淺談高層建筑電氣系統節能技術

袁 紅

（1.長春建筑學院，長春 130011；2.吉林省恒翊機電工程有限公司，長春 130012）

近年來，隨著我國社會經濟的快速發展和城市化的不斷加快，我國建筑業迎來良好的發展契機，建筑工程數量顯著增加。其中，高層建筑在建筑項目中所占的比重越來越大，在土地資源日漸緊張的今天，高層建筑已然成為最為理想的建筑類型。但是，與其他建筑類型相比，高層建筑電氣系統規模更加龐大，組成更加復雜，能耗也相應增加。特別是隨著建筑樓層的不斷升高，電氣線路、電氣設備運行過程中產生的損耗更為嚴重，如何提升高層建筑電氣系統節能效果，已經成為建筑業亟待解決的重要問題。

1 高層建筑電氣系統概述

1.1 高層建筑電氣系統組成

高層建筑電氣系統集成了供配電系統、照明系統、空調系統、動力系統以及消防系統等，這些系統都是現代高層建筑中不可缺少的組成部分[1-2]。隨著能源的日漸匱乏以及綠色環保概念的推廣和普及，現代高層建筑也將朝著節能環保的方向發展，許多新型的綠色能源技術，如太陽能供電、潮汐能等也將滲透到高層建筑中，高層建筑電氣系統的整體規模也會由此而變得更為龐大。

1.2 高層建筑電氣系統能耗分析

高層建筑電氣系統能耗與高層建筑的自動化水平息息相關。高層建筑電氣系統建設的目的是保持建筑內部的智能化[3-4]。特別是隨著電力電子技術、計算機技術、人工智能技術以及現代控制技術的快速發展，建筑電氣系統的復雜程度不斷提升，電氣系統的能耗也與日俱增。

2 高層建筑電氣系統節能技術存在的問題

2.1 變壓器的節能問題

變壓器是高層建筑電氣系統中用于電能切換的關鍵設備，也是電能分配和調度的核心電氣設備。高層建筑中變壓器運行中電能的損耗占到了整個配電系統中電能損耗的一半以上，造成大量能源在無形中流失。在許多高層建筑的設計中，變壓器的選擇需要考慮有功負荷能力和負載容量。但是，對于這種計算和選擇方式，人們存在較大的誤區，變壓器長期在滿負荷狀態下運行，不僅不能降低能源損耗，也很難達到預期的能源轉換效率。選擇變壓器時，人們必須從技術、經濟、運行狀態等多個角度出發，以充分發揮變壓器的負載能力和運行效率為原則，合理選擇變壓器型號。同時，還需要考慮變壓器的運行環境、運行方式等，降低外界因素引起的電能損耗。

2.2 供配電線路的節能問題

供配電線路是維持高層建筑電氣系統正常運行的關鍵，合理的供配電線路設計將帶來良好的節能效果，不合理的線路布局將直接導致有功功率的大量消耗。在高層建筑的設計中，需要應用多種型號的供配電導線和電纜，隨著機電設備的不斷增加，高層建筑電氣系統能源需求顯著提升，供配電線路設計不合理、線路擴展性不足，必然會造成大量供配電線路長期處于低效工況狀態，這不但降低了高層建筑的綜合服務水平，而且給用戶增加了額外的用電負擔[5-6]。因此，在高層建筑的施工設計之初，就需要加強對供配電線路的關注和重視，注意線路敷設的合理性、線路的截面型號、線路的負荷及擴展能力等，最大程度地保證線路的運行效果，降低線路上的能源損耗。

2.3 照明系統的節能問題

照明系統首先應以滿足室內光照效果為首要目標，其次要營造溫馨舒適的內部環境，為用戶帶來適宜的居住和工作環境。但是，在實際的規劃和建設過程中，也有一些設計盲目地追求光照效果，導致照明系統消耗能源非常高，許多高層建筑照明燈具和光源選擇不合理，照明范圍的不合理，智能控制和調節技術的應用不科學，成為高層建筑能源無端消耗的重要原因。例如，為控制建筑照明系統建設成本，許多施工企業在建筑內部大量安裝白熾燈。白熾燈在使用過程中無法提供足夠的光照，其消耗的電力更是達到了節能燈的幾倍甚至十幾倍。在實際設計和規劃過程中，高層建筑的照明系統必須本著合理、規范、節能的標準實施相關作業，在保持正常室內照明效果的基礎上，優化照明燈具、光源、照明控制，以節約更多的電力能源[7-8]。

3 高層建筑電氣系統節能技術的分析

3.1 變壓器的節能技術措施

3.1.1 確定變壓器負載的經濟分配

高層建筑中通常有多臺變壓器同時運行，負責為各樓層供電。在用電負荷總量不變和變壓器運行方式不變的情況下，各變壓器負荷量的分配差異也會導致功率損耗出現較大的懸殊。因此，確定變壓器負載，對變壓器總負載進行合理分配，能夠顯著降低變壓器的能源損耗問題。人們應該對各變壓器的工作情況進行全面的分析和評估，按照變壓器的實際特點調整各變壓器的負載量，確保各變壓器在最佳的運行條件下，使總有功功率損耗和無功功率損耗始終維持在系統的最低值，以達到降低變壓器能耗的目的。

