建筑電氣設計中的幾項節(jié)能措施

劉 彩 云

(呂梁市建筑勘察設計院，山西 呂梁 033000)

建筑電氣設計中的幾項節(jié)能措施

劉 彩 云

(呂梁市建筑勘察設計院，山西 呂梁 033000)

從變壓器、配電系統(tǒng)線路、功率因數(shù)補償、照明系統(tǒng)、電氣設備等方面介紹了建筑電氣設計中的節(jié)能措施，指出只有高效利用能源，降低運行損耗，合理應用節(jié)能技術，才能實現(xiàn)智能、綠色、低碳的可持續(xù)發(fā)展目標。

節(jié)能，電氣設計，電能損耗

0 引言

在剛剛發(fā)布的《2013—2017年中國智能建筑行業(yè)市場前景與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》數(shù)據(jù)中顯示，我國現(xiàn)有的建筑面積已經(jīng)達到了400多億平方米，而且每年新增的建筑面積也超過十幾億平方米。這其中有95%以上屬于高耗能建筑。建筑能量的消耗已占到全國總用能量的25%。大部分建筑全年用電量在100萬kW·h以上，總能源費用超過800億元，建筑年電力消耗總量占到全國電力總消耗量的10%，無節(jié)制的使用加劇了資源的日益匱乏，能源危機已經(jīng)迫在眉睫。現(xiàn)如今構(gòu)建一個穩(wěn)定、經(jīng)濟、安全的能源供應體系，是我們解決能源危機的唯一方法。

如何能夠高效利用能源，降低運行損耗、將節(jié)能技術合理應用到工程項目當中，是建筑電氣設計的重點。要實現(xiàn)節(jié)能，僅僅使用節(jié)能高效產(chǎn)品是不夠的，還要提高整個系統(tǒng)的合理性，走綜合節(jié)能降損的道路，才能實現(xiàn)“智能、綠色、低碳”的可持續(xù)發(fā)展目標。筆者現(xiàn)結(jié)合實踐工作經(jīng)驗，就這一問題談談自己的看法與體會。

1 變壓器的節(jié)能措施

變壓器是配電系統(tǒng)中的主要電源設備，其自身也會消耗一定的電能，產(chǎn)生無功功率。經(jīng)計算，變壓器消耗的無功功率約為其額定容量的10%～15%，因此，如何降低變壓器的損耗成為節(jié)能降耗的焦點。變壓器應選擇國家認證機構(gòu)確定的符合國家節(jié)約能效標準的節(jié)能型產(chǎn)品。比如SCB11系列非晶合金鐵芯變壓器，具有低噪聲，低損耗的優(yōu)點，且全密封免維護，運行費用極低，與國家標準相比，它的空載損耗下降14%，負載損耗下降10%，是較為理想的節(jié)能產(chǎn)品，應在建筑項目中推廣使用。

變壓器的空載無功功率約為滿載時的30%，如果空載運行或者是長期處于低負載運行工況,會造成功率因數(shù)降低,變壓器損耗增大。綜合考慮設備投資、運行、維護等費用，變壓器的負載率β以控制在60%～75%為宜，可以充分的降低變壓器的損耗。如果是多臺變壓器并列運行時，還應考慮經(jīng)濟運行方式，通過合理準確的計算，全面分析相同臺數(shù)與不同臺數(shù)之間的臨界條件，準確地確定變壓器經(jīng)濟運行方式，適當減少變壓器運行的數(shù)量，也是降耗節(jié)能的重要措施之一。

2 配電系統(tǒng)線路的節(jié)能措施

1)減少導線長度。要想縮短供電半徑，減少配電線路的供電長度，首先應根據(jù)負荷分布情況，選擇變配電所的位置，使其處于負荷中心。如果是在高層建筑中，變配電所可以盡量靠近電氣豎井，電氣豎井也應該設置在建筑物中部，低壓配電回路以及配電箱上出線回路應以直線方式敷設，不走或少走彎路，杜絕回頭線，以減少電纜的敷設長度，從而減少線路的損耗。

2)加大一級線路截面。直觀的看來，加大線路截面會增加投資，但在滿足熱穩(wěn)定、電壓降、減少線路損耗方面卻有很好的效果，長期運行下來，能夠顯著的節(jié)約電能，減少運行費用，綜合考慮，增加線路截面也是一個比較合算的節(jié)能措施。

