大连理工大学网络教育学院
本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目： 建筑电气的节能设计
层 次： 专科起点本科
专 业： 电气工程及其自动化
年 级： 年 季
学 号：
学 生：
指导教师：
完成日期： 2022年5月17日
随着建筑业的迅速发展其消耗的能源也在迅速增长，而建筑中消耗的能源大部分都是以电能的方式消耗的，因此在能源日益短缺的今天关于建筑电气的节能问题显得尤为重要。随着经济的发展，人们对照明系统的要求日益增高，照明已成为我国面临的主要问题，立即解决刻不容缓。本文将重点关注建筑电气中的变压器、照明系统和空调系统的节能问题进行分析。本文结合国内外建筑电气先进的节能技术，主要对建筑供配电系统以及照明系统的节能进行设计研究，以此开展建筑电气节能工作的研究。
关键词：建筑业；电气节能；照明
直至2008年，我国城乡已存在的楼宇建筑中有高达99%的住宅或者办公楼属于高耗能建筑，而且新建楼宇建筑中也有高达95%高能耗建筑。2009年，建设部曾组织相关专家对国内17个省市的建筑节能工作开展情况进行抽样调查，从调查的结果发现，北方地区正在修建的楼宇建筑做了节能设计的工程项目仅有50%左右是严格按照节能设计标准进行方案设计；上海市于2010年对全市中245个住宅楼宇楼盘的节能施工状况进行排查，结果发现有超过20%以上的楼盘没有建筑节能设计达标。在此背景下，本文结合国内外建筑电气先进的节能技术，主要对建筑供配电系统以及照明系统的节能进行设计研究，以此开展建筑电气节能工作的研究。
1 建筑节能综述
1.1 课题研究的起源
目前，我国每年城乡新建房屋建筑面积近20亿平方米，其中80％以上为高耗能建筑。预计到2020年底，全国房屋建筑面积将新增280多亿平方米。如此大规模的建筑量，带来的巨大建筑能耗更不容忽视。建筑能耗过高相当一部分的原因是由于设计方案存在问题，如大面积的采用玻璃幕墙、不合理的空调系统、低效率的能源转换系统、不合理的结构系统及建筑选材等等，由此给这些建筑的节能运行和节能改造带来了极大的困难。本文综合了通过收集近年节能方面的部分文献，简要分析了国内外节能的现状，并对建筑节能方法作出了综合分析、归纳整理。
建筑能耗主要涉及采暖、通风、空调、照明、炊事、家用电器和热水供应等的能源消耗。在能源危机日趋严重的今天，如何有效降低能耗、提高能源使用效率成为时代主题。以下本文将从专业角度对现有的节能技术进行综述[1]。
维护结构是室内和室外的物理界限，是多种功能的集合体。在建筑物构型中，有很多因素直接影响建筑物采暖空调负荷，包括建筑物得体形系数、朝向、面积、层高、窗墙比、冷风渗透等，因此建筑物保温的综合处理处理措施必须从这些方面综合考虑，以满足室内热环境的基本要求。从有利于节能的角度出发，建筑物维护结构必须尽可能满足《民用建筑热工设计规范》、《民用建筑节能设计标准》、《绿色建筑设计规范》中的相关要求。
1.2 课题研究的现状及意义
1.2.1 国外建筑节能的现状
在世界空调器行业中，60%的市场被日本所占有，并且在制造技术、控制技术上都处于世界最前沿。现以日本空调器的发展为例来说明其变迁过程。空调器的发展过程，大致可以分为五个阶段。在其发展过程中，变频技术和人工神经网络技术在房间空调器上的应用，具有划时代的意义，它不仅为创造舒适环境、实现空调器的高效节能运行提供了技术保证，而且为VRV空调系统的开发和发展提供了坚强的技术基础[2]。
日本空调器的发展主要集中在三个方面。追求空调器的高效节能，特别是在1972年石油危机以后，改善压缩机、热交换器、风扇的性能，加强对制冷循环特性的研究，优化制冷系统，实现了空调系统的小型化、低能耗、低噪音、高可靠性；追求室内环境的高舒适性，从单一的温度控制发展到室内热环境特性(如PMV等)的综合控制，从简单的双位控制发展到人工神经网络与模糊技术相结合的智能控制，以实现人们对舒适性的要求；追求空调系统的多功能化、多元化，从单冷型窗式空调器发展到热回收型VRV空调系统，极大地拓广了冷剂式空调系统的使用范围，开辟了集中空调系统的新领域[3]。
到了上世纪90年代以后，人们对舒适性的要求，趋向于自然环境的特征。人们希望空调环境具有能感觉到温度和气流的变化、能感觉到温暖和凉爽、有音乐声、有芳香感和明亮感等特征。总的目的是让人处于一个精神愉快的空调环境中，这就是人们追求的“感知空调阶段或动态自然环境阶段”。要实现这种模拟自然环境，必须采用包括“人体感觉输入控制”、“热环境因素综合控制”、“空气质量控制”、“声、光控制”在内的“环境变化控制技术”，环境变化控制技术的实现不仅需要开发出相应的传感器，更重要的是要建立一套符合人体生理和心理需要的人工环境智能控制理论。
