建筑電氣節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)研究分析

郭雪 陳蔣科

摘? ? 要：電氣設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分重視電氣節(jié)能設(shè)計(jì)，建筑電氣節(jié)能的目標(biāo)要在建筑電氣設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)中進(jìn)行體現(xiàn)，從安全性，可靠性、經(jīng)濟(jì)性及節(jié)能效果等方面進(jìn)行綜合考慮，必要時(shí)采用方案比選，選擇合理的供配電及照明方案，選擇先進(jìn)的高效節(jié)能設(shè)備、選擇科學(xué)的控制及管理手段，最大限度地節(jié)約能耗。

關(guān)鍵詞：建筑電氣;節(jié)能設(shè)計(jì);電氣設(shè)計(jì)

1? 引言

從大量文獻(xiàn)資料表明，我國(guó)高層樓宇建筑電氣系統(tǒng)能耗遠(yuǎn)高于國(guó)外先進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家的建筑電氣能耗，國(guó)內(nèi)建筑電氣普遍存在布線不合理、供配電網(wǎng)損耗大、諧波嚴(yán)重、室內(nèi)照明舒適狀況欠佳等問(wèn)題，系統(tǒng)能耗相當(dāng)大，造成了巨大的電能資源浪費(fèi)，增加了用戶的綜合使用成本。電氣設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分重視電氣節(jié)能設(shè)計(jì)，建筑電氣節(jié)能的目標(biāo)要在建筑電氣設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)中進(jìn)行體現(xiàn)，選擇合理的供配電及照明方案，選擇先進(jìn)的高效節(jié)能設(shè)備、選擇科學(xué)的控制及管理手段，最大限度地節(jié)約能耗。

2? 建筑電氣供配電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)供電和配電系統(tǒng)時(shí)，可根據(jù)住宅小區(qū)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，分析不同住戶的要求，根據(jù)各電力設(shè)備合理規(guī)劃負(fù)荷等級(jí)水平，以最優(yōu)的、最經(jīng)濟(jì)的配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)配送發(fā)電。按照J(rèn)GJ /T 16—1992《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，建筑物的供電和配電負(fù)荷水平主要分為三種不同等級(jí)。高層住宅小區(qū)擁有很多電氣設(shè)備，根據(jù)電氣設(shè)備的功能，大致可分為三大類，即優(yōu)等電氣設(shè)備，次級(jí)電氣設(shè)備，三級(jí)電氣設(shè)備。

2.1? 高壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高層住宅小區(qū)數(shù)字化的特點(diǎn)是電氣化設(shè)備多，存在的工作量大，因此一般采用兩組電源，供電的專用、備用電源，當(dāng)電源發(fā)生故障時(shí)，主線路需要兩個(gè)不同的電力變壓器的低壓輸出電路。正常的工作秩序不能被擾亂，而且另外那個(gè)電源可以滿足供配電的需求。城區(qū)供電及監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)配電設(shè)備供電情況及相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)高壓主開(kāi)關(guān)以及變壓器主開(kāi)關(guān)進(jìn)行主要監(jiān)控。為了防止由于DDC的調(diào)試或問(wèn)題顯示帶來(lái)的影響，使用了智能數(shù)據(jù)參數(shù)輸送電力電壓值，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線輸送通過(guò)使用檢測(cè)機(jī)致電力監(jiān)控站進(jìn)行使用。

2.2? 低壓配電系統(tǒng)

