可持續(xù)發(fā)展背景下建筑電氣系統(tǒng)節(jié)能措施研究

賀 橋

（重慶市規(guī)劃設(shè)計(jì)院，中國(guó) 重慶 401120）

0 引言

現(xiàn)代建筑中廣泛采用了變壓器、空調(diào)、電動(dòng)機(jī)、照明、電梯等耗能系統(tǒng)，建筑作為我國(guó)一個(gè)重要的能耗源，對(duì)其節(jié)能方法和節(jié)能措施的研究已是刻不容緩。目前我國(guó)還處在一個(gè)比較初級(jí)的發(fā)展階段，必須采取相應(yīng)的措施來(lái)解決這個(gè)重要的問(wèn)題。

1 對(duì)建筑電氣系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)單位應(yīng)要求設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的每項(xiàng)電氣分項(xiàng)工程，都有較詳細(xì)的電氣負(fù)荷計(jì)算書(shū)和采取了哪些節(jié)能措施。另外，系統(tǒng)在確定設(shè)計(jì)方案時(shí)，要按照“以人為本”的設(shè)計(jì)思路，做任何項(xiàng)目設(shè)計(jì)之前，都要深入現(xiàn)場(chǎng)，與業(yè)主進(jìn)行有效溝通，結(jié)合工程的具體情況，根據(jù)負(fù)荷特點(diǎn)、建筑使用功能要求、建筑物的結(jié)構(gòu)特征和周?chē)h(huán)境特點(diǎn)等多方面綜合考慮，經(jīng)過(guò)全面技術(shù)分析比較后確定出最佳的設(shè)計(jì)方案。要及時(shí)掌握各種節(jié)能新技術(shù)的原理，在設(shè)計(jì)中適當(dāng)采用以獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。政府有關(guān)職能部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)建筑電氣設(shè)計(jì)項(xiàng)目的審核管理，可以委托相關(guān)技術(shù)部門(mén)如學(xué)會(huì)等對(duì)設(shè)計(jì)圖紙文件進(jìn)行嚴(yán)格審查，對(duì)未達(dá)到國(guó)家有關(guān)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)嚴(yán)禁施工建設(shè)。

2 合理選擇變壓器的規(guī)格、型號(hào)

變壓器中存在著阻抗，它們消耗、浪費(fèi)大量的電能。為了節(jié)約電能，減少電路電能損耗，可以考慮適當(dāng)降低變壓器的負(fù)載率，但是這樣勢(shì)必造成工程初始投資提高。變壓器節(jié)能的實(shí)質(zhì)就是:降低其有功功率損耗、提高其運(yùn)行效率。配電變壓器低壓側(cè)輸出電網(wǎng)，宜盡可能形成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，以便能隨負(fù)荷變化而采取及時(shí)切換，或決定投入運(yùn)行的變壓器臺(tái)數(shù)，且又不影響各環(huán)節(jié)所需電力供應(yīng)。對(duì)于季節(jié)性變化負(fù)荷，可以采取并聯(lián)運(yùn)行的方法來(lái)減少電能損耗，但對(duì)于晝夜變化大的負(fù)荷，采取上述方法降低變壓器電能損耗是不合理的，因?yàn)檫@將使變壓器的開(kāi)關(guān)操作次數(shù)過(guò)多，增加開(kāi)關(guān)檢修量。鐵芯是變壓器電磁交變，會(huì)因其材質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生磁滯和渦流損耗。非晶態(tài)合金應(yīng)用于電力變壓器的鐵芯，具有特殊的磁特性，它與普通材料相比，同容量時(shí)可降低75%-80%的損耗。目前已逐步推廣。

2.1 減小變壓器的有功損耗

變壓器的有功功率損耗如下式表示:

△Pb=P0+Pk+β2

△Pb是變壓器的有功損耗。β是變壓器的負(fù)載率。P0為空載損耗又稱(chēng)鐵損，它由鐵心的渦流損耗及漏磁損耗組成，其值與硅鋼片的性能及鐵心制造工藝有關(guān)，在變壓器一次繞組外施電壓和頻率恒定的條件下是固定不變的，而與負(fù)荷大小無(wú)關(guān)。它可以由變壓器空載實(shí)驗(yàn)測(cè)定。

