論高層建筑電氣設計中的節能措施

韓　巍

摘要：文章針對高層建筑電氣能耗較大的問題，從建筑電氣設計的幾個環節，即建筑照明及其控制的節能、建筑智能控制的節能、供配電系統及電器產品的節能入手，運用科學發展的觀點，結合民用建筑設計的特點闡釋“電氣節能措施”的應用和選擇，并重點對供配電系統的節能及實施做了說明，得出了高層建筑電氣節能潛力巨大的結論。

關鍵詞：照明節能；供配電系統；電氣節能措施

中圖分類號：TV976文獻標識碼：A

文章編號：1674-1145（2009）12-0156-02

這些年來，我國經濟的快速增長與能源短缺的矛盾日益突出，而各大、中城市的高層建筑都在迅速崛起，使能源的消耗急劇增加。民用建筑的電力能耗問題的突出，使如何“節電能、降電耗，進行電氣節能設計”勢在必行。本文從建筑照明及其控制的節能、建筑智能控制的節能、供配電系統及電器產品的節能入手，結合民用建筑設計的特點闡釋“電氣節能措施”的應用和選擇。

一、建筑照明及其控制的節能措施

2004年12月1日開始實施的《建筑照明設計標準》，對照明節能提出了嚴格的要求，其中6.1.2～6.1.7條為強制性條文，必須嚴格執行。它確定了不同場所相應的照明功率密度值和對應照度值，并列出了現行值和目標值。

（一）照明方式的選擇原則

1．一般照明：即均勻照明，用于對照度無特殊要求的場所，如辦公室、會議室等場所。

2．分區一般照明：同一場所不同區域有不同照度的要求，如工藝用房、加工車間等場所。

3．混合照明：用于部分作業面照度要求較高。只采用一般照明不合理的場所，如高大加工車間等場所。

4．局部照明：采用一般照明不能滿足照度要求的場所，應增設局部照明，如工藝用房、加工車間等場所。

（二）照明控制方式的選擇

1．每個房間燈的開關數不宜少于2個（只設置1只光源的除外）。

2．每個燈具開關控制的光源數量不宜太多。

3．燈具按與側窗平行分別控制。

4．對部分光源實施聲、光控制，或全夜、半夜控制。

5．公共區域、展廳、停車庫（場）、建筑泛光照明等宜采用建筑設備監控系統控制。

6．觀眾廳、會議室等宜采用智能照明控制系統控制。

（三）照明光源、燈具及附件的選擇

1．根據光源的光效、色溫、顯色指數、壽命和價格選擇高效節能型光源，即每瓦輸出的光通量高的光源，如：T5系列細管徑直管熒光燈、三基色T8直管熒光燈，緊湊型熒光燈（節能燈）。

2．燈具附件的選擇。主要是指鎮流器的選擇。《建筑照明設計標準》中規定：自鎮流熒光燈應配電子鎮流器：直管形熒光燈應配電子鎮流器或節能型電感鎮流器；高壓鈉燈、金屬鹵化物燈應配節能型電感鎮流器；在電壓偏差較大的場所，宜配恒功率鎮流器；功率較小者可配電子鎮流器。

二、建筑智能控制的節能措施

根據2007年7月1日開始實施的《智能建筑設計標準》（GB／T50314—2006），利用建筑智能控制技術達到節能的目的。主要體現在對建筑設備的監控管理方面。建筑設備監控系統以全方位地對建筑中各類機電設備的運行狀態進行有效控制，在滿足建筑要求的前提下，使各種設備均處于最佳運行狀態，從而實現最大限度節能為目的。

近幾年來，隨著專業化智能控制技術的深入和快速發展，針對電氣系統的控制，推出了行之有效的變配電智能監控系統和智能照明控制系統。這些專業化控制系統的出現．對建筑節能提供了具體的、行之有效的智能控制技術和手段。

三、供配電系統及電器產品的節能措施

（一）合理設計供配電系統

1．根據負荷容量、供電距離及分布、用電設備特點等因素，合理設計供配電系統和選擇供電電壓，供配電系統應盡量簡單可靠，同一電壓供電系統變配電級數不宜多于三級。

2．變電所應盡量靠近負荷中心，以縮短配電半徑，減少線路損失，企業內部變電所之間宜敷設聯絡線，根據負荷情況，切除部分變壓器，從而降低損耗。

3．根據負荷情況合理選擇變壓器容量、臺數，其接線應能適應負荷變化時，按經濟運行原則靈活投切變壓器。對分期投產企業，宜采用多臺變壓器方案，避免輕載運行增大損耗。

4．按經濟電流密度合理選擇導線截面，一般按年綜合運行費用最小原則確定經濟電流密度。

（二）提高功率因數．減少電能損失

1．提高功率因數的意義：（1）可減少線路損失；（2）可減少變壓器的銅損；（3）可減少線路及變壓器的電壓損失；（4）可以增加發配電設備的供電能力。

2．提高功率因數的措施：（1）減少供電設備的無功消耗，提高企業的自然功率因數；（2）用靜電電容器進行無功補償。

（三）無功功率補償

對配電變壓器進行無功補償可提高功率因數，有利于節能降耗。傳統的低壓補償為“三相共補”，適用于低壓網絡中單相負荷不大，三相基本平衡的情況。隨著生產、生活水平的不斷提高，大功率高壓氣體放電燈、計算機、網絡設備等單相負載的大量采用，使三相不平衡度增大。因此，對配電變壓器需要進行單相無功補償，即“單相分補”。但單純的“單相分補”投資較高，比“三相共補”增加20％～30％的投資。為更好地實現節能降耗，建議采用“△／Y三相共補與單相分補相結合”的新型無功補償方式。

