（电气工程专业论文）建筑电气节能问题研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 能源资源紧缺是我国也是当今世界各国面临的一个严重问题，我国单位g d p 能耗是美国的3 倍多，日本的6 倍多，合理节约能源和有效提高能源利用效率将 是我国经济能否持续发展的重要因素。在我国，由于建筑能耗约占全国总能耗的 2 6 7 ，位居能耗首位，因此建筑节能刻不容缓。而电气能耗是建筑能耗的主要 组成部分，建筑节能的关键在于电气节能。本文在对建筑电气系统各环节进行能 耗分析后，将系统中的电力变压器、电力电缆、电动机、灯具等四个主要能耗环 节作为研究重点，研究目的在于使建筑电气充分满足、完善建筑物功能要求的前 提下，尽可能减少能源消耗，提高能源利用率。 本文的主要研究内容包括：合理选择变压器。在分析了变压器的参数、功 率损耗的基础上，对变压器技术参数存在的差异，变压器的有功损耗率和无功消 耗率随着负载发生变化进行深入研究，针对配电变压器负载波动大，长时间处于 轻载或空载运行的特点，分析论证了配电变压器的经济运行方式的选择、经济运 行区间、变压器的负载调整以及变压器间的负载经济分配问题。合理配置电力 电缆。合理设计供配电系统，根据负荷容量、供电距离及分布、用电设备特点等 因素合理设计供配电系统，做到系统尽量简单可靠，操作方便。利用总费用法确 定电力电缆经济电流密度，找到既能减少电能消耗的费用，又不增加额外的电缆 费用的优化截面。电动机节能。从电动机机械特性入手，分析了其启动、运行、 停止方式，着重于变频调速技术，将3 8 0 v 、5 0 h z 交流电源经滤波为稳定直流， 再逆变成电压和频率均可改变的交流电源，向鼠笼型电动机供电，以避免全速运 行、借挡板调节水量、风量造成的浪费，可以节约大量电能，同时提高控制精度。 照明部分的节能。在满足照度、色温、显色指数等相关技术参数要求的前提下， 做到选用高效光源、选用高效灯具、选用合理的照明方案、优化照明控制方式。 最后，本文以山东省医学科学院东部新区建设为依托，在工程的设计、施工、 运行中，充分采取上述技术方法和技术措施，提出了完整的建筑电气节能设计和 运行管理方案。研究和实践结果表明，所提出的方案有效提高了能源利用率，实 现了节能目标。 关键词：建筑电气：节能；原则；措施 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t r e s o u r c e ss h o r t a g ei so n eo ft h em o s ti m p o r t a n ti s s u e si nc h i n aa n da l lo v e rt h e w o r l d t h ep e ru n i te n e r g yc o n s u m p t i o no fg d pi nc h i n ai st h r e et i m e sl a r g e rt h a n t h a to fa m e r i c a , a n ds i xt i m e so fj a p a n t os a v ee n e r g yr e a s o n a b l ya n di m p r o v e e f f i c i e n c yo fe n e r g y 璐ew i l lb et h et w oi m p o r t a n tf a c t o r st h a tm a ys u s t a i nt h e d e v e l o p m e n to f0 1 1 1 7e c o n o m y t h ee n e r g yc o n s u m p t i o no fc o n s t r u c t i o ni no u rn a t i o n w h i c hr a n k sf i r s ti ne n e r g yc o n s u m p t i o n , a c c o u n t i n gf o ra r o u n d2 6 7 o ft h e c o u n t r y st o t a le n e r g y t h e r e f o r e ，c o n s t r u c t i o ne n e r g ys a v i n gd e m a n d s0 1 1 1 i m m e d i a t e a t t e n t i o n e l e c t r i cc o n s u m p t i o no ft h ee l e c t r i cc o n s t r u c t i o na p p l i a n c e si st h em a j o r p a r to fe n e r g yc o n s u m p t i o ni nc o n s t r u c t i o n t h i sp a p e rw i l ls t u d yo nt h ef o u rm a i n e n e r g yc o n s u m p t i o np a r t s - p o w e rt r a n s f o r m e r , p o w e rc a b l e ，e l e c t r o m o t o r , l a m p sa n d l a n t e r n s ，a f t e rt h ee n e r g yc o n s u m p t i o ni d e n t i f i c a t i o no ft h ew h o l es y s t e m t h e p u r p o s ei st of i n dab e t t e rw a y t oc u td o w nt h ee n e r g yc o n s u m p t i o no fa r c h i t e c t u r e e l e c t r i c a le n g i n e e r i n ga n di m p r o v et h ee n e r g ye f f i c i e n c yu n d e rt h ep r e r e q u i s i t eo f d e m a n d i n gp e r f e c ta r c h i t e c t u r ef u n c t i o n s t h i sp a p e rm a i n l yc o v e r st h ef o l l o w i n gs t u d i e s ：f i r s t l y , s e l e c t i n ga p p r o p r i a t e t r a n s f o r m e r s b a s e do na l la n a l y s i so ft h e t r a n s f o r m e r s s p e c i f i c a t i o n sa n dp o w e r l o s s e s ，w em a k eat h o r o u g hs t u d yo nt h ed i f f e r e n c e sb e t w e e ns p e c i f i c a t i o n so f t r a n s f o r m e r sa n dt h ec h a n g e so fp o w e rl o s sr a t i oa n dr e a c t i v ep o w e rc o n s u m p t i o nr a t e w i t ht h el o a da p p e a r a n c e a c c o r d i n gt os u c hf e a t u r e so fd i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e r s 嬲 v o l a t i l el o a da n dl o n g - t i m el i g h t l o a do rn o - l o a do p e r a t i o n , c o m p l e t ea n a l y s i sa n d i n t r o d u c t i o nw i l lb em a d e0 1 1s u c hp r o b l e m s 雒t h es e l e c t i o no fe c o n o m i c 赳o p e r a t i o n p a t t e r n ，t h er a n g eo fe c o n o m i c a lo p e r a t i o n , t h er e g u l a t i o no ft r a n s f o r m e rl o a da n dt h e e c o n o m i c a ld i s t r i b u t i o no fl o a da m o n gt r a n s f o r m e r st os a v ee n e r g y s e c o n d l y , s e l e c t i n gp r o p e rc a b l e s d e s i g nt h ep o w e rs u p p l ys y s t e ma c c o r d i n gt ot h el o a d c a p a c i t y , t h ep o w e rs u p p l ya n dd i s t r i b u t i o nd i s t a n c ea n dt h ee l e c t r i ce q u i p m e n t s c h a r a c t e r i s t i c s ，e t c i no r d e rt on l a k et h es y s t e ma ss i m p l ea n ds a f ea sp o s s i b l e ，a n d c o n v e n i e n tt oo p e r a t e t os a v ee n e r g y , t h em e t h o do ft h et o t a lc o s