晉中市某綜合廠房建筑電氣節能分析

席 靜 峰

(晉城市建園施工圖審查有限公司，山西 晉城 048000)

1 概述

建筑電氣節能是建筑節能中的一個大問題，英美日等發達國家均在此問題上投入大量資源進行節能研究，建立能源立法，成立節能研究、認證機構，投入人力、物力、財力并將研究成果轉化成產品。國內的建筑電氣節能雖然起步較晚，但也逐步建立綠色建筑評定系統，實現節能、環保兩項任務。建立相關立法和建筑節能條例及管理辦法、技術細則等來加強節能、環保工作的推進。根據各地地域條件，制定不同的建筑節能設計標準。

本次廠房為綜合智能溫室大棚及配套生產車間工程，總建筑面積約為13 000 m2。地上2層，分為四個區域，室外溫室大棚為一區不計入建筑面積，二區為生產配送車間，層高為5.6 m，室內外高差1.2 m；三區為肥料及灌溉設備房，地面至主鋼架起坡點為6 m，室內外高差為0.5 m。室外地面至女兒墻最高點為12.7 m；四區為配套辦公區，分為2層。建筑結構形式為門式鋼架結構，使用年限為50年，抗震設防烈度為8度，耐火等級為二級。

本文針對本次廠房設計過程中電氣節能問題的研究進行了歸納總結，對建筑電氣各項節能措施進行詳盡的理論分析和軟件驗證。

2 電氣節能技術應用的分析

2.1 10/0.4 kV室內變壓器節能設計分析

本次廠房設計在廠房內變電室安裝兩臺干式變壓器，每臺負荷1 000 kVA，采用二級負荷配電。變壓器的選型需考慮諸多因素，本廠房內耗電主要分為以下幾個部分：一區室外智能大棚的夜間補光用電，棚頂通風控制用電；二區生產配送車間主要為照明負荷、生產設備用電、冷庫用電；三區肥料及灌溉設備主要為負荷用電，照明用電；四區配套辦公區主要為照明、插座及空調用電。

由于陰天及夜間補光的需求，本廠房室外用電量較大，但高峰用電時間不確定，兼之二級負荷用電的要求，本廠房內投入兩臺變壓器，一用一備，備用負荷變壓器負責室外大棚用電負荷。

基于使用要求，對廠房內變壓器做出選型，選型首先滿足負荷要求，其次考慮損耗低節能等要求，最后對噪聲、安全、溫升等因素進行考慮。

本次選型按照變壓器最高效率負荷率進行選型：

(1)

(2)

根據變壓器損耗表，當變壓器運行在負載50%～70%之間時，變壓器銅損及鐵損比值較低運行效率較高，但考慮到節能與環保的要求，在引入功率補償后，負載效率80%，運行較為經濟節能，見圖1。

2.2 照明節能設計分析

在建筑中，照明用電負荷占到建筑總負荷的15%～25%，本設計為廠房建筑，照明負荷比例較低。根據綠色建筑評價標準，照明節能是節能評價中的一個重要部分，節能效果顯著，目前，照明節能相關產品也較為成熟、低價，施工、運營、維護方便，成本也比較低廉。

1)照明光源選擇。

光源選擇按照綜合能效選擇：光源綜合能效=光效×使用壽命=光通量×使用壽命/額定功率。

同時，光源應選用高效節能光源，光源的高效節能性體現在光通量、顯色性、使用壽命等方面，這些指數在GB 50034—2014建筑照明設計標準中做出了一定要求，市面上主流的高效光源為汞燈、鈉燈、金屬鹵化物燈等[1]。

經過綜合比對，室內二、三、四區選用LED光源做為主要照明光源，LED光源是一種半島體二極管光源，在同等使用環境下，對比其他光源發光效率更高，發熱效應低，光源色譜廣泛，發光角度調節范圍廣，對環境的光污染較低，產品本身不含鉛、汞等有害物質。室外一區補光照明按設備考慮，但光源采用金屬鹵化物燈和白熾燈。金屬鹵化物燈具普遍功率大、顯色性好，室外大棚棚高8 m，金屬鹵化物燈非常適合在這類鋼結構大空間場所使用，白熾燈雖然光效低、發熱高，但應用在精準農業中用于模擬日光，為植物補光，本次設計此部分負荷作為設備負荷考慮。

2)照明燈具的選擇。建筑照明燈具應選用高效節能燈具，由于受到應用場所及裝飾裝修要求的限制，在不同場所需要采用不同的燈具，比如在二區和三區，選用的燈具應為中距離應用的工廠燈，同時能滿足一定的防塵防水要求，由于安裝高度較高，該燈具還應具有較高的維護系數，這就導致了燈具光效的降低，因此，在此區的燈具要求至少達到0.7的利用效率。而在四區辦公區內，燈具使用環境較為清潔，安裝高度低便于清潔，安裝美觀要求高，因此主要采用面板燈，對于該類燈具，要求利用率達到0.8以上。

