浅谈绿色建筑与电气节能

2010年上海世界博览会的举办，使得“城市，让生活更美好”的主题深入民心。随着我国经济的快速发展和可持续发展的需要,绿色建筑作为低碳城市的主要技术支撑，逐步成为城市建筑的发展趋势。绿色建筑的发展离不开电气设计的节能,在绿色建筑的发展中必须考虑和实施电气设计中的节能因素,以更好更快的实现绿色建筑。因此，在21世纪应如何发展绿色建筑中的电气节能，这是一个迫切需要解决的课题

绿色建筑 电气节能 低碳城市

一、绿色建筑的概念

绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内,最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)、保护环境和减少污染,为人们提供健康、适用和高效的使用空间,与自然和谐共生的建筑。绿色建筑通应具有，选址规划合理、资源利用高效循环、节能措施综合有效、建筑环境健康舒适、废物排放减量无害、建筑功能灵活适宜等六大特点。要想实现绿色建筑,在建筑设计中,必须考虑电气设计的因素,绿色建筑的实施过程,也是电气设计绿色化的过程。

二、绿色建筑中电气方面的节能措施

建筑节能应该贯穿于工程建设全过程，建筑电气系统节能潜力最大的部分，应该以采暖、空调、照明等最大耗能点为重点，建筑电气节能可以从四个层面来理解。一是系统设计的节能，二是科学管理的节能，三是电气产品的节能，四是能源净化节能。顺序分析电能的传输及应用环节,可以把电气节能设计思路覆盖到以下方面。

（一）系统设计的节能

1、供配电系统

根据用电负荷容量及其分布、用电设备特点,合理设计供配电系统,实现供配电系统的经济有效运行。(1)供配电系统应尽量简单可靠,同一电压变配电级数不宜多于两级,尽量减少变电级数过多产生的电能损耗。变配电所应尽量靠近负荷中心,合理分布供电网络,减少线路电压损失,提高供电网络的供电质量及网络运行的经济效益;(2)合理选择变压器容量、级数。变压器负载率宜为0.7～0.85,能适应负荷变化,使变压器工作于最佳状态。尽可能选择节能型变压器(10 kV及35 kV电压等级),节约变压器空载损耗,降低空载电流和噪音;(3)合理选择配电干线电缆。在满足允许载流量前提下,综合电压损失、热稳定性等各种技术指标,以及有色金属使用的经济指标,合理选择导线截面,并根据敷设条件选择电缆型号。

2、动力系统

动力系统中，电动机是主体。电机是典型的感性负载,会产生滞后的无功电流,从系统中经过高低压线路传输到用电设备末端,增加了线路和变压器的功率损耗。设计中,需要提高供配电系统的功率因素,通过在供配电系统增加电容器柜进行集中无功补偿,或者在运行过程中对设备端进行就地补偿。由电机运行特性可以知道,运行效率随负载大小波动而变化,电动机在额定运行时效率最高,功率因数最高;轻载运行时效率降低、电机的电能浪费较大;空载时功率因数甚至降到0.3以下。因此,合理选择电机容量也是节能重要方面。

3、照明系统

照明设计是实现绿色建筑电气节能的关键环节,通过高质量的照明设计可以创造高效、舒适、节能的建筑照明空间。在保证照度标准和照明质量的前提下,尽可能减少照明系统中的能量损失,最有效地利用电能。通过合理选择照度标准和灵活选择照明方案可最大实现照明系统节能

合理的照度值和优良的照明质量形成的光环境可以提高工作效果和改进人们的心情,要综合考虑照明系统的总效率。注意照明功率密度值等均应符合GB50034-2004《建筑照明设计标准》所规定的相关标准值。照明分为一般照明、局部照明和混合照明3种,应根据不同设计对象灵活选择。其中一般照明可结合局部照明,对于大型空间,实施分区照明。对于照度要求高的场合,利用一般照明加局部照明加强照明效果,实现按需布置、保证照度。照明电源线路应尽量采用三相四线制供电,同时设计三相对称照明负载以减少电压损失,减小中性线电流。

（二）科学管理的节能

1、通过建筑智能化来实现建筑电气之间的结合

真正的智能建筑首要条件是立足于信息基础，来达到节能的标准和良好的经济适用性。设计中通过设备选型和智能化的软件实现间接节能，智能化虽然不能直接节能，但是可以通过对控制设备的集成和优化管理实现科学节能。