ti st ob ea p p l i e dt o e v a l u a t et h ee c o n o m i c a lc u r r e n td e n s i t yi nc a b l e s ，a n dt h eo p t i m i z e dc r o s s - s e c t i o ni s t 0b ef o u n dt od i m i n i s ht h ec o s tf o rp o w e rc o n s u m p t i o nw i t h o u tc a u s i n ge x t r ac o s tf o r c a b l e s t h i r d l y , e n e r g y s a v i n gm o t o r s s t a r t i n gf r o mt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ，t h e p a p e ri n t r o d u c e st h em o d e so fs t a r t i n g ，o p e r a t i n ga n ds t o p p i n gr e s p e c t i v e l y t h e 山东大学硕士学位论文 i! i 一 e m p h a s i si sl a i do nf r e q u e n c yc o n t r o lt e c h n o l o g y , b yc h a n g i n gt h e38 0 v , 5 0 h za c p o w e rt ot h es t a b i l i z e dd ct h r o u g ht h ef i l t e r , a n dt h e nr e v e r s i n gt oa cp o w e rw h o s e v o l t a g ea n d 行e q u e n c ya r ec h a n g e a b l e 1 1 1 ca cp o w e rc a ns u p p l ye l e c t r i c i t yt ot h e s q u i r r e l - c a g em o t o rt oa v o i dt h ew a s t ec a u s e db yr u n n i n ga t 伽ls p e e d ，b yb l o c k i n g p l a t ea d j u s t m e n to fw a t e ra n dw i n d ，w h i c hs a v e sl o t so fp o w e ra n di m p r o v e st h e a c c u r a c yo fc o n t r 0 1 f o u r t h l y , e n e r g y s a v i n gi nl i g h t i n g u n d e rt h ep r e m i s eo fr e l a t i v e t e c h n i c a lp a r a m e t e r sr e q u i r e d ，s u c ha si l l u m i n a t i o n ，c o l o rt e m p e r a t u r ea n dc o l o r r e n d e r i n gi n d e xe t e ，e f f i c i e n tl i g h ts o u r c e ，h i 曲- e f f i c i e n c yl i g h t s ，ar e a s o n a b l e s e l e c t i o no fl i g h t i n gs o l u t i o n sa r et ob es e l e c t e dt oo p t i m i z et h em o d eo fl i g h t i n g c o n t r 0 1 t l l i sp a p e ri n t e n d st oa d o p tt h ee n e r g y s a v i n gt e c h n o l o g i e sa sm u c ha s p o s s i b l ei na c t u a lw o r ki no r d e rt oa c h i e v et h ee f f e c to fe n e r g y - s a v i n gu n d e rt h e p r e m i s eo fr e l a t er e f e r e n c e s f i n a l l y , t h i sp a p e ri sb a s e do nt h ec o n s t r u c t i o no ft h ee a s t e r nb r a n c ho fs h a n d o n g a c a d e m y 5o fm e d i c a ls c i e n c e ，i nw h i c ht h ea f o