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摘要:目前全世界都存在能源短缺,而我国又是一个能源消耗大国,每年要从国外进口大量的石油和天然气等。我国人均资源和能源相对贫乏,不到世界人均水平的一半,而我国能源利用率又低,大约为百分之三十。我国单位建筑面积能耗相当于发达国家的二到三倍，同时我国正处于城镇化建设的快速发展时期，每年以十几亿平方米的速度递增。目前，我国建筑能耗约占全社会总能耗的27％左右（根据建设部和国家建材局的统计）。到2020年，全国将新增建筑面积约200亿平方米，建筑能耗占全社会总能耗的比例将更高。本文就建筑电气设计及应用情况进行了研究,以此保障国家经济安全、改善环境、增强企业竞争力。
关键词:建筑 电气 设计 节能
中图分类号：TE08 文献标识码：A
1、建筑电气节能的设计焦点分析
(1)电动机节能设计。降低电动机电能损耗的主要途径,是提高电动机的工作效率和功率因数。在工程设计中,应根据负荷特性考虑选择更为省电的电动机,其关键在于明确负荷是断续还是连续。断续负荷时,即在额定负荷下运行时采用常用电源,使电动机在额定转速下运行。如果轻负荷时不能停止电动机的工作,则应考虑采用调速装置。当需要低速运行时,考虑采用逆变器变频装置或其他方式调速。若为连续负荷,要了解电动机的输出功率是否与各种负荷相匹配,如果是风机和泵等平方递减负荷特性,在轻载时打开风门和阀门,采用调速电动机在低速运行可以节约电能。
(2)照明节能设计。一是改善照明器的控制方式。民用建筑应采用各种节能型开关或装置,同一场所需求不同的区域可以采取分区安装亮度不同的灯具。二是采用智能照明控制系统。通过系统控制不同工作场合的照明工作模式,在可以保证必要照明的同时,有效地减少灯具的工作时间,延长灯具的寿命,节省不必要的能源开支,这也是照明控制系统节能的最大优势。三是充分利用自然光。自然光是绿色能源,目前利用自然光的方式主要有导光管法、棱镜多次反射法、光电效应法。民用建筑设计时靠近室外部分的建筑面积,门窗尺寸应尽量增加,玻璃门窗透光率也应较好,让更多的自然光照射到房间里。四是合理选用光源、灯具及附件。在选择光源时参照《建筑照明设计标准》（GB50034-2004）的规定，并结合居住建筑设计的特点,不应采用白炽灯,使用提供高效光源、照明器反射面的反射比较高的灯具。灯具的选择应根据悬挂高度而定,一般在悬挂较高的场所,选用高压钠灯和金属卤化物灯,悬挂较低的场所照明采用熒光灯。同时荧光灯、金属卤化物灯应配用电子镇流器或节能型电感镇流器，使用电感镇流器的气体放电灯应在灯具内设置电容补偿，荧光灯功率因数不低于0.9，金属卤化物灯功率因数不应低于0.85.
(3)配电系统的节能设计。设计时，合理分配用电负荷、合理选择变压器容量和台数，使其工作在高效区内，可有效减小变压器总损耗。另外,变配电所应尽量靠近负荷中心位置,可以降低电能损耗,提高电压质量,节省线材。当负荷率低于30％时，应按实际负荷换小容量变压器；当负荷率超过80％并通过计算不利于经济运行时，可放大一级容量选择变压器。当容量大而需要选用多台变压器时，在合理分配负荷的情况下，尽可能减少变压器的台数，选用大容量的变压器。例如需要装机容量为2000ＫＶＡ，可选２台１000ＫＶＡ，不选４台５00ＫＶＡ。因为前者总损耗比后者小,且综合经济效益优于后者。对分期实施的项目，宜采用多台变压器方案，避免轻载运行而增大损耗；内部多个变电所之间宜敷设联络线，根据负荷情况，可切除部分变压器，从而减少损耗；对可靠性要求高、不能受影响的负荷，宜设置专用变压器。
(4)合理计算用电负荷。由于一般工程的干线、支线等线路总长度动辙数万米，线路上的总有功损耗相当可观，所以，减少线路上的损耗必须引起设计足够重视。 同时随着经济发展,人们的生活水平提高,用电负荷不断增加,特别是大功率家用电器的使用,提出了如何计算用电负荷问题。用电负荷计算方法宜按照以下原则选取。一是对于住宅建设,在设计的各个阶段均可采用单位指标法和单位面积法。二是在方案设计阶段可以采用单位指标法。三是在初步设计阶段与施工图设计阶段,宜采用需要系数法。用电负荷计算方法选择得当,会达到节约成本、节材、节能的目的。相反,如果选择不当,会带来不必要的投资与能源浪费。