2.2 提高變壓器的負(fù)載率

當(dāng)對(duì)Pkβ2用微分求極值，在β=50%處，變壓器每千瓦的負(fù)載能耗最小。因此在20世紀(jì)80年代初、中期設(shè)計(jì)的大型建筑，變壓器的負(fù)載率絕大部分在50%左右，在實(shí)際使用中有一半變壓器沒(méi)有投入運(yùn)行。這種做法一直沿襲至今，這僅是為了節(jié)能，而沒(méi)有考慮經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

2.3 盡量選用大容量的變壓器

合理選擇變壓器容量，應(yīng)使變壓器在運(yùn)行時(shí)的負(fù)載率盡可能接近最佳負(fù)載率，這是提高變壓器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益和搞好變壓器節(jié)能的根本性措施。

3 合理選擇電線和電纜

3.1 減小導(dǎo)線長(zhǎng)度

第一，線路盡可能走直線，少走彎路以減少導(dǎo)線長(zhǎng)度;第二，低壓線路應(yīng)不走或少走回頭線，以減少來(lái)回線路上的電能損失;第三，變壓器盡量接近負(fù)荷中心，以減少供電距離，當(dāng)建筑物每層平面在10000平方米左右時(shí)，至少要設(shè)2兩個(gè)變配電所，以減少干線的長(zhǎng)度;第四，在高層建筑中，低壓配電室應(yīng)靠近豎井，而且由低壓配電室提供給每個(gè)豎井的干線，不至于產(chǎn)生支線沿著干線倒送的現(xiàn)象。

3.2 增大導(dǎo)線截面

首先，對(duì)于比較長(zhǎng)的線路，除滿(mǎn)足載流量、熱穩(wěn)定、保護(hù)的配合及電壓損失所選定的截面，再加大一級(jí)導(dǎo)線截面，所增加的費(fèi)用為M，由于節(jié)約能耗而減少的年運(yùn)行費(fèi)用為m，則M/m為回收年限，若回收年限為幾個(gè)月或一、二年，則應(yīng)加大一級(jí)導(dǎo)線截面。一般而言，導(dǎo)線截面小于70平方厘米，線路長(zhǎng)度超過(guò)100米的增加一級(jí)導(dǎo)線截面比較容易實(shí)現(xiàn)上述條件。其次，利用某些季節(jié)性負(fù)荷的線路，這些用戶(hù)不用時(shí)，可提供給常期用戶(hù)作供電線路使用，以減少線路和電阻。

4 電動(dòng)機(jī)節(jié)能的途徑

減少電動(dòng)機(jī)電能損耗的主要途徑是提高電動(dòng)機(jī)的工作效率和功率因數(shù)。在建筑工程中應(yīng)選用高效率的電動(dòng)機(jī)。選擇電動(dòng)機(jī)類(lèi)型時(shí)，必須正確掌握負(fù)荷特性，弄清楚負(fù)荷是連續(xù)的還是斷續(xù)的。若為連續(xù)負(fù)荷，要了解電動(dòng)機(jī)的輸出功率是否與各種負(fù)荷相匹配，如果是風(fēng)機(jī)和泵等平方遞減負(fù)荷特性，在輕載時(shí)打開(kāi)風(fēng)門(mén)和閥門(mén)，采用調(diào)速電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)行，可以節(jié)約電能。斷續(xù)負(fù)荷時(shí)，要了解輕負(fù)荷時(shí)能否停止電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，或運(yùn)行中能否把多余的能量釋放出來(lái)。如果即使輕負(fù)荷時(shí)也不能停止電動(dòng)機(jī)的工作，則應(yīng)考慮采用交流變頻調(diào)速裝置。

