民用建筑电气负荷计算及变压器选型

民用建筑电气负荷计算及变压器选型

董林正 郭伟

同圆设计集团有限公司 山东省济南市 250101

摘要：目前，社会发展迅速，电气工程的发展也有了进步。当前我国经济建设坚持走可持续发展道路，民用建筑节能是实现这一道路的主要内容。我国民用建筑节能工作起步较晚，能源效率不高，节能工作总体进展缓慢，特别是与发达国家比较之后更显得是一场持久战。随着人们生活水平的提高，电气设备越来越多元化，居民用电需求越来越大，因此，在民用建筑电气设计中融入节能设计这一环节，能缓解人口增长带来的用电压力，顺应我国基本国情发展的趋势。

关键词：民用建筑；电气负荷计算；变压器选型

引言

当前我国经济建设坚持走可持续发展道路，民用建筑节能是实现这一道路的主要内容。我国民用建筑节能工作起步较晚，能源效率不高，节能工作总体进展缓慢，特别是与发达国家比较之后更显得是一场持久战。随着人们生活水平的提高，电气设备越来越多元化，居民用电需求越来越大，因此，在民用建筑电气设计中融入节能设计这一环节，能缓解人口增长带来的用电压力，顺应我国基本国情发展的趋势。

1民用建筑电气设计的节能措施

民用建筑电气节能设计需要遵循相应的原则。首先，要满足民用建筑的基本需求。如照明需求、空调温度调节需求、卫生舒适需求等，另外还要满足应急照明系统、消防用电、电梯等的需求。其次，要注重经济效益。既要实现资源节约，也要带来经济效益，避免因为新技术和设备的使用增加经济成本。再次，要将减少电能损耗放在首要位置。

1.1优化民用建筑电气系统

在设计过程中，需要针对各电气分项工程，做到每项都要有详细的电气负荷计算书以及相应的节能措施。并且，在设计方案时，要将“以人为本”这一原则贯穿全程，设计人员在设计之前必须要实地考察每一现场，与户主做好沟通，掌握工程的具体情况，结合建筑物的结构和使用要求，全面分析，综合考虑后设计出最佳方案。合理选择变压器的容量和台数，适时考虑选择公用变压器，这样可以减少季节性用电高负荷带来的压力，特别是夏季，空调使用率比较高，可以给空调单独设置变压器，减少电气系统变压器的总容量。另外，设计人员可以根据负荷总容量和供电分布等因素设计方案，做到变电所靠近负荷中心，减少线路损耗和配电半径，尽量减少三相不平衡度。电动机、灯具镇流器、变压器等电器都有电感性，它要经过高低压线传输到设备末端，增加了功率损耗。所以，供配电系统的合理配置在电气节能中是一个不容忽视的措施。

1.2建立高效节能输送线路

一方面要设计合理的路线路径，科学控制导线长度，对电器功能用房的位置进行合理设计，以保证建筑的及时供电，令变压器接近负荷中心来减少供电半径。另一方面，在线路设计时，需要结合实际确定导线横截面，以年度最小费用为标准来设计电流经济密度。导线的横截面要根据需要进行合理选择，尽量选择稍大的横截面，比较容易满足时代发展的需要。另外，在选用导线材料时，尽量选择电导率低的，如铜芯。在实际操作中，应根据用电的类型来进行材料的选择，如一类二类用电负荷较高，可以使用铜芯导线，三类用电负荷相比较小，可以使用铝芯导线。尽量设计直线型线路，减少迂回。遇到线路较远的情况时，可选择高一级的导线，可以降低电能损耗。

2选择变压器的规范依据

指导绿色建筑设计的规范主要有：《绿色建筑评价标准》（GB/T50378-2014）（以下简称GB/T50378），《江苏省绿色建筑设计标准》（DGJ32/J173-2014）（以下简称DGJ32/J173）。对变压器选择提出要求的规范还有《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2015）（以下简称GB50189）。GB/T50378第5.2.12条第1款将采用节能型变压器作为绿色建筑评价的一个得分项，并非严格要求的控制项。但DGJ32/J173第10.4.1条要求绿色设计中，变压器应采用低损耗、低噪声、国家认证机构确认的节能产品；GB50189第6.2.3条要求公共建筑的变压器能效值应不低于GB20052中节能评价值。据此可以得出：新建绿色建筑采用的变压器应为节能型。