2、建筑电气节能应用策略
(1)高效光源、高效灯具和节能控制措施。首先,对于住宅公共部分节能控制措施即是指采用节能自熄开关。由于住宅公共部分是无人值守的,所以灯具在人来时点亮,人去时熄灭是很重要的。其次,照明节能工程中的一个较为主要的内容是如何充分利用天然光源。在照明节能的实施工程中,应当充分加以利用,制定建筑物的采光标准,确定采光方式,将采光和照明有机地结合起来。第三,高效光源顾名思义具有高光效,显色好等优点。试验证明,白炽灯百分之九十的电能转变为热辐射,只有百分之十的电能转变为可见光,而这种热辐射性又往往带来火灾隐患。LED、LVD等节能灯均为高效光源,应积极推广应用。
(2)供配电系统的节能措施。这主要提在运输、转换等过程中进行节能减耗的方法。主要有以下途径。第一,慎重选用供电电压。在相同的供电情况下,电压越高,电能的损失越少。第二,变压器型号及容量选择合理,变压器使用数量据实际建筑物所需采购,不可浪费，变压器应尽量选用SCB10、SCB11等节能型变压器。目前新型的节能变压器：非晶合金变压器应运而生，它采用非晶合金带材制作铁芯，替代传统硅钢片铁芯，其能耗比普通硅铁变压器降低60－80%，具有很好的节能效果，但是其前期投资相对普通硅铁变压器高，不过节省的电费5年可以将初次投资增加的成本回收，经济性非常显著。第三,电缆电线的选择也直接影响着节能情况，由于线路损耗△Ｐ∝R，而R=p.L/S，则线路损耗△Ｐ与其电导率p、长度L成正比，与其截面S成反比。选用电导率p较小的材质做导线。铜芯最佳，但又要贯彻节约用铜的原则。因此，在负荷较大的一类、二类建筑中采用铜导线，在三类或负荷量较小的建筑中可采用铝芯导线。同时减小导线长度L，变配电所应尽量靠近负荷中心，以缩短线路供电距离，减少线路损失。低压线路的供电半径一般不超过200m，当建筑物每层面积不少于１0000ｍ２时，至少要设两个变配电所，以减少干线的长度。还可以适当增大线缆截面S，对于比较长的线路，在满足载流量、动热稳定、保护配合、电压损失等条件下，可根据情况再加大一级线缆截面。假定加大线缆截面所增加的费用为Ｍ，由于节约能耗而减少的年运行费用为ｍ，则Ｍ／ｍ为回收年限，若回收年限为几个月或一、二年，则应加大一级导线截面。 一般来说，当线缆截面小于７０ｍｍ２，线路长度超过１００ｍ时，增加一级线缆截面可达到经济合理的节能效果。合理调剂季节性负荷、充分利用供电线路。如将空调风机、风机盘管与一般照明、电开水等计费相同的负荷，集中在一起，采用同一干线供电，既可便于用一个火警命令切除非消防用电，又可在春、秋两季空调不用时，以同样大的干线截面传输较小的负荷电流，从而减小了线路损耗。第四,整体功率因素的把握,适当情况下可提高功率因素。。由上式可以看出，在系统有功功率P一定的情况下，cosφ 越高（即减少系统无功功率Q），功率损耗ΔP将越小，所以，提高系统功率因素、减少无功功率在线路上传输，可减少线路损耗，达到节能的目的。
(3)科学合理地利用太阳能照明技术与产品。随着经济的发展,社会的进步,人们对能源提出了越来越高的要求,寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。由于太阳能发电具有火电、水电、核电所无法比拟的清洁性、安全性、资源的广泛性和充足性等优点,太阳能被认为是二十一世纪最重要的能源。首先,太阳能是无处不有、取之不尽、用之不竭的清洁能源。太阳能照明技术的开发利用,减少废气排放,可节省资源,减少对地球资源的使用和破坏,保护地球环境。科学合理地利用太阳能照明在节能、环保方面具有重大的意义。其次,太阳能技术是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的技术。太阳能照明技术通常利用太阳能光伏发电系统,将入射的太阳辐射能直接转换为电能,提供给照明负荷。我国加入WTO后,我国在建筑电气节能设计领域中面临着新的挑战,因为国外的设计公司在设计过程中十分重视环保和节能,如果我们在设计过程中不重视节能,就有可能被淘汰出局。对于设计者而言,就是要合理的选用设备（变压器,电动机,电缆,照明光源等）,合理确定供电电压等级以及采用新材料,新技术等。目前已成功地把太阳能组件和建筑构件加以整合,如太阳能屋面(顶)、墙壁及门窗等,实现了“光伏--建筑照明一体化(BIPV)”。