高層住宅小區(qū)的低壓主接線由單母線分段操作，母聯(lián)開(kāi)關(guān)設(shè)置。手動(dòng)和自動(dòng)操作觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，同時(shí)監(jiān)測(cè)低壓配電系統(tǒng)主要采用了互相備用的兩個(gè)獨(dú)立變壓器，獨(dú)立形成一組0.4/0.23kV的電源，主配線路采用單總線分段的方法。這兩種電源可以正常工作。如果發(fā)生電源故障，觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)可以手動(dòng)或自動(dòng)操作，要求另一電源能完全負(fù)載第一、第二負(fù)載電源需要。某小區(qū)的供電配電系統(tǒng)中的配電監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和計(jì)量，只針對(duì)供電設(shè)備及配電設(shè)備中的有關(guān)裝置進(jìn)行。而高壓主開(kāi)關(guān)、變壓器開(kāi)關(guān)的分關(guān)情況，主要是由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控功能來(lái)進(jìn)行監(jiān)控的。防止由于DDC現(xiàn)場(chǎng)故障或調(diào)試的影響，通過(guò)智能功率參數(shù)傳輸功率因數(shù)、電流值、電壓值等參數(shù)，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸?shù)诫娏ΡO(jiān)控站。

2.3? 變壓器的節(jié)能設(shè)計(jì)

變壓器裝置是從輸配電開(kāi)始發(fā)展演變到成為現(xiàn)在電力系統(tǒng)不可或缺的設(shè)備，在電力系統(tǒng)中，因?yàn)橄到y(tǒng)容量很大，所以變壓器總功率約占總耗電的10%。對(duì)于高層建筑小區(qū)，變壓器的總能耗很大，變壓器損耗約占電力系統(tǒng)線路損耗的50%，電力系統(tǒng)損耗在變電站損失中占小區(qū)總耗電電網(wǎng)的60%-70%。從以下兩方面來(lái)考慮變壓器的選擇：一是節(jié)能，在選擇新變壓器容量時(shí)，應(yīng)合理考慮低損耗電力變壓器，二是既要考慮電力變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，又要最大程度防止變壓器出現(xiàn)輕負(fù)荷運(yùn)行。變壓器的有功損耗計(jì)算公式：[?P=PO+β]2Pk

變壓器節(jié)能主要采用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，即總系統(tǒng)損耗的有功損耗達(dá)到最小，能夠達(dá)到設(shè)備運(yùn)行最大經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)某小區(qū)各類用戶電力供應(yīng)形勢(shì)與供配電系統(tǒng)用電情況，合理安排時(shí)間，鼓勵(lì)低能耗、低峰值功率，使變壓器的能量損耗最大化降低，并且對(duì)線路和整個(gè)電網(wǎng)的損耗也是一種節(jié)約，最后的目的使為了實(shí)現(xiàn)節(jié)約電能。

2.4? 電動(dòng)機(jī)節(jié)能設(shè)計(jì)

電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備，在某小區(qū)中，電機(jī)全部配備其他設(shè)備，全部由設(shè)備制造商提供。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)通常容量大，所以功耗大，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示電機(jī)功耗占整個(gè)功耗的40%-60%。同時(shí)由于管理松懈，技術(shù)落后，大部分電機(jī)在輕載運(yùn)行時(shí)效率低，高能源消耗，能源浪費(fèi)特別嚴(yán)重。

對(duì)于定子繞組的電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，屬于連接的三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，為了減小電流，在啟動(dòng)時(shí)可以在連接方式和連接方式上轉(zhuǎn)換，這種方法較為簡(jiǎn)單，并且成本較低，能有效的節(jié)約電力資源，從節(jié)能效果上分析，有功功率節(jié)約20%，無(wú)功功率節(jié)約50%在其他參數(shù)不變的情況下，通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的電源頻率，就能實(shí)現(xiàn)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，隨著轉(zhuǎn)速的變化，電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速也會(huì)發(fā)生相對(duì)應(yīng)的改變，通過(guò)電源頻率的變化來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，也就是變頻調(diào)速。在實(shí)際的建筑工程中，鼠籠式電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)機(jī)的種類中占大多數(shù)，這一電動(dòng)機(jī)種類能實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)較好的調(diào)速控制，同時(shí)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速，可以起到較好的節(jié)能效果。