r e s a i dt e c h n o l o g ya n dm e a s u r e sw e r e a d o p t e di nd e s i g n , c o n s t r u c t i o n ，o p e r a t i o n ，a n da ni n t e g r a t e ds c h e m eo fe l e c t r i c a l e n e r g y - s a v i n gw a sp r o p o s e d r e s e a r c ha n dp r a c t i c er e s u l t ss h o wt h a tt h ep r o p o s e d s c h e m ei m p r o v e dt h ee n e r g yu t i l i z a t i o ne f f i c i e n c ye f f e c t i v e l y , a n dt h eg o a lo fe n e r g y s a v i n gw a sr e a c h e d k e y w o r d ：e l e c t r i cc o n s t r u c t i o na p p l i a n c e s ；e n e r g y - s a v i n g ；p r i n c i p l e s ；m e a s u r e s ， i i 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：重醒重 日 期：迎2 ：仝! 1 9 多 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：照导师签名：二赳日 山东大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题研究的背景 随着国民经济高速发展，能源资源紧缺是我国也是当今世界各国面临的一个 严重问题。当前，我国正处于大量消耗自然资源、原材料以支撑经济高速增长的 工业化时期，能源对经济增长的约束作用已经开始显现，节能成为关系到我国国 计民生的大事。现代建筑中广泛采用了变压器、空调、电动机、照明、电梯等耗 能系统，建筑作为我国一个重要的能耗源，对其节能方法和节能措施的研究已是 刻不容缓【l 】。发达国家建筑用能一般占到全国总能耗的3 0 4 0 ，合理节能和 有效提高能源利用率是国家经济能否持续发展的重要因素【2 】。到2 0 2 0 年，全国 将新增建筑面积约2 0 0 亿m ? ，建筑能耗占全社会总能耗的比例将更高【3 1 。与国 外的建筑节能发展相比，目前我国还处在一个比较初级的发展阶段，必须采取相 应的措施来解决这个重要的问题【4 】。 国家对电气节能工作非常重视，相继出台了许多规范和规定，这些规定有： 中华人民共和国节约能源法、中华人民共和国电力法、节约用电管理办 法、评价企业合理用电技术导则( g b t 3 4 8 5 ) 和产品电耗定额和管理导则 ( g b t 5 6 2 3 ) 等法律、规范、规定【5 1 。 近年来，建筑用电节能技术在国内外被广泛采用，形成了一系列有特色的技 术体系。可通过对建筑物的冷热源系统、空调系统、送排风系统、供配电系统、 给排水系统、电梯、照明等机电设备进行实时监视和优化管理，提高设备利用率 和管理水平，使设备始终处于最佳运行状态，减少不必要的浪费，从而达到有效 节约电能的目的。 建筑电气节能是指在充分满足、完善建筑物功能要求的前提下，合理配置建 筑设备，并对其进行有效、科学的控制与管理，以尽量减少能源消耗，提高能源 利用率，而不是简化建筑物的功能要求，降低其功能标准【6 】。因此，遵循这个原 则，建筑电气节能可从变压器的选择、供配电系统及线路设计、系统功率因数提 高、照明节能、电动机节能、节电型低压电器的选用等多个方面采取措施z 8 1 。 1 2 国内外建筑电气节能的研究现状 山东大学硕士学位论文 本节分析了国外建筑电气能耗的现状以及最新的研究成果，阐述了我国建筑 电气节能的发展历程、存在的问题及应采取的措施。 1 2 1 国外建筑节能研究 1 国外建筑能耗分析 2 0 世纪7 0 年代的石油危机，启动了世界性的建筑节能研究，西方国家的建 筑节能工作也于这个时期全面展开。人们逐渐认识到详细地了解建筑能耗与节能 潜力是建筑节能的关键。 ( 1 ) 美国能源信息机构( e i a ) 自1 9 7 9 年以来每4 年进行一次商用建筑物能耗 调研( c b e c s ) ，目的是提供美国商用建筑物能源消耗和支出的统计数据及这些建 筑物的相关能源特性信息。这个调研是基于一系列商用建筑物的样本而进行的， 所涉及的内容非常详细，主要调查的项目有建筑物的分类、所属关系、特征、围 护结构状况、采暖空调系统情况、人员、照明、太阳辐射状况、燃料、年总能耗、 成本、运行维护的程序以及推荐的节能措施与潜力。迄今为止，美国已经建立了 建筑能耗统计数据库 9 1 。 ( 2 ) 日本的建筑能耗占据全社会能耗的约2 7 。作为一个主要依存国外石油 能源进口的国家，在经历了1 9 7 4 ，1 9 7 9 年的两次石油危机后，节能技术开发和 相关的节能法规建设都得到很大发展。