2、物联网与建筑电气节能的关系

物联网就是通过传感设备与互联网联系起来，实现自动化的识别和管理。物联网是按照约定的协议进行信息的交换和分配，实现智能化的识别、定位、跟踪、监管和管理功能。物联网为低碳节能与建筑智能化之间架起了一座桥梁，将可以提供广阔的连接平台和用武之地。

（三）电气产品的节能

1变压器节能

变压器节能的实质就是：降低其有功功率损耗、提高其运行效率。

变压器的有功功率损耗如下式表示：△Ｐｂ＝Ｐｏ＋Ｐｋβ２

其中：

△Ｐｂ―变压器有功损耗（ＫＷ）；

Ｐｏ―变压器的空载损耗（ＫＷ）；

Ｐｋ―变压器的有载损耗（ＫＷ）；

β―变压器的负载率。

式中Ｐｏ为空载损耗又称铁损，它由铁芯的涡流损耗及漏磁损耗组成，其值与硅钢片的性能及铁芯制造工艺有关，而与负荷大小无关，是基本不变的部分。

因此，变压器应选用SL7、SLZ7、S9、SC9等节能型变压器。 与老产品比，SL7、SLZ7无励磁调压变压器的空载损失和短路损失，10kV系列分别降低41.5％和13.93％；S9、SC9系列与SL7、SLZ7系列比，其空载和短路损耗又分别降低5.9％和23.33％，平均每千伏安较SL7、SLZ7系列年节电9kWh。? 所以，设计应首选低损耗的节能变压器。

上式中，Ｐｋ是传输功率的损耗，即变压器的线损，它取决于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小。因此，应选用阻值较小的铜芯绕组变压器。对Ｐｋβ2，用微分求它的极值，可知当β＝50％时，变压器的能耗最小。但这仅仅是从变压器节能的单一角度出发，而没有考虑综合经济效益。 因为β＝50％的负载率仅减少了变压器的线损，并没有减少变压器的铁损，因此节能效果有限；由此可见，取变压器负载率为50％是得不偿失的。

综合考虑以上各种费用因素，且使变压器在使用期内预留适当的容量，笔者认为，变压器的负载率β应选择在75％～85％为宜。另一方面，因为变压器在满负荷运行时，其绝缘层的使用年限一般为20年，20年后通常会有性能更优的变压器问世，这样就可有机会更换新的设备，从而使变压器总趋技术领先水平。

2电动机的节能

选用高效率电动机，提高电动机的效率和功率因素，是减少电动机的电能损耗的主要途径。与普通电动机相比，高效电动机的效率要高3％～6％，平均功率因数高7～9％，总损耗减少20％～30％，因而具有较好的节电效果。所以在设计和技术改造中，应选用Y、YZ、YZR等新系列高效率电动机，以节省电能。

(1)选用交流变频调速装置

推广交流电机调速节电技术，是当前我国节约电能的措施之一。采用变频调速装置，使电机在负载下降时，自动调节转速，从而与负载的变化相适应，即提高了电机在轻载时的效率，达到节能的目的。目前，用普通晶闸管、GTR、GTO、IGBT等电力电子器件组成的静止变频器对异步电动机进行调速已广泛应用。在设计中，根据变频的种类和需调速的电机设备，选用适合的变频调速装置。选用软起动器设备

(2)比变频器价格便宜的另一种节能措施是采用软起动器。软起动器设备是按起动时间逐步调节可控硅的导通角，以控制电压的变化。由于电压可连续调节，因此起动平稳，起动完毕，则全压投入运行。软起动器通常用在电机容量较大、又需要频繁起动的水泵设备中，以及附近用电设备对电压的稳定要求较高的场合。因为它从起动到运行，其电流变化不超过三倍，可保证电网电压的波动在所要求的范围内。

3、节电型低压电器的选用

设计时应积极选用具有节电效果的新系列低压电器，以取代功耗大的老产品，例如：

1)用RT20、RT16（NT）系列熔断器取代RT0系列熔断器；

2)用JR20、T系列热继电器取代JR0、JR16系列热继电器

3)用AD1、AD系列新型信号灯取代原XD2、XD3、XD5和XD6老系列信号灯。

4)选用带有节电装置的交流接触器。大中容量交流接触器加装节电装置后，接触器的电磁操作线圈的电流由原来的交流改变为直流吸持，既可省去铁芯和短路环中绝大部分的损耗功率，还可降低线圈的温升及噪声，每台平均节电约50W，一般节电率高达85％以上。

