高層復雜建筑供配電節能設計要點探討

程昌斌

【摘要】高層復雜建筑供配電系統的節能設計涉及到許多方面，文章在對供配電系統電氣節能設計基本原則進行簡單闡述后，對系統總體規劃節能設計措施進行了探討。最后，結合自我實際工作經驗，對供配電系統節能優化設計過程中配電變壓器節能經濟選型設計、電線電纜節能經濟選型設計、以及諧波治理節能設計等節能設計技術要點進行了認真分析研究。

【關鍵詞】高層復雜建筑；供配電系統；節能設計

Discussion on Key Points of Energy - saving Design for High - rise and Complex Buildings

Cheng Chang-bin

（Xi'an new Jie Shang Property Co.， LtdXi'anShanxi710000）

【Abstract】The energy-saving design of high-rise complex building power supply and distribution system involves many aspects. After the basic principles of electrical energy-saving design of power supply and distribution system are briefly described， the energy-saving design measures of the overall planning are discussed. Finally， combined with the actual experience of self-operation， the energy-saving design of distribution transformer energy-saving economy， the energy-saving economic design of wire and cable， and the energy-saving design of energy-saving design of harmonic control are analyzed carefully the study.

【Key words】High - rise complex buildings；Power supply and distribution system；Energy - saving design

高層復雜建筑如大型寫字樓、商場、購物中心等，其內部結構功能均較為復雜，用電設備系統也較多，包括大量的機械動力設備、電氣設備、系統完善照明系統（工作照明和應急照明）、以及完善消防報警安防系統等，這些系統在運行過程中是建筑電氣中的核心用電大戶，其對電能消耗量相當大。但由于受傳統建筑電氣供配電系統設計理念和技術水平等因素的制約，高層復雜建筑物內部供配電系統中能源浪費較為嚴重，節能潛力非常大。據一些統計文獻資料表明，在綜合性高層復雜建筑內中央空調和通風空調的電能總能耗高達36%以上，而照明系統能耗高達35%以上。面對綠色智能建筑技術升級改造建設步伐的進一步加快，建筑電氣中供配電系統節能就顯得非常重要，尤其對設計階段的節能措施采取就顯得非常有工程實踐意義。

1. 高層復雜建筑供配電系統電氣節能設計基本原則

供配電系統是高層復雜建筑主要動力載體，同時也是建筑電氣節能設計的重要內容。供配電系統電氣設計過程中，要在確保建筑物電氣功能正常發揮的基礎上，通過合理進行變壓器、電纜的經濟選型，以及考慮后期建筑供配電系統發展規劃，通過方案技術性、經濟性、適用性等方面的綜合考慮，設計出高效節能經濟的優化方案，實現高層復雜建筑供配電系統節能降耗的目的。

1.1要滿足建筑物內部電氣系統功能正常發揮。

供配電系統節能設計過程中，要以滿足建筑物內部電氣系統功能正常發揮作為設計方案的基本前提，如供配電系統要滿足建筑物內部各機械動力設備系統、電氣設備系統、照明系統、以及消防報警安防系統安全可靠用電需求；要滿足照明房間或場所的照度、色溫、顯色指數等技術要求；要滿足中央空調系統、通風空調系統基本溫度、濕度用電需求；要滿足電梯等電機拖動系統安全用電需求。滿足建筑物功能安全穩定、節能經濟的高效正常發揮是高層復雜建筑供配電系統節能設計必須遵守的基本前提。

1.2要綜合考慮供配電系統運行經濟效益。

在供配電系統節能設計過程中，不要一味追求設計階段的節能效果，而忽略了系統后期運行維護費用。要從設計、施工、運維維護等方面，綜合考慮供配電系統節能設計方案的實際經濟效益。要綜合考慮供配電系統投運后運行維護長期性節能效益，不能以系統后期昂貴運行維護作為代價，來換取設計階段短缺較小的投資節省。而是應該考慮運行維護期間長期的節能降耗措施，使設計階段增加的少量額外投資，能在幾年或較短時間內就能通過合理的節能降耗措施相抵扣，從而有效提高設計方案的節能經濟效益。

1.3要用發展眼光進行供配電系統節能設計。

高層復雜的綜合性建筑供配電系統電氣節能設計的內容較為復雜，需要考慮的影響因素較多。設計方案的節能效果要從長遠發展眼光著手，要從建筑物后期擴建、周圍環境、以及電氣系統投運后功能性能等方面，在設計方案中始終貫徹經濟、合理、技術先進、材料新型、以及設計方案不會短期落伍等設計理念，精心考慮、詳細計算、以及仔細斟酌供配電系統節能設計方案中的具體設計細節，確保整個設計方案具有較高節能經濟性。