日本节能目标的设定以现状为基准，住宅 建筑按户单位，商业建筑按建筑面积单位制定抑制能耗增长及进一步削减的目标 【1 0 1 。研究表明，家用电器的价格和气候是影响住宅建筑能耗的两个主要因素。例 如家用空调器的户拥有量直接受到空调器价格的影响，而住宅建筑能耗的组成成 分直接受到气候和民族文化的影响，如热水能耗( 用于个人卫生) 是日本住宅建筑 能耗的一个重要部分。t a k l l i i l a 等人详细分析了日本九州住宅建筑能耗构成与特 点，不仅发现与上面相同的结论，而且发现很多住宅的热电比很适合小型热电联 产系统的使用【l o l 。 ( 3 ) 在越南、印度、菲律宾等发展中国家，住宅建筑能源主要用于饮食和热 水供应。且随着经济的发展，住宅建筑使用的能源正从古老的燃料向现代燃料转 变。p a p a k o s t a s 根据在希腊的研究结果，指出家用能耗的特点决定于家庭人口的 构成情况、居住人员的行为特点、家用电器产品的使用特点等【l l 】。f i l i p p i n 比较 了阿根廷中低收入家庭居住的公共住宅和非公共住宅的能源消费特性，发现公共 2 山东大学硕士学位论文 住宅用户的能源消费行为更具有季节性 1 2 】。 2 发达国家的建筑节能评估体系及分类 目前一些发达国家已逐步建立起具有各自国家自身特色的节能建筑评估体 系。 ( 1 ) 英国的b r e e a m 评估体系 b r e e a m 评价条目包括管理、健康和舒适、能源、运输、水、原材料、土 地使用、地区生态和除c 0 2 外的污染9 大方面。每一条目下分若干子条目，各对 应不同的得分点，分别从建筑性能、设计与建造、管理与运行这个方面对建筑进 行评价，满足要求即可得到相应的分数【1 3 1 。 ( 2 ) 美国的l e e d 评估体系 美国绿色建筑委员会( u s g b c ) 在1 9 9 5 年建立了一套自愿性的国家标准 l e e d ( l e a d e r s h i pi ne n e r g ya n de n v i r o n m e n t a ld e s i g n 一领导型的能源与环境设 计) ，该体系用于开发高性能的可持续性建筑，进行绿色建筑的评级。整个项目包 括培训、专业人员认可、提供资源支持和进行建筑性能的第三方认证等多方面的 内容。l e e d 主要通过以下6 方面对建筑项目进行绿色评估，且它们约占总评分 的比例为：可持续的场地设计2 2 、有效利用水资源8 、能源与环境2 7 、材 料与资源2 7 、室内环境质量和革新设计2 3 1 1 4 1 。 ( 3 ) 加拿大下g b t o o l 评价系统 绿色建筑挑战( g r e e nb u i l d i n gc h a l l e n g e ) 是由加拿大自然资源部( n a t u r a l r e s o u r c e sc a n a d a ) 发起并领导的，至2 0 0 0 年1 0 月有1 9 个国家参与制定一种评价 方法，用以评价建筑的环境性能。g b c 2 0 0 0 评估范围包括新建和改建翻新建筑， 评估手册共有4 卷：包括总论、办公建筑、学校建筑、集合住宅。评价的标准共 分环境的可持续发展指标、资源消耗、环境负荷、室内空气质量、可维护性、经 济性、运行管理和术语表8 个部分。g b c 2 0 0 0 采用定性和定量的评价依据结合 的方法，其评价操作系统称为g b t o o l ，也采用的是评分制【1 3 1 。 3 节能建筑的评价指标或方法的分类 在各国的建筑节能设计标准或规范中，节能建筑的评价指标或方法主要分 为三类：规定性指标( c o m p u l s o r yi n d e x ) 、性能性指标( p e r f o r m a n c ei n d e x ) 和建立在 建筑能耗模拟基础上的年能耗评价【1 3 1 。 山东大学硕士学位论文 ( 1 ) 规定性指标( c o m p u l s o 珂i n d e x ) 。 主要是对各能耗系统，如围护结构( 墙体、屋面、门或窗) 的传热系数、体形 系数、窗墙比和遮阳系数，以及采暖、空调和照明设备最小能效指标等所规定的 一个限值，凡是符合所有这些指标要求的建筑，运行时能耗比较低，可以被认定 为节能建筑。属于此类的参数有围护结构各部位的传热系数k ( 即许多欧洲国家 所说的u v a l u e ) 或传热热阻r 、热损失系数( 规定每度室内外温差单位时间每平 方米建筑面积的热损失不超过法定的指标，w m 2 c ) 、空调系统的季节能效比 s e e r ( s e 硒o n a le n e r g ye f f i c i e n c yr a t i o ) 、供热季节性能系数h s p f ( h e a t i n gs e a s o n p e r f o r m a n c ef a c t o r ) 、综合部分负荷值i p l v ( i n t e g r a t e dp a r tl o a dv a l u e ) 、能效比 e e r ( e n e r g ye f f i c i e n c yr a t i o ) 和性能系数c o p ( c o e f f i c i e n to f p e r f o r m a n c e ) 等。