居住建筑電氣節能設計探討

汪　軍　（安徽省建筑設計研究院有限責任公司，安徽　合肥　230022）

居住建筑電氣節能設計探討

汪軍（安徽省建筑設計研究院有限責任公司，安徽合肥230022）

文章從供配電系統、照明以及太陽能光伏發電等方面，探討了居住建筑電氣節能設計要求。

居住建筑；三相平衡；無功補償；照明功率密度；照明控制；光伏發電

1　概述

國家標準《民用建筑設計通則》（GB 50352-2005）術語中定義“居住建筑”為“供人們居住使用的建筑”，包括住宅、別墅、公寓、宿舍、托幼建筑及療養院和養老院的客房樓等。作為民用建筑的一部分，我省政府對居住建筑的節能設計也是非常重視。安徽省住房和城鄉建設廳2011年頒布了地方標準《安徽省居住建筑節能設計標準》（DB34/1466-2011）。該標準頒布實施已近5年，對推進安徽省居住建筑節能的發展做出了巨大貢獻。隨著技術的進步，節能要求的提高，該標準已逐漸不能滿足當前的需求，即將修訂。筆者作為該標準的主要編制人之一，在此和大家提前探討一下居住建筑的電氣節能設計。

2　供配電系統

2.1變配電所和配電間應設于負荷中心

變配電所和配電間設于負荷中心，是節能重要措施之一。變配電所遠離負荷，會增加線路損耗。線路的有功損耗計算公式如下。

式中：ΔPL——線路有功功率損耗（kW）

P——有功功率（kW）

R——線路阻抗（Ω）

U——線電壓（kV）

cosФ——功率因數

從式（1）中可以看出，隨著供電距離的增加，線路阻抗隨之增加，導致線路損耗增加。《民用建筑設計通則》及《20kV及以下變電所設計規范》等規范都明確規定，變電所應設于負荷中心。但很多工程案例中，特別是一些住宅小區，將變配電所設于小區邊角等偏遠的地方，顯然是不合理的。設計時我們應該將變配電所供電半徑控制在200m以內，特殊情況下可以稍微放寬，但不能超過250m。

樓層配電間也應設于負荷中心，住宅建筑因為每層面積較小，一般不存在問題。公寓、宿舍以及客房樓等居住建筑，每層體形較長，設計時應該注意將樓層配電間盡量設于中間位置，不要設于兩側。配電間的供電半徑要控制在50m以內。

2.2平衡三相負荷

三相不平衡對電網危害巨大。三相不平衡將導致系統容量下降、各相電壓不對稱、用電設備效率下降，甚至燒毀變壓器等后果，同時三相不平衡也增加了變壓器和線路的損耗。變壓器的損耗主要包括空載損耗和負載損耗。三相負荷不平衡導致變壓器負載損耗增加，最大不平衡時的損耗是平衡時的3倍。三相不平衡也增加了線路損耗，線路損耗與電流平方成正比，三相不平衡，將導致零線電流增加，增加了線路損耗。

居住建筑的用電負荷以單相為主，每戶通常都是單相電源進線。設計時三相要平衡分配，最大相負荷不能超過三相負荷平均值的115%，最小相負荷不能小于三相負荷平均值的85%。

2.3提高功率因數

居住建筑中存在空調、電磁爐、微波爐、計算機以及熒光燈等大量感性負荷，這些電感性的設備在運行過程中不僅需要向電力系統吸收有功功率，還同時吸收無功功率。因此我們需要安裝無功補償裝置，可以提供補償感性負荷所消耗的無功功率，減少了電網電源側向感性負荷提供及由線路輸送的無功功率。由于減少了無功功率在電網中的流動，因此可以降低輸配電線路中變壓器及母線因輸送無功功率造成的電能損耗。設計中在變配電所集中設置無功補償裝置，功率因數要求提高到0.95以上。因為居住建筑中以單相負荷為主，需要采用混合補償方式，分相補償容量不小于三相補償容量的30%。

2.4選擇節能型變壓器

變壓器是供配電系統的主要設備，運行時自身也會產生空載損耗、負載損耗，雜散損耗等，因此要選擇低損耗的節能型變壓器，可以考慮選用11型以上產品。D，yn11接線組別的變壓器具有承載單相負荷能力強、抑制諧波、損耗小等特點，因此設計中優先選用。選用的變壓器的空載損耗和負載損耗不應高于現行國家標準《三相配電變壓器能效限定及節能評價值》（GB20052）中規定的目標能效值的要求。

2.5計量

居住建筑應按戶設置電能表。這里的戶，不僅指一戶住宅，也包括其他居住建筑的公寓、宿舍、客房等。每戶設置電能表，有利于用戶合理控制電能的使用，節約電能。公共場所應設置分項計量裝置，按公共照明、電梯、風機等分別設置電能表。

2.6電梯群控措施

目前居住建筑以高層建筑為主，建筑內部均設置了電梯，有些建筑設置了2臺及以上電梯。用戶使用時，因為不知道哪臺電梯會先達到本層，也擔心電梯滿員到達本層時不停，會習慣性的按下所有電梯按鈕，如果電梯未設置群控功能，所用電梯都將運行至用戶所在層，而用戶只會使用1臺電梯，造成了極大的浪費。因此設計時，2臺及以上電梯，必須要求設置電梯群控功能。

