淺談高層住宅建筑的配電主要問題和解決對策

【摘要】隨著用地面積日趨緊張和人口日益增加，高層住宅建筑成為了當前的主要建筑形式，人們對室內環境舒適性質量水平要求也隨著時間的推移不斷變高，為了滿足建筑物內部相應人性化服務功能需求，高層住宅建筑中增設了許多種智能電氣控制系統，建筑電氣系統集中了供配電系統、消防系統、照明系統、電機拖拽系統、空調系統、以及給排水系統等多個子系統。本文主要探討了供配電系統和電機拖拽系統的節能技術方案。

【關鍵詞】高層住宅建筑；供配電節能；電機拖拽節能

一、供配電和電機拖拽系統的主要問題闡述

在高層住宅建筑中，使用各型號的供配電導線電纜不計其數。由于供配電線線路較多，運行時其所消耗的有功功率是非常大的，減少供配電線路損耗是建筑電氣系統節能的主要部分。然而在一些早期建設的高層住宅建筑中，普遍存在導線截面選型不合理，布線迂回混亂，絕緣老化嚴重等問題，造成高層住宅建筑電氣系統電能浪費十分嚴重。同時隨著高層住宅建筑各機電設備系統對電能需求量的不斷增加，就會導致原設計的供配電線路經濟截面與電氣系統運行時實際需求經濟截面間存在嚴重不匹配情況，造成供配電線路長期運行在低效工況狀態，線路損耗大大增加，不僅影響到建筑物內部各機電設備系統的正常運行，降低了高層住宅建筑的綜合服務水平，同時線路上巨大的電能損耗還會給住宅用戶增添額外用電負擔。

電機拖拽系統是現代高層住宅建筑智能人性化服務水平的直接體現，同時也是建筑電氣系統一個較大的電能消耗單元。在日常運行維護過程中發現，電機拖拽系統普遍存在運行方案設計不合理、需求調度智能分配自動化水平低、綜合維護措施不到位等情況，造成建筑電氣系統中電機拖拽系統長期運行在低效工況區，不僅造成大量的電能浪費，同時還由于電機拖拽系統長期處于不平衡運行工況，大量發熱降低電機系統綜合使用壽命。

二、供配電線路節能技術方案

在進行高層住宅建筑電氣系統設計時，應該根據建筑物內部機電設備負荷容量及分布、供電距離、機電設備特性等因素，進行科學合理布線。整個供配電系統結構應盡量簡單清晰可靠，且各機電設備系統配電級數不宜超過三級。供配電線路是整個高層住宅建筑電能輸送直接載體，其動力干線、支線等線路是一個錯綜復雜的交叉性互聯網絡，其總長度較長，通常在數萬米甚至幾十萬米以上，線路上電能總損耗量相當大，所以供電線路節能技術方案研究也是建筑電氣系統節能研究的一個重點。

（1）合理選用導線類型

從技術經濟性角度出發，選用電導率較小的新型材質導線。在工程實際應用中發現銅芯電纜傳輸電能效率最佳，但由于銅的成本較高，因此在進行線路布線方案設計時，要充分結合節約用銅，經濟實惠原則。對于負荷容量較大的一類、二類建筑中應選用銅導線，而對于三類或負荷量較小的其它建筑物中宜選用鋁芯導線，以提高其經濟性能。

（2）減少輸電線路長度

在進行變配電所選址規劃設計時，應盡量將其設置在靠近負荷中心位置，且變配電所的低壓配電室應盡量靠近建筑物強電豎井部位，以縮短饋電線路的供電距離，減少線路中電能損耗，達到節能降耗的目的。

（3）增大線纜截面

在高層住宅建筑電氣系統設計時，不可避免的會出現某些機電設備距離饋電系統較遠的情況，這樣在進行較遠線路選型設計時，除了要滿足線路基本載流量、動熱穩定、電壓降、以及保護配合需要等基本功能條件下，應可根據工程實際情況選擇大一級線纜截面，從而減少線路損耗。從大量工程實際數據來看，當饋電線纜的截面小于 70m時，如果其饋線線路總長度超過 100m，增加饋電線路一級線纜截面可以達到很好的節能經濟效果。

