南寧鐵路局、中國電子系統(tǒng)技術(shù)有限公司的研究人員黃烴隆、劉合良，在2017年第8期《電氣技術(shù)》雜志上撰文指出，低碳環(huán)保，節(jié)能減排已成為全社會(huì)的共識，而我國建筑能耗大，約占全國能源消費(fèi)總量20%，建筑節(jié)能勢在必行。建筑電氣節(jié)能作為建筑節(jié)能中重要的組成部分，電氣節(jié)能潛力巨大。
本文主要通過對我國建筑電氣節(jié)能現(xiàn)狀和設(shè)計(jì)中重要的可節(jié)能環(huán)節(jié)進(jìn)行簡要的分析，并提出節(jié)能設(shè)計(jì)措施，為廣大建筑電氣設(shè)計(jì)工作者提供設(shè)計(jì)參考，推進(jìn)建筑電氣節(jié)能事業(yè)的發(fā)展。
1我國建筑應(yīng)用電氣節(jié)能技術(shù)現(xiàn)狀
“十二五”期間，全國建筑能耗約占全國能源消費(fèi)總量的20%。隨著生活水平的提高，建筑能耗還在持續(xù)上升。
目前工程設(shè)計(jì)中，基本上能夠按照規(guī)范要求，滿足電氣節(jié)能。但對于中小型公共建筑和小居住區(qū)住宅建筑，由于初期投資資金較少，很少進(jìn)行節(jié)能專篇設(shè)計(jì)。
建筑電氣設(shè)計(jì)主要存在以下幾個(gè)方面的問題：沒有綜合考慮用電負(fù)荷區(qū)域分布，季節(jié)分布情況，造成初期投入大，變壓器損耗高；少有對建筑內(nèi)大功率設(shè)備（如中央空調(diào)系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)、水泵等）進(jìn)行能耗監(jiān)控，控制技術(shù)節(jié)能水平也不高，如電梯、水泵沒有采用節(jié)能控制技術(shù)；項(xiàng)目中沒有充分考慮分析設(shè)備容量，前期估算與后期設(shè)計(jì)相差較大，造成變壓器、電纜選材浪費(fèi)，增加投資；照明設(shè)計(jì)僅滿足使用的需求，節(jié)能設(shè)計(jì)未充分考慮；少有關(guān)于應(yīng)用可再生能源的設(shè)計(jì)，無法滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求。
2綠色建筑
綠色建筑是指在全壽命期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源(節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材)、保護(hù)環(huán)境、減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑[2]。
從綠色建筑的概念就知道，最大限度地節(jié)約資源給建筑的綠色設(shè)計(jì)指明了方向，單就建筑電氣來說，需要對設(shè)備進(jìn)行優(yōu)選及控制，對電氣各系統(tǒng)智能化水平也有較高的要求。建筑電氣設(shè)計(jì)應(yīng)該充分采用合理經(jīng)濟(jì)的供配電及智能化系統(tǒng)，同時(shí)運(yùn)用高效的節(jié)能技術(shù)，為綠色建筑提供保障。
2.1供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)
變電站宜設(shè)置在負(fù)荷中心，減小供電距離，最大限度降低線路損耗。原則上變電站至末端配電箱最長供電距離約250m。
盡可能減少變壓器臺數(shù)，區(qū)分照明負(fù)荷、一般動(dòng)力負(fù)荷和容量較大季節(jié)性用電負(fù)荷，針對后者合理設(shè)置專用變壓器供電，以降低損耗。
變電站高低壓側(cè)集中設(shè)置無功功率補(bǔ)償，采用固定和自動(dòng)投切相結(jié)合的方式，要求低壓側(cè)功率因數(shù)在0.9以上。
對于功率較大的非線性負(fù)荷，會(huì)產(chǎn)生諧波電流，產(chǎn)生諧波損耗，同時(shí)危害公用電網(wǎng)，影響供電質(zhì)量。所以諧波治理也是電氣節(jié)能的需要?？刹扇∫种浦C波的措施：安裝無源吸收諧波裝置、有源吸收濾波器裝置、無源有源復(fù)合濾波吸收裝置、靜止無功發(fā)生器（SVG）。
2.2變壓器節(jié)能設(shè)計(jì)
