淺談高層建筑電氣設(shè)計(jì)的節(jié)能措施

秦育亮

[摘 要] 在高層建筑設(shè)計(jì)中，電氣設(shè)計(jì)是重要的組成部分，而在我國人均資源和能源相對(duì)貧乏和多數(shù)高層建筑成為高能耗建筑的背景下，節(jié)能設(shè)計(jì)更是高層建筑設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。分析高層建筑的耗能現(xiàn)狀和節(jié)能原則，并提出高層建筑電氣設(shè)計(jì)的可行性節(jié)能措施。

[關(guān) 鍵 詞] 高層建筑；電氣設(shè)計(jì)；節(jié)能

[中圖分類號(hào)] TU201.5 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A [文章編號(hào)] 2096-0603（2019）03-0188-02

隨著房地產(chǎn)市場的進(jìn)一步推進(jìn)，土地資源可謂“寸土寸金”，為有效利用土地資源，高層建筑成為新的趨勢，改善了人們居住條件，但是在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，節(jié)能方面統(tǒng)籌不夠，致使很多高層建筑成為高能耗建筑。高層建筑電氣設(shè)計(jì)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性直接影響著高層建筑的安全使用和建筑能耗，這就要求在電氣設(shè)計(jì)的過程中貫穿節(jié)能的原則，還要對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行重點(diǎn)選擇，從而實(shí)現(xiàn)高層建筑的整體節(jié)能。

一、我國高層建筑的耗能現(xiàn)狀

據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，目前我國建筑耗能占總耗能的27.8%，是世界上同緯度國家的3倍左右。其中建筑電氣耗能占用了主要份額，包括空調(diào)、水泵、照明等設(shè)備的用電耗能。高層建筑電氣系統(tǒng)耗能主要分布在以下幾方面：

（一）電能傳輸環(huán)節(jié)的能耗較大

目前高層建筑的電能輸送主要依靠供配電導(dǎo)線，繁雜的輸電線路可能導(dǎo)致傳輸過程中有功率的大量消耗，這也是電能耗損的重要源頭。

（二）照明系統(tǒng)的能耗問題

高層建筑內(nèi)的照明系統(tǒng)是耗能最為明顯的要素，主要體現(xiàn)在：照明系統(tǒng)的能源消耗情況直接影響建筑使用人群的生活和生產(chǎn)。配置失衡的照明系統(tǒng)不僅造成電能的浪費(fèi)還會(huì)影響人們的正常生活。部分高層建筑在設(shè)計(jì)和建造過程中仍然選用的是傳統(tǒng)的照明設(shè)計(jì)理念和設(shè)備，沒有考慮到未來建筑使用人數(shù)的增加、承載量的增長等問題，在后續(xù)使用過程中逐漸暴露出匹配性能差、智能節(jié)能控制管理缺乏、照度設(shè)計(jì)不達(dá)標(biāo)、能耗較大等問題。

（三）電機(jī)拖拽系統(tǒng)的能耗問題

電機(jī)拖拽系統(tǒng)相較于照明系統(tǒng)，有其智能化、人性化和服務(wù)化的一面，但卻是高層建筑電氣系統(tǒng)的另外一個(gè)“耗能大戶”。在電氣設(shè)備日常維護(hù)過程中發(fā)現(xiàn)，部分電機(jī)拖拽系統(tǒng)在運(yùn)行和維護(hù)過程中存在建設(shè)方案設(shè)計(jì)不合理、智能調(diào)度自動(dòng)化水平低、綜合維護(hù)費(fèi)用較高等問題，使電機(jī)拖拽系統(tǒng)長期處于低效率運(yùn)行狀況，是對(duì)電能資源的浪費(fèi)。

二、節(jié)能的電氣設(shè)計(jì)原則

現(xiàn)如今能源缺口日益增大，推進(jìn)節(jié)能減排勢在必行。因此，各行各業(yè)提出了節(jié)能減排的要求，綠色節(jié)能成為高層建筑電氣設(shè)計(jì)的焦點(diǎn)。為確保節(jié)能設(shè)計(jì)的有效性和針對(duì)性，應(yīng)當(dāng)遵循以下原則：

（一）實(shí)用性原則

電氣設(shè)計(jì)的首要原則就是實(shí)用性，否則電氣設(shè)計(jì)就毫無意義。保證高層建筑物的基本功能，比如保證建筑物照明的照度、色溫；保證空調(diào)的舒適性，比如溫度及新風(fēng)量；保證運(yùn)輸通道暢通無阻；保證高層建筑特殊工藝要求，比如娛樂設(shè)備的一些電氣設(shè)施的用電、辦公場所的工藝照明及特殊用電等。

