核心提示：文章从公共建筑电气设计内容中的供配电系统、变压器、电气设备、供电线路、照明方式及照明控制、照明产品等的节能入手，结合公共建筑设计的特点阐述了公共建筑电气节能设计的措施。 我国人口众多，是个能源消费大国，但拥有的能源相对短缺，而我国目前许多行业的能源浪费比较严重。随着国民经济的飞速发展，作为二次能源的电能需求越来越大，如何合理地利用电能，节约电能，降低电能消耗，用最少的投入去获取最大的经济效益，对促进国民经济发展具有十分重要的意义。本文就公共建筑电气节能设计措施进行探讨。
1 供配电系统设计
1.1 配电级数
根据负荷容量、用电设备特性、供电距离及用电设备分布特点、当地公共电网现状及发展规划等因素，经经济技术比较，合理设计供配电系统和选择供电电压，并且供配电系统应尽量简单可靠。同一电压等级的配电级数，高压20kV(10kV(6kV))不宜多于两级，400V低压不宜多于三级。
1.2 供电电压
合理选择供电电压。根据负荷情况合理选择变压器容量、台数，其接线应能适应负荷变化，按经济运行原则灵活投切变压器。同等情况下，电压越高，损耗越小。民用建筑用电设备电压等级大部分为交流220/380V，但一些大型或特大型的公共建筑的空调主机为了达到节能目的，可以选择10(6)kV的制冷设备，单台容量大于500kW的电动机宜采用中压供电。
1.3 供电半径
根据负荷的容量和分布，变电所应靠近负荷中心，低压配电间应靠近电气竖井，竖井的位置和数量应根据建筑物规模、用电负荷性质、各支路供电半径及建筑物的变形缝位置和防火分区等因数确定，并应靠近用电负荷中心。超高层建筑根据负荷分布情况在建筑避难层设置供电分变电所。合理分布供电网络，合理选择供配电路径，避免迂回供电，使低压供电半径控制在200m以内，供电线路的电压损失满足规范的允许值。末级配电箱设置在其配电范围的负荷中心位置,其供电半径宜控制在50m内。
1.4 三相平衡
配电设计时尽量使三相负荷达到平衡，最大相负荷不超过三相负荷平均值的115％，最小相负荷不小于平均值的85％.可采用移相平衡法或容抗平衡法来改善系统的平衡，以减少因不平衡带来的最大相的多余损耗。
1.5 无功补偿
对于10kV及以上电压供电的公共建筑，其供电进线处的功率因数不应低于0.95，对于采用低压（AC220/380V)供电的公共建筑，当用电装机容量在100kW及以上时，其低压供电进线处的功率因数不应低于0.9，无功功率补偿装置宜设置在负荷侧。无功补偿应采用智能型免维护成套自动补偿装置，无功补偿装置应具过零自动投切的功能，具有抑制谐波和抑制涌流的措施。低压无功补偿应采用分相补偿或混合补偿，采用混合补偿时其分补容量不应小于总容量的40%.
2 合理设计节能变压器
变压器发明已有一百多年的历史，目前多数情况下，电能的电压等级自发电站到用户至少要经过5级变压器，方可送到低压用电设备（380V/220V）。我国变压器的总损耗占系统发电量的2%～3%，因此节能变压器的使用势在必行。减少变压器的有功损耗按下式计算： △P=△P0+（SC/Sr）2△Pk 式中：△P—变压器有功损耗(kW)；△P0—变压器空载有功损耗(kW)；△Pk—变压器满载有功损耗(kW)；SC—变压器计算负荷(kVA)；Sr—变压器额定容量(kVA).
△P0作为变压器空载损耗又称铁损，它是由铁芯涡流损耗和磁滞损耗组成，其值与铁芯材料及制造工艺有关，与负荷大小无关，所以在选用变压器时最好选择节能型变压器。油浸式变压器应选用11型及以上节能变压器，干式变压器应选用10型及以上节能型、低损耗、低噪音变压器，联结组标号宜采用Dyn11.变压器自带强迫通风装置。
△Pk是变压器满载有功损耗又称变压器短路损耗，它取决于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小，并与负荷率的平方成正比。因此在设计选择变压器时应选用阻值较小的绕组，如铜芯变压器。β2△Pk用微分求它极值时，是在β=50％时每千瓦的负荷，此时变压器的能耗最小，但在β=50％负载率时仅减少变压器的线损，并未减少变压器的铁损，因此也不是最节能的。综合初装费，变压器、高低压柜、土建投资及运行费用，又要使变压器在使用期内预留适当的余量，变压器最经济节能运行的负载率一般在75％~85％之间。
在选择变压器容量和台数时，应根据负荷情况，综合考虑投资和年运行费用，对负荷合理分配，选取容量与电力负荷相适应的变压器，使其工作在高效低耗区内。
3 电气设备节能及可再生能源利用
（1）电气设备节能
应采用配备高效电机及先进控制技术的电梯。自动扶梯与自动人行道应具有节能拖动及节能控制装置，并设置感应传感器以控制自动扶梯与自动人行道的启/停。单台电梯应具有集选控制、闲时停梯操作、灯光和风扇自动控制等节能控制措施。多台电梯集中排列时，应具有按规定程序集中调度和控制的群控功能。
风机、水泵应采用高效节能产品，并根据风机、水泵的容量大小、实际使用状况、初始投资等采取相应的节能控制措施。