據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國10kV變配電系統(tǒng)中，變壓器的能耗占該系統(tǒng)損耗80%以上，所以變壓器的節(jié)能對整個(gè)供配電系統(tǒng)的節(jié)能至關(guān)重要。變壓器屬于電機(jī)，它的節(jié)能實(shí)際上就要減少其有功功率損耗、提高效率。
而變壓器有功功率損耗包括空載損耗和負(fù)載損耗。變壓器首選節(jié)能型的，如高磁通密度的優(yōu)質(zhì)冷軋晶粒取向硅鋼片和非晶合金材質(zhì)節(jié)能變壓器。與老產(chǎn)品比較，節(jié)能型變壓器具有低損耗、輕質(zhì)量、高效率、抗沖擊等優(yōu)點(diǎn)。
負(fù)載損耗又稱銅損，是一、二次繞組流過額定電流時(shí)所產(chǎn)生的損耗。所以應(yīng)該選用損耗低的銅心繞組變壓器。結(jié)合經(jīng)濟(jì)性和后期擴(kuò)容考慮，本文認(rèn)為負(fù)載率應(yīng)設(shè)計(jì)在0.8左右。同時(shí)應(yīng)該考慮用電負(fù)荷隨時(shí)間隨季節(jié)變化情況而設(shè)置變配電系統(tǒng)，如對夏季、空調(diào)等隨季節(jié)變化規(guī)律的負(fù)荷采用一大一小變壓器組進(jìn)行合理的投切運(yùn)行，以達(dá)到最大節(jié)能的目的。
下面以10 kV/800kV·A的S9油浸式變壓器和同容量非晶合金變壓器進(jìn)行節(jié)能性能比較，負(fù)載率為0.75，變壓器運(yùn)行按24小時(shí)，350天/年，電費(fèi)單價(jià)按0.8元/kW·h。
表1 10 kV /800kV·A幾種常用類型變壓器節(jié)能比較
由表1可知,相比于S9系列變壓器和SCB10系列變壓器，非晶合金變壓器運(yùn)行約三年達(dá)到投資回收，使用期節(jié)約效果相當(dāng)可觀。對于大容量、高負(fù)載率的變壓器，節(jié)能更加明顯，投資回收年限更短。所以國家才會(huì)大力推行節(jié)能型變壓器。
本文認(rèn)為，在變壓器選擇設(shè)計(jì)中，應(yīng)該優(yōu)選非晶合金變壓器和S13型及以上節(jié)能配電變壓器。
2.3建筑內(nèi)大功率設(shè)備節(jié)能設(shè)計(jì)
建筑中大功率設(shè)備主要有中央空調(diào)、風(fēng)機(jī)、水泵和電梯等，它們歸根結(jié)底都是電動(dòng)機(jī)，所以大功率設(shè)備的節(jié)能實(shí)質(zhì)上就是電動(dòng)機(jī)的節(jié)能。電動(dòng)機(jī)總損耗包括鐵損、銅損、機(jī)械損耗和附加損耗。電動(dòng)機(jī)的節(jié)能就是減小各個(gè)損耗，提高效率，需要從電動(dòng)機(jī)的選擇和控制方面采取措施。
1）電動(dòng)機(jī)的選擇
近年來，電動(dòng)機(jī)行業(yè)采用新理論、新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝等一系列先進(jìn)的措施，研制出各種高效節(jié)能的電動(dòng)機(jī)。國家也出臺了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)GB18613-2012 《中小型異步三相電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級》。該標(biāo)準(zhǔn)將電動(dòng)機(jī)效率分成3個(gè)等級，即3級（能效限定值）、2級（目標(biāo)能效限定值）和1級，1級能效最高。
設(shè)計(jì)時(shí)選用電動(dòng)機(jī)能效必須達(dá)到3級及以上，如YX3系列電動(dòng)機(jī)或者更高效能電動(dòng)機(jī)。同時(shí)還應(yīng)該注意電動(dòng)機(jī)的容量選擇，容量留有適當(dāng)裕值，但也要避免“大馬拉小車”。大功率異步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)小，應(yīng)采取就地補(bǔ)償，提高功率因數(shù)，降低線損。
2）電動(dòng)機(jī)的控制
電動(dòng)機(jī)一般采用恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣的方式使得電動(dòng)機(jī)的效率很低。建筑中風(fēng)機(jī)、水泵類設(shè)備也是采用各種閥門來調(diào)節(jié)流量，這種方法相對簡單，但卻耗能較大,同時(shí)也會(huì)損害電動(dòng)機(jī)，增加設(shè)備維護(hù)費(fèi)用，縮短設(shè)備使用壽命。
