建筑電氣工程設(shè)計(jì)的節(jié)能措施探析

韓 萍 （淮北工業(yè)建筑設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，安徽 淮北 235000）

0 前言

節(jié)能作為綠色建筑評(píng)估中的重要一環(huán)，在設(shè)計(jì)、施工中的重視程度日益顯著，電氣節(jié)能又是節(jié)能技術(shù)及措施中必不可少的因素。作為電氣設(shè)計(jì)人員，理應(yīng)積極學(xué)習(xí)與使用適當(dāng)?shù)墓?jié)能措施。

1 建筑電氣工程設(shè)計(jì)的節(jié)能原則

為了確保建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的有效性，在進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)遵循以下原則。

1.1 滿足功能要求

對(duì)于建筑的電氣節(jié)能設(shè)計(jì)，應(yīng)當(dāng)能夠滿足不同場所對(duì)照度、色溫、顯色指數(shù)等的照明要求，能夠滿足空調(diào)及動(dòng)力設(shè)備舒適、衛(wèi)生的要求，能夠保證一般電力用電、專用場所的特殊工藝用電等。

1.2 保證經(jīng)濟(jì)合理

應(yīng)當(dāng)關(guān)注節(jié)能設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，使節(jié)能設(shè)計(jì)所引起投資增加部分，能夠在未來較短的時(shí)間內(nèi)以電氣節(jié)能而節(jié)省的費(fèi)用方式進(jìn)行回收。

1.3 注重節(jié)約能源：

充分利用建筑物的自然采光、可再生能源（太陽能、風(fēng)力等），減少能源消耗，如線路的電能損耗、線纜的有色金屬消耗等，提高能源利用率。

綜上所述，建筑電氣設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)遵循技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、節(jié)約能源的原則。

2 建筑電氣工程設(shè)計(jì)的節(jié)能措施

民用建筑的主要用電設(shè)備有照明裝置、空調(diào)、電梯及其他動(dòng)力設(shè)備等，約占整個(gè)建筑總能耗的80%，是采取節(jié)能措施的重點(diǎn)方面。由于節(jié)能技術(shù)涉及供配電系統(tǒng)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，現(xiàn)代節(jié)能技術(shù)不僅要考慮系統(tǒng)節(jié)能和設(shè)備節(jié)能，同時(shí)還應(yīng)關(guān)注使用過程中的運(yùn)維節(jié)能。可靠、節(jié)能、智能、信息化的智能建筑電氣產(chǎn)品也成為未來發(fā)展的方向。

2.1 合理設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)

2.1.1 供電電壓選擇

根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)、用電容量、供電距離、用電設(shè)備特點(diǎn)等因素，合理設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)和選擇供電電壓，參見建筑供配電系統(tǒng)框圖。

①電壓等級(jí)越高，線路電流越小，線路損耗就越低；

②供配電系統(tǒng)應(yīng)盡量簡單可靠，減少電能損失，并便于管理和維護(hù)，同一用戶內(nèi)，高壓配電級(jí)數(shù)不宜多于兩級(jí)，低壓配電級(jí)數(shù)不宜多于3級(jí)；

③每條線路、每個(gè)配電裝置都有明確的供電范圍，不宜交錯(cuò)重迭，造成浪費(fèi)。

2.1.2 變電所設(shè)置

變電所應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心。高壓電源越靠近負(fù)荷中心，越能縮短低壓供電半徑、降低電能損耗，并且減少電壓損失、提高供電質(zhì)量。如對(duì)于大型高層建筑，負(fù)荷容量大，配電距離較遠(yuǎn)，應(yīng)提高供電電壓等級(jí)；而超高層建筑除在地下層或首層設(shè)置主變配電室外，根據(jù)負(fù)荷分布情況，可在頂層或中間層設(shè)置分變配電室。

2.1.3 變壓器設(shè)置

根據(jù)負(fù)荷情況合理選擇變壓器容量、臺(tái)數(shù)，其接線應(yīng)能適應(yīng)負(fù)荷變化，按經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原則靈活投切變壓器。

理論上，變壓器計(jì)算負(fù)載率β=50%時(shí)能耗最小，效率最高，運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)。但在建筑工程中，計(jì)算負(fù)荷和實(shí)際負(fù)荷的差值往往較大，如空調(diào)、采暖等季節(jié)性負(fù)荷，商業(yè)、辦公等時(shí)段性負(fù)荷，展演、體育等間歇性負(fù)荷，造成維持這個(gè)負(fù)載率的可能性與持續(xù)性不大。僅僅從變壓器的最小能耗考慮負(fù)載率是不可取的，只有綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益才能達(dá)到節(jié)能、節(jié)省的目的。一般取負(fù)載率在80%～85%為宜。

當(dāng)用電容量大而需要選用多臺(tái)變壓器時(shí)，應(yīng)合理分配負(fù)荷，盡可能選用大容量的變壓器，減少變壓器的臺(tái)數(shù)。分期投產(chǎn)或季節(jié)性負(fù)荷，宜采用多臺(tái)變壓器方案，根據(jù)負(fù)荷情況，可切除部分變壓器，避免輕載運(yùn)行增大損耗。

