由於人口的增加、工業的發展和生活水平的提高，能源的消耗量急劇增加，能源危機迫在眉睫。因此，各行各業都提出了節能的要求，節約二次能源&電能成為民用建築電氣設計的重點。建築電氣設計中的節能原則建築電氣節能應堅持以下三個原則:
1.滿足建築的功能
即滿足照明的照度、色溫和顯色指數；滿足舒適空調的溫度和新風量，即舒適又衛生；滿足上下、左右暢通的交通通道；滿足特殊工藝要求，如娛樂場所部分電氣設施用電、展廳工藝照明用電等。
2.考慮實際的經濟效益
節能要根據國情考慮實際經濟效益，不能因為節能而消耗投資，增加運行成本。相反，部分增加的投資應在幾年或短時間內收回，並通過節能減少運行費用。
3.節省不必要的能源消耗
節能的重點應該是節約不必要的能源。先找出能耗與建築功能無關的地方，再考慮采取什麽措施節能。比如變壓器的功率損耗，輸電線路上的有功損耗都是無用的能量損耗，對於照明容量大的，要采用先進技術降低其能耗。
因此，節能措施還應貫徹實用性、經濟合理性和技術先進性的原則。
建築電氣節能的途徑
1.降低變壓器的有功損耗
變壓器的有功功率損耗表示如下:△ Pb = Po+PK β 2，其中:
△Pb——變壓器的有功損耗(kW)；
po——變壓器空載損耗(kW)；
Pk——變壓器的有載損耗(kW)；
變壓器的β-負載率。
Po的空載損耗也叫鐵損，由鐵芯的渦流損耗和漏磁損耗組成，是固定部分，其大小取決於矽鋼片的性能和鐵芯的制造工藝。因此應選擇節能型變壓器，如S9、SL9、SC8油浸式變壓器或幹式變壓器，均采用優質冷軋取向矽鋼片。由於“取向”處理，矽鋼片的磁疇方向接近壹致，減少了鐵芯的渦流損耗；45°全斜縫結構，使接縫嚴密，減少漏磁損耗。
Pk是傳輸功率的損耗，即變壓器的線損，由變壓器繞組的電阻和流過繞組的電流大小決定，即負載系數β的平方。所以要選擇電阻較小的繞組，可以使用銅芯變壓器。從Pkβ2出發，通過微分得到它的極值。在β = 50%時，變壓器每千瓦負載的能耗最小。因此，在80年代中期設計的民用建築中，變壓器的負荷率大多在50%左右，實際使用中有壹半變壓器沒有投入運行。這種做法被壹些設計師沿用至今。但是，這只是為了節約能源，沒有考慮經濟價值。下面的例子可以說明其不可取的程度。
SC3-2000KVA變壓器，當β = 50%與β = 85%相比，可節能量為P = 16.01×(0.852-0.52)= 7.56 kW，按照商場最大用電小時數，365天每天12小時。則總節能量為:w = 7.56×12×365 = 33113kw . h，若運行電價為每千瓦時0.78元，則每年節約33113×0.78 = 25828元。
按每千瓦初裝費投資:2000KVA變壓器應為大型民用建築，雙電源進線不可避免，所以初裝費為2240元kva，每年節能電費只能提供(25828/2240 = 11.53)11.53 kva的初裝。還有初裝費988.5KVA，加上因變壓器容量增加而多出來的變壓器價格，因變壓器增加而增加出線開關櫃和母聯櫃帶來的設備購置費，以及因安裝上述設備而增加土建建築面積帶來的土建費用，這是壹筆可觀的投資，還沒有考慮折舊和維護等費用。可見變壓器50%的負載率是得不償失的。
實際上50%的負載率只是降低了變壓器的線損，並沒有降低變壓器的鐵損，所以並不是最節能的措施。綜合考慮初安裝費用、變壓器、低壓櫃及土建工程的投資以及各種運行費用，變壓器在使用壽命期內應預留適當的容量，變壓器的負荷率宜為75% ~ 85%。這樣才能物盡其用，因為變壓器絕緣滿負荷使用壽命是20年。20年後，可能會有更好的變壓器，讓我們有機會更換新設備，讓建築在技術上永遠領先。