（4）采取就地無功補償措施

高層住宅建筑電氣系統中，如果向供電點較遠且無功功率需求較大的電氣設備供電時，除了采取上述措施外，還應采用就地無功補償措施以減少線路上相應無功傳輸損耗，保證電氣設備高效穩定的運行，達到節能降耗的目的。

三、電梯拖拽系統節能技術方案

采用高效可靠、節能經濟的電氣控制方案是電機拖拽系統節能降耗的主要手段，常用的技術方案包括：利用變頻調速控制方式改變傳統的繼電器控制方式，從而根據系統控制對象需求，動態調節電源輸入端電源頻率，通過調節電機轉速使整個電機拖拽系統達到輸入與輸出間動態平衡，從而達到提高系統功率因素、節能降耗的目的；改變電機驅動容量，保證其達到最佳運轉工況；合理群控呼梯節能控制系統的構筑，通過對高層住宅建筑內部多部電梯進行合理調度分配管理，防止電梯長期運行在空載或輕載工況下，降低電梯系統能耗，達到節能降耗的目的；電梯回饋技術，將電梯運行過程中產生的一部分能耗反饋到供配電系統中，從而降低電梯系統能耗，達到節能降耗的目的等。

在高層住宅建筑電梯群控系統中，主要有兩種類型電梯召喚信號，即：廳外召喚和轎廂內召喚。電梯廳外召喚是由乘客在各層電梯門廳外出通過按鈕觸發的電梯召喚信號；而轎廂內召喚信號是由乘客在電梯轎廂內通過按鈕觸發的電梯召喚信號。處于同一群控系統下分配調度管理的電梯群，在各層電梯門廳外處使用一組公用呼電按鈕，用來給群控系統提供一個目標指向層。在電梯群控系統中，由監控上位主機實時掃描監控廳外招呼信號，當有相應指向脈沖時，就會通過智能分析判斷，決定處于最佳響應任務的電梯去執行該任務，利用智能合理的電梯分配跳讀，使整個電梯群始終保持較為優越的運行工況，減少不必要的電能損耗，達到電梯節能智能分配調度控制目的。

隨著控制技術的進一步發展，變頻調速節能控制技術已在高層住宅建筑垂直載客群控電梯系統中得到廣泛應用，但在運行過程中電梯不可避免的會存在兩種特殊運行狀態，也稱為特殊工況，即，輕載上行和重載下行。從電梯工作原理來看，當電梯運行于這兩種特殊工況時，電梯的拖拽電機實際是處于制動發電工況，這樣就會在電梯運行過程中產生一定量的再生電能，如果是樓層較高，輕載上行和重載下行時間持續較長，這部分能量十分可觀。但由于電梯系統采用變頻器控制限制了再生能量的單相流動，故這部分再生電能只能以其它形式消耗掉，而不能被回饋到電梯供配電電網系統中，從而造成大量電能浪費。

從實際電梯控制系統設計來看，電梯運行在特殊工況中所形成的再生電能，出于從整個控制系統元器件保護來考慮，通常采用投入能耗制動電阻以發熱形勢將這部分能量消耗掉目的。這個采用電阻發熱保護方式，雖然具有技術結構簡單、造價低廉、檢修維護方便等優點，但是電阻發熱不僅會惡化高層住宅電梯控制機房的運行環境，影響其它電子元器件的正常運行性能；同時為了散熱增加了空調系統的負載，從而造成巨大電能浪費。為了收取這部分再生電能，降低電梯系統的綜合能耗，很多電梯生產廠家分別對該部分能量展開大量測試研究。據一些測試資料表明，對于一部普通的商住樓電梯而言，該電梯在特殊工況下運行時，一年內大約可以再生電能約 3 萬度。且從測試數據中表明，樓層越高、運轉速度越快的電梯系統，其在運行過程中所產生的再生能量資源也就越大。因此，電梯在特殊工況條件下運行所產生再生能量，其數量是十分巨大，能量回收利用效益非常可觀。

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