（二）經(jīng)濟(jì)效益的原則

經(jīng)濟(jì)效益的原則關(guān)乎電氣設(shè)計(jì)的可操作性，在進(jìn)行高層建筑節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)關(guān)注節(jié)能設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)型，不能只關(guān)注了電氣節(jié)能而投入巨大，致使投入與回報(bào)不成比例，應(yīng)當(dāng)使節(jié)能設(shè)計(jì)所帶來的投資能夠在未來幾年的電能節(jié)約中回收回來。

（三）技術(shù)先進(jìn)原則

電氣設(shè)計(jì)要有前瞻性、創(chuàng)新性，確保高層建筑長期使用。設(shè)計(jì)中要采用最新工藝、先進(jìn)技術(shù)，淘汰老式的設(shè)備和高耗能低產(chǎn)出的設(shè)計(jì)，使建筑節(jié)能最大化，達(dá)到技術(shù)先進(jìn)的綠色節(jié)能。電氣節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)將減少電能浪費(fèi)作為著眼點(diǎn)，在明確建筑物功能的基礎(chǔ)上，研究采取何種技術(shù)先進(jìn)的技術(shù)、工藝、設(shè)備能夠達(dá)到節(jié)能效果，如合理設(shè)計(jì)節(jié)能型供配電系統(tǒng)減少電能傳輸過程中所產(chǎn)生的有功損耗、采用先進(jìn)的照明設(shè)施降低數(shù)量多、使用面廣的照明設(shè)施引發(fā)的電能消耗。

三、高層建筑的電氣設(shè)計(jì)的可行性節(jié)能措施

（一）優(yōu)化供配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

供配電系統(tǒng)是高層建筑的“心臟”，可以說是高層建筑電氣設(shè)計(jì)的核心，一個(gè)設(shè)計(jì)合理，優(yōu)化節(jié)能的供配電系統(tǒng)重要性不言而喻。為確保供配電系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，設(shè)計(jì)時(shí)要統(tǒng)籌考慮用戶的負(fù)荷性質(zhì)、用電容量、工程特點(diǎn)、系統(tǒng)規(guī)模。

1.合理選擇變電所位置

高層建筑電力負(fù)荷即為分散，而電力負(fù)載又分為對(duì)稱負(fù)載和非對(duì)稱負(fù)載，兩種負(fù)荷選取變電所的位置原則有所不同。對(duì)稱負(fù)荷要按照“中心點(diǎn)”和“對(duì)稱共圓對(duì)稱”原則選取變電所。所謂“中心點(diǎn)”是指對(duì)稱負(fù)荷繞中心點(diǎn)轉(zhuǎn)過180°后都能回到別的負(fù)荷的位置上；所謂“對(duì)稱共圓對(duì)稱”原則是指同一平面負(fù)荷群中各負(fù)荷大小相等相位間距120°于同一個(gè)圓的圓周上，那么圓心即為中心。變電所究竟設(shè)置在高層建筑的何處，不僅需要考慮樓層高低、負(fù)荷對(duì)稱與否、施工方便、經(jīng)濟(jì)等因素，還應(yīng)當(dāng)注重日常維護(hù)和使用因素。

2.減少高層建筑電氣線路上的能量損耗

高層建筑電纜線路使用量大，電纜線路的能量損耗總量巨大，因此采用多種措施減少電纜線路的能量損耗對(duì)高層建筑的節(jié)能尤為重要。減少線路損耗有三大因素：（1）線路截面是否合理。根據(jù)電阻定律，導(dǎo)線阻值與橫截面積成反比，故要增大線路截面；（2）線路材質(zhì)即電阻率是否合理，銅質(zhì)導(dǎo)線是經(jīng)濟(jì)范圍內(nèi)電阻率最合適的導(dǎo)線，應(yīng)將鋁質(zhì)導(dǎo)線換成銅質(zhì)導(dǎo)線；（3）導(dǎo)線的長度要盡可能短，根據(jù)電阻定律，導(dǎo)線阻值與長度成反比，所以在布線時(shí)要橫平豎直，不走回頭線，盡可能減少導(dǎo)線的長度。由電纜的載流表可以看出，同樣截面的YJV電纜比VV電纜載流量高15%～20%，所以在設(shè)計(jì)中要盡量選用YJV型號(hào)的電纜。

（二）照明設(shè)備的合理布置

我國每年照明用電約占全社會(huì)用電的五分之一。“改變一個(gè)燈泡，同時(shí)改變我們的思維方式，我們就可以改變整個(gè)世界。”一盞燈或許微不足道，但積少成多的能量讓我們不容忽視。同樣，照明設(shè)備的耗能也是高層建筑耗能的重要組成部分。要在保證不滿足高層建筑日常運(yùn)行需求，不降低照明質(zhì)量的條件下，最大限度地減少照明設(shè)備的耗能，綠色、高效地使用照明用電。節(jié)能設(shè)計(jì)要以下幾個(gè)方面入手。