(4)照明系统的节能。（a）减少设备使用时间。在设计的时候，楼梯间，走廊这样的公共场所可采用自动控制的方式，做到人来灯亮，人走灯灭，考虑到线路损耗。对于面积小的房间可采用一灯一控或二灯一控，面积较大的房间采用多灯一控的方式，同时，设计时应充分利用天然光，建筑物靠近室外的部分，在建筑物结构允许的情况下，门窗尽可能开的大些，门窗的玻璃采用选用透光率高的，以充分利用自然光的，靠近室外的部分，可用导光管，反射高窗或棱镜窗将光线引入需要阳光的地方，以最大限度地减少照明设备的使用时间。（b）提高光源的利用效率。首先要改善环境的反射条件，即建筑物内的墙壁，天顶，地面以及家具的表面尽量光滑，色彩尽量选用浅色，当然考虑到健康因素，屋顶和墙面的光反射系数宜在55%-60%之间，地面宜为15-35%。其次用高效光源，首选发光率高的光源，这些光源节能效果及光效都非常顯著，因此能够在照明系统的设计环节达到节能的目的。（c）控制照明器的数量。在设计时要考虑建筑类型及功能的实际需要，按照我国照度标准确定最合适的照明，并且要结合房间面积确定照明器数量及布置，在这方面，我们可以利用先进的照明设计软件做出精确的计算，以确定灯具的最为合理的布置，在满足舒适的前提下，最大限度减少照明器的使用。
3、结语
总之,建筑电气节能设计直接关系到整个建筑物的施工与项目运行,同时贯穿于整个决策、设计、施工和运营。因此,只有采取合理的设计方案,应用合理的节能器具以及优化节能措施,才能实现建筑电气节能的可持续发展。
参考文献：
[1]中国航空工业规划设计研究院. 工业与民用配电设计手册第三版[M]. 北京：中国电力出版社，2005.
[2] 李蔚. 建筑电气设计常见及疑难问题解析第一版[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2011.
[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部. JGJ16-2008 民用建筑电气设计规范[s]. 北京：中国建筑工业出版社，2008.
关键词:建筑 电气 设计 节能
中图分类号：TE08 文献标识码：A
1、建筑电气节能的设计焦点分析
(1)电动机节能设计。降低电动机电能损耗的主要途径,是提高电动机的工作效率和功率因数。在工程设计中,应根据负荷特性考虑选择更为省电的电动机,其关键在于明确负荷是断续还是连续。断续负荷时,即在额定负荷下运行时采用常用电源,使电动机在额定转速下运行。如果轻负荷时不能停止电动机的工作,则应考虑采用调速装置。当需要低速运行时,考虑采用逆变器变频装置或其他方式调速。若为连续负荷,要了解电动机的输出功率是否与各种负荷相匹配,如果是风机和泵等平方递减负荷特性,在轻载时打开风门和阀门,采用调速电动机在低速运行可以节约电能。
(2)照明节能设计。一是改善照明器的控制方式。民用建筑应采用各种节能型开关或装置,同一场所需求不同的区域可以采取分区安装亮度不同的灯具。二是采用智能照明控制系统。通过系统控制不同工作场合的照明工作模式,在可以保证必要照明的同时,有效地减少灯具的工作时间,延长灯具的寿命,节省不必要的能源开支,这也是照明控制系统节能的最大优势。三是充分利用自然光。自然光是绿色能源,目前利用自然光的方式主要有导光管法、棱镜多次反射法、光电效应法。民用建筑设计时靠近室外部分的建筑面积,门窗尺寸应尽量增加,玻璃门窗透光率也应较好,让更多的自然光照射到房间里。四是合理选用光源、灯具及附件。在选择光源时参照《建筑照明设计标准》（GB50034-2004）的规定，并结合居住建筑设计的特点,不应采用白炽灯,使用提供高效光源、照明器反射面的反射比较高的灯具。灯具的选择应根据悬挂高度而定,一般在悬挂较高的场所,选用高压钠灯和金属卤化物灯,悬挂较低的场所照明采用熒光灯。同时荧光灯、金属卤化物灯应配用电子镇流器或节能型电感镇流器，使用电感镇流器的气体放电灯应在灯具内设置电容补偿，荧光灯功率因数不低于0.9，金属卤化物灯功率因数不应低于0.85.