3? 合理配光達(dá)到節(jié)能設(shè)計(jì)

小區(qū)的照明模式根據(jù)室內(nèi)布局和環(huán)境對(duì)光線的要求來(lái)確定，并根據(jù)不同的區(qū)域所需照度值的不同來(lái)選擇合適的光源。照明設(shè)計(jì)不僅可以給小區(qū)起到照亮作用，還可以裝飾和美化小區(qū)，并且為人們提供舒適、高效的照明環(huán)境。

根據(jù)照明場(chǎng)合，設(shè)計(jì)人員大致選定燈具形式后，通過(guò)利用系數(shù)法計(jì)算燈具數(shù)量，第一步：根據(jù)照明場(chǎng)合，計(jì)算出房間面積S，初步選定燈具及電光源，查找廠家手冊(cè)，獲取燈具功率，光通量Φ，燈具效率ηD。第二步：根據(jù)照明場(chǎng)合，查詢《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50034-2004）第五章，對(duì)應(yīng)不同建筑或者房間找到照度標(biāo)準(zhǔn)值Eav。第三步：求利用系數(shù)KL。

公式表明，為了使配光效果能夠提高，可以使KL增加。通過(guò)利用系數(shù)KL與頂棚反射比、墻面反射比、地面反射比、室形系數(shù)等值有關(guān)，由于房間不能改變空間位置，所以通過(guò)改善室內(nèi)墻壁的反光能力，就能提高照明效果，改善照明。其二，可以降低發(fā)光效率，達(dá)到理想的配光效果。

4? 電氣火災(zāi)監(jiān)視與控制系統(tǒng)EF-ACS的設(shè)計(jì)

EF-ACS電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)特點(diǎn)在于漏電監(jiān)控方面屬于先期預(yù)報(bào)警系統(tǒng)。與傳統(tǒng)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)不同的是，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)早期報(bào)警是為了避免損失，而傳統(tǒng)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是為了減少損失。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)能準(zhǔn)確監(jiān)控電氣線路的故障和異常狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)電氣火災(zāi)的火災(zāi)隱患，及時(shí)報(bào)警提醒相關(guān)人員消除這些隱患，防止電氣火災(zāi)的發(fā)生。

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)EF-ACS主機(jī)和電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)控制柜安裝在消防控制室，系統(tǒng)專用不間斷電源采用UPS設(shè)備，在各區(qū)域根據(jù)配電系統(tǒng)的性質(zhì)和用途設(shè)置安裝監(jiān)控模塊，負(fù)責(zé)監(jiān)視和控制相應(yīng)區(qū)域配電系統(tǒng)的剩余電流和線纜溫度。監(jiān)控模塊ACS安裝在配電柜內(nèi)，監(jiān)控模塊之間采用RS-485專用通訊網(wǎng)絡(luò)連接！分勵(lì)脫扣斷路器與ACS模塊能連動(dòng)時(shí)，便于手動(dòng)/自動(dòng)控制.所有二級(jí)正常照明和應(yīng)急照明配電箱的進(jìn)線回路設(shè)剩余電流檢測(cè)保護(hù)，應(yīng)急照明柜中的剩余電流檢測(cè)單元要與普通照明柜中的ACS模塊相連接。

5? 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)高層智能建筑小區(qū)的氣供配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)、照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)等模塊分別進(jìn)行了詳細(xì)的分析設(shè)計(jì)，將節(jié)能的目標(biāo)在電氣設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)中都加以體現(xiàn)，更好的實(shí)現(xiàn)了電氣的整體性和電能的節(jié)約，從而節(jié)約了大量的成本，使小區(qū)經(jīng)濟(jì)化、安全化、舒適化。

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作者簡(jiǎn)介：

郭雪（1980—）女，沈陽(yáng)建筑大學(xué)（沈陽(yáng)），本科，工程師，研究方向：建筑電氣設(shè)計(jì)，建筑智能化。