论建筑电气节能减排措施及光伏新能源的应用

论建筑电气节能减排措施及光伏新能源的应用

刘彦君

（中设工程机械进出口有限责任公司）

摘要：我国正处于工业化和城镇化快速发展的阶段，随着城市化进程的加快和居民消费结构的升级，都对经济资源和能源上有着更加迫切的需求。而建筑行业作为我国主要的能源消耗行业之一，其能源消耗比例占据了全社会能源消耗比例的大部分，因此必须采取积极的节能措施，以缓解当前国家能源紧缺的现状。

关键词：建筑电气；节能减排措施；光伏新能源

一、建筑电气节能的涵义

全面的建筑电气节能，就是建筑全寿命过程中每一个环节节能的总和。是指建筑在选址、规划、设计、建造和使用过程中，通过采用节能型的建筑材料、产品和设备，执行建筑电气节能标准，加强建筑物所使用的节能设备的运行管理，合理设计建筑围护结构的热工性能，提高采暖、制冷、照明、通风、给排水和管道系统的运行效率，以及利用可再生能源，在保证建筑物使用功能和室内热环境质量的前提下，降低建筑能源消耗，合理、有效地利用能源。全面的建筑电气节能是一项系统工程，必须由国家立法、政府主导，对建筑电气节能作出全面的、明确的政策规定，并由政府相关部门按照国家的节能政策，制定全面的建筑电气节能标准；要真正做到全面的建筑电气节能，还须由设计、施工、各级监督管理部门、开发商、运行管理部门、用户等各个环节，严格按照国家的节能政策和节能标准的规定，全面地贯彻执行各项节能措施，从而使每一位公民真正树立起全面的建筑电气节能观，将建筑电气节能真正落到实处。

二、建筑电气节能的重要性

世界范围内石油、煤炭、天然气三种传统能源日趋枯竭，人类将不得不转向成本较高的生物能、水利、地热、风力、太阳能和核能，而我国的能源问题更加严重。我国能源发展主要存在四大问题：①人均能源拥有量、储备量低；②能源结构依然以煤为主，约占75%。全国年耗煤量已超过13亿吨；③能源资源分布不均，主要表现在经济发达地区能源短缺和农村商业能源供应不足，造成北煤南运、西气东送、西电东送；④能源利用效率低，能源终端利用效率仅为33%，比发达国家低10%。随着城市建设的高速发展，我国的建筑能耗逐年大幅度上升，已达全社会能源消耗量的32%，加上每年房屋建筑材料生产能耗约13%，建筑总能耗已达全国能源总消耗量的45%。我国现有建筑面积为400亿m2，绝大部分为高能耗建筑，且每年新建建筑近20亿m2，其中95%以上仍是高能耗建筑。如果我国继续执行节能水平较低的设计标准，将留下很重的能耗负担和治理困难。庞大的建筑能耗，已经成为国民经济的巨大负担。因此建筑行业全面节能势在必行。全面的建筑电气节能有利于从根本上促进能源资源节约和合理利用，缓解我国能源资源供应与经济社会发展的矛盾；有利于加快发展循环经济，实现经济社会的可持续发展；有利于长远地保障国家能源安全、保护环境、提高人民群众生活质量、贯彻落实科学发展观。

三、我国建筑电气节能现状分析

目前，我国拥有世界第三大能源系统，一次能源总产量仅次于美国和俄罗斯。但因我国的人口众多，人均拥有量很低，能源效率低下，未来建筑能源需求量很大。节约能源、降低能源消耗、提高能源效率关乎中国经济的前途，也关乎全球的经济发展。

四、建筑电气能量的耗损

在建筑电气系统中，能量损耗主要发生在配电系统、电动机、灯具等电气设备、电力变压器等。电力电缆截面应以确定导线的经济电流密度为根本，就是在已知负荷的情况下，选择最佳的导线截面；或是在已选定导体截面的情况下，确定经济的负荷范围，以寻求投资的最优方案，取得最理想的经济效益。电动机在总用电量中占的比重也很大，其产生的能耗也是相当可观的。分析高效电动机的节能效果以及不同的电动机系统对能耗的影响情况，选择高效电机，搭建合理的电机系统是关键。

五、建筑电气节能的主要措施

5.1配电系统中变压器的节能的节能

变压器是配电系统的重要部分，在我国供电系统中电网损耗占供电容量7.7%，其中变压器损耗占60%左右，因此降低变压器的供电损耗，在节能降耗方面具有重要的意义，降低变压器的损耗包括以下几个方面：①降低变压器自身的损耗变压器自身的损耗主要有两部分，即固定损耗与可变损耗。固定损耗就是空载损耗（即铁损和激磁功率损耗，简称铁损），它只与变压器的容量以及电压的高低有关，而与负载的大小无关。变压器的可变损耗就是短路损耗（即绕组中的损耗，简称铜损），铜损包括有功部分和无功部分，有功部分是变压器原、副绕组的电阻通过电流时产生的损耗，它和电流的平方成正比。从这两方面损耗可以看出，降低变压器的损耗就是要降低变压器的铁损和铜损，降低铁损可以选择使用优质硅钢片，设计先进的铁心结构减小磁阻；降低铜损可以使用无氧铜和电工铝导线，增大绕组的电导率。②合理选择变压器的容量在我国民用建筑的设计中，变压器的容量一般都是按用电高峰负载来选择，变压器本身损耗随容量的增大而增加。建筑电气设备使用过程中可能出现季节性负荷变化。北方地区冬季取暖可导致季节性负荷提升，而南方地区由于夏季空调长期使用可导致用电量大幅提高，在建筑变压器选择设计上，应充分考虑季节性负荷因素，如果季节性负荷较大，则考虑使用相应的专用变压器。