3)三相配電平衡。建筑供配電線路中的中性線線路電流值越小，整個供配電線路的電能耗也就越低。如果線路長期以三相負荷不平衡的方式運行，會增加自身的損耗，同時還會增加一次高壓側(cè)的線路損耗。當配電變壓器處于最大不平衡運行工況時，其高壓線路的電能損耗會增加12.5%。所以調(diào)整三相負荷，使電能均衡的分布，既簡單可行又效果良好，也是降低配電系統(tǒng)損耗的一個重要技術手段。

3 功率因數(shù)補償?shù)墓?jié)能措施

由公式I=P/Ucosφ可推斷出，當有功功率給定時，負荷電流與cosφ成反比。而配電線路中的負荷電流越大，有功損耗也越大。因此，在設計中要盡量提高配電網(wǎng)絡的功率因數(shù)值，以降低配電線路中的有功損耗。當功率因數(shù)由0.7提高到0.9時，線路損耗可減少約40%。功率因數(shù)的大小與電路的負荷性質(zhì)有關，由于電氣設備中大量的使用電感性負荷，如電動機、變壓器、日光燈、各種家用電器以及大型電弧爐等，造成了無功功率的大量需求，使得功率因數(shù)顯著降低，整個系統(tǒng)處理非經(jīng)濟運行狀態(tài)，引起電壓質(zhì)量下降，系統(tǒng)損耗增加，既浪費了電能，又影響供電設備的使用壽命。

在配電系統(tǒng)中經(jīng)常使用電容器來抵消用電設備的滯后無功電流，以達到提高功率因數(shù)目的。一般選擇安裝成套的電容補償柜，通過電容柜內(nèi)的靜止電容器來進行無功補償。在設計中對于變電所10 kV母線，可集中加裝高壓補償電容器。對于低壓系統(tǒng)采取低壓就地分散補償和集中補償相結(jié)合的方式加裝電容器，要求分散補償cosφ>0.85,集中補償cosφ>0.90。同時也要注意過補償?shù)膯栴},盡量選用可以按功率因數(shù)自動投切的電容器組,更加合理地補償無功功率，提高電能質(zhì)量，減少系統(tǒng)損耗。

4 照明系統(tǒng)的節(jié)能措施

在建筑電氣中,照明系統(tǒng)是比重最大的一個系統(tǒng)，同時也是電能消耗最大的一個單元，做好照明系統(tǒng)的節(jié)能可以很大程度上降低電能的消耗。照明系統(tǒng)的節(jié)能，在保證不降低作業(yè)面視覺要求，不降低照度標準、不降低照明質(zhì)量的前提下，選用合適的照明光源及高效節(jié)能燈具，并根據(jù)建筑物的使用條件和天然采光情況，采用具感應等功能的智能照明控制裝置，全方位的節(jié)約電能。

在進行照明系統(tǒng)的設計時，應參照GB 50034—2013建筑照明設計標準中各項指標來綜合考慮，包括照度標準、照明均勻度、統(tǒng)一眩光值、光色、LPD、能效指標等。應優(yōu)先選用效率高的燈具以及開啟式直接照明燈具，其反射罩也要具有較高的反射比。一般室內(nèi)的燈具效率不宜低于70%。規(guī)范規(guī)定使用鎮(zhèn)流器后熒光燈的單燈功率因數(shù)不小于0.9,氣體放電燈單燈功率因數(shù)不小于0.85。鎮(zhèn)流器應選擇電子鎮(zhèn)流器或者節(jié)能型高功率因數(shù)電感鎮(zhèn)流器。白熾燈的發(fā)光效率低、壽命短，一支9 W的節(jié)能燈就可以完全替代一支40 W的白熾燈，并且壽命也遠遠高于白熾燈的壽命，所以應盡量減少白熾燈的使用量，一般的室內(nèi)外照明應采用高光效節(jié)能細管熒光燈或緊湊型熒光燈。如稀土三基色細管熒光燈(T8，T5)，就具有光效高、壽命長、顯色性好等品質(zhì)，可用于辦公、商店、教室、圖書館、公共場所等。有特殊要求下必須使用白熾燈時，額定功率不應超過100 W。充分的利用自然光、太陽能等清潔能源，也可以節(jié)省一部分電能。