（2）可再生能源利用
根据当地的气候和自然资源，充分利用太阳能、地热能等可再生能源，如太阳能热水系统；地源热泵空调系统；太阳能光伏发电系统/光诱导系统等。
4 合理设计供电线路和导线截面
根据建筑的规模、用电负荷性质及容量，使电气间位置合理的靠近用电负荷中心，减少供电半径、减少电能的损耗。在满足允许载流量、运行电压损失等各种技术指标的前提下，应按经济电流密度合理选择电缆及导线的截面。线路节能设计方法：①尽量选用电阻率ρ较小的导线，如铜芯导线较佳，铝线次之；②尽可能减少导线长度，在设计中线路应尽量走直线少走弯路，另外在低压配电中尽可能不走或少走回头路。变电所应尽可能地靠近负荷中心，以减少供电半径；③增大导线截面积，对于较长的线路，在满足载流量、热稳定、保护配合及电压降要求的前提下，通常在按允许载流量选定线截面时加大一级截面，这样增加的线路费用，由于节约能耗而减少了年运行费用，从而达到节能、经济的目的。
5 合理设计照明方式和选用节电型照明产品
照明方式分为：一般照明、局部照明和混合照明。在满足标准照度的条件下为节约电力，应视具体情况适当选用一般照明、局部照明或混合照明方式。
（1）照明控制方式的选择
根据照明使用频繁程度及场所照度要求等，可采取分区控制灯光、适当增加照明开关点及照度调节等节电措施。对病房、卧室、客厅等床点位置及餐厅、酒吧、舞厅，可考虑设置调光开关；可利用天然采光的场所，随天然光照度变化自动调节照度；旅店客房采用节电钥匙开关，其门厅、电梯大堂、客房层走廊等场所，照明控制采用具有夜间定时降低照度的功能；路灯采用分组控制，采用夜间时控或光控节能控制方式；公共建筑地下车库、走廊、楼梯间、门厅等的照明节能控制措施，可采取感应延时、光控延时、声控延时控制或定时控制等一种或多种集成的控制方式，或采用智能灯光控制系统；办公室的工作区域可按使用需求自动开关灯或调光。
除设置单个灯具的房间外，每个房间照明控制开关不宜少于2个。当房间或者场所装设两列或多列灯具时，其控制为：①生产场所按车间、工段或工序分组；②有分隔的场所按分隔场所分组；③教室、会议室、多功能厅、报告厅按靠近或者远离讲台分组；④除上述场所外灯具按与侧窗平行分别控制。
（2）照明光源、灯具的选择
根据光源的光效、色温、显色指数、寿命和价格选择高效节能型光源，即选择每瓦输出的光通量高的光源。如T5系列细管径直管荧光灯、紧凑型荧光灯(节能灯)、HID灯(高强度气体放电灯)、LED灯(发光二极管灯)。一般工作场所不应选用荧光高压汞灯、自镇流高压汞灯、普通白炽灯。
灯具及附件的选择，应选择效率或能效高的灯具，灯具的效率不应低于《建筑照明设计标准》中的规定。附件主要是指镇流器的选择。《建筑照明设计标准》中规定：荧光灯应配用电子镇流器或节能电感镇流器；对频闪效应有限制的场合，应采用高频电子镇流器；高压钠灯、金属卤化物灯应配用节能型电感镇流器；在电压偏差较大的场所，宜配恒功率镇流器；功率较小者可配电子镇流器。气体放电灯采用电感镇流器时，应设就地电容补偿装置，荧光灯功率因数不应低于0.9，高强气体放电灯功率因数不应低于0.85.
（3）自然照明资源的利用
照明设计时充分利用自然光，具备条件的场所可设置光诱导照明系统，具备太阳能光伏电池板安装的场所可以利用太阳能光伏系统作为照明电源。
6 能耗计量
为了便于能耗分析和进行能源管理，控制能源浪费，降低能源消耗，电气、空调及水系统分别设置带数据传输功能的计量装置。
（1）电能计量
公共建筑根据不同电价分类的用电负荷将配电回路分开，并分别装设用电计量装置。设置集中空调或供暖的公共建筑、国家机关建筑或大型公共建筑，对空调用电，照明插座，水泵、电梯、风机等动力用电，信息机房、厨房、锅炉等特殊用电设置电量分项计量装置。有出租单元的公共建筑装设对出租单元管理及收费的用电计量装置。
（2）暖通空调
采用集中空气调节系统的公共建筑，设置分楼层、分室内区域、分用户或分室的冷、热量计量装置；建筑群的每栋公共建筑及其冷、热源站房，应设置冷、热量计量装置。
（3）给水排水
公共建筑给水系统应根据不同用水性质、不同产权单位、不同的用水单价和单位内部经济合算单元的情况，进行分别计量。建筑物的引入管设置总计量装置。
7 结束语
对于公共建筑电气节能设计，无论是针对供电系统，照明系统，空调、水泵、风机、电梯等用电设备，变压器等电气设备或供电线路，都存在着巨大节能潜力。为实现电能“节能降耗”的目的，在公共建筑电气设计中应正确设计供配电系统，选用节能型电气设备和用电设备，合理设计供电线路，选择合理的照明方式及照明控制方法，充分利用天然光，合理利用可再生能源，实施能耗计量分析等，选择行之有效而又经济、切实可行的节能措施，实现供配电系统、电器设备、用电设备及供电线路等的经济运行，从而达到真正节约电能的目的。
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