為了降低變壓器損耗，當因容量大需要選擇多臺變壓器時，應在合理分配負荷的情況下，盡可能減少變壓器數量，選擇大容量變壓器。比如裝機容量為2000KVA，可以選擇兩個1000KVA代替四個500KVA，因為前者更節能:△P = 4×(1.6+4.44)-2×(2.45+7.45)= 4.36 kW(均按β = 66)
在變壓器的選擇上，我們可以掌握以上三個原則，即能滿足節能和經濟的原則。
減少線路上的能量損失
因為線路上有電阻，當有電流流過時，會產生有功功率損耗。公式如下:△ p = 3i φ 2r× 10-3 (kW)。
式中:Iφ——相電流(A)
r線電阻(ω)
例如，在L = 100 m，COS φ = 0.8的電纜VV-3×50+2×25上傳輸60KW電能時，有功功率損耗可由下式求得:Iφ= 60×103/(×380×0.8)= 65433。
若芯溫70℃的50mm2銅芯每公裏R0 = 0.44，則R = 0.1× 0.44 = 0.044 (ω)。
△P = 3×113.62×0.044×10-3 = 1.704 kw
從上面可以看出，線路上的功率損耗相當於每6m線路安裝壹個100W的燈泡。
壹個項目中，線路從左到右縱橫交錯，小項目總長度不低於萬米，大項目更是數不勝數。因此，線路上的總有功功率損耗相當可觀，降低線路上的功耗必須引起設計人員的註意。
線路上的電流是無法改變的，降低線損的唯壹方法就是降低線路電阻。線路電阻R = p× l/s，即線路電阻與電導P成正比，與線路截面S成反比，與線路長度l成正比，因此，降低線損應從以下幾個方面著手。
應選擇低電導率的材料作為導體。銅芯最好，但要貫徹節約銅的原則。因此，銅導線用於負荷大的二類和壹類建築物，鋁導線用於負荷小的三類或建築物。
減少電線的長度。首先，線路盡量走直線，少走彎路，減少導線長度；其次，低壓線路不接或少接回流線，減少回流線上的電能損耗；第三，變壓器盡量靠近負荷中心，減少供電距離。當建築每層平面約為10000m2時，至少應設置兩個變電站，以減少幹線長度。第四，高層建築中，低壓配電室應靠近豎井，低壓配電室提供給各豎井的幹線不會造成支線沿幹線倒送的現象。也就是說，低壓配電室的布局和井道位置要使線路全部向前送，盡量減少把電能往回傳輸的支線。
增加導體的橫截面積。首先，對於壹條比較長的線路，除了選擇滿足載流量、熱穩定性、保護配合、電壓損失等要求的截面外，增加的成本為m，每年因節能減少的運行成本為m，所以m/m為回收期。如果恢復期是幾個月或壹兩年，則應增加初級導體的截面。壹般來說，導線截面小於70mm2，線路長度超過100m，更容易達到上述條件。其次，壹些有季節性負荷的線路可以在不使用的時候提供給常規用戶作為供電線路，減少線路和電阻。比如空調風機、風機盤管、照明、電水等相同電荷的負荷集中在同壹個幹線上供電，不僅可以用壹個火災報警命令切斷非消防用電，還可以使春秋兩季不使用空調時同樣大的幹線段傳輸較小的電流，從而降低線損，相當於充分利用了季節性負荷的線路。
在設計中，如果認真執行上述三項措施，就可以減少線路上的能量損耗，達到線路節能的目的。
提高系統的功率因數
提高系統的功率因數，減少線路上無功功率的傳輸，達到節能的目的。
將線損公式展開，得到如下計算公式:
△P = 3φ2r×10-3 =(RP2/UL2+RQ2/UL2)10-3(KW)
其中:ul線電壓(v)
P——有功功率(千瓦)
q-無功功率(KVar)
前者RP2/UL2指線路上傳輸有功功率引起的功率損耗，後者RQ2/UL2指線路上傳輸無功功率引起的功率損耗。有功功率是滿足建築功能所必須的，所以是不可改變的。系統中的電氣設備，如電機、變壓器、氣體放電燈中的線路和整流器，都有電感，會產生滯後的無功功率。需要從系統引入先進的無功功率來抵消，這樣先進的無功功率就會從系統通過高低壓線路傳輸到用電設備，在線路上產生有功損耗，這是可以通過壹些手段改變的。這些措施如下。