智能照明控制系統(tǒng)，是全數(shù)字化、模塊化、分布式總線型控制系統(tǒng)，可靠性高，可用于酒店、體育場館、寫字樓、影劇院等場所，合理進行燈光的控制，滿足環(huán)境對照明的要求，可以有效減少對電能的浪費。

5 電氣設備的節(jié)能措施

建筑中最大能耗電氣設備主要包括：空調(diào)系統(tǒng)設備、給排水系統(tǒng)設備、電梯以及一些電動機等。在對一些建筑的用電情況調(diào)查統(tǒng)計中，電梯、給排水設備用電量占總用電量的25%，空調(diào)系統(tǒng)的用電量占到總用電量的35%。因此，如何減少電氣設備耗電量，在電氣節(jié)能設計中尤為重要。

空調(diào)系統(tǒng)和給排水系統(tǒng)的節(jié)能，是通過設備監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測、控制功能來實現(xiàn)的。主要采用模糊控制和變頻技術，使定流量系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽兞髁肯到y(tǒng)。在技術可靠又經(jīng)濟合理的前提下，盡量采用新工藝新技術，智能化控制的成套設備，以達到挖掘系統(tǒng)潛能的效果。

選擇高效節(jié)能型電動機，根據(jù)實際情況選用啟動方式，并注意其負荷率在其最高效率范圍內(nèi)運行，還可以將異步電動機同步化運行，提高功率因數(shù)，是電動機節(jié)能的重要手段。

電梯是高層建筑中不可缺少的固定式升降設備，可以在短時間內(nèi)輸送大量人員與貨物，也是建筑中消耗能量較大的設備之一。選擇電梯可首先進行客流分析，然后確定電梯的型號、臺數(shù)、配置方案、運行速度，最后合理選擇較為先進的信號控制方案。電梯的控制是一個復雜的過程，用于電梯的拖動系統(tǒng)主要有:單、雙速交流電動機拖動系統(tǒng)，交流電動機定子調(diào)壓調(diào)速拖動系統(tǒng)，直流發(fā)電機—電動機可控硅勵磁拖動系統(tǒng)，可控硅直接供電拖動系統(tǒng)，VVVF變頻變壓調(diào)速拖動系統(tǒng)。在這幾種系統(tǒng)當中，VVVF變頻變壓調(diào)速拖動系統(tǒng)采用的是交流電動機驅(qū)動，卻可以達到直流電動機的水平。它具有體積小、重量輕、效率高、節(jié)省能源等特點，是選擇電梯的首選方案。多臺電梯排列運行時，還應具有高度集中調(diào)度和控制的群控功能。這樣可以減少候梯時間并減少電能消耗。在電梯容量計算時應該計入同時系數(shù)，同時系數(shù)可根據(jù)《全國民用建筑工程設計技術措施節(jié)能專篇》來選取。準確的容量計算，是合理降低電梯電能消耗的前提。

6 結(jié)語

如今我國成為了世界上第二位的能源消費國，只有合理利用有限的能源，不斷創(chuàng)新技術，淘汰落后的高耗能產(chǎn)品，才能加快建設節(jié)約型社會。每一個設計人員都應樹立安全、高效、節(jié)能、環(huán)保的意識。選擇高效率的節(jié)能設備,應用先進的科學技術,嚴格按照節(jié)能標準進行設計。提高資源利用效率，為建設資源節(jié)約型社會，促進人與自然和諧發(fā)展做貢獻。

[1] 全國民用建筑工程設計技術措施節(jié)能專篇——電氣，2009.

[2] GB 50034—2013，建筑照明設計標準[S].

[3] 鐘 鳴，呂慶文，潘振國.淺析民用建筑電氣設計中的節(jié)能措施[J].技術與市場，2011(5)：78-79.

Several energy-saving measures of building electricity design

Liu Caiyun

(LvliangBuildingSurvey&DesignInstitute,Lvliang033000,China)

The paper introduces building electricity design energy-saving measures from aspects of transformer, distribution system route, power factor compensation, lighting system and electricity equipment and so on, and points out that: only through using energy efficiently, reducing operation consumption and rationally using energy-saving techniques, can we realize the goal of intelligent, green and low-carbon sustainable development.

energy-saving, electricity design, power energy consumption

2015-04-08

劉彩云(1975- )，女，工程師

1009-6825(2015)17-0197-03

TU201.5

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