美国的小型中央空调普及率较高，这与其良好的居住条件以及较高的生活水平是分不开的。美国是世界第一经济大国，人民生活水准较高，对居住的舒适性要求也较高，这些都促进了该国家用小型中央空调的普及使用。
美国的别墅型住宅(SingleHouse)具有宽敞、高大的特点，通常由中、高收入的家庭居住。由于其层高较大，具有足够的建筑空间用于布置风道，因此在美国，风管式系统在家用小型中央空调中所占的比重相当大。同时，由于美国居民对家用空调舒适性的要求较高，因此多采用有新风的风管式系统。风管式单元空调系统和风管式空调箱系统在美国的应用都很广泛，此外，集成了燃气炉的家用小型中央空调系统在美国的应用也非常普遍。此种家用小型中央空调系统在供冷季由制冷机组提供冷量，在供热季由燃气炉提供热量，对室内回风和新风进行处理，消除房间空调负荷，同时也可以满足家庭生活热水的需求[4]。
1.2.2 我国建筑节能的现状
随着我国城乡建设步伐的逐渐加快，及人民生活质量的不断提高，人们不仅要求建筑的面积总量、住宅需求量、公共建筑面积迅速增加，还对居住建筑的舒适环保、智能服务水平等提出更高的要求。因而，建筑能耗也会急剧增加，从2000年以来，建筑能耗呈现明显增长趋势。
从1990年到2000年，我国能源总消耗比值中工业用电从29%降到了14%，而商业用电则从49%快速增长到了62%，建筑住宅居民用电也小幅增长，从22%增长到25%。根据2002年对我国的写字楼建筑电气系统能耗进行调查，发现综合性楼宇建筑的单位年能耗高达2389MJ/m2，其中，占最大比例的为通风空调系统，耗能大约在40%-50%左右；其次是电梯拖拽系统，耗能大约占30%，然后是照明系统大约占20%，其余占5%左右。如果对通风空调系统、电梯拖拽系统、照明系统等进行改善设计，其均可以节省大量的能源消耗，具有很大的节能潜力。2003年，清华大学的江亿、薛志峰等学者在《高层楼宇建筑电气节能技术研究》一文中，对北京市大型公共建筑节能现状作了较为详细的调查研究。从几位学者的调查情况来看，北京市所有建筑中，高层楼宇建筑面积大约有4.80×108m2，其中有80%左右为民用住宅建筑。高层楼宇住宅建筑电能消耗总量已占全北京市用电终端能耗的30%以上。建筑电气系统能耗中空调系统所占耗能比最大[5]。
截止2010年，据相关资料统计，我国建筑能耗已达到35%左右，而且在未来的发展过程中仍呈上升趋势。如果能够严格执行设计标准，对建筑电气节能技术进行优化，那么，将会带来十分客观的节能效果，对我国的建筑电气节能意义重大。
1.3 本论文的主要工作
本文将重点关注建筑电气中的变压器、照明系统和空调系统的节能问题进行分析。全结合国内外建筑电气先进的节能技术，主要对建筑供配电系统以及照明系统的节能进行设计研究，以此开展建筑电气节能工作的研究。
2 建筑电气节能设计原理
电气设计包括：强电系统设计(供配电系统、照明系统、防雷接地及等电位联结系统)和弱电系统设计(电话通讯系统、综合布线系统、有线电视系统、电视监控系统等)两大部分内容。
2.1 建筑电气节应坚持3个原则
2.1.1 满足建筑物功能的原则
即要满足建筑物照明的照度、色温及显色指数；满足空调舒适性的温度及新风量，也就是舒适、卫生、健康的要求；满足上下左右运输通道的畅通无阻；满足特殊工艺的要求，如满足娱乐场所的一些电气设施用电，满足展厅的工艺照明及电力用电等。
2.1.2 考虑经济效益的原则
节能应结合我国国情，充分考虑实际经济效益，不能为了节能而过高地增加投资，增加运营费用，而是应该让增加的部分投资，能在几年或较短的时间内以通过节能减少运营费用的方式进行回收。
2.1.3 减少能量无谓消耗的原则
节能的着眼点应是减少能量的无谓消耗，因此，先找出与发挥建筑物功能无关的能量消耗。再考虑应该采取的有效节能措施。如，变压器的功率损耗、传输电能线路上的有功损耗等都是无用的能损耗；又如，针对量大面广的照明要求，应采用先进技术的产品以降低能耗。
2.2 供配电系统的节能设计
供配电系统功率损耗主要包括三相线路中有功及无功功率损耗，电力变压器的有功及无功功率损耗等。因此供配电系统的节能设计应紧紧围绕供配电系统的损耗原理展开,主要集中在以下几个方面：
（1）合理选择变压器。包括变配电所、变电站的位置选择须合理，尽量靠近负荷中心；变压器的容量选择须合理，变压器容量过大或过小都不利于设备节能；变压器的运行方式需合理；变压器尽量选择节能型变压器，逐步淘汰老旧高能耗配变。