但 由于目前的建筑设计日趋多样化和个性化，许多建筑往往不能完全满足这些规 定性指标的要求，例如南向外墙采用大面积玻璃窗导致南向窗墙比超标、建筑体 形复杂多变导致体形系数过大等等。因此，这种分项的规定性指标由于过于具体， 而且各个指标之间相互独立、缺乏有效的关联，因此无法进行建筑各部分能耗的 综合分析。此外，由于各个指标规定得太过死板，也在一定程度上限制了设计人 员的设计自由和创造性【1 2 1 。 ( 2 ) 性能性指标( p e r f o r m a n c ei n d e x ) 它不具体规定建筑局部的热工性能，但要求在整体综合能耗上满足规定要 求，某一节能目标可以通过各种手段和技术措施来实现。它允许设计人员在某个 环节上有一定的突破，因而给了设计人员较大的自由发挥的空间，满足了设计人 员在创新设计和建筑节能规范控制两方面的需求。此类指标对于围护结构有总传 热值o t t v ( o v e r a l l t h e r m a lt r a n s f e rv a l u e ) 和周边全年负荷系数p a l ( p e r i m e t e r a n n u a ll o a d ) 等评价指标，对于空调系统则有空调能源消费系数 c e c a c ( c o e f f i c i e n to fe n e r g yc o n s u m p t i o nf o ra i rc o n d m o m n g ) 等评价指标【1 2 1 。 ( 3 ) 年能耗评价 这种建立在建筑能耗模拟基础上的年能耗评价方法综合了影响建筑能耗的 各个方面因素，包括围护结构、空调系统和其他建筑设备等。其中具有代表性的 a s h a r e9 0 1 是提出的能量费用预算法( 能耗准则数) 。它根据实际设计的建筑物 构造一个标准建筑物( 即参考建筑物) ，然后通过能耗模拟计算软件分别计算设计 4 山东大学硕士学位论文 建筑物的年能耗费用d e c ( d e s i g ne n e r g yc o n s u m p t i o n ) 和标准建筑物的年能耗费 用s e c ( s t a n d a r de n e r g yc o n s u m p t i o n ) ，如果计算结果满足d e c s e c 或 e = d e c s e c 1 ，则认为达到了要求，否则就得采取一定的节能措施和节能设计方 法按照设计建筑物的现场条件修改设计建筑物，直到上式成立【i 4 j 。 从上述几个国家的节能建筑评估体系来看，他们各自都有独到之处。但在电 气节能方面均考虑得相对较少。同时，国内现行的建筑节能标准、规范中对电气 节能的内容也常常未做出较为具体的规定。因此，有必要对电气节能以及建筑节 能综合评价指标体系进行更为深人的分析与研究。 1 2 2 我国建筑节能的发展 我国的建筑节能工作与发达国家相比起步较晚，直到1 9 8 6 年，才由建设部 颁布了第一部旨在推动建筑节能工作的行业法规：民用建筑节能设计标准( 采暖 居住建筑部分) ( j g j 2 6 - 8 6 ) ，节能率要求3 0 。1 9 9 5 年1 2 月，建设部又颁布了 第二个节能标准民用建筑节能设计标准( 采暖居住部分) ( j g j 2 6 - 9 5 ) ，节能率 要求5 0 。1 9 9 3 年又出台了一部规范旅游旅馆建筑节能设计的旅游旅馆建筑热 工与空气调节节能设计标准( g b 5 0 1 8 9 - 9 3 ) 。1 9 9 8 年1 月1 日起实施的中华 人民共和国节约能源法，是指导全国节能的大法，也是中国建筑节能土作的立 法依据，对建筑节能工作具有重大的指导意义。建设部、科技部及国家发展和改 革委员会于2 0 0 6 年下半年发布了“十一五 十大重点节能工程实施意见，其 中的电机系统节能工程虽然将重点放在以工业用大容量电机为主，但仍可从一个 侧面看出电气节能的重要性。与此同时，为指导全国建筑设计单位进行建筑节能 设计，由建设部工程质量安全监督与行业发展司牵头，委托中国建筑标准设计研 究院负责组织编制的全国民用建筑工程设计技术措施一建筑节能专篇( 包括建 筑、结构、给排水、暖通空调动力、电气五个分册) ，基本涵盖了目前可用于建 筑工程的全部节能技术，其中电气节能专篇的内容与其他相关专业互相对应与衔 接，充分体现出电气节能是建筑节能不可或缺的组成部分【1 5 1 。 建筑节能是贯彻国家可持续发展战略的重要组成部分，也是我国经济工作中 的战略重点之一。我国建筑节能工作起步较晚，能源效率低下，未来建筑能源需 求量很大，建筑节能工作任重而道远。很多学者将我国节能工作与发达国家的节 能工作进行比较后认为，我国建筑节能工作总体进展缓慢，新建建筑执行节能标 山东大学硕士学位论文 准的也是风毛麟角，与发达国家的差距越拉越大。此外，学者们还认为我国能耗 量呈下降趋势，但建筑能耗将持续上升，占社会总能耗的比例也将增长，而且消 费的主要是不可再生资源。