建筑电气设计和节能措施
摘要
目前，建筑能耗日益突出, 节能减排已成为全社会的热门话题。 通过电气节能设计来实现“节能降耗”势在必行。 高效利用建筑节能措施，将促进节能与合理利用，缓解我国能源供应与经济发展之间的矛盾，加快发展循环经济，实现自然社会的可持续发展。 本文从建筑物供电，配电系统，电力系统，电气照明系统和智能建筑技术等方面进行了研究和分析，提出了建筑电气设计的一些节能措施。
关键词： 建筑电气; 节能设计; 行为研究
1.简介
节能是实现我国可持续发展的战略，是国民经济和人民生活的关键。我国经济的高速发展，建筑领域电力需求的快速增长，使得电力供应紧张，矛盾日益突出。但在实践中，建筑电气设计和节能效果无法达到理想，存在诸多问题。例如：许多工程项目由于其负荷计算不合理或电力参数不完全导致变压器容量选择较大，使得变压器长期工作效率低下;照明光源选择和照度不合理，不考虑控制方式等，导致照明用电浪费;导线类型和截面积选择不合理，导致线路损耗过大;建筑电气设备不考虑节能控制方式，导致不可取的电能节约。另一方面，大型公共建筑中的许多监控设备不断地以顺时针方式运行，造成比普通建筑物更多的电力消耗。在照明方面，许多建筑物在白天也处于照明状态，这是很大的浪费。因此，在建筑电气设计领域，无论是供电系统还是电气设备，节能都具有重大意义，它可以有效缓解电力供需矛盾，确保国民经济持续高速健康发展。
2.智能建筑
智能建筑研究所将智能建筑定义为：“·····通过优化其四个基本要素 - 结构，系统，服务和管理 - 以及它们之间的相互关系来提供一个高效且具有成本效益的环境。智能建筑帮助建筑业主，物业经理和住户在成本，能源管理，舒适性，便利性，安全性，长期灵活性和市场推广等方面实现其目标。”（Caffrey 1985）
这些建筑具有三个特点（Wong et al.,2005）：
·自动控制
·结合用户的喜好和反馈
·学习能力（基于环境和用户变化的性能调整）
暖通空调，安全，照明和消防系统的紧密耦合使这种环境更加突出。它们具有丰富的传感器，能够生成大量数据，可以分析这些数据以预测乘员行为并检测设备故障。他们可以自动感知，推断和采取行动，以平衡用户的舒适度和能源效率（Paradiso等人，2011年），这个概念也被称为环境智能或普适计算。
普及计算是使用配备网络，感应和驱动功能的嵌入式计算机的日常设备，物体和材料的网络。随着网络嵌入式计算机的规模和成本的降低，它们将以更高的速度增长。这种发展与更小，更便宜的传感器和执行器相结合，将以更小和更小的封装提供网络处理能力。其结果是普及计算渗透到家庭，办公室，工厂，汽车，飞
机和人类占领的每个区域。智能嵌入式代理是在嵌入式计算机上运行的软件程序，模仿与智能相关的一些属性 - 它们从占用者行为中推理，计划和学习。这种智能很有用，因为它减少了管理和编程大量代理的负担和复杂性;它使代理人能够适应不断变化的乘员需求或环境;它可以让住户不需要深入了解系统或不必做出复杂的决定（Callaghan等，2009）。这是因为代理人通过感知和观察住户来过滤收到的信息，并作出关于居住者试图实现什么的决定或推论。这使住户可以专注于更高效或重要的任务。这些系统的好处包括环保建筑;增加了住户舒适，健康，安全和生活质量;并且能效显着提高。无线传感器和执行器网络（WSAN#39;s）提供了支持这些环境所需的智能和传感功能。 WSAN由大量小型网络传感器或执行器配备的功率受限的无线设备组成，其内存和处理能力有限。
3.建筑电气设计原理
3.1满足建筑物的基本功能
不仅要满足照明色温、照明和显色指数的要求，来实现人们生活环境的舒适性，而且要实现电气系统的正常运行，以满足特殊工艺的电力需求设备。
3.2最大限度地减少能源损失
它指的是节省额外的能量损失。我们应该确定与建筑电力系统本身无关的能源消耗。此外应该考虑采取相应的节能措施，例如：电力设备系统、变压器功率损耗和线路损耗等应在电气设计和施工阶段被考虑。