5.2优化供配电系统设计

供配电系统设计情况对供电系统能耗影响较大，在优化供配电系统过程中应力求简单可靠，配电级数设置不应过于复杂。应根据建筑实际容量、分布及用电负荷等级情况，进行科学这支，确保变压器处于负荷中心，应尽可能采用环式且配电系统，减少能耗，提高供电安全性和可靠性。

5.3合理选择电压等级

应根据建筑用电设备的供电距离、设备性质、实际容量及自身用电现状等因素综合考虑配置建筑电气供电电压，通常情况下低压配电应以220/380V为主，需要高压配电一般选择10kV电压。

5.4科学选择变压器

建筑电气设备使用过程中可能出现季节性负荷变化。北方地区冬季取暖可导致季节性负荷提升，而南方地区由于夏季空调长期使用可导致用电量大幅提高，在建筑变压器选择设计上，应充分考虑季节性负荷因素，如果季节性负荷较大，则考虑使用相应的专用变压器。

5.5提高自然功率因数

在供配电系统未置入无功补偿装置时，自然功率因数等于有功功率和现功率之比。如建筑用电存在电感设备，在供电后可能产生滞后无功，此时则需要引进超前无功抵消滞后无功，确保在有功在传输中降低能耗。在保持负荷有功功率不变的基础上，可通过提高功率因数来实现负荷电流和无功功率的减低，从而实现线路损耗下降。

5.6降低电能线路损耗

在导线选择上，应选择低电导率材质。在电力设计上应尽可能采用直接供电，避免迂回供电，最大限度的减少线路电能损失。变压器应设置在负荷中心位置，并科学选择缆线规格，降低电能线路损耗。

5.7通过照明部分节能实现整体能耗降低

在过去相当长一段时期，白炽灯应用十分广泛，白炽灯具有价格低廉，易于安装等优点，但也存在发光率较低的劣势。近年来，随着照明技术的不断提升，使用寿命更长、能耗更低、照明效果更好的LED开始在建筑电气中广泛使用，采用LED可实现建筑内高效照明，通过自动开关等科技手段，也可实现高效利用照明设备的目的。

六、光伏新能源技术及工作原理

能源是经济增长和社会进步的基本驱动力之一，当前各国对能源的消耗和需求均不断加大，对石油、天然气、煤炭等天然滋养的依赖度均较高，如果建筑中能耗较高，能源利用率低，不仅会造成能源浪费，同时会对环境构成严重污染。

太阳能是一种绿色无污染的清洁能源，具有资源丰富、无污染、可再生等优势，是当前各国竞相开放的新型能源之一。太阳能是唯一能够保证人类未来需求的能量来源。光伏发电是利用太阳能将光子转化为电子的一个纯物理过程，转化过程不排放任何有害物质，太阳能光伏发电是通过太阳能电池直接将光能转化电能的技术，主要由太阳能电池板、光伏控制器和光伏逆变器等部分组成。目前已经进入商业化竞争的光伏发电产业按电池技术路线分类主要分为晶体硅光伏电池、薄膜光伏电池和聚光光伏电池。其中晶体硅光伏电池是目前发展最成熟的在应用中居主导地位。太阳能电池根据所用材料的不同，还可分为：硅光伏电池、多元化合物薄膜光伏电池、聚合物多层修饰电极型光伏电池、纳米晶光伏电池、有机光伏电池等。光伏新能源具有无噪声、易维护、无污染等优势，在建筑中应用日益广泛。

光伏新能源发电技术的基本工作原理为在光照条件下通过太阳能电池板的光电效应产生电能，太阳能发电系统所发的电能经逆变器实现直流交流转换，在通过光伏控制器完成对电能的控制和调节。通过充放电控制器实现对蓄电池的充电。在需要使用电能时，在逆变器作用下，由蓄电池组将直流电转换为交流电，并传送到配电柜中，通过配电柜切换实现供电。

七、光伏新能源的优势及使用注意事项

光伏新能源发电技术可有效调整电网峰值，进一步提高末端电压稳定性，在消除电网杂波方面效果明显。光伏新能源技术可有效降低蓄电池组使用费用，提高使用效率，在建筑电气设备中使用光伏新能源可有效提高建筑电气节能水平，实现资源的充分利用。

作为一种新的节能科技，光伏新能源设备在使用、安装和维护中，应安装在无遮挡开放式空间，在大型建筑工程中使用，应提前确定安装场地，不仅要保证场地开阔性还应保证场地安全性，避免太阳电池板遭遇到人为或意外碰损。太阳电池板应朝向赤道方向，科学设置倾斜角，确保太阳能电池板全年可均匀接受阳光照射。

在安装过程中还应注意，太阳能光伏板应避开高大建筑物，在方位确定上要精益求精。光伏幕墙要采取相应的防雷、防火措施，每年要对含光伏幕墙等设备进行定期检查，确保各个元器件完好。在暴雨、冰雹、大雪等异常气候下，应做好相应防护措施。

结语

在建筑电气工程的设计、施工、运行中，如果采取一些有效的技术方法和技术措施，提出完整的建筑电气节能设计和运行管理方案，就完全可以有效地提高能源利用率，实现了节能目标。由此可见建筑电气节能措施在建筑工程中有着非常重要的作用。

参考文献

[1]何泳滨.实现建筑电气节能的多元措施刍议[J].城市建筑.2014(06)

[2]佟大猷.建筑物的电气节能措施浅析[J].山东工业技术.2015(23)

作者简介

刘彦君，1983.11.22，男，汉族，天津市，工程师，中设工程机械进出口有限责任公司。