高校建筑電氣節(jié)能措施探討

王璽

（遵義醫(yī)學院貴州遵義　563000）

高校建筑電氣節(jié)能措施探討

王璽

（遵義醫(yī)學院貴州遵義563000）

近些年，我國教育體制改革不斷深化，高校規(guī)模日益增加。根據調查，我國各類高校近3000所，已經成為一大能源消耗大戶?！笆晃濉逼陂g，住房和城鄉(xiāng)建設部、教育部就明確提出了高等學校節(jié)約型校園建設的總體節(jié)約目標，聯(lián)合出臺了《關于推進高等學校節(jié)約型校園建設進一步加強高等學校節(jié)能節(jié)水工作的意見》、《高等學校校園建筑能耗統(tǒng)計審計公示辦法》等一系列文件。基于此，本文從高校電能使用的情況、特點出發(fā)，站在供配電系統(tǒng)設計、供配電設施設備選型、無功功率補償、照明節(jié)能、可再生能源利用等角度具體分析了高校建筑電氣節(jié)能。

高校建筑；電氣節(jié)能；措施

1　引言

當前，隨著世界高等教育大眾化的發(fā)展，高校擴招普遍，校園規(guī)模不斷增大，用電量也迅速增長。高校建筑節(jié)能不僅可為教學、科研、生活創(chuàng)造良好環(huán)境，還能促進環(huán)境資源可持續(xù)的開發(fā)與利用。因此，高校建筑節(jié)能勢在必行，建設節(jié)約型校園已成為我國高校發(fā)展重要工作。

2　高校電能使用的情況、特點

2.1高校用電季節(jié)性

由于高校教學存在寒暑假，因此其建筑能耗也具有顯著的季節(jié)性特征。寒假暑假期間由于學生放假，學生宿舍、食堂、教室以及實驗室等能耗明顯下降。但是，此階段往往正是民用住宅和商業(yè)建筑采暖或空調制冷的用能高峰期，因此在確定高校能源供給計劃時應通盤考慮。

2.2高校用電集中性

高校用電時間十分集中，例如：教學樓的主要用能時間段是8～22點，辦公樓的主要用能時間是8～18點。因此，在對高校建筑進行電氣設計、管理時，必須統(tǒng)籌協(xié)調，特別是注重在用能相對集中時間段的節(jié)能管理。

2.3高校用電性質多樣

由于高校內存在教學樓、辦公樓、宿舍樓、實驗室、食堂等多種建筑，涉及暖通、照明、電梯、教學、實驗設備等各式用能設施，囊括了電、熱、天然氣、煤炭等多類能源，這就決定了高校用電性質多?；诖?，必須對各種建筑耗能特點、數量進行分類，以有針對性地加強節(jié)能改造。

2.4高校用電負荷等級涉及范圍廣

根據調查可以發(fā)現(xiàn)，近些年我國新建高校涵蓋了民用建筑各類型，根據相關規(guī)范，可以將建筑供電負荷飛分為一、二、三個等級。高校供電負荷等級涉及范圍十分廣，重要實驗室電源，包括生物制品、培養(yǎng)劑用電等為一級，高層教學樓客梯、主要通道照明為二級，此外還有部分建筑為三級負荷。

3　高校建筑電氣節(jié)能措施

3.1從供配電系統(tǒng)設計節(jié)能

現(xiàn)代高校校園建筑面積普遍較大。教學樓、實訓中心、行政辦公樓、學生宿舍、生活區(qū)等分布較廣，用電需求、系統(tǒng)供電能力都有所不同。

線路電流無法改變，若想減少線路損耗，關鍵在減小供配電線路電阻。線路電阻R=P·L/s，因此減少線路的損耗，理論上可以選用電導率小的材質做導線、減小導線長度并適當增大導線截面面積。為了降低配電網損耗，應從接入點附近從電網中取得電源，因為負載的功率損耗和電網的輸電電壓、負載電流、有功無功功率和供配電線路的距離有關。所以，當供配電線路距離過長會大大增加線損。當輸送電壓和功率因數均保持不變的條件下，輸送距離增加10%，功率損耗隨之增大10%。我國對10kV/0.4kV配電線路規(guī)定了其合理的輸送距離和容量（見表1）。

表1　線路輸送距離與輸送容量

因此，高校供配電系統(tǒng)應盡量簡單可靠，同一電壓等級變配電級數需少于兩級，適宜采用10/0.4kV電壓等級配電，再結合校園各區(qū)用電要求，合理確定供配電系統(tǒng)，可采用10kV電壓等級線路直接供電到負荷中心，輸送容量和距離均應滿足上表要求。

3.2從供配電設施設備的選型節(jié)能

3.2.1變壓器的選型

變壓器的選型應遵從以下幾個原則：

（1）準確計算負荷，合理確定變壓器容量，并綜合考慮初始投資與運行維護費用，選擇容量與負荷相匹配的變壓器，并對根據負荷的分布情況、所供建筑物性質情況、對變壓器設置位置、出線回路等作出合理設計，使其運行于高效低耗區(qū)。

