高層建筑電氣節能設計要點分析

曾娟

鄭州大學綜合設計研究院有限公司（361000）

高層建筑電氣節能設計要點分析

曾娟

鄭州大學綜合設計研究院有限公司（361000）

這里結合實際情況對高層建筑中電氣節能的設計要點進行分析并提出一些可行性意見，以期促進我國高層建筑電氣節能設計的發展。

高層建筑；電氣節能；設計要點

1 在建筑電氣節能設計當中存在的弊端

在現代社會生活中，人們對電能的需求量逐漸增加，盲目用電現象逐漸增多。高層建筑電氣設計師為滿足人們生活需要并結合以往設計經驗，很容易忽視電氣節能在高層建筑中的重要意義，導致電能耗損現象越來越嚴重。我國大部分居民以及相關的設計單位都沒有認識到我國現階段的能源短缺狀態，有些地區甚至出現用電緊缺、在用電高峰期采取限量拉閘的情況。因此相關部門應進行相關改革，充分了解各個地區、企業、居民等的用電情況，并注重高層建筑節能設計環節，提出有效的解決措施以保證電能的使用率。

2 設計原則分析

由于減少電量耗損可有效降低成本，提高企業的經濟效益，保證企業在激烈的市場競爭中占據有利地位，因此高層建筑節能設計應引起相關設計人員的重視[1]，現就對其設計原則進行分析。

2.1 能夠滿足建筑功能

高層建筑電氣節能設計首先應該滿足環境中照明的各項要求，同時還應該滿足新風量以及人們對環境溫度的要求；保證各路運輸通道可正常使用并滿足個別特殊工藝的施工要求。例如娛樂場所配備的照明裝置、音響等設備的用電，展示廳中各種照明燈具以及電力用電。

2.2 充分參考經濟效益

要結合實際情況選擇節能方式，不能為減少損耗投入過高的資金而增加運行費用。保證相關節能設備在增加成本、投入使用后可在短期之內有效回收投入資金，使得企業經濟效益最大化。

2.3 降低能量過度消耗

減少耗損應注重節約不必要的能量消耗，而不是對正常用電進行限制。相關設計人員應找出致使高層建筑能源消耗過大的主要原因并圈定出一定范圍，再采取相關有效措施節能。如變壓器的功率耗損、傳輸線路的有功耗損均是高層建筑中不必要的能源損耗，而大量的照明設施應采用節能產品及技術減少這些設施對電能的消耗。同時高層建筑電氣節能設計人員應始終貫徹科學有效、技術先進、實用性強的原則，以保證電氣設計的質量。

3 設計要點

3.1 設計配電系統與無功補償裝置

在設計配電系統時應結合相關的參考數據，如供電距離、電容量等多方面因素，保證變配電處在與負荷中心相對接近的位置，在節約一定程度資金的同時有效減少高層建筑的電量耗損。相關設計人員應根據實際情況對變壓器的數量、容量進行科學選擇在保證變壓器運行正常的同時，可以使變壓器靈活投切工作,將電能使用降低到最低限度。無功補償裝置應在運行過程中實行就地補償，避免電容器自身還存有電量卻自動進行二次充電導致的能源浪費現象。此外高層建筑的升降樓梯、扶梯在修建時不應該加設無功補償裝置，以避免電機無法承受過高電壓導致的損壞，而在住宅區的高層建筑則可以采用補償裝置以降低能量損耗。

3.2 提升供配電系統的功率因數

提高供配電系統的功率因數是提高設備使用率的重要途徑之一，最大限度達到減少功率損耗、實現高層建筑電氣節能目的。提高供配電系統的功率因數應從以下幾點著手：①提高用電設備自然功率因數，主要通過科學選擇異步電機，對工藝流程進行調整并逐步對用電設備的運行方式進行改良、使用同步電機并使變壓器輕載運行，選擇電動機的經常負荷不低于額定容量的40%、變壓器負荷率宜在75%～85%不低于60%等方式來實現自然功率因數的提高。②對無功功率進行人工補償，在日常生活中人們較為普遍的采用并聯電容器來實現對無功功率的補償，相關設計人員應在設計過程中使用高低壓柜集中補償和分散補償的方式實現就地補償。對容量較大，負荷平穩且經常使用的用電設備就地單獨補償，并結合高層建筑的實際情況以及電氣設備的使用情況設計。③在功率條件適當時，采用同步電動機以及選用帶空載切除的間隙工作制設備等措施，以提高電動機的功率因數以及工作效率、以減少電動機在實際過程中的能量消耗。

