消耗。

2.4 應用現代技術原則

電氣節能技術的應用要緊跟時代的科技進步。隨著科技的不斷發展，新的節能技術不斷涌現。在設計中，應考慮應用先進的、高效的、可靠的技術手段，提高節能效果。例如，應用智能控制系統、光伏發電技術、電能質量改善技術等，實現電氣系統的高效、智能化。

3 節能技術在建筑電氣設計中的應用策略

3.1 供電配電進行節能優化

為了提高配電系統的運行效率和降低建筑物的單位能耗和系統損耗，必須進行合理的負荷計算，依據電源條件和負荷特點來確定變電所（站、室）的位置、電壓等級和系統接線方式［5］。此外，還要根據需要配置無功功率補償及諧波抑制裝置，并合理選擇節能型電氣設備。在選擇配電系統電壓等級時，需要考慮負荷容量和供電距離等因素，以確定合適的電壓等級。同時，系統應該具備簡單、可靠且操作方便的特點，以避免出現過多的復雜環節和操作流程。一般情況下，建筑采用10kV電源進線，引自市政開閉所。

（1）配電用變壓器

變壓器的損耗主要分為四類：空載損耗、負載損耗、介質損耗和雜散損耗。

空載損耗是指變壓器在無負載工作狀態下的損耗。主要由鐵心引起，與鐵心材料的特性、磁通密度、芯片厚度和加工工藝等因素相關。隨著高級電工鋼的應用，變壓器的空載損耗顯著降低。非晶態合金作為鐵心材料，具有特殊的磁特性，在磁通密度低于1.2T時，空載損耗小于0.2W／kg。與常規材料相比，相同容量的變壓器可降低75%～80%的損耗；在進行變壓器經濟運行分析時，為了簡化計算。常?。?/p>

所以，與普通干式變壓器相比，選用非晶合金干式變壓器（SHB15型）可以在保持負載損耗水平一致的情況下，明顯降低空載損耗。非晶合金干式變壓器采用非晶合金作為鐵心材料，具有特殊的磁特性。相比普通變壓器的鐵心材料，非晶合金具有更低的磁通密度下限。因此，在低于1.2T的磁通密度下，非晶合金干式變壓器的空載損耗顯著降低。這意味著相同容量的變壓器在無負載運行時消耗的能量更少。而負載損耗是由銅線圈的電阻引起的，對于非晶合金干式變壓器和普通變壓器來說，負載損耗水平是一致的。因此，在負載工作狀態下，選用非晶合金干式變壓器不會對損耗水平產生影響。

（2）應急電源

建筑電氣工程中，選擇應急電源時，如果備用電源的容量較大，優先考慮使用柴油發電機組作為第二電源，因為線式UPS不間斷電源和EPS應急電源都需要依靠蓄電池組來提供電能，而為了確保應急電源的正常使用，設備通常需要保持在備載狀態，如果長期運行，會不可避免地消耗電能，因此選擇柴油發電機組是節約電能的最佳選擇。然而，應急柴油發電機組適用于允許中斷供電時間在15s以上的負荷切換。如果用電負荷需要毫秒級或秒級的電源切換時間，那么選擇在線式UPS不間斷電源或EPS應急電源會更合適。

3.2 照明系統進行節能優化

建筑電氣工程中，在設計照明系統時，應當遵守國家相關標準，選擇符合要求的照明光源。優先選擇節能評價值高的高效光源，避免使用低光效的白熾燈。選用的光源和配套的鎮流器的能效值不應低于國家規定的節能標準。此外，照明系統的功率因數也應不低于0.9。為了節約能源，樓梯間和走道的照明應采用節能自動關閉的開關。當前常用光源的主要技術指標見下表。

表 各種常用光源的主要技術指標

為了提高照明能效，選擇合理的燈具配光方案是非常重要的。

（1）針對不同場所的需求，選擇適合的燈具類型。在一般的場所，可以選擇直接型燈具，不宜使用透射比較低的漫射型燈具。對于酒店大堂和候機廳等公共場所，可以采用半間接型或漫射型燈具。