随着社会的发展和文明的进步，节能理念为越来越多 的人所接受，通过政策引导，实施有效管理，是推进我国建筑节能的重要手段。 建筑电气节能是建筑节能的重要内容，它既不能以牺牲建筑功能、损害使用 需求为代价，也不能盲目增加投资、为节能而节能。因此，其应遵循的原则有： ( 1 ) 适用性。应满足建筑物的使用功能，即满足照明的照度、色温、显色指 数；满足舒适卫生；满足上下左右的运输通道通畅无阻；满足特殊工艺要求，如 游乐场所的一些游乐设施的设备用电，展厅的艺术照明及动力用电等【1 6 】。为建筑 物内创造良好人工环境提供必要的能源，为建筑设备运行提供必需的动力，按照 用电设备对于负荷容量、电能质量与供电可靠性等方面的要求，来优化供配电设 计，促进电能合理利用。 ( 2 ) 实际性。节能应按国情充分考虑实际经济效益，不能因为节能而过高地 消耗投资，增加运行费用【1 7 , t s 。合理选用节能设备及材料，使节能增加的投资能 在较短的时间内用节能减少下来的运行费用收回。 ( 3 ) 节能性。节能的着眼点，应是节省无谓损耗的能量。首先找出哪些地方 的能量消耗是与发挥建筑物的功能无关的，再考虑采取相应的措施节能。如变压 器的功率损耗，传输电能线路的功率损耗都是无用的能量损耗；又如量大面广的 照明容量，可采用先进技术成果使其能耗降低。 此外，节能措施还应该贯彻实用、经济合理、技术先进的原则【1 9 1 。 1 2 3 建筑电气节能措施 建筑电气节能水平可通过采取有效的措施加以提高，主要可分为三个方面： ( 1 ) 对建筑电气系统进行优化设计 设计单位应要求设计人员针对每项电气分项工程，都有较详细的电气负荷计 算书和采取相应的节能措施。另外，系统在确定设计方案时，要按照“以人为本 的设计思路，做任何项目设计之前，都要深入现场，通过与业主进行有效沟通， 了解工程的具体情况，根据负荷特点、建筑使用功能要求、建筑物的结构特征和 周围环境特点等多方面因素的综合考虑，经过全面技术分析比较后确定出最佳的 设计方案。及时掌握各种节能新技术的原理，并在设计中适当采用可获得巨大的 6 山东大学硕士学位论文 经济效益和社会效益。政府有关职能部门也应加强对建筑电气设计项目的审核管 理，可以委托相关技术部门如学会等对设计图纸文件进行严格审查，对未达到国 家有关节能标准的设计严禁施工建设 2 0 l 。 。 供配电系统可根据负荷容量、供电距离及分布、用电设备特点等因素合理设 计，做到系统尽量简单可靠，操作方便。在工程设计中，变配电所应尽量靠近负 荷中心，以缩短配电半径和减少线路损耗。实际上对多数用户来讲，至少从有色 金属消耗量及线路功率损失这两个原则出发选择变电所的位置，得出的结果才能 使用户在一次性投资、节能降耗及设备维护管理等方面产生直接的经济效益 【2 1 ，2 2 】。合理选择变压器的容量和台数，以适应由于季节性造成的负荷变化时能够 灵活投切变压器，实现经济运行减少由于轻载运行造成的不必要电能损耗。在设 计中还应尽量减少三相不平衡度。在供配电系统中的某些用电设备如电动机、变 压器、灯具的镇流器以及很多家用电器等都具有电感性，会产生滞后的无功电流， 它要从系统中经过高低压线路传输到用电设备末端，无形中又增加了线路的功率 损耗 2 3 , 2 4 。因此，合理设计供配电系统在电气节能中起着非常重要的作用。 ( 2 ) 对建筑电气系统运行加以强化管理 加强对建筑电气系统运行的管理，同样可达到节能的效果。主要管理措施有： 设备管理：电气节能在很大程度上取决于设备的运行状况。如果使各种设备 安全、有效、稳定地运行，出现故障能快速排除，则可以节约能量。 控制管理：开发并利用功能强大、界面友好的控制软件也是保证电气系统节 能运行的有效措施。 人员技术培训管理：加强对电工的培训，提高管理人员素质，以保证电气设 备的正常运行和设备的使用效率，才能在电气节能中有所作为。 规章制度管理：为了保证电气系统安全、经济、良好的运行，建议东部新区 配备一套行之有效的专业性，规章制度，并由合格的管理人员实施。 ( 3 ) 选用先进的节能设备、器具 首先，选用节能型变压器、节能型电动机。其次，照明用电为建筑物用电量 的2 0 - 4 0 ，降低照明用电尤为重要，其主要途径包括：发展高效光源、采用高 效灯具、改进照明控制。目前荧光类高效节能灯已广泛普及，国外普遍看好的发 展方向是l e d 光源。它可比目前的节能灯效率更高，发光光谱可在大范围选择， 山东大学硕士学位论文 使用寿命可大大延长。尽管目前l e d 的成本、效率都无法与荧光类节能灯相比， 但在最近1 0 一2 0 年内将有重大突破【2 5 】。 1 2 4 当前研究存在的问题 虽然建筑电气节能受到广泛的关注，也形成了很多研究成果，但仍有一些问 题有待解决。 首先是建筑电气设计上存在的问题。众所周知，建筑电气工程的设计对电气 系统的节能有着重要的影响。但是，在实际中往往得不到一些设计部门和设计人 员的足够重视，加上目前工程设计周期普遍较短，设计收费与设计产生的经济效 益不挂钩以及一些技术性问题没有完全得到解决等原因，有的设计单位只求数 量，忽视质量，使得设计的系统不仅初期投资大，运行能耗也相当惊人，大大超 出了国家标准。 其次，许多设计人员对建筑电气的运行特点及原理缺乏深入的了解，在进行 电气系统设计时，往往照搬以往的电气系统设计经验。