4、照明电光源和灯具的节能

目前大部分使用的光源包括卤钨灯、荧光灯或小功率的高压钠灯,白炽灯逐渐被取代。其中紧凑型荧光灯和高强度气体放电灯需要正确选择镇流器,根据功率和应用场合选择电子型或电感型镇流器。同时设置电容补偿,以提高功率因素。在今后设计中,需要推广应用节能型LED光源。相对于白炽灯光源,白光LED光效高、能耗低、稳定性高使其成为目前理想的替代光源。灯具选择上,选用高反射率高纯电化铝作为底反射器,变质速度较慢的材料作为控光器的灯具,以减少光能衰减。

（四）能源净化节能

“健康”、“安全”是绿色建筑的重要元素。生活品质的改善促使人们对于建筑物健康安全的要求不再局限于建筑结构。生活中大量非线性设备的使用会导致谐波污染和电磁干扰,不仅增加系统电耗,也会引发用电系统发生火灾的风险。涉及人身健康安全的电磁干扰抑制便纳入了绿色建筑设计的理念中。

电磁干扰的来源包括:大地磁场、太阳辐射、闪电雷击引起的冲击电流、高压电力设备、电网电压波动、晶闸管等设备高次谐波、高频振荡电路、家用电器电子开关等。通过电路的合理设计、采用滤波器和合理接地可以抑制导电性电磁干扰;辐射性电磁干扰的干扰能量通过空气中的电磁场传播。通常在设计电子设备外壳、箱体时选用理想的屏蔽材料、合理布置设备的线路、接地线,以及采用科学的接地技术来减少辐射性电磁干扰。

电磁屏蔽是最常用的电磁干扰抑制技术,阻止交变电、磁场的相互影响。在使用传统屏蔽方法同时,可以考虑使用新型屏蔽材料,如屏蔽混凝土、屏蔽涂料。接地技术是建筑电气技术中解决电磁兼容问题必须采取的一项重要技术。为整个系统提供公共零电位基准,并给高频干扰电压提供低阻抗通路,使系统取得良好的电磁屏蔽效果。电缆敷设引起的电磁耦合干扰主要指通过线间的电容及互感而形成电场耦合和磁场耦合两种耦合形式。对于电容性耦合干扰的抑制,应增大电缆间距,避免平行走线,对电缆进行屏蔽且屏蔽层一端接地;对于电感性耦合干扰的抑制,增大电缆间距、提供屏蔽并两端接地,还可以采用绞合线,彼此抵消耦合信号,降低共模干扰。

三、结语

随着中国的城镇化水平提高,建筑总量和居住舒适度不断提升,建筑能源消耗急剧上扬。在实施绿色建筑设计过程中,电气设计的健康、绿色、节能是切实贯彻绿色建筑设计规范的重要方面,是实现绿色建筑的重要保证。

参考文献:

[1]徐晓宁.建筑电气设计基础[M].广州:华南理工大学出版社,2007.

[2]张文平.建筑电气设计中的节能措施[J]. 芜湖职业技术学院学报,2009,(4).

[3]尤士刚.某超高层建筑电气设计实例[J]. 智能建筑电气技术,2009,(6).

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3 结语

大体积混凝土结构施工技术是一项综合技术，它涉及到技术、建筑、施工、管理等诸多方面，要想保障大体积混凝土结构的施工质量，就要建筑单位、设计部门、施工部门、材料供应部门等多方的配合协调、组织安排、严密执行。本文就现代建筑工程中大体积混凝土结构施工技术的研究，通过对大体积混凝土结构发生裂缝的分析，探寻导致裂缝产生的主要因素和其内部的矛盾发展变化。一方面是温度变化引起的温度应力，另一方面是混凝土本身的强度等。要从设计、构造、材料、施工等多方面进行施工，综合地采用技术措施和组织方法，应用成熟的技术经验，组织分段分层的流水施工，既要使混凝土的开裂问题得到有效的防治，又能够降低大体积混凝土防裂的技术成本和控制难度，最大程度的避免有害裂缝的产生。

参考文献：

[1]张誉，蒋立学，张伟平.混凝土结构耐久性概论[M].上海，上海科学技术出版社，2003.

[2]曹建平.土木工程中混凝土施工技术的质量防控综述[J].建筑与工程，2010，（19）.

[3]土木工程中大体积混凝土结构施工技术分析[J].工程技术.