隨著電力電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，軟起動(dòng)器得到了廣泛的推廣。它不僅可以在起動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的電壓，使電動(dòng)機(jī)有良好的起動(dòng)性能，而且在突然停機(jī)和負(fù)載變化時(shí)也能自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在最佳狀態(tài)，達(dá)到節(jié)能目的。
電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)采用交流電機(jī)調(diào)速節(jié)電技術(shù)也是節(jié)能的一大措施。變頻調(diào)速技術(shù)，在負(fù)載下降時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，智能的尋求最佳運(yùn)行狀態(tài)，特別是保障輕載時(shí)的效率，達(dá)到節(jié)能效果[3]。所以，應(yīng)該根據(jù)工程實(shí)際，選用合適的變頻調(diào)速裝置。
2.4照明節(jié)能設(shè)計(jì)
因建筑照明耗能會(huì)占到建筑耗能的25%～30%，所以照明節(jié)能空間很大。在滿足建筑用途、使用舒適的前提下，照明設(shè)計(jì)應(yīng)從如下幾個(gè)方面進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)：
1）選用高效節(jié)能光源
按照場所選用不同類型的高效節(jié)能光源、節(jié)能燈具，滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范GB50034-2013《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求，特別是對照明功率密度（LPD）的限值。如一般室內(nèi)場所，優(yōu)先選用T5熒光燈或LED燈；高大空間（如廠房、球館等）選用高效的金屬鹵化物燈或大功率LED燈。
同時(shí)配合采用低耗的電子鎮(zhèn)流器或節(jié)能電感鎮(zhèn)流器，單燈功率因數(shù)低于0.9時(shí)采用電容器進(jìn)行無功就地補(bǔ)償。
燈具外罩，除裝飾外，應(yīng)優(yōu)先采用直射型燈具或高光通、反射透射系數(shù)高的高效燈具。
2）節(jié)能控制設(shè)計(jì)
按燈具的布置進(jìn)行有效控制，充分利用自然光，同時(shí)考慮到工作區(qū)域的需要進(jìn)行混合控制。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)增加控制開關(guān)，以便管理，更加高效的節(jié)能。對于大面積場所，應(yīng)該采取分支回路控制方式，根據(jù)班制和人員停留時(shí)間控制燈具亮滅。公共場所，盡可能采用定時(shí)開關(guān)、聲光控制開關(guān)等節(jié)電方式控制。對于大型的公共區(qū)域，宜設(shè)智能照明控制系統(tǒng)。
2.5電氣建筑能耗監(jiān)測設(shè)計(jì)
電氣建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)對建筑使用中的電力實(shí)施分項(xiàng)計(jì)量，實(shí)現(xiàn)對建筑內(nèi)所有的電力消耗進(jìn)行檢測，一方面，通過分析能耗監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力浪費(fèi)現(xiàn)象，并改變控制策略節(jié)約電力資源；另一方面，通過長期的對各機(jī)電設(shè)備能耗監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，分析其使用狀況，通過計(jì)算確定經(jīng)濟(jì)使用壽命，適時(shí)更換設(shè)備，降低綜合成本。
3結(jié)語
綜上所述，建筑電氣的節(jié)電勢在必行，節(jié)電手段多種多樣，只要在設(shè)計(jì)時(shí)精心做好分析，采取合理的措施，合理選用節(jié)能設(shè)備，并通過電力能耗計(jì)量進(jìn)行分析、采取合適的控制策略，就一定能達(dá)到最大化節(jié)能。