有的设计人员不管节能效 果如何，盲目追求采用新技术，认为只要是潮流技术就是节能的，而实际上，每 种方案都有使用条件和范围。 如：目前多数建筑节能设计标准、规范或规定均未把电气节能全面系统到纳 入其中，为数不少的工程项目由于负荷计算不合理或用电数据不全导致变压器选 择过大，使变压器运行效率低；照明光源选择不当、照度计算不合理、未考虑节 能控制方式等，使照明浪费较大；导线选择不合理，线损较大；建筑电气设备未 考虑节能控制模式等，导致电气节能不理想【2 6 加。另一方面，大型公共建筑的许 。多电气监控设备2 4 小时运转，导致其建筑的耗电要比普通建筑增加3 0 9 6 以上。 在空调设备运行方面，为保证室内气候的舒适，很多建筑采用中央空调调节室温， 空调温度普遍偏低，空调装机冷量过大，大型设备的散热等都增加了空调的负荷。 最后，由于城市建设迅速发展，新建筑不断崛起，能源消耗量逐年上升，照 明用电水平也不断增高。传统的照明控制方式已经不能满足高标准的照明要求。 同时，许多建筑白天也处于灯火通明的状态，造成很大的浪费，所以必须采用切 实可行的办法，采用必要的技术手段，实行节能。 目前，对于配电变压器、电力电缆、电动机、照明器具的节能研究较多，而 将这四个主要耗能设备、器材的研究成果应用于建筑电气工程中的比较少，本文 8 山东大学硕士学位论文 的研究成果对该领域的研究起到了积极的推动作用，对建筑电气工程的节能进行 了系统化的归纳和总结，初步形成了切实可行的技术方法和技术措施。 1 3 本文的主要工作 针对目前建筑电气节能中存在的问题，本文在对国内外的最新节电技术和安 全用电标准进行广泛调研和分析的基础上，充分吸收国内外建筑节能方面的经 验，对各种节能降耗先进技术进行了理论研究和工程实践。论文采用现场调研、 测试相结合的方法，通过对山东省医学科学院东部新区建设的实地考察，对建筑 物用电设备的运行特性和节能潜力进行分析，提出了用电系统的安全节能措施， 并对变压器，电力电缆、电动机、照明系统等配电设备进行技术方案优选，主要 内容如下： 1 变压器节能 在分析变压器的参数、功率损耗的基础上，对变压器的有功损耗率和无功消 耗率随着负载发生变化进行深入分析，针对配电变压器负载波动大，长时间处于 轻载或空载运行的特点，分析了配电变压器的经济运行方式的选择、经济运行区 间、变压器的负载调整以及变压器间的负载经济分配问题。 2 电力电缆节能 合理设计供配电系统，根据负荷容量、供电距离及分布、用电设备特点等因i 素合理设计供配电系统，做到系统尽量简单可靠，操作方便。利用总费用法来确 定电力电缆经济电流密度，找到既能减少电能消耗的费用，又不增加额外的电缆 费用的优化截面，以达到节能的目的。 3 电动机节能 从电动机机械特性入手，分别介绍了其启动、运行、停止方式。着重讨论了 变频调速技术，它可将3 8 0 v 、5 0 h z 交流电源滤波为稳定直流，再逆变成电压和 频率均可改变的交流电源。采用变频调速技术向鼠笼型电动机供电，可避免全速 运行、借挡板调节水量、风量造成的浪费，节约大量电能，同时提高控制精度。 4 照明部分的节能 因建筑照明量大而面广，故照明节能的潜力很大。在满足照度、色温、显色 指数等相关技术参数要求的前提下，选用高效光源、高效灯具，可提高能源利用 率，达到节能的目的。 9 山东大学硕士学位论文 1 4 本文的组织结构 全文共分为五章。 第一章主要介绍了课题的研究背景，分析了国内外建筑电气节能的研究现 状，并提出了目前存在的问题及相应的研究工作。 第二章对建筑电气的能耗情况进行了经济技术分析，主要包括：变压器、 电力电缆、电动机、照明系统。 第三章研究建筑电气节能所要采取的具体措施。 第四章结合山东省医学科学院东部新区建设，对建筑电气节能进行了工程 实例分析，取得了显著的节能效果。 第五章结论与展望。 l o 山东大学硕士学位论文 第2 章建筑电气能耗的经济技术分析 本章通过对建筑电气能耗进行经济技术分析，深入揭示建筑电气节能的实 质，为后续研究奠定基础。 2 1 建筑工程中的电力变压器 在建筑工程中，根据单位工程建筑规模的大小差异和使用功能的不同，都要 用到规格、型号、数量不同的变压器。变压器是从输电到配电、用电不可缺少的 电气设备。因其数量多、容量大，所以在广义电力系统中，变压器总的电能损耗 约占发电量的1 0 左右。对全国来说，这意味着全年变压器总的电能损耗为1 0 0 0 多亿k w h ( 注意单位的规范) ，这相当于一个较大电力系统的发电量。变压器损 耗约占电力系统线损的5 0 左右，在农电系统中变压器损耗约占农电网中损耗的 6 0 0 0 - - 7 0 。因此，开展变压器经济运行，采用新型节能型变压器，降低变压器 损耗，是实现建筑电气系统经济运行的重要环节，是节约电能的重要手段。 2 1 1 变压器的主要技术参数 变压器的技术参数可表征变压器在供电过程中的自身损耗有功功率损耗 和无功功率损耗，所以变压器的技术参数是分析计算变压器经济运行的基础数据 s 2 1 。变压器铭牌上标志的参数，一类是额定参数，表示变压器的基本性能；另一 类是技术参数，表示变压器在供电过程中自身损耗的性能。鉴于用户配电变压器 一般为