1.合理利用自然光

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)能源和環(huán)境保護(hù)的觀念日益加深，自然光作為最環(huán)保的光源如何最大限度地利用意義重大。靠近室外的大廳和房間應(yīng)增大門窗面積，使用透光率高的玻璃。在高層建筑內(nèi)引入自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。目前應(yīng)用的方法主要有：（1）導(dǎo)光管法；（2）采光隔板；（3）反射高窗；（4）棱鏡窗。

2.高效節(jié)能光源和燈具的選用

高效節(jié)能電光源、高效節(jié)能燈具和照明控制設(shè)備等照明節(jié)能新技術(shù)產(chǎn)品使用在高層建筑中，可以降低照明負(fù)荷，提高點(diǎn)能使用率，減少對(duì)環(huán)境污染。傳統(tǒng)的白熾燈結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、使用維修方便，但發(fā)光效率低。而節(jié)能燈作為新一代比較理想的節(jié)能光源：（1）比白熾燈省電；（2）節(jié)能燈壽命較長，一般有效壽命是3000～6000小時(shí)；（3）節(jié)能燈的發(fā)光顏色比白熾燈更接近日光，光色好，且發(fā)光柔和。

門廳、走廊等場所采用采用小型的球形燈，方形的吸頂燈。在燈具選用時(shí)應(yīng)注意選用配光合理、效率高、利用系數(shù)高的燈具，優(yōu)先選用開啟式直接照明燈具。選用分布式照明，分布式照明初期投資較多，但由于燈具使用壽命長，電能節(jié)省，長時(shí)間使用費(fèi)用降低。

3.合理選用節(jié)能電器附件

一方面，節(jié)能電感鎮(zhèn)流器和電子鎮(zhèn)流器做為典型的節(jié)能電器附件，自身功耗低，可使燈的總輸入功率下降20%；另一方面，為升高線路的功率因數(shù)，可在感性負(fù)載兩端并聯(lián)適當(dāng)電容。可在每套燈具上并聯(lián)一個(gè)電容器進(jìn)行補(bǔ)償，將傳統(tǒng)日光燈功率因數(shù)均提高到0.9以上，這樣可使線路中總電流、視在功率以及無功功率都有所下降。節(jié)電器可優(yōu)化照明和動(dòng)力類電器，節(jié)能電器可清除電力垃圾，電子節(jié)能器自帶保險(xiǎn)裝置更安全，因此要合理選用節(jié)能電器附件。

（三）建筑電氣設(shè)備的節(jié)能

1.空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能

高層建筑空調(diào)系統(tǒng)的能耗所占比例較高，系統(tǒng)節(jié)能潛力巨大。傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，僅考慮安全指標(biāo)，冷熱源系統(tǒng)、能量輸配系統(tǒng)的容量都大于實(shí)際需求，既投入巨大又不環(huán)保節(jié)能。其主要內(nèi)容包括：水源充足的地方要廣泛采用水冷冷水機(jī)組，推廣使用熱泵型機(jī)組；供回水溫差的提高，低流速流體的廣泛采用可降低輸送系統(tǒng)的節(jié)能；新風(fēng)熱回收技術(shù)。采用熱回收技術(shù)，利用排風(fēng)對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱（或預(yù)冷），節(jié)約空調(diào)能耗。如夏季回收排出空氣中的冷量，再把室外的熱空氣預(yù)冷后送入室內(nèi)；冬季回收排出空氣的熱量，再把室外的熱空氣預(yù)熱后送入室內(nèi)，從而減少能量的損失，降低了空調(diào)制冷制熱空氣的能耗。

2.電梯

電梯在高層建筑中應(yīng)用廣泛，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，電梯的用電量占建筑總用電量的四分之一以上，高于照明等用電量。優(yōu)化電梯電力拖動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)行水泵調(diào)速和變頻器調(diào)速，可提高負(fù)載運(yùn)行效率，以達(dá)到節(jié)能的目的。通過能量回饋器合理回收利用負(fù)載的機(jī)械能，回饋給電網(wǎng)供其他負(fù)載使用，也可節(jié)約電能。電梯的節(jié)能效果與電梯功率、運(yùn)行速度、使用頻率、平衡系統(tǒng)有關(guān)，節(jié)能時(shí)要綜合考慮。

綜合以上分析，高層建筑節(jié)能應(yīng)在設(shè)計(jì)中精心考慮，本文分析了我國高層建筑耗能現(xiàn)狀，并從優(yōu)化供配電系統(tǒng)、有效設(shè)置高層建筑照明設(shè)施、建筑電氣設(shè)備的節(jié)能提出了可行性舉措。相信通過多措并舉，把綠色節(jié)能的理念落實(shí)到高層建筑的各個(gè)方面，定能改變我國高層建筑高耗能、單位面積能源利用率低的現(xiàn)狀，推動(dòng)我國節(jié)能減排事業(yè)，進(jìn)一步助力我國建筑行業(yè)的綠色發(fā)展，健康發(fā)展。

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編輯 陳鮮艷