綠色建筑的節能增效體現

摘要：本文從供電系統、電力能源監控系統、線路損耗、無功補償、諧波治理、照明控制、通風空調等方面，闡述了實現綠色建筑的方式，提高能源利用率，達到節能增效的目的。

關鍵詞：綠色建筑；節能增效；供電系統；電力能源監控系統；線路損耗；無功補償；諧波治理；照明控制；通風空調。

1.前言

從1980年以來，全球能源消耗量已經增加了45%，預計到2030年會增加到70%及以上。同時，不可再生能源的價格在過去兩年來每年增長40%，企業消耗的成本也將逐年有增無減。而由于能源消耗產生的溫室效應也導致環境保護問題成為全世界亟待解決的問題。減少能源用量并合理控制能源消耗將始終是全球政治、經濟決策者的工作重點。在未來制定相關政策的過程中，主要的目標包括：限制所有領域的最終能源的消耗。監測和跟蹤能源使用情況，從而確定相關基準和目標。促進替代型綠色能源和技術的產生。

我國作為一個社會主義發展中國家，不可再生能源儲備相對短缺，在快速發展的國家經濟建設中，能源需求量大，然而能源浪費卻相對嚴重。國內一線城市及重點工業經濟城市中對于二次能源—電源的供求關系矛盾已越來越突出。因此，如何進行能源的節能增效已經成為未來中國建設發展的主要趨勢。以下就關于綠色建筑的節能增效措施談談一些看法。

2.供配電系統的節能應用

根據建筑物供電容量及負荷具體使用情況合理設置供配電系統，做到盡量簡單可靠，對有效實現電氣節能可以起到很好作用。

2.1 建筑物就近的箱式變電站位置的影響。

現代高層建筑的用電量負荷很大，在確定箱式變電站位置時，應盡量靠近負荷中心，這樣可以減少配電半徑，即減少供電電力電纜的一次投資，而且縮短配電半徑有利于減少線路損耗。

2.2 合理選擇變壓器容量及臺數。

選擇變壓器容量和臺數時， 應根據負荷情況， 綜合考慮投資和年運行費用， 對負荷合理分配， 選取容量與電力負荷相適應的變壓器， 使其工作在高效低耗區內。比如在比較節能與經濟的條件下，適宜設計２臺以上的變壓器，從而達到變壓器的投入臺數可以隨季節性負荷變化靈活投切，減少部分變壓器輕載而引起的不必要的電能浪費。

2.3 優化變壓器的經濟運行方式。

同一變電站的變壓器盡量并列運行，并聯后其負荷可以合理地分配，總損耗可以降到最低限度；根據負荷的變化調整并聯運行的變壓器臺數也是降低變壓器損耗的有效措施。

2.4 降低變壓器損耗。

減少變壓器的有功損耗。變壓器的有功損耗按下式計算：

(１)有功損耗：ΔＰ＝Ｐ０＋ＫＴβ２ＰＫ

(２)無功損耗：ΔＱ＝Ｑ０＋ＫＴβ２ＱＫ

(３)綜合功率損耗：ΔＰＺ＝ΔＰ＋ＫＱΔＱ

Ｑ０≈Ｉ０％ＳＮ，ＱＫ≈ＵＫ％ＳＮ

式中：Ｑ０——空載無功損耗(ｋｖａｒ)

Ｐ０——空載損耗(ｋＷ)

ＰＫ——額定負載損耗(ｋＷ)

ＳＮ——變壓器額定容量(ｋＶＡ)

Ｉ０％——變壓器空載電流百分比。

ＵＫ％——短路電壓百分比

β ——平均負載系數

ＫＴ——負載波動損耗系數

ＱＫ——額定負載漏磁功率(ｋｖａｒ)

ＫＱ——無功經濟當量(ｋＷ／ｋｖａｒ)