(3)配电系统的节能设计。设计时，合理分配用电负荷、合理选择变压器容量和台数，使其工作在高效区内，可有效减小变压器总损耗。另外,变配电所应尽量靠近负荷中心位置,可以降低电能损耗,提高电压质量,节省线材。当负荷率低于30％时，应按实际负荷换小容量变压器；当负荷率超过80％并通过计算不利于经济运行时，可放大一级容量选择变压器。当容量大而需要选用多台变压器时，在合理分配负荷的情况下，尽可能减少变压器的台数，选用大容量的变压器。例如需要装机容量为2000ＫＶＡ，可选２台１000ＫＶＡ，不选４台５00ＫＶＡ。因为前者总损耗比后者小,且综合经济效益优于后者。对分期实施的项目，宜采用多台变压器方案，避免轻载运行而增大损耗；内部多个变电所之间宜敷设联络线，根据负荷情况，可切除部分变压器，从而减少损耗；对可靠性要求高、不能受影响的负荷，宜设置专用变压器。
(4)合理计算用电负荷。由于一般工程的干线、支线等线路总长度动辙数万米，线路上的总有功损耗相当可观，所以，减少线路上的损耗必须引起设计足够重视。 同时随着经济发展,人们的生活水平提高,用电负荷不断增加,特别是大功率家用电器的使用,提出了如何计算用电负荷问题。用电负荷计算方法宜按照以下原则选取。一是对于住宅建设,在设计的各个阶段均可采用单位指标法和单位面积法。二是在方案设计阶段可以采用单位指标法。三是在初步设计阶段与施工图设计阶段,宜采用需要系数法。用电负荷计算方法选择得当,会达到节约成本、节材、节能的目的。相反,如果选择不当,会带来不必要的投资与能源浪费。
2、建筑电气节能应用策略
(1)高效光源、高效灯具和节能控制措施。首先,对于住宅公共部分节能控制措施即是指采用节能自熄开关。由于住宅公共部分是无人值守的,所以灯具在人来时点亮,人去时熄灭是很重要的。其次,照明节能工程中的一个较为主要的内容是如何充分利用天然光源。在照明节能的实施工程中,应当充分加以利用,制定建筑物的采光标准,确定采光方式,将采光和照明有机地结合起来。第三,高效光源顾名思义具有高光效,显色好等优点。试验证明,白炽灯百分之九十的电能转变为热辐射,只有百分之十的电能转变为可见光,而这种热辐射性又往往带来火灾隐患。LED、LVD等节能灯均为高效光源,应积极推广应用。
(2)供配电系统的节能措施。这主要提在运输、转换等过程中进行节能减耗的方法。主要有以下途径。第一,慎重选用供电电压。在相同的供电情况下,电压越高,电能的损失越少。第二,变压器型号及容量选择合理,变压器使用数量据实际建筑物所需采购,不可浪费，变压器应尽量选用SCB10、SCB11等节能型变压器。目前新型的节能变压器：非晶合金变压器应运而生，它采用非晶合金带材制作铁芯，替代传统硅钢片铁芯，其能耗比普通硅铁变压器降低60－80%，具有很好的节能效果，但是其前期投资相对普通硅铁变压器高，不过节省的电费5年可以将初次投资增加的成本回收，经济性非常显著。第三,电缆电线的选择也直接影响着节能情况，由于线路损耗△Ｐ∝R，而R=p.L/S，则线路损耗△Ｐ与其电导率p、长度L成正比，与其截面S成反比。选用电导率p较小的材质做导线。铜芯最佳，但又要贯彻节约用铜的原则。因此，在负荷较大的一类、二类建筑中采用铜导线，在三类或负荷量较小的建筑中可采用铝芯导线。同时减小导线长度L，变配电所应尽量靠近负荷中心，以缩短线路供电距离，减少线路损失。低压线路的供电半径一般不超过200m，当建筑物每层面积不少于１0000ｍ２时，至少要设两个变配电所，以减少干线的长度。还可以适当增大线缆截面S，对于比较长的线路，在满足载流量、动热稳定、保护配合、电压损失等条件下，可根据情况再加大一级线缆截面。假定加大线缆截面所增加的费用为Ｍ，由于节约能耗而减少的年运行费用为ｍ，则Ｍ／ｍ为回收年限，若回收年限为几个月或一、二年，则应加大一级导线截面。 一般来说，当线缆截面小于７０ｍｍ２，线路长度超过１００ｍ时，增加一级线缆截面可达到经济合理的节能效果。