2.3 電線電纜環保節能設計分析

本次工程全部選用銅芯導線、電纜，對比市面上已有的電線電纜材料，銅芯電線電纜比鋁、鋁合金作為導體載流量更高、電阻率更低，在相同載流量的情況下，電纜截面積只有鋁合金電纜的0.67倍。銅芯電線電纜具有良好的拉伸性能，拉伸強度，延展性都適合現場施工，由于線徑的縮小，在橋架中敷設時彎曲性能較好，能夠滿足電纜在橋架內敷設最小半徑為外徑的15倍～20倍的要求[2]。銅導體惰性較強，活潑性低于氫元素，在接口等意外裸露部分抗腐蝕性能高。銅導體相對于鋁或鋁合金導體來說，抗蠕變性能更高，機械強度更好[3]。

普通負荷電線選用BYJ低煙無鹵導線，消防照明回路采用耐火型低煙無鹵導線。室內電纜采用YJV型電力電纜，消防電纜由于在廠房內明敷，故采用NG-A礦物絕緣柔性電纜。

2.4 生產機械設備的節能設計分析

在本次廠房中有大量的傳送設備，風機，水泵，壓縮機等設備用于日常的生產活動。

工業設備在設計中預留了電源接口，但要求設備本身應帶有變頻器和就地補償裝置，保證功率因數達到0.8，再由變壓器出線側進行電容補償。變頻器的補償原理是采用交流—直流—交流的二次整流方式，改變電源輸入的工頻電壓，使得原來50 Hz的電源頻率變為設備需要的電源頻率。變頻器應能夠配合設備在滿載、半載、空載狀態下運行。大型用電設備在啟動時采用變頻啟動，能夠大幅度降低對電網的沖擊，降低啟動電流，使得電纜、斷路器的選型變得更加經濟節能。

本次設計中還涉及了大量的通風風機、水泵等設備，除過消防設備不考慮，普通風機、水泵啟動停止頻繁，不需長期運行。根據設備設計手冊，水泵、風機類設備的功率與實際轉速的立方成正比關系[4]，因此本次設計的水泵、風機采用功率調節的方式調節流量大小，在功率調節效果受限制時才進行閥門開度調節，自動控制系統由廠家完成設計，同樣的在設備側就地進行功率因數調節補償。

2.5 光伏發電技術應用分析

近年來，光伏發電技術在建筑電氣節能領域的應用日趨成熟，太陽能作為一種清潔可再生能源[5]，是新能源開發領域的研究熱點，國家在多數地方興建了光伏發電站工程。在經濟條件，環境氣候適合的領域，許多地方政府給出了政策傾斜，本設計也引入了光伏發電技術，主要應用于室外路燈。

光伏發電技術是建立在硅基半導體PN節的光伏效應上的[6]。根據這一效應，利用硅半導體制作出的就是單晶硅太陽能板，這種太陽能板對太陽能的利用率可以達到最高20%。但是單晶硅材料造價較高，限制了產品的發展，因此市面上主流的太陽能電池板采用的是多晶硅金屬，多晶硅引入了冶金用硅，因此價格較為低廉，其太陽能利用效率最高可達15%，使用壽命較長，綜合性價比遠優于單晶硅太陽能電池板。

本次設計采用了晶絡納米硅，這是一種新型的固體材料太陽能電池板，制造工藝簡單，化學性質穩定，成本低廉，太陽能利用效率最高可達22%，這種材料正在逐步取代多晶硅電池板的市場占有率。

本工程室外園區占地面積廣，需要進行大量的園區內快車道路亮化，這些道路遠離生產生活區，只是進入園區的通道，夜間使用概率低，僅為雙車道，周邊無其余用電設施，為了節省電纜敷設的費用，本設計采用了光伏電池板加LED低桿燈、中桿燈結合的照明方案。在主要道路上采用低桿燈雙向對稱布置，在次級進出道路上采用中桿燈單側布置。蓄電池能夠保證連續工作20個陰雨天。

3 結語

隨著時代的發展，建筑節能技術將會越來越被重視，電氣能耗作為建筑能耗中的主要部分，對節能的設計要求將會越發嚴格，本文通過工程實例，對建筑電氣技能所采用的變壓器、照明系統、電線電纜工程、生產機械設備以及光伏發電技術進行了分析。為類似相關工程在今后的設計建設提供了參考經驗。