（2）選擇具有高光通維持率的燈具，以確保燈具在使用期間光通量不會降低。

（3）根據燈具的安裝高度和室形指數RI的值，選擇合適的配光曲線燈具。根據RI值的不同，可以選擇寬配光、中配光或窄配光的燈具。

（4）選擇具有高利用系數的燈具。一般來說，效率高的燈具也具有較高的利用系數。燈具的利用系數還會受到房間內裝飾材料顏色和放射比等因素的影響。

（5）推廣使用高光效和長壽命的LED燈來逐步替代傳統燈具，LED燈具具有高效能照明、壽命較長、啟動迅速、可調光、多彩和可調色溫等特點，可以顯著提高照明能效。

3.3 建筑設備的電氣節能

建筑設備的電氣節能可以從設備選型和設備運行兩個方面來考慮［6］。一方面，在設備選型上，可以選擇具有高能效標準的設備。例如，在變壓器選型時，可以選擇具有低能耗和高效率的變壓器。對于電動機，選擇高效率的電動機可以減少能源浪費。此外，在電梯配置上，選擇具有節能功能的電梯設備也是很重要的。

另一方面，在設備運行上，可以采取一系列控制策略來實現節能。對于空調系統，可以采用智能控制策略，根據室內外環境的溫度和濕度變化來調節空調的運行，以達到節能效果。在給排水系統中，可以采用節水設備和智能控制系統，合理規劃和控制供水和排水，減少能源消耗。對于電梯設備，可以使用變頻調速技術，根據人流量和需求調整電梯的運行速度，減少能源的消耗。

3.3.1 暖通空調系統

隨著人們對生活環境舒適度要求的提高，暖通空調系統在建筑設計中扮演著越來越重要的角色。然而，暖通空調系統也是整個建筑中最主要的能耗系統之一，因此，應對其設計進行優化，以達到節能減排的目的。具體優化建議如下：

（1）優化暖通空調系統的運行管理：通過采用先進的管理技術和控制系統，對暖通空調系統進行智能化管理，根據室內外環境變化，實時調整系統運行參數，以達到最佳的節能效果。

（2）提高暖通空調系統的能效比：選擇高能效比的設備，如高效空調機組、高效水泵等，同時優化系統運行流程，減少能量損失，提高系統整體能效。

（3）采用可再生能源：在暖通空調系統中引入可再生能源，如太陽能、地熱能等，減少對傳統能源的依賴，降低系統能耗。

3.3.2 風機水泵

風機和水泵是建筑中常用的電動機設備，它們的耗電量約占建筑總用電量的60%左右。在電力驅動領域，節電對于提高能源利用效率至關重要。因此，在選擇電動機時，應遵循以下原則： （1）選用高效節能型產品，要選擇符合國家標準《中小型三相異步電動機能效限定值及節能評價值》要求的高效節能型電動機，這些電動機具有較高的能效比，能在相同負荷下減少能耗；（2）對于負載不穩定且變動范圍較大的電動機，應選用變頻調速電機。這種電機可以根據負載需求自動調整轉速，避免不必要的能量浪費，從而實現節能目的。

3.3.3 電梯

在建筑中，常年運行的動力設備包括客梯、消防電梯、扶梯和貨梯等，這些設備的選擇需要考慮載重量、提升高度和停層方案等。對于建筑中的客梯，可以選擇交流驅動或直流驅動方式。在選擇高檔電梯時，建議采用變壓變頻（VVVF）調速方式，這種調速方式可以提供更加平穩和快速的運行效果。而對于成對或成組布置的電梯組，需要采用并聯控制或群控方式，以確保多臺電梯的協調運行和能源的有效利用。在計算多臺電梯的電源容量時，需要考慮到同時使用的因素，以確保電力供應的穩定性和充足性?？吞莸恼彰麟娫赐ǔＪ菃蜗?20V。但如果選擇多級梯或雙自動扶梯，照明負載需要分別接到三相電源上，以盡量平衡三相負載，確保設備的穩定運行和能源的有效利用。

4 結束語

綜上所述，為了實現建筑電氣工程中的節能目標，需要從空調系統、供電配電系統、照明系統和動力系統等多個方面入手。在設計中，必須秉持滿足需求、節約經濟、節省資源和應用先進技術的原則。通過在各個系統中廣泛應用綠色節能技術，可以實現整體節能效果。