合理调剂季节性负荷、充分利用供电线路。如将空调风机、风机盘管与一般照明、电开水等计费相同的负荷，集中在一起，采用同一干线供电，既可便于用一个火警命令切除非消防用电，又可在春、秋两季空调不用时，以同样大的干线截面传输较小的负荷电流，从而减小了线路损耗。第四,整体功率因素的把握,适当情况下可提高功率因素。。由上式可以看出，在系统有功功率P一定的情况下，cosφ 越高（即减少系统无功功率Q），功率损耗ΔP将越小，所以，提高系统功率因素、减少无功功率在线路上传输，可减少线路损耗，达到节能的目的。
(3)科学合理地利用太阳能照明技术与产品。随着经济的发展,社会的进步,人们对能源提出了越来越高的要求,寻找新能源成为当前人类面临的迫切课题。由于太阳能发电具有火电、水电、核电所无法比拟的清洁性、安全性、资源的广泛性和充足性等优点,太阳能被认为是二十一世纪最重要的能源。首先,太阳能是无处不有、取之不尽、用之不竭的清洁能源。太阳能照明技术的开发利用,减少废气排放,可节省资源,减少对地球资源的使用和破坏,保护地球环境。科学合理地利用太阳能照明在节能、环保方面具有重大的意义。其次,太阳能技术是利用电池组件将太阳能直接转变为电能的技术。太阳能照明技术通常利用太阳能光伏发电系统,将入射的太阳辐射能直接转换为电能,提供给照明负荷。我国加入WTO后,我国在建筑电气节能设计领域中面临着新的挑战,因为国外的设计公司在设计过程中十分重视环保和节能,如果我们在设计过程中不重视节能,就有可能被淘汰出局。对于设计者而言,就是要合理的选用设备（变压器,电动机,电缆,照明光源等）,合理确定供电电压等级以及采用新材料,新技术等。目前已成功地把太阳能组件和建筑构件加以整合,如太阳能屋面(顶)、墙壁及门窗等,实现了“光伏--建筑照明一体化(BIPV)”。
(4)照明系统的节能。（a）减少设备使用时间。在设计的时候，楼梯间，走廊这样的公共场所可采用自动控制的方式，做到人来灯亮，人走灯灭，考虑到线路损耗。对于面积小的房间可采用一灯一控或二灯一控，面积较大的房间采用多灯一控的方式，同时，设计时应充分利用天然光，建筑物靠近室外的部分，在建筑物结构允许的情况下，门窗尽可能开的大些，门窗的玻璃采用选用透光率高的，以充分利用自然光的，靠近室外的部分，可用导光管，反射高窗或棱镜窗将光线引入需要阳光的地方，以最大限度地减少照明设备的使用时间。（b）提高光源的利用效率。首先要改善环境的反射条件，即建筑物内的墙壁，天顶，地面以及家具的表面尽量光滑，色彩尽量选用浅色，当然考虑到健康因素，屋顶和墙面的光反射系数宜在55%-60%之间，地面宜为15-35%。其次用高效光源，首选发光率高的光源，这些光源节能效果及光效都非常顯著，因此能够在照明系统的设计环节达到节能的目的。（c）控制照明器的数量。在设计时要考虑建筑类型及功能的实际需要，按照我国照度标准确定最合适的照明，并且要结合房间面积确定照明器数量及布置，在这方面，我们可以利用先进的照明设计软件做出精确的计算，以确定灯具的最为合理的布置，在满足舒适的前提下，最大限度减少照明器的使用。
3、结语
总之,建筑电气节能设计直接关系到整个建筑物的施工与项目运行,同时贯穿于整个决策、设计、施工和运营。因此,只有采取合理的设计方案,应用合理的节能器具以及优化节能措施,才能实现建筑电气节能的可持续发展。
参考文献：
[1]中国航空工业规划设计研究院. 工业与民用配电设计手册第三版[M]. 北京：中国电力出版社，2005.
[2] 李蔚. 建筑电气设计常见及疑难问题解析第一版[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2011.
[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部. JGJ16-2008 民用建筑电气设计规范[s]. 北京：中国建筑工业出版社，2008.