（四）電力電纜的選擇

1．電力電纜材質的選擇：電纜線路的有功電能損耗為Wt= Pt·τ，其中，Pt為三相線路中有功功率損耗，τ為最大負荷年損耗小時數。而參數Pt主要取決于線路的電阻和感抗，即導體材質、截面積及絕緣形式。相對于鋁導體，銅導體的導電率高且能耗低，因此，銅芯電力電纜在工程設計中被廣泛使用。

2．按經濟電流選擇：電纜截面的選擇除技術條件外，另一個方面是經濟條件，即按經濟電流選擇。電氣設計領域逐步同國際接軌．陸續等同或等效采用國際電工標準，推廣應用IEC 287-3-2／1995《電力電纜截面的經濟最佳化》標準。

按經濟電流條件及技術條件選擇結果的比較：通常按經濟條件選擇的截面大于按技術條件選擇的截面1～2級，但也有按熱穩定等技術條件選擇的截面大的情況，因此應該同時滿足技術條件和經濟電流條件，取二者截面較大者。簡化設計程序時，可按允許載流量所選的截面放大1～2級，基本上能接近按經濟電流條件所選擇的結果。年最大負荷利用小時Tmax愈大，經濟電流值愈小，反之愈大。經濟壽命變化時，經濟截面變化不大。

由于按經濟電流選擇截面時，截面較大，使初期投資加大，根據計算，一般要2～4年收回投資。年最大負荷利用小時Tmax愈大，回收年限愈短。當超過回收年限之后，因損耗減小每年可節約的費用逐年累計是十分可觀的，即從發展的角度看，按經濟條件選擇電纜有利于電纜的節能降耗。

（五）配電變壓器的節能措施

變壓器節能的實質就是降低損耗、提高運行效率。作為電壓變換設備，變壓器被廣泛應用于輸電和配電領域。由于容量和數量很大、運行時間長，總損耗也相當大，因而，變壓器在選擇和使用上存在著巨大的節能潛力。不應使變壓器長期處于過負載狀態下運行，其經常性負載應以在變壓器額定容量的60%為宜，考慮用戶發展等因素，可預留15%~25%的余量；另一方面，某一型號或系列的變壓器，新型號的自身功耗應比前一個型號低10%，選擇高效節能產品，是改善高層建筑的經濟效益的重要途徑。

（六）采取抑制諧波的技術措施

隨著電氣技術的飛速發展，大量照明用的氣體放電燈及電子鎮流器、生活日用電器中變頻空調器、計算機等非線性設備以及變頻水泵、變頻風機等設備的廣泛應用，均向電網輸送了大量的高次諧波。諧波的產生會導致風機或水泵的電動機效率降低、發熱增加，從而縮短其使用壽命；使變壓器產生附加損耗，從而引起過熱，使絕緣介質老化加速，導致絕緣損壞；諧波電流會引起電氣設備及配電線路過載導致短路，甚至引發電氣火災。

諧波的抑制方法很多，常用的方法有增加換流裝置的脈動數、加裝交流濾波裝置、改善三相不平衡度、在用戶進線處加裝串聯電抗器、采用有源濾波器／無源濾波器等新型濾波措施。諧波抑制措施的選擇要根據諧波達標的水平、效果、經濟性和技術成熟度等綜合比較后確定，從而抑制高次諧波造成的系統發熱和損耗，實現電氣系統的節能。

（七）節電裝置的應用

自動穩壓型交流電源集中控制節電裝置。采用“電磁平衡原理”節電技術，通過裝在內部的LC無源濾波器抑制高次諧波造成的系統發熱和損耗．吸收系統內部的失真電能并轉化成為有用電能，通過裝置本身的感抗和負荷系統的感抗形成互感，可提高負荷系統電能的利用率，即提高功率因數。節電裝置串聯接入電力系統中．對系統輸入電能進行集中控制與多方位管理，改善電能質量，將供電參數調整到負荷設備最合適的工作狀態。

（八）太陽能光伏發電

太陽能是一種取之不盡、用之不竭的清潔能源。太陽每秒鐘釋放出來的能量，相當于目前全世界一年內能源總消耗量的3．5萬倍。然而太陽能必須被高效地收集并轉換為熱能、電能等常規能源，才能被充分利用。

國家《電力法》規定，鼓勵各企業使用清潔能源及可再生能源，如風能、水能、太陽能等。太陽能是容易直接獲取的清潔能源之一，太陽光伏發電就是利用光生伏效應把太陽光能直接轉化成電能的供電模式。太陽能光伏發電系統目前主要應用于太陽能熱水、太陽能鍋爐、太陽能照明（太陽能路燈、庭院燈、草坪燈等）。隨著太陽能光伏發電技術的不斷發展完善和日趨成熟，該系統將會廣泛應用于各個領域。

四、結語

在供電系統或用電設備中都存在著節能的巨大潛力。為實現“節電能、降電耗”的目的，在建筑電氣設計中應正確設計供配電系統，選用節能型電氣產品，更換改造低效率、高電耗設備，并通過科學的管理，實現供配電系統及用電設備的經濟運行。