提高設備的自然功率因數以減少對高級無功功率的需求，采用功率因數更高的同步電機；熒光燈可采用諧波系數低於15%的高次電子鎮流器；帶電感鎮流器的氣體放電燈和帶電容的單燈自然功率因數可提高到0.85 ~ 0.95，可減少系統高低壓線路傳輸的超前無功功率。
因為感抗產生滯後的無功功率，可以采用電容補償，因為電容產生超前的無功功率，兩者可以相互抵消，即q = QL-QC，所以無功補償可以提高功率因數，從而降低對無功功率的需求。
應裝設無功補償裝置，就地補償，以減少線路上的無功傳輸，達到節能的目的。
目前在民用建築設計中，大多采用變壓器低壓側集中補償，只是減少了區域變電站到用戶的高壓線路上的無功功率傳輸，提高了用戶處的功率因數，並可免於或少於電力局的罰款。對於用戶來說，無功功率仍然是從變壓器的低壓母線通過輸電線路輸送到各個用戶點，低壓線路上的無功功率傳輸並沒有減少，所以無功補償並不能達到節能的目的。
在日本，東京電力公司有哪些規定？應在電機端安裝容量為0.75KW的30μF靜電電容器，以減少線路上無功功率傳輸造成的有功功率損耗。我國即將頒布的《工業與民用供電設計規範》中有規定？“容量大、負荷穩定、長期使用的電氣設備的無功負荷應就地單獨補償……”。
在1989中，陜西省“第三電力辦公室”規定“10KV及以上負荷的異步電動機，應在負荷穩定時就地補償……”。目前國內生產的自愈式靜電電容器最小容量為3KVar，可補償7.5KW及以上負荷的電機無功功率。
為什麽經常提到負載穩定的電機可以進行局部補償？因為負載變化時電機端電壓也隨之變化，使電容沒有完全放電和充電。此時電容器會產生無功浪湧電流，容易造成過電壓，損壞電機。因此，電梯、自動扶梯、自動扶梯等間歇性負載不應在電機端裝設補償電容器；另外，星三角起動的異步電動機不能在電機端加裝補償電容，因為它在起動過程中有壹個開路和閉路的瞬時轉換，使電容在放電瞬間重新充電，也會因過電壓損壞電機。
在民用建築中，應改變電容器的集中安裝。現場補償裝置應安裝在風機、泵、傳送帶等的電機端。其容量超過65，438+00千瓦。空調主機和制冷泵附近往往配有專門的變配電站，可以集中補償。但如果供電距離超過20m，最好采用就地補償。
有兩種方法連接電動機就地補償裝置。壹種是並聯在熱元件壹次線後，熱元件的整定電流要以補償電機工作電流表為準，適合新安裝的電機；另壹種是在接觸器主觸頭之後，熱元件初級線圈之前安裝補償電容器，熱元件的整定電流不會受到補償的影響，適用於改造電機接線，使電容器可以隨電機切換。
處理好以上三個部分，即降低自然無功功率、無功補償和補償裝置的安裝位置，可以實現無功補償方式的合理選擇，達到節能的目的。
照明部分的節能
由於照明量大面廣，照明節能潛力很大，應從以下幾個方面入手:
采用高效光源。白熾燈曾經是過去應用最廣泛的，因為價格便宜，安裝維護簡單，致命的弱點是發光率低，所以經常被各種發光率高，光色好，顯色性能優秀的新光源所取代。表1列出了各種光源的每瓦光通量。Lm？。從表中可以看出，低壓鈉燈和高壓鈉燈的發光效率最高，但由於其色溫低、光色暖，顯色指數在40 ~ 60之間，色彩失真較大，只能用於路燈或廣場。其中顯色指數高達60的鈉燈可與汞燈組合成混合燈，用於工廠、體育館的照明，也是規模大、範圍廣的照明部分。發光效率高的金屬鹵化物燈、三基色熒光燈、稀土金屬熒光燈，色溫範圍寬，從3200K到4000K，顏色選擇性好，顯色指數高，可達80-95，顏色失真小，特別是金屬鹵化物燈對人體皮膚的顯色性極好，除了照明商場、展廳外，還廣泛應用於車站、碼頭的候車室。壹般熒光燈和稀土金屬熒光燈可用於寫字樓和住宅照明；熒光高壓汞燈、自整流高壓汞燈、鈉燈及其組合的混光燈常用於生產車間的照明。白熾燈不宜使用或盡量少用，僅用於局部藝術照明或仿古字畫照明，防止高頻頻譜照射。雖然光色好，顯色指數最高，但達不到節能的目的。
