饶　顶/仲大庆/孙欢欢

(1.中国电子系统工程第二建设有限公司，江苏 无锡 214000; 2.扬州大学水利与能源动力工程学院，江苏 扬州 225127)



建筑电气系统中的节能设计研究

饶顶1/仲大庆1/孙欢欢2

(1.中国电子系统工程第二建设有限公司，江苏 无锡 214000; 2.扬州大学水利与能源动力工程学院，江苏 扬州 225127)

0　引言

建筑节能涉及的内容较为广泛，其中建筑电气节能是最为关键的一部分[1]。日益增大的电能需求量和有限的可利用电能资源，使得建筑电气节能技术的研究尤为重要[2-3]。建筑电气的节能设计是指在保证用电安全并满足建筑物功能要求的基础上,对变压器、电动机、空调、电梯、照明等能耗系统进行实时的监视与管理，以提高设备的利用情况与管理水平，并且对其进行有效、科学的控制管理来实现电能利用率的提高，降低项目的投资运行成本，最终达到缓解资源紧张和减少环境污染的目的[4]。文中分析了建筑电气系统中几个主要的能耗环节，提出了一套基本设备的选择和运行的节能设计方案。

1　电力变压器的节能设计

1.1节能型变压器的选择

GB 20052-2013《三相配电变压器能效限定值及能效等级》中详细地划分了一定容量范围内的油浸式变压器和干式变压器的能效等级。其中，1级产品自身功率损失最低，节能效果最优，能够达到目前我国对变压器节能的最高要求。在实际选择中，油浸式和干式变压器设备都应达到限定标准中的最低要求，即3级标准。若要保证变压器设备的节能要求，那么这两类变压器的相关功率损耗指标均应不高于限定标准中的2级[5-6]。

变压器普遍采用的软磁金属材料为硅钢片，非晶合金是现在最有可能代替硅钢片的金属材料[8]，相比于硅钢片，非晶合金的性能指标更好，其优势主要表现在强度、导磁、磨损、抗腐蚀、电流通过率等方面。若将热轧硅钢片的单位损耗视为100%，经冷轧工艺处理后，其单位损耗为32%，而非晶合金只有7%。因此，将非晶材料用于变压器设备中是目前国际公认的发展方向[9]。

1.2并列变压器的经济运行方式

表1　负荷经济运行区间表

此外，为使整个电力系统有功损耗达到最小，可根据系统的供电情况与用户的用电规律合理安排用户使用时间，鼓励用户低峰用电。这样可大大降低变压器能耗，达到节能目的[10]。

1.3变压器的节能改造

可将变压器的节能改造分为三种形式，即降容、保容与增容。当前主要采用的是变压器降容节能改造，其改造原理是通过增加线圈的匝数来减少铁芯的磁通密度，以此来降低变压器单位损耗。变压器保容节能改造可通过四种方式完成，即同时改造线圈和铁心法、更换铁心改造法、用铝线替换铜线法、换心体改制法[7]。

2　照明系统的节能设计

2.1照明系统的光源选择

以“照明领域新革命的开始”著称的LED具有耐用、环保、高显色性和高效节能的特点，是照明系统中优先选择的光源[11]。

2.2照明灯具的布置

灯具的布置步骤为：(1)确定房间的开间、进深、装修后灯具与地面的距离、作业面与灯具的距离。(2)选择主要光源类型，根据生产商提供的灯具、指标来完成其他设定值的选取。(3)通过照明计算软件求出房间平均照度，将数据与GB 50034-2013《建筑照明设计标准》中对应的参数进行对比，确保偏差在±10%以内；用软件计算功率密度值，并将该数据与GB 50034-2013《建筑照明设计标准》中对应的节能参数相比，确保满足平均照度的房间达到节能指标[12]。

2.3智能照明控制系统的设计

智能照明利用了声、电、光等感应技术来自动控制系统的开与闭，具有一定的节能效果。将此设计方案与手动、自动控制进行融合，使用习惯不变且增加了许多服务功能[13-14]。使之能在提供舒适照度前提下，最大限度地降低系统的耗电量，对办公、酒店等高耗能建筑起到明显的节能效果。

智能照明控制系统的设计步骤：(1)明确技术要求；(2)选择合适控制策略；(3)选取对应控制产品；(4)规范布局、记录；(5)安装与调试。

3　中央空调控制系统的节能设计

3.1冷却水系统变频调速设计

冷却水系统是通过采集与分析空调主机的进/出水的温差数据和入水的温度数据，来实现对水泵的自动调节。进水温度与环境温度、风机性能有关，并非恒定值，若只采用温差方式调节，则不能确保系统调节的准确度，若将温度差设定为定值，则水泵的转速一定，与进水温度无关。增加入水温度调节后，若入水温度高，温差值则能及时做出下降调整，确保中央空调制冷效果；若入水温度低，则温差值能够相应调高，保证了能源节约的效果。如图1所示，通过自动控制的方式，输入对应的技术参数，可达到系统节能控制的目的[15-16]。

图1　冷却水系统的自动变频调节图

3.2冷冻水系统变频调速设计

冷冻水系统通过采集和分析冷冻泵和冷冻主机的进/出水两端温差和压差来实现水泵自动调节[17]。如图2所示，其中压差信号反映了冷冻泵回出水间的压差，温差信号则反映了冷冻主机回出水的温差。若室内温度有变化，温度差信号将产生相应的变化，则冷冻泵将在变频器的控制下进行对应的转速调节[18-19]；而当建筑内部温度较低时，会出现温度差信号值小于标准水平的现象，那么冷冻泵会自动减小输出的功率以达到节能的效果；若压力差信号发生变化，表示水泵输出功率不足，需要提高水泵输出功率来确保建筑室内空气的调节效果[20]。

图2　冷冻水系统的自动变频调节图

4　结束语

本文研究了建筑电气的三个环节并提出了节能设计方案。方案中选择采用非晶合金的变压器，并联运行方式，利用变压器的合理组合实现最佳节能效果。在照明系统节能设计中有效使用LED光源，用不同的灯具布置方案装饰不同的功能房间，采用智能照明控制方式。在节能控制设计中央空调系统时，对冷冻泵、冷却泵分别进行变频改造以达到自控目的。

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Energy-saving Design and Research in Building Electrical Systerm

Rao Ding/Zhong Daqing/Sun Huanhuan

通过归纳总结建筑电气的节能问题，重点分析了建筑电气系统中的三个主要耗能环节，即电力变压器、照明系统、中央空调系统；对设备的选择与运行，提出了完善的电气系统节能设计方案。

电气节能设计变压器照明系统中央空调系统

Through summarizing the problems of building electrical energy saving,three major energy consuming sectors in building electrical system are analyzed,including power transformer,lighting system and central air conditioning system.And for the selection and operation of the equipments,an energy-saving design plan for electrical system is proposed.

electrical energy-saving design，transformer，lighting system，central air conditioning system