上式計算時各參數的選擇條件：

(１)?。耍裕剑?０５；

(２)對城市電網和工業企業電網的６ｋＶ～１０ｋＶ降壓變壓器取系統最小負荷時，其無功當量ＫＱ＝０．１ｋＷ／ｋｖａｒ；

(３)變壓器平均負載系數，對于農用變壓器可取β＝２０％；對于工業企業，實行三班制，可取β＝７５％；

(４)變壓器運行小時數Ｔ＝８７６０ｈ，最大負載損耗小時數：ｔ＝５５００ｈ；

(５)變壓器空載損耗Ｐ０、額定負載損耗ＰＫ、Ｉ０％、ＵＫ％，見產品資料所示。

2.4.1 降低空載損耗：Ｐ０空載損耗，主要是鐵損，包括磁滯損耗和渦流損耗；磁滯損耗與頻率成正比；與最大磁通密度的磁滯系數的次方成正比。渦流損耗與頻率、最大磁通密度、矽鋼片的厚度三者的積成正比。實際使用計算時是固定不變的部分，其值與鐵芯材料及制造工藝有關，與負荷大小無關，所以在選用變壓器時最好選擇節能型變壓器如S10，SL10，SCB10 等。它們能減少鐵芯渦流損耗，減少漏磁損耗。

2.4.2 降低負載損耗： ＰＫ是變壓器額定負載傳輸的損耗又稱變壓器線損，它取決于變壓器繞組的電阻及流過繞組電流的大小，并與負荷率平方成正比。因此在選擇變壓器時應選用阻值較小的繞組，如銅芯變壓器。

2.4.3 選擇合適的負載率： β2ＰＫ用微分求它極值時，是在β＝50％ 時每千瓦的負荷， 此時變壓器的能耗最小，但在β＝50％負載率時僅減少變壓器的線損，并未減少變壓器的鐵損，因此也不是最節能的。綜合初裝費，變壓器、高低壓柜、土建投資及運行費用，又要使變壓器在使用期內預留適當的余量，變壓器最經濟節能的運行負載率一般在75％~85％ 之間。

2.5 提高供配電系統的功率因素。

供電部門一般要求用戶的月平均功率因數達到0.9以上，所以為了達到這個要求，供配電系統設計時應裝設必要的無功功率補償設備，以進一步提高用戶的功率因素，如在民用建筑項目電氣設計中常用的辦法是采用并聯電力電容器在低壓側集中補償。

3.電力能源監控系統

借助優異的電力能源監控和管理系統，客戶可以持續地監控能耗動態、實現移峰填谷、評估節能效果和優化系統、低壓和中壓調諧型電容器組幫助客戶減少線路損耗、避免由于無功因數過低帶來的罰款、提高供電可靠性。

電力能源監控和管理系統為整棟建筑或建筑群提供了相應的分析工具，幫助管理者了解所有相關能源(水、空氣、燃氣、電、蒸汽)的消耗過程。成本分配和分級計費報告可以讓建筑業主更清楚地了解租戶和費用中心在能源消耗過程中的作用，繼而采取相應的措施，這可以將總能量消耗減少8%到10%！此外，同類建筑內部之間的比較或者與行業內統計指標進行對比，建筑管理者就可以建立能耗的基準，然后根據能耗基準數據確定節能目標進行節能改造。該指標的確立可以幫助管理者建立流程和采取必要的措施確保節能效果。能源費率優化解決方案可能對整體公共資源費用產生重要影響。各個公司如果擁有相應的知識和專業背景，就可以在能量供應協議的談判中占據主動，從而有利于優化其能量成本。制定合理的戰略，充分利用最佳費率，最大限度節能。

3.1 能源消耗管理：對水、壓縮空氣、天然氣、電能、蒸汽；各類關鍵耗能設備、重點能耗負荷的能源監視、分析以及控制能源使用，從而降低能源的整體使用成本，同時將能耗數據升華為有價值的信息，用于掌握和分析各個部分的電能使用情況。