3.1.2 確保變壓器三相負荷平衡

變壓器三相負荷不平衡會導致三相壓差過大，進而出現負序電壓，使變壓器輸出電壓發生波動，從而影響到電壓質量和供配電系統的整體安全性。變壓器中某相繞組負荷電流過大，會造成繞組銅損增大，變壓器電力損耗也隨之增加。三相負荷的不平衡還會造成變壓器內部零部件發熱甚至燒毀，帶來巨大的安全隱患。因此，在高層建筑電氣系統設計過程中，必須要對變壓器的電力負荷進行全面的分析和統計，針對供配電系統的線路布局，設計高效、經濟的最佳方案，保持變壓器運行時三相負荷的基本平衡，避免三相負荷差異過大引起能耗過高。而在后期維護過程中，必須加強對變壓器、線路的檢查和檢測，對不合理的運行工況及時進行調整，保持電壓的正常水平。此外，在高壓網絡上要設立單相變壓器，使用無功補償和消諧裝備，以提高供配電系統的功率因數，確保高層建筑電氣系統的穩定運行。

3.2 供配電線路的節能技術措施

高層建筑供配電線路上的電能損耗在整個電氣系統電能損耗中占比非常高，供配電線路節能技術的應用至關重要。高層建筑供配電線路節能的技術應用，一定要綜合權衡和分析工程實際情況，采取合理的節能降耗措施，減少線路上的電能損耗，確保電能運送質量。

在高層建筑電氣系統設計上，要盡量控制線路總長，適當減少線路的長度，以實現能源損耗的降低。在電力運輸過程中，電力的損耗是在所難免的。供電線路越長，電力的損耗越大。因此，在實際設計時，一定要盡量將變配電所設置在靠近負荷中心的位置，并且靠近建筑物的強電豎井部位，以最大限度地縮短配電線路的供電距離，減少線路中的電能損耗。

增大線纜的截面，也能有效降低損耗。高層建筑電路設計不可避免地會遇到機電設備距離配電系統較遠的情況，此時應在滿足線路基本電流和電壓的基礎上，選擇大一級的線纜截面。此外，供電點距離較遠且無功功率需求較大的供電設備，除了應用上述幾種方法之外，還可以采取無功補償措施減少線路上無功傳輸的損耗，確保電氣設備的高效運行，同時達到節能降耗的目的。

3.3 照明系統的節能技術措施

3.3.1 選用高效節能燈具

在高層建筑照明系統的設計中，亮度是首要考慮的因素，但是光照營造的室內環境也必須予以重視。因此，要將高層建筑照明系統各類光源進行綜合搭配，將不同光源的優缺點進行互補，真正發揮照明系統的功能價值。

對于高層建筑的辦公場所，可以選用熒光燈和LED球泡燈，這兩種燈具的合理搭配能最大化地保證照明區域亮度，同時起到節能效果。而LED球泡燈耗電量較低，光衰小，使用壽命更長。對于室外照明，可以選用LED泛光燈，這類燈具的特點在于使用持久，燈光照射距離更長，同時便于拆卸和安裝。此外，設計人員在燈具選擇上，除了使用節能燈具外，還需要充分利用自然光，盡量依靠自然光滿足室內照明效果，而在走廊、通道和大廳等區域依靠節能燈具實現照明效果，減少對電力能源的依賴。

3.3.2 優化照明控制方式

照明控制方式的合理選擇也能對電力節約起到不俗的效果。許多高層建筑照明的系統設計盲目追求亮度和照明效果，而忽略了照明控制部分，這就導致許多照明設備在亮度較高時開啟，從而導致大量能源的浪費。高層建筑的照明控制方式較為多樣，如聲控、光控和紅外線控制等，這些都是較為理想的照明控制方式。在白天室內照明條件良好的情況下，照明光源在光控模塊的作用下，能夠及時關閉，減少照明設備的能源消耗。而在陰雨天氣，室內照明效果不良的情況下，控制系統在接受光控模塊反饋信息后開啟照明設備，保持足夠的室內亮度。隨著科學技術的不斷發展，大量新型照明控制方式不斷得到研發和應用，極大地提升了設備照明設備控制的合理性和科學性。在實際設計過程中，應該積極進行引入和應用新技術，增強照明系統的智能性，減少照明系統的能源消耗。

4 結論

高層建筑電力系統規模龐大，系統組成非常復雜，系統運行過程中消耗的能源巨大。因此，在高層建筑電力系統的設計及施工過程中，要充分考慮高層建筑電力系統節能技術的運用，充分利用先進節能技術，對供配電變壓器、供配電線路、照明系統等高能耗系統進行改進和優化，減少不必要的能源消耗，提高系統的運行質量和運行效率，在滿足用戶對高層建筑室內環境舒適性要求的基礎上實現電氣系統的高效低耗、節能環保，為可持續發展戰略的實施提供可靠保障。