（2）選擇節(jié)能型變壓器，在選擇變壓器時候，應選擇高效率、低損耗、抗沖擊、噪音低、節(jié)能效果好的節(jié)能產品。為使變壓器處于最經濟節(jié)能運行狀態(tài)，其負載率宜在75～85%之間，并不應超過85%。宜選用鐵芯材料采用具有高導磁率的優(yōu)質冷軋取向硅鋼片制造的變壓器，其渦流損耗與漏磁損耗低，節(jié)能效果顯著。

（3）由于校園負荷種類多，照明設備多，單相、三相設備分布廣，因此諧波及三相負荷不平衡問題突出，根據我國《民用建筑電氣設計規(guī)范》（JGJ16-2008）等相關規(guī)范，配電變壓器宜選用D，ynll接線組別的變壓器。

（4）由于高校實驗室存在較多的大功率動力設備，為避免此類設備工作時對計算機中心、教學樓等場所造成影響，對此類建筑物宜采用專設變壓器供電。

綜上，本著綜合考慮校園建筑的特點和節(jié)約成本的原則，建議選用SCB型干式變壓器。

3.2.2供配電線纜的選擇

由于校園建筑供配電系統(tǒng)線路損耗問題嚴重，除選擇合理配電點以減小線路長度外，選擇電阻率較小的線纜也很有必要。根據電阻值公式R=ρLS可知，線路電阻與截面成反比，對于較長的線路，在滿足載流量、熱穩(wěn)定性、允許電壓降要求所選定的截面外，可適當再加大一級導線的截面，這樣可延長線纜的使用壽命，減少線路的損耗。將線路損耗減少以及維護費用降低與線路截面增大所產生的費用相權衡，仍不失為一技術經濟可行的設計方案。

在進行導線、電纜截面選擇時，首先應根據線路敷設環(huán)境，滿足機械強度要求。在確定截面時，一般采用按發(fā)熱條件，即根據線纜載流量進行選擇，這就要求負荷計算一定要準確，避免因負荷計算失當導致計算電流偏差而造成浪費。

3.3無功功率補償

無功電源和有功電源一樣，同樣保證著電能的質量。電力系統(tǒng)運行時應保證無功平衡，否則，系統(tǒng)電壓將會降低，功率因數也會隨之下降。負荷的有功功率保持不變的條件下，提高其功率因數，可以減少所需的無功功率，進而減少通過供配電線路和變壓器的損耗和電能損失。

統(tǒng)計數據表明，電網線損約70%實在10/0.4kV配電系統(tǒng)中損耗的，而無功功率大約50%消耗在用戶方面，剩余的約50%左右消耗在電網損耗上，對用戶端來說，應就地安裝無功補償設備。

對于高校來說，其中大量使用單相負荷，容易造成三相負載的不平衡。由于調節(jié)補償無功的采樣信號取自任意一相，從而造成未檢測的兩相容易形成欠補償或過補償。對于三相不平衡以及單相配電系統(tǒng)，可以采用分相電容自動補償的辦法，通過調節(jié)無功功率參數的信號，根據每相感性負載的大小和功率因數的高低進行相應補償，不影響其他相，故不會產生欠補償和過補償。

3.4照明節(jié)能

3.4.1燈具選擇

場所的不同，燈具選擇標準也存在一定差異，具體如下：

（1）教學樓、實驗樓、圖書館。教學樓、實驗樓、圖書館具體可以分為兩類區(qū)域：一是功能照明區(qū)域，如：教室、實驗室、閱覽室等等；二是非功能照明區(qū)域，如：門廳、走廊、電梯間等等。其中，功能照明區(qū)域，目前多數使用“T8直管型熒光燈+電子鎮(zhèn)流器”，據調查1盞40W與20W普通T8熒光燈光通量約分別為2500lm和1025lm，1盞28W與13W普通T5熒光燈光通量約分別為2600lm和1100lm。因此，T5熒光燈可完全替代T8熒光燈，在確保室內照度的同時，令照明系統(tǒng)功率密度下降約25～30%，具有顯著的節(jié)能效果。因此，建議選用“T5直管型熒光燈+電子鎮(zhèn)流器”。非功能照明區(qū)域，建議選用LED燈具或是U型緊湊節(jié)能燈。

（2）食堂、學生宿舍等區(qū)域，由于此類區(qū)域照度要求不高，因此建議使用LED燈具。

（3）室外照明區(qū)域。據調查，我國不少高校在室外照明區(qū)域使用的是大功率金鹵燈，但是其發(fā)光效率偏低，能耗高。基于此，推薦使用LED泛光燈，其泛光燈發(fā)光效率達600～700lm/W，遠高于金屬鹵化物燈，在滿足照度需要的基礎上，可減少室外照明能耗。此外，隨著清潔能源的廣泛應用，校園道路照明燈還可選用天陽能+風能供電，以進一步實現(xiàn)環(huán)保與節(jié)能。