3.2關鍵能耗負載分布和能耗負荷特性分析：用于測定和記錄來自分布式電能監視儀表和其它能源儀表在每個需求時限的能源使用數據，并將這些數據保存在一個集中的數據庫中。因此，用戶可以立即確定負載系數、最高要求負荷周期，以及與之相關的設備的能耗，包括：配電線路、變壓器、空調及通風風機、照明、UPS、電機、加熱器等。

3.3 電能質量控制和報警：通過測定系統和站點的電能質量，致力于發現一些潛在電能質量危害，例如諧波、電壓偏移以及配電系統的事件。此外，它還用于捕捉系統的越限情況和能源消耗異常，發出報警信息，并以包括：Email 、手機短信、PDA 、工作站等多種形式通知相關工作人員，有助于減少模擬機等設備誤動作、降低能源成本、幫助配電系統規劃、提高生產效率以及提供系統性的能源整體視圖。

通過能源數據的收集和設備狀態的分析，發現節能空間比較大的領域和評估各項節能措施和設備的實際效果，包括：無功補償、諧波治理、照明控制、通風、空調制冷等。

4.減少線路損耗

線路的有功功率損耗是電流通過線路，由于線路上電阻的存在產生的功率損耗。

公式為： P=3I2R10-3

式中P——三相輸電線路的功率損耗(KW)

I ——線電流(A)

R——線路相電阻(Ω)

而在具體工程中，線路上的電流一般是不變的，那么要減少線損，只能盡量減少線路電阻。由電路上的電阻R=ρL/S 公式可得，要減少電阻值可從以下幾個方面考慮：

4.1 盡量選用電阻率 ρ較小的導線：在經濟條件允許情況下，配電線路推薦選用高導電率的導體，即相比鋁芯電纜(電線)而言，宜采用銅芯電纜(電線)。

4.2 盡可能減少導線長度L ：在設計中線路應盡量走直線少走彎路，可減少供電線路長度，提高功率因數，不僅減低線路損耗，而且還可以減少線路壓降；各層配電間、層配電箱也應盡可能不走或少走回頭路，盡量設置在負荷中心，減少線路的長度。

4.3 增大導線截面積 S：對于較長的線路，在滿足載流量、熱穩定、保護配合及電壓降要求的前提下，在選定線截面時加大一級線截面。這樣增加的線路費用，由于節約能耗而減少了年運行費用，綜合考慮節能經濟時還是合算的。

5.無功補償

在電網運行當中，有些負載需無功功率來運行，如果無功功率由電網提供，此無功功率需在有功功率的基礎之上提供。電網提供無功功率會導致額外的電流、損耗和成本。無功功率補償解決方案可以提供和控制無功功率，避免出現額外交費的情況，同時減少整體功率需求。這些解決方案可以將電費減少5%到10%。

5.1無功補償系統的電容器組需就近安裝在負載側，以提高補償點的功率因數以及優化無功功率的流動。此外，電容器組可幫助您節省電費，讓您的投資產生立竿見影的回報。如果實行獎罰機制，會減少電費，降低損耗，有效利用設備容量，提高供電有效性，減小變壓器、電纜和開關設備的設計容量，提高電氣設備的壽命和可靠性，消除諧波，避免電壓下降。

6.諧波治理

諧波在變壓器、電纜以及連接于電網的其他設備上會產生損耗，電壓不平衡會導致對連接設備的壓力。過度的無功電流亦會產生多余的熱效應。電能質量差的后果即設備運行效率低。

諧波使公用電網中的元件產生了附加的諧波損耗，使電機發熱效率下降6%。諧波使線路損耗增加2.5 倍，同時使變壓器局部嚴重過熱，使銅耗和鐵耗增加2.5 倍。諧波使變壓器、電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化，壽命縮短2倍甚至損壞，增加維護成本及設備使用率。