在民用建筑中，動(dòng)力負(fù)荷主要是風(fēng)機(jī)和水泵電動(dòng)機(jī)類(lèi)，有資料顯示星級(jí)酒店中水泵的能耗占總能耗的30%，所以對(duì)風(fēng)機(jī)和水泵采取節(jié)能措施是十分必要的，而一般水泵電動(dòng)機(jī)的容量是根據(jù)可能出現(xiàn)的最大負(fù)荷來(lái)選擇的。而水泵在運(yùn)行過(guò)程根據(jù)需求情況水流量是變化的。水泵的工作特性是流量與轉(zhuǎn)速成正比，揚(yáng)程與轉(zhuǎn)速平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速立方成正比。當(dāng)流量減少一半時(shí)采用調(diào)速的方法將電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低一半，則這時(shí)電動(dòng)機(jī)的軸功率只是額定功率的1/8，對(duì)于需要變流量運(yùn)行的水泵采用調(diào)速技術(shù)可大幅度的降低能耗。目前變頻調(diào)速是一種高效能的調(diào)速方式，可以在保持正常轉(zhuǎn)差率下運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，可以在低速運(yùn)行時(shí)使電動(dòng)機(jī)輸出最大轉(zhuǎn)矩不變，起到了節(jié)能降耗的目的。

5 提高功率因數(shù)

在民用建筑中，為減少無(wú)功功率流動(dòng)引起的損耗，應(yīng)改變電容器集中安裝的做法，對(duì)容量超過(guò)10kW的風(fēng)機(jī)、水泵、傳送帶等，電動(dòng)機(jī)端設(shè)置就地補(bǔ)償裝置。對(duì)空調(diào)主機(jī)及冷凍泵等，常在其附近設(shè)專(zhuān)用變配電所，可以集中補(bǔ)償。但若供電距高超過(guò)20m時(shí)，也最好采用就地補(bǔ)償。

電動(dòng)機(jī)就地補(bǔ)償裝置的接線有兩種方式。一是并接在熱元件的一次線之后，熱元件的整定電流應(yīng)按補(bǔ)償后的電機(jī)工作電流計(jì)，這種接線適合新安裝的電機(jī);另一種是裝補(bǔ)償電容器于接觸器主接點(diǎn)之后，熱元件一次線圈之前，熱元件的整定電流不計(jì)補(bǔ)償?shù)挠绊懀m合于進(jìn)行改造的電機(jī)接線。這樣做可使電容器與電動(dòng)機(jī)一起投切。

負(fù)荷較平穩(wěn)的電動(dòng)機(jī)采用就地補(bǔ)償，因?yàn)樨?fù)載變動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)端電壓也變化，使電容器放電沒(méi)有完成又開(kāi)始充電，這時(shí)，電容器會(huì)產(chǎn)生無(wú)功浪涌電流，易使電機(jī)產(chǎn)生過(guò)電壓而損壞。因此斷續(xù)負(fù)載，如電梯、自動(dòng)扶梯、自動(dòng)步行道等不應(yīng)在電動(dòng)機(jī)端加裝補(bǔ)償電容器。

6 合理選擇節(jié)能光源

眾所周知，合理選擇節(jié)能燈具是建筑照明實(shí)現(xiàn)節(jié)能的重要措施，熒光燈是應(yīng)用廣泛，用量最大的氣體放電光源，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、光效高、發(fā)光柔和、壽命長(zhǎng)、無(wú)頻閃和無(wú)電磁輻射等優(yōu)良性能，把它應(yīng)用到建筑物照明中會(huì)取得良好的照明和節(jié)電效果。熒光燈的發(fā)光效率是白熾燈的4～5倍，壽命是白熾燈的7～8倍，是高效節(jié)能光源。

7 結(jié)束語(yǔ)

總之，我國(guó)正處于大量消耗自然資源、原材料以支撐經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng)的工業(yè)化時(shí)期，能源對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的約束作用已經(jīng)開(kāi)始顯現(xiàn)，節(jié)能成為關(guān)系到我國(guó)國(guó)計(jì)民生的大事。

[1]狄全熙,呂巖.建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的研究[J].內(nèi)蒙古石油化工,2008(6):89-91.

[2]盧若凡.建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)[J].四川建材,2005(3):322-323.