建築應充分利用自然采光，靠近室外的建築區域，應敞開門窗，采用透光性好的玻璃門窗，充分利用自然光。在這部分照明可以利用自然光的地方，可以根據度數標準檢測現場照度，自動調節照明。
對於氣體放電燈，采用無級自動調光，即通過調節燈絲來達到調光的目的。但是，價格太高了。每套36W的燈需要增加2000 ~ 3000元的投入，節省下來的電的電價是有限的，因為只能在日照強的白天(壹般是早上10到下午3 ~ 4點)減少人工照明，每盞燈最多能節能25%，每天算12小時。
m = 36×0.25×12×365×0.78×10-3 = 30.7元。
所以增加控制下需要2000 ~ 3000/30.7 = 65 ~ 97年才能收回投資，沒有實際意義。在工作照明中不建議采用這種調光方案。只適用於特殊條件，如氣象臺、導航臺等小面積控制室，要求室內照明與室外自然光的自然協調。另外，這種調光裝置用在稀土金屬熒光燈上，其頻閃效應是人眼無法接受的。對於能充分利用自然光又需要調光的場合，可采用分組分段自動啟停的控制方案。雖然會有壹個突變的過程，但不會影響視力，也不會影響人的心情，是壹種可取的方式。
對於需要長時間啟停，但照度要根據人數自動調節的場合，可以通過調節電壓分幾個階段調節熒光燈，不增加投資，比如北京地鐵使用的澳洲調光設備。
熒光燈采用調壓調光，節能效果並不顯著。因為氣體放電燈在高壓下離子碰撞發光，達到壹定能級，光通量與電壓不成正比，電壓下降10%，光通量下降差不多30% ~ 40%，燈就會完全熄滅。所以氣體放電燈采用電壓調節來調光，在實際工程中很少使用。
在節能照明中，除了滿足照度、光色和顯色指數的要求外，還應采用高效的光源和燈具，對可以使用自然光或可變照度照明的燈具進行分組自動控制，可以達到節能照明的效果。
電機運行中的節能
建築電氣中的電機均與暖通、水路、建築等工種的設備配套，由設備廠家統壹供貨。因此，其節能措施只能在運行過程中實施。除了上述的就地補償電容器以減少高級無功功率傳輸引起的有功損耗外，還應減少電動機的輕載和空載運行。因為，在這種情況下，電機的效率很低，消耗的電能與負載的降低不成正比。采用變頻調速器，在負荷下降時通過變頻自動調節速度，以適應負荷的變化。這樣可以提高電機輕載時的效率，達到節能的目的。但是，這種設備的價格仍然很高，因此在應用中受到限制。另壹種節能方式是使用軟啟動器，它根據啟動時間逐漸調整可控矽的導通角來控制電壓的變化。因為電壓可以連續調節，所以啟動很平穩。啟動後，將滿壓投入運行。該設備還可以利用測速反饋、電壓負反饋或電流正反饋，利用反饋信息控制可控矽的導通角，從而實現速度隨負載的變化而變化。可用於電機容量大、啟動頻繁的設備，以及附近電氣設備對電壓穩定性要求高的場合。由於其電流從啟動到運行變化不超過三次，可以保證電網電壓波動在要求的範圍內。但它是用可控矽來調壓的，正弦波非導通部分的電能全部消耗在可控矽上，不會回到電網。所以需要完善的散熱通風措施。其價格比變頻器便宜，可用於水泵系統中大容量電機的控制設備。
民用建築有很大的節能潛力，在設計中應慎重考慮。但在選擇新型節能設備時，要詳細了解其原理、性能、效果，經過技術經濟比較後再選擇節能設備，才能達到真正節能的目的。
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