2. 供配電系統總體規劃節能設計措施

在高層復雜建筑供配電系統總體規劃設計過程中，應充分統計計算電氣負荷容量，并充分考慮供電方式、供電距離、以及用電設備的功能特點等因素，要做到供配電系統設計方案盡量簡單可靠，操作維護方便。高層復雜建筑總降壓變配所應盡量布設在靠近負荷中心部位，以縮短供電半徑，降低供配電系統運行線路損耗。另外，要合理選擇配電變壓器的容量、臺數、型號以及配電變壓器的運行方式，設計出根據季節性負荷變化而能夠靈活投切和分配調度的變壓器調節方案，實現配電變壓器的節能經濟運行，有效提高配電變壓器的負載率，減少由于輕載等不利運行工況造成的大量不必要電能損耗。

3. 供配電系統節能設計技術要點

3.1配電變壓器節能經濟選型設計。

（1）不同型號的配電變壓器，其制造生產所選用的繞組材料、截面積等均有所不同，相應其電能轉換效率也存在較大差異，當然其價格也明顯不同。最合理經濟的配電變壓器節能選型設計方法，就是根據回收年限來合理選擇配電變壓器的型號。由于影響配電變壓器經濟效益的因素較多，在實際工程設計工程中，為了簡化計算，通常不考慮資金占用存在的時間因素，也就是只考慮不同型號配電變壓器支出費用的價格差和年耗電的電費差，則配電變壓器投資價差回收年限可以表示為：

配電變壓器投資價差回收年限=兩種配電變壓器的投資用價差兩種配電變壓器年耗電的電費價差

（單位：年）

（2）為了提高配電變壓器的節能經濟效益，在經濟回收年限選擇時，按照《關于節約能源基本建設項目可行性研究的暫行規定》中相關技術規定要求，配電變壓器的計算投資回收年限通常不應超過5年，最長不能超過7年。配電變壓器選型時，應優選空載、負載損耗相對較小的節能型配電變壓器。例如對容量為315KVA的配電變壓器而言，S13系列與S7系列配電變壓器相比，其負責損耗由4795W有效降低到3650W；其空載損耗由766W有效降低到340W，也就是節能型配電變壓器其節能降耗效果十分明顯。在高層復雜建筑供配電系統節能設計過程中，優選高效節能型配電變壓器代替常規高能耗配電變壓器，不僅可以提高系統中電能資源轉換效率、降低配電變壓器運行能耗，同時還可以有效延長配電變壓器工作性能和使用壽命。

3.2電線電纜節能經濟選型設計。

在高層復雜建筑供配電系統電氣節能設計過程中，有些設計人員或業主人員為了偏面追求設計造價控制，減少工程整體投資，在供配電系統電線電纜截面選型設計時有時過于偏小，雖然能夠滿足建筑供配電系統中計算電流和設計負荷要求，但卻忽略了供配電系統中電壓降和線路損耗等影響因素，導致系統在運行過程中線損能耗較大，運行過程中能源浪費較為嚴重。由上海現代建筑設計（集團）有限公司編制的《建筑節能設計統一技術措施（電氣）》一書中，明確指出供配電線路在滿足電壓損失和短路熱穩定的前提下，如果其年最大負荷運行時間Tmax<4000h時，可以按照導體載流量選擇導線截面；如果4000h≤Tmaxh≤Tmax<7000h時，宜按電纜經濟電流密度進行電纜截面選擇；如果Tmax≥7000h時，電纜截面應嚴格按照經濟電流密度進行合理選擇。在電纜型號選擇時，應優選電阻率較小的銅芯線；應合理布設電纜走向，建設導線敷設長度。另外，在電氣節能設計時，對于長期處于載流工況的電纜截面應適當放大一級，以便于與保護裝置配合和為工廠后期擴容擴建提高便捷有利條件。

3.3諧波治理節能設計。

降低或抑制高層復雜建筑供配電系統中的諧波分量，可以有效地提高供配電系統電能功率因數，減少無功功率，從而有效提高供配電系統中電能資源的利用效率。合理設計諧波治理方案，可以有效提高供電電能質量和降低線損，達到節能降耗、經濟運行目的。當供配電系統中，具有相對集中運行較為穩定的大容量（如200KVA或以上）非線性負載運行時，宜在設計方案中優選無源濾波器進行諧波治理，提高供電電能質量；當系統中具有大容量（如200KVA或以上），且運行工況較為復雜、斷續工作較頻繁的非線性負載設備運行時，常規的無源濾波器不能有效進行諧波抑制，此時宜優選有源濾波器進行諧波治理；當供配電系統存在上述兩類大容量非線性負載時，宜采用有源無源組合型濾波器。對于有條件的工程中，宜優選無功補償與諧波治理一體化智能自動化裝置，有效提高供電電能功率因素和電能質量，確保高層復雜建筑供配電系統中各電氣系統性能的高效穩定發揮，降低供配電系統運行損耗，達到節能降耗的優化設計目的。

4. 結束語

高層復雜建筑供配電系統的節能設計涉及到許多方面，本文僅對工程設計過程中容易被忽視的幾個問題進行分析探討。如何在實際供配電系統優化設計過程中提高設計方案的節能經濟效益，是電氣設計人員必須長期面對的課題，也是其在實際設計工程中需要認真考慮研究探討的重要內容。