3建筑工程电气系统中的变压器节能设计分析

3.1节能型变压器设备的合理选择

在建筑电气设计中，设计人员首先要根据电气系统内所有用电设备的实际需要来选择变压器的型号，以保证电能输出的质量和稳定性，在此基础上要尽量选择节能效果比较好的变压器设备。根据我国现行标准，S13以上型的变压器系列设备为节能型产品，其能效等级和能效限定值等指标参数均能够达到节能要求。在各种节能变压器设备中，超导变压器以及非晶合金型设备是目前节能效果比较理想的变压器产品。所谓非晶合金也就是高温钢水在极短时间内迅速降温后，其原子在急速固化作用下而产生的无序排列，从而形成了非晶态合金材料，这种材料由于结构特殊，因此其软磁特性十分突出，而利用非晶合金材料生产的变压器设备能够有效减少对电能的损耗。与传统变压器相比，非晶合金变压器的空载损耗能够降低60%~80%左右，节能效果十分明显。不过由于非晶合金设备的生产成本较高，因此在实际设计中必须充分考虑其价格因素和经济性。设计人员应综合分析其在全寿命周期的购置成本、运行成本以及节能效果等因素，并结合建筑工程的具体情况来合理选择相应的变压器设备，以实现节能设计的目的。

3.2变压器容量的合理选择

设计人员应根据建筑工程中电气系统的实际荷载以及等级来合理选择变压器设备的台数和容量，并在保证满足所有用电负载正常运行的基础上，提高容量设计的经济性。在设计实践中，如果建筑工程的电气系统主要为三级负荷时，设计人员可以只配置1台变压器设备；如果建筑电气系统的负荷达到了2级以上时，则应配置2台以上的变压器设备。同时设计人员还要根据建筑功能来合理区分生活区负荷以及动力负荷，以确保其运行的稳定性。如果建筑电气系统中存在不同计量等级负荷时，则应分别设计相应的变压器设备。此外，当用电内负荷需要远距离输电或者负荷为关键节点时，设计人员则应采取专门设置具有一定独立性的变压器设备的方式来确保其供电的稳定性。当变压器台数确定后，设计人员还应通过TOC等先进的算法来对变压器设备的具体经济容量进行计算分析，从而减少变压器的空载损耗，实现变压器节能设计的目的。

3.3选择合适的光源

光源是否节能主要与它的发光率有关，而选择合适的光源将直接影响到整个照明系统的节能与否。我国明确规定灯具的发光率在正常情况下不能低于75%，显色性、使用寿命等都是光源的指标，当这些指标都能够达到要求时，这种光源才能发挥最好的效果，实现高效节能的目的。在70年代末80年代初，我国国内经济水平普遍较低，设计人员的专业知识和技术水平有限，因此在民用建筑中普遍使用白炽灯，虽然白炽灯的价格低，但是它的发光率也低，不到5%。随着科学技术的发展和环保意识的提高，人们发现像荧光灯之类的光源不仅显色性高，使用寿命还长，受到大家的欢迎，开始广泛应用于生产和生活中。

结语

为了有效提高建筑电气系统的节能效果，设计人员应根据建筑工程的实际情况以及电气系统运行的具体要求来合理选择变压器设备的型号以及容量，并结合建筑功能特点来合理设计变压器设备的运行方式。同时，设计人员还可以通过提高功率因素以及采用无功补偿装置等方式来减少变压器的电力能源损耗。此外，对于变压器所产生的谐波问题也可以根据情况采取被动和受端治理等方式来减少能耗，从而达到建筑电气节能设计的目的。

参考文献

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