使用有源濾波器是減少和消除諧波的一種重要手段和技術方案。有效的在電網中使用有源濾波器能主動清除電網諧波，進行順暢的無功功率補償和負載平衡。限制電壓波動，改善運轉情況，提高效率，降低電能消耗，優化網絡，將單相設備的使用壽命提高了近32%，三相設備的使用壽命提高近18%，變壓器的使用壽命提高近5%，消除生產設備停機的風險，有源濾波器在提高設備效率的同時，降低了運行成本。更符合供電部門對電能質量的要求。優質的裝置可以達到諧波衰減因數大于98%，可產生無功功率和提高功率因數，過濾中性線中零相序諧波，不會產生過載。

所以，在現實應用中，需要無功補償的電容器組連同有源濾波器共同破壞諧波放大條件，消除諧波影響，提高功率因數以及優化無功功率，共同實現整個電網運行系統的節能增效的目的。

7.照明的節能應用

7.1 充分利用自然光。

增大建筑的自然光采光面積和使用率，加大玻璃幕墻的使用，減少建筑物內大面積阻礙光線的隔斷墻體。使之與室內人工照明有機結合，室外景觀燈具使用太陽能燈具，對能利用自然光部分的燈具或可變照度的照明采用成組分片的自動控制開停方式等節能措施，可達到照明節能的效果。

7.2 是采用高效節能光源。

在滿足照明質量的前提下，應選用細管徑直管熒光燈、緊湊型熒光燈。在燈具懸掛較高的場所的一般照明，宜采用高壓鈉燈、金屬鹵化物燈或鎮流高壓熒掛光汞燈，其綜合費用低、視覺質量高，也能有效的節約能源。除特殊情況外，不宜采用管形鹵鎢燈及大功率普通白熾燈，燈懸掛較低的場所照明應采用熒光燈。

7.3 改進燈具控制方式。

結合自然光的光照條件，配合采用各種節能型開關或裝置。根據照明使用特點可采取分區控制燈光或適當增加照明開關點。臥房、病房、客房等床頭燈可采用調光開關，高級客房采用節電鑰匙開關，公共場所及室外照明可采用程序控制或光電、聲控開關，走道、樓梯等人員短暫停留的公共場所可采用節能自熄開關。

7.4 優先選用低能耗、性能優的光源用電附件。

如電子鎮流器、節能型電感鎮流器、電子觸發器以及電子變壓器等。公共建筑的熒光燈宜選用帶有無功功率補償的燈具，緊湊型熒光燈具應選用電子鎮流器，氣體放電燈宜采用電子觸發器；根據使用特點采取分區控制燈光或適當增加照明開關點等等。

8.通風空調

使用集成度越高的通風空調系統，大量采用紅外熱敏傳感元件監控集成高效的控制執行系統，可以及時了解建筑物內的熱能分布，整理總結熱能分布的線性規律，繼而設置更加優化的空調使用率，同時還可實時針對突然的、無規律性的熱能變化進行自動調節。達到分層、分區域、分功能單元的不同管理方法，減少由就地控制器進行調節等人為因數產生的能源消耗。

使用氣流傳感器針對建筑內不同區域及功能單元的氣流監控，可以記錄和分析建筑內部的氣體成分指標，如含氧量、廢棄氣體含量、空氣濕度、流動風量等參數，通過優化的設定程序或人工的標準化設定均可控制通風風機的開啟、強度、并可指定根據建筑物外的自然風風向、風量等信息，調節內部風機的使用情況，使得建筑物內達到一個適宜的，舒適的空氣質量環境。同時減少通風空調系統設備的無效運行時間，減少能源消耗，達到節能的效果。

9.結束語

我國目前的建筑節能的潛力很大，而且是全國能源節能的重要組成部分，因此在新建或者針對老舊建筑的改造時，甚至于各種能源消耗領域中都可以進行能源的節能增效運行。運用先進的能效控制系統，選擇高效節能設備，使用和貫徹高標準的能效控制指標，充分真實的驗證和計算這些能效系統、節能設備的資金投入與運行成本等條件的長期受益測算結果顯示，只有全方位多渠道的進行能源監控管理，才能真正達到一個建筑物、一個行業、一個領域、一個國家，乃至一個世界的能源節能增效的目的。