3.3考虑实际经济效益
为了节约能源，我们会考虑我们的国情以及实际的经济效益。其他方面的投资不能因节能而增加，而要看能否取得良好的经济效益。
4.建筑电气设计的节能措施
4.1电源和配电系统的节能设计
4.1.1电源和配电系统
根据负载能力，功率距离，设备分布以及电气设备因素的特点，合理设计供配电系统，设法简单可靠，操作方便。并且应合理选择变压器的容量和数量，以适应季节变化引起的负荷，为变压器的输入和移除提供灵活性，减少轻负荷运行引起的不必要的能量损失。
4.1.2变压器节能选择
（1）节能变压器产品
我们应该考虑选择节能变压器产品，尽可能从设备选型方面替换或改造能源变压器，以减少变压器的有功损耗。
变压器有功损耗按式计算：Delta;P= P0 beta;PK
类型：Delta;P - 变压器有效损耗
P0 - 变压器的负载损耗
PK--变压器短路损耗
beta; - 变压器负载率
P0也称为铁损，由铁芯涡流损耗和漏磁通组成。它是固定的，其价值与铁芯材料和制造工艺有关。因此，我们应该尽量选择节能变压器，以减少泄漏损失，如S8，S10，S9等油浸式或干式变压器。如果我们修改或更换比集成系列油浸式变压器更节能的S10，S11系列等高能耗变压器，就能达到节能降耗的目的。与S9集成式铁心变压器相比，S11型的空载损耗平均下降30％，无载电流平均下降70％。新型干式变压器SC9系列，非晶合金变压器等产品也向我们展示了低损耗的节能潜力。
PK也称为铜损，取决于变压器绕组电阻的大小和电流流经绕组，负载率与beta;的平方成正比。因此，在选择变压器时，应选择较小的绕组电阻值，如铜芯变压器。
（2）合理控制负载率
除了考虑变压器的材料，结构等外，我们还应该更加注意变压器的运行损耗。变压器铜损是可变的，通过有功功率变压器的计算。当变压器在轻载时，空载损耗增加，功率因数低（小于0.5）。当变压器负载率太高（0.85以上）时，会缩短变压器的使用寿命，降低效率。考虑到未来发展的需要，变压器的负载率不能太高。因此，在保证变压器正常运行的前提下，合理确定最佳运行状态，负载率一般保持在75％〜85％之间，这比较合适。我们应该选择最大效率点（油浸式变压器负荷率为75％，干式变压器负荷率约为60％），以达到经济运行的目的。同时要重视各类非线性电气设备的控制，充分保证变压器日常运行的稳定性。因此，有效降低了变压器的总损耗。
（3）适应变化的负载
此外还应考虑，在选择变压器时，其容量和功率负载相互适应，我们应该考虑到随着负载变化，变压器具有输入和移除功能。例如：假期期间校舍内的变压器负载率会降低。因此可以移除相关的变压器以减少不必要的浪费。
4.1.3提高供配电系统的功率因数
如果改善供配电系统的因素，可以减少线路无功损耗，达到节能的目的。电源系统中的一些电气设备，如电动机，变压器，镇流器灯具和许多家用电器都是感应式的，会产生滞后无功电流。它从系统的高低压输电线路走到电力设备的末端，实际上增加了可以避免的线路功率损耗。具体方法如下：
应尽量减少设计中的高功率因数，如同步电动机，以减少电气设备的无功损耗。电感式电气设备可用于补偿电容器，例如配备电容补偿的荧光灯。
我们使用静电电容进行无功功率补偿。电容器会产生先进的无功电流，从而抵消滞后的无功电流。我们不仅可以提高功率因数，还可以减少无功电流。在一定的工程设计中，可以采用现场色散补偿和集中补偿的方法，这完全取决于我们。
4.1.4减少线路损耗
尽可能选择电阻率较小的导线，如铜线，这比铝导线好。我们将尽量减少电线的长度。在设计中线路应尽可能平直，并且在低压配电系统线路中不要来回走动。变电站应尽可能靠近负载中心，以减少供电半径。增加横截面积。对于长线来说，所选择的导体横截面应该更加平坦以满足承载能力，热稳定性，保护协调性，电压要求。在短期内，生产线成本增加，但从长远来看，运营成本正在降低以节省能源消耗。综合来说，它更经济。