3.4.2優(yōu)化照明控制方式

（1）圖書館照明系統(tǒng)控制方式。圖書館的主要功能區(qū)為閱讀區(qū)，為了保證自然光得以充分利用，需對照明系統(tǒng)配電線路進行優(yōu)化設計，采用“感光控制系統(tǒng)+紅外感應控制系統(tǒng)”，即：靠窗閱覽區(qū)使用感光照明，可根據區(qū)域照度自動調節(jié)燈具開啟的數量，如圖1所示；內部帶卡位閱覽區(qū)使用紅外感應，若是卡位無人，則燈具自動關閉，若是卡位有人，則會開啟燈具，如圖2所示。

圖1　感光控制系統(tǒng)

圖2　紅外感應控制系統(tǒng)

（2）教學樓、實驗樓照明系統(tǒng)控制方式。教學樓、實驗樓主要功能區(qū)為教室與實驗室，建議對其照明系統(tǒng)配電線進改造，使用與教學課時相關聯(lián)的“定時控制+感光控制”；對于實習室，容易出現(xiàn)學生數量少而教室照明燈全開的情況，出現(xiàn)照明能耗嚴重的問題，建議使用“定時控制+計數照明”控制系統(tǒng)，合理控制燈具數量。

（3）教師辦公樓照明系統(tǒng)控制方式。教師辦公樓主要功能區(qū)為辦公室，多數采用的是群控方式，無法根據實際情況調節(jié)燈具開啟數量，導致電能的浪費。對此，可使用分區(qū)控制系統(tǒng)，以控制燈具開啟數量，實現(xiàn)照明能耗的有效降低。

（4）食堂、學生宿舍照明系統(tǒng)控制方式。食堂、學生宿舍人員的停留時間和人數比較固定，只需采用傳統(tǒng)分區(qū)手動控制，加強運行管理即可實現(xiàn)照明能耗的降低。

3.5加強可再生能源的利用

我國地處北半球，南北從北緯4～52.5°，東西自東經73～ 135°。全國各地的年太陽輻射總量為931～2334kWh/m，中值為1633kWh/m，太陽能資源豐富，應予以充分利用。

（1）自然光光導照明。該照明裝置自20世紀80年代末得以流行，主要是利用采光裝置聚集室外自然光線并導入系統(tǒng)內部，經由特殊導光裝置強化和高效傳輸后，由系統(tǒng)底部漫射裝置將自然光線均勻導入室內任何需要光線的地方，可完全電能照明，是一種綠色健康、節(jié)能環(huán)保的新型照明產品。從黎明到黃昏，甚至是雨天或陰天，該照明系統(tǒng)導入室內的光線都十分充足。當前，我國已掌握此技術，在上海同濟大學、清華大學節(jié)能示范樓等項目中均取得了成功應用。

（2）太陽能光伏電源系統(tǒng)。太陽能光伏電源系統(tǒng)主要組成部分包括太陽能光伏電池組件、控制器、蓄電池、逆變器、燈具等等，根據運行方式可將其分為獨立系統(tǒng)與并網發(fā)電系統(tǒng)。其中，獨立系統(tǒng)白天太陽能發(fā)電多余部分使用蓄電池進行儲存，在滿足夜間用電需求同時，還可作為災害時期后備電源；并網發(fā)電系統(tǒng)白天太陽能發(fā)電可送回電網，夜間使用，不足部分由電網提供。選用太陽能光伏電源系統(tǒng)時，需充分考慮工程所在地的太陽能資源狀況與工程投資情況，年日照時數若是小于2200h則不宜采用。

4　結語

總之，為了提升高校建筑電氣系統(tǒng)的節(jié)能效果，設計人員在開展電氣系統(tǒng)設計工作時，不但要分析電氣系統(tǒng)裝置的節(jié)能效果，同時也需要分析其經濟性、安全性以及可靠性，選用高效系統(tǒng)設備，科學制定供配電方案，在提升其環(huán)保節(jié)能性的同時，獲取更多的經濟效益以及社會效益。

[1]陳健弘，韓寧，楊波.建筑電氣節(jié)能技術與方案若干問題的探討[J].電氣應用，2013（02）：156～157.

[2]許煒.建筑電氣節(jié)能措施探討[J].湖南農機，2012，38（11）：250～251.

[3]張紹秋.建筑電氣技術節(jié)能措施的探討[J].河北企業(yè)，2012（10）：83～85.

TU85

A

1673-0038（2015）48-0109-03

2015-11-12

王璽（1984-），男，漢族，中級建筑電氣工程師，碩士，主要從事建筑電氣建筑管理工作。