3.3 線路電能損耗降低

在高層建筑能源耗損中，線路耗損占有較大比例，因此相關設計人員應重視線路耗損情況，并結合發熱條件、機械長度、電壓損失等對低壓線路的橫截面進行合理選擇以減輕電路耗損狀況，同時在選擇線路導線時應選用電阻率較小的材質。相關人員在進行設計的過程中應控制好導線的長度，盡可能縮短導線長度在布線時注意避免線路回彎,減少線路在輸送過程中的耗損。此外在整個設計過程中，設計人員應盡可能增加導線橫截面積，在滿足電壓以及載流量的基礎上減少電量耗損并減少火災發生的概率，保證樓內居民可安全用電。

3.4 設計照明節能

首先，選擇的照明光源應符合國家現行相關標準的規定。其次，設計人員可以結合照明方案的具體要求使用光通比例較高，反射系數較高以及配光性較為穩定的燈具,對高層建筑進行節能設計，并充分利用自然光減少燈具在日間的使用次數從而達到節約能源的目的。

3.5 設計空調系統

空調系統的用電消耗情況在建筑總耗損中占有相當大的比例，因此對空調系統進行科學合理的節能設計可有效減少高層建筑電量耗損。設計人員可在保證人居環境舒適度的前提下，通過調整室內溫度、濕度的取值范圍來達到減少能源耗損的目的。①空調中制冷裝置的能耗在空調系統總能耗中占有相當大的比重，是整個空調系統中電能消耗最高的設備。因此設計人員在設計空調時應注意選擇高能效、容量小的機組設備。②空調冷凍水泵與冷卻水泵也是消耗電能高的部件,設計人員可以通過提高水泵的工作效率來減少能源消耗。

4 案例分析

本工程為建陽西區生態城，總共9棟單體及一個地下停車場，地上28層，地下2層，建筑高度89.15，屬于一類高層，建筑面積約10萬m2。建陽西區生態城是按綠色建筑的標準設計的。

4.1 供配電系統節能

根據建筑規劃，在地下一層設置三個配電房及一個開閉所均接近負荷中心，線路路徑合理，減少低壓側線路長度，降低線路損耗，至末端配電箱長度約100 m。

本工程選用的變壓器為D,yn11接線。單相負荷盡可能均衡地分配在三相上，使三相負荷保持基本平衡，最大相負荷不超過三相負荷平均值的115%，最小相負荷不小于三相負荷平均值的85%。

本工程在變配電所的低壓側設集中無功自動補償裝置，采用自動投切裝置，要求在高峰負荷時高壓側功率因數不低于0.95。對預估諧波電流較嚴重的非線性負荷，無功功率補償考慮諧波的影響，采取抑制諧波的措施。

4.2 電氣照明節能

本工程照明設計公共場所采用以熒光燈為主的高光效光源。在滿足眩光限制的條件下，優先選用燈具效率高的燈具以及開啟式直接照明燈具，室內燈具效率不低于下表1的要求。

表1 熒光燈燈具和高強度氣體放電燈燈具的效率允許值

設計在滿足燈具最低允許安裝高度的前提下，盡可能降低燈具的安裝高度，節約電能。采用電子鎮流器或節能型高功率因數電感鎮流器。

本工程在樓梯間、走道、門廳的照明，采用節能自熄開關，應急照明燈具有應急時自動點亮的措施。小區道路照明根據所在地區的地理位置和季節變化合理確定開關燈時間，并用光控和時間控制相結合的智能控制方式，以求最大程度的節能。

公寓及住宅各功能房須按表2中的照度標準進行設計。

表2 照度標準

5 結語

由于高層建筑具有面積大、層數多、功能復雜等特點，為施工帶來一定難度，同時高層建筑電氣設計也是整個施工過程中的重要環節。高層建筑電氣設計是否安全直接影響到樓內居民的生活質量，因此相關設計人員應將可持續發展理念貫徹至整個設計過程中，實現建筑整體有效節能。

[1]張文.高層建筑電氣節能設計要點分析[J].科技創新與應用,2016(5)：249.