4.2照明系统的节能设计
照明节能是我们应对的关键问题。它如何满足我们工作和生活水平的要求，达到节约能源的目的？我们主要可以从以下几个方面做到。
4.2.1光源的选择
光源是将能量转换为光的装置。这是实现照明节能的核心。在设计时，首先要满足照明和显色的强度，然后选择高效节能光源的灯具，以达到高光效，低电光源污染的目的，以改善照明质量，保护视力，提高劳动生产率和能源效率。另外，我们还应该考虑以下发光效能，色温以及生活元素的价格等。如表1所示
表 1 各种常用光源的效率和节能效果
|
光源的名称 |
功率（W） |
发光效能(lm/W) |
功耗和白炽灯 的比例 |
节能百分比(%) |
|
白炽灯 |
40~200 |
8.75~14.6 |
||
|
高压汞灯 |
50~1000 |
27~50 |
||
|
荧光灯 |
30~40 |
35~50 |
1/4 ~ 1/6 |
75 ~ 83 |
|
紧凑型荧光灯 |
7~36 |
40~62.7 |
1/4.5 ~ 1/7 |
77 ~ 86 |
|
高压钠灯 |
35~1000 |
54.9~117.1 |
1/4 ~ 1/8 |
75 ~ 87 |
|
金属卤化物灯 |
175~1000 |
66.7~162.8 |
1/5 ~ 1/7 |
8~86 |
常用各种光源的效率和节能效果如表1所示。从上表可以看出，金属卤化物灯的光效最高，白炽灯泡的效率最低。高压钠灯和金属卤钨灯适用于大型工业车间。直管荧光灯适用于低矮的室内空间，如办公楼等。紧凑型荧光灯（包括H，D等）可代替白炽灯，适用于家庭，宾馆，饭店，走廊灯。
4.2.2照明灯具和配件的选择
灯具的主要功能是点亮再分配发出的光通量。选择灯具时，应选择直射光通量比高，反射率高或透光率高，控制效果好的灯具。室内灯具的效率应不低于70％（百叶窗不得低于55％）;室外灯具的效率应不低于40％（户外投光灯不应低于55％）。在实践中，还要注意灯具合理的配光曲线，以提高光的利用率，达到节能的效果。
同时，也要注意灯具的附着。适当的配件可以提高效率。如果在启动荧光灯，节能灯，金属卤化物，高压钠灯中使用电子镇流器代替电感镇流器，它具有重量轻，体积小，噪声低，无频闪效应等优点。因此，我们将获得显着的节能效果。
4.2.3照明控制模式选择
在照明设计中，照明节能的控制模式也起着重要的作用。如何在多种控制模式下进行实践，是每个设计师都应该重视的问题。应该方便我们使用，并且容易实现节能。
（1）充分利用自然光
自然光是一种没有任何损失的能源。电气设计人员应该尽量配合专业建筑。一方面要重视建筑施工设计，采用自然光，日光开放面积和数量，轻质量按照具体用途。如果房间有更多的光柱，并且受控的灯柱与侧窗平行，则采用组控制。
根据自然光线的强弱，我们一步步设计线条。只有这样才能充分利用自然光，结合室内照明，从而大大节省人工照明用电的消耗。
（2）事件定时控制模式
对于标准办公室等日常固定场所，我们应该通过时间控制的方式来预测时间表控制方法，以满足人们活动的需要。据统计资料显示，这种控制方法可以节省10％〜50％的能源。
对于每日不固定的网站，例如大型剧院，健身房和会议室，应采用不可预知的时间表。我们通过安装人体感应开关或红外传感器来检测人的活动，从而调整照明时间和照明强度的大小。
（3）不同的功能分区控制
在公共走廊，厕所，楼梯灯（应急灯除外）等区域，需要照明的地方较少，在设计时应注意每个照明开关的数量。我们采用光控节能开关。这些灯在白天自动熄灭。主要的人员活动空间，我们建立局部照明，这可以节
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