3　照明

3.1照明功率密度值

國家標準《建筑照明設計標準》（GB50034-2013），對居住建筑的照明功率密度值做出了要求，見表1。其中黑體字部分是強制性條文，必須嚴格遵守。

居住建筑照明功率密度限值　表1

目前市場上開發的住宅，主要有精裝房和毛坯房兩種模式。精裝房設計時照明功率密度值必須滿足表1中現行值要求，如果節能要求較高，可按照目標值設計。毛坯房因為戶內照明由業主根據自身喜好設置，難以控制。設計時可對戶內照明功率密度值進行建議性要求，但公共場所必須嚴格按照規范要求。

3.2燈具及光源的選擇

燈具應選用效率或效能高的產品。國家標準《建筑照明設計標準》（GB50034-2013）對一些主要燈具的效率或效能做出了最低要求，隨著技術和材料的發展進步，設計時應在國標的基礎上適當提高，可參照表2～表4要求。

直管形熒光燈燈具的效率（%）　表2

緊湊型熒光燈筒燈燈具的效率（%）　表3

發光二極管筒燈燈具的效能（lm/W）　表4

3.3光源的選擇

居住建筑節能設計時，照明光源應采用高能效光源，如細管徑直管型熒光燈、緊湊型熒光燈及發光二極管燈（LED）等。地下車庫的行車道、停車位，住宅建筑的樓梯間、走廊、前室，其他居住建筑的樓梯間、前室以及夜景照明等應優先采用發光二極管燈。

選用光源的能效值及與其配套的鎮流器的能效因數應滿足下列規定：

①單端熒光燈的能效值不應低于現行國家標準《單端熒光燈能效限定值及節能評價值》（GB19415）規定的節能評價值；

②普通照明用雙端熒光燈的能效值不應低于現行國家標準《普通照明用雙端熒光燈能效限定值及能效等級》（GB19043）規定的節能評價值；

③普通照明用自鎮流熒光燈的能效值不應低于現行國家標準《普通照明用自鎮流熒光燈能效限定值及能效等級》（GB19044）規定的節能評價值；

④管型熒光燈鎮流器的能效因數不應低于現行國家標準《管型熒光燈鎮流器能效限定值及節能評價值》（GB17896）規定的節能評價值。

3.4照明節能控制

照明節能控制是照明節能的重要措施之一，只有科學合理的控制照明燈具，避免使用中的浪費，才能達到更好的節能效果。

門廳、走廊、樓梯間、前室等場所應采用能夠延時自動熄滅的節能控制措施。目前常用的有聲光控開關和紅外感應開關。門廳如果設置裝飾性照明，也可以考慮采用分組控制，每組燈具數量不宜太多，方便使用者根據需要開啟燈具。

車庫照明車位可以采用感應式車位燈，做到車來燈亮，車走燈滅。車道燈可以分組控制，由管理人員根據不同的時間段合理開啟燈具數量。也可以采用智能照明系統。

每個開關控制的燈具應盡量少，除設置單個燈具的房間外，每個房間照明控制開關不宜少于2個。

智能照明控制系統可分組、分時自動控制燈具的開啟和熄滅，也可以通過亮度傳感器，自動調節燈光強弱，具有很好的節能效果。在條件許可的情況下，盡量采用。

4　太陽能光伏發電系統

太陽能是一種可再生能源，它在自然界是取之不盡，用之不竭的能源。居住建筑，特別是居住建筑中的宿舍、公寓，養老院的客房樓等，屋頂可利用面積較大，應盡量設置光伏系統。設計時宜采用分布式光伏發電系統。分布式光伏發電系統具有就近發電，就近并網，就近轉換，就近使用的優點，不需要通過蓄電池儲能，用戶使用不完的電量可以反饋給電網。分布式光伏發電系統的基本設備包括光伏電池組件、光伏方陣支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網逆變器、交流配電柜等設備，另外還有供電系統監控裝置和環境監測裝置。其運行模式是在有太陽輻射的條件下，光伏發電系統的太陽能電池組件陣列將太陽能轉換輸出的電能，經過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由并網逆變器逆變成交流電供給建筑自身負載，多余或不足的電力通過聯接電網來調節。

分布式光伏系統發電量可按下式計算：

式中：L——年發電量（kWh）

W——裝機總量（kWp）

I——水平面年總輻射量（kWh/m2）

a——傾角修正系數（無量綱）

Io——標準太陽輻射強度（kWh/m2）

η1——光伏陣列效率

η2——溫度及衰減修正系數

η3——污穢影響修正系數

η4——逆變器效率

η5——并網損耗系數

5　結束語

建筑節能是關系到我國建設低碳經濟、完成節能減排目標、保持經濟可持續發展的重要環節之一。居住建筑電氣節能設計作為建筑節能不可或缺一項內容，設計時應該從供配電系統、照明、產品等多方面進行。采用節能型的技術、工藝、設備和產品，達到合理使用能源，不斷提高能源利用效率的節能目的。

［1］GB50352-2005，民用建筑設計通則［S］.

［2］GB/T50668-2011，節能建筑評價標準［S］.

［3］GB50034-2013，建筑照明設計標準［S］.

［4］GB50053-2013，20kV及以下變電所設計規范［S］.

TU111.4+8

A

1007-7359（2016）04-0236-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.04.093

汪軍（1970-），男，安徽六安人，畢業于合肥工業大學，學士；高級工程師，國家注冊電氣工程師。