2.1.4 功率因數(shù)選擇

適當(dāng)采用無功功率自動(dòng)補(bǔ)償，提高功率因數(shù)。

配電系統(tǒng)三相負(fù)荷的不平衡度不大于15%。單相負(fù)荷較多的供電系統(tǒng)，宜采用部分分相無功自動(dòng)補(bǔ)償裝置；容量較大的用電設(shè)備，當(dāng)功率因數(shù)較低且離配變電所較遠(yuǎn)時(shí)，采用無功功率就地補(bǔ)償方式。《安徽省公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定：高壓供電的用電單位，在變壓器低壓側(cè)經(jīng)并聯(lián)電容器集中進(jìn)行無功自動(dòng)補(bǔ)償后，功率因數(shù)不應(yīng)低于0.93。由市電電網(wǎng)低壓供電的用電單位，經(jīng)并聯(lián)電容器進(jìn)行無功自動(dòng)補(bǔ)償后，功率因數(shù)不應(yīng)低于0.90。

2.1.5 導(dǎo)體截面選擇

按經(jīng)濟(jì)電流密度合理選擇導(dǎo)體截面。

一般按年綜合運(yùn)行費(fèi)用最小原則確定經(jīng)濟(jì)電流密度。對(duì)于較長輸電線路的電力電纜按經(jīng)濟(jì)電流密度初步選擇截面，以保證初期投資和運(yùn)行能耗兼顧后最經(jīng)濟(jì)。還需按長期發(fā)熱條件和電壓損失以及短路熱穩(wěn)定進(jìn)行校驗(yàn)。由于線路損耗與其截面成反比，因此在滿足載流量、動(dòng)熱穩(wěn)定、電壓損失及保護(hù)配合的條件下，還可根據(jù)情況加大一級(jí)線纜截面，以節(jié)約線纜能耗。當(dāng)線纜截面小于70mm2，線路長度超過100m 時(shí)，一般選擇增加一級(jí)線纜截面。

2.1.6 敷設(shè)安裝方式確定

①對(duì)于建筑物內(nèi)的變配電室，要充分考慮設(shè)備的運(yùn)輸及電纜的敷設(shè)通道，合理利用空間。在滿足安全距離并留有發(fā)展備用位置的情況下，減少不必要的浪費(fèi)。

②變壓器的防護(hù)等級(jí)要根據(jù)工程情況合理選擇。具有符合IP3X以上防護(hù)等級(jí)的金屬外殼的變壓器，在環(huán)境條件允許時(shí)，可以與高低壓柜貼鄰布置，減少變電所占用面積。但是，防護(hù)等級(jí)提高，變壓器的散熱條件變差、溫升提高，導(dǎo)致?lián)p耗增加、絕緣易老化，影響其壽命及使用安全。

③充分利用干線供電。如將空調(diào)、采暖等季節(jié)性負(fù)荷與等級(jí)相同的負(fù)荷用同一干線供電，便于快速切除非消防用電，還可在季節(jié)性負(fù)荷停運(yùn)時(shí)，以同樣大的干線截面?zhèn)鬏斴^小的負(fù)荷電流，減少線路阻抗，降低了線路損耗。

④電力電纜采用電纜橋架敷設(shè)時(shí)，其托盤內(nèi)電纜的總截面積不超過托盤內(nèi)橫斷面積的40%，選擇線纜截面應(yīng)考慮多股線纜間運(yùn)行散熱的相互影響而導(dǎo)致的降容系數(shù)。托盤選用孔型或梯型，以提高電纜散熱能力，減少電能損耗。

綜上，合理設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)是電氣節(jié)能的重要保證。

2.2 照明系統(tǒng)的節(jié)能

電氣照明的節(jié)能是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，不僅包括天然光的充分利用、照明方式的設(shè)計(jì)、高效照明燈具的選擇，還包括照明的控制與維護(hù)管理。

2.2.1 照明方式設(shè)計(jì)

首先確定合適的照明方式，如根據(jù)照明場所的特點(diǎn)和需要選擇一般照明、混合照明、重點(diǎn)照明等；選擇照明光源時(shí)，應(yīng)滿足顯色性、啟動(dòng)時(shí)間等要求。依據(jù)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》選擇各類建筑的不同場所的照度值，該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的照度值是經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和實(shí)踐檢驗(yàn)的，能夠滿足基本功能需要，實(shí)際設(shè)計(jì)照度與照度標(biāo)準(zhǔn)值的偏差不應(yīng)超過±10%。同時(shí)該標(biāo)準(zhǔn)中還規(guī)定了照明功率密度限值，避免無限制提高標(biāo)準(zhǔn)而造成能源浪費(fèi)。某些場所如體育場館等還有對(duì)照度均勻度、反射比等要求以提高照明質(zhì)量，此時(shí)要考慮平衡照明質(zhì)量和節(jié)能的關(guān)系。

2.2.2 高效燈具選擇

選擇燈具時(shí)，在滿足光源顏色、眩光限制和配光要求條件下，選用效率或效能高的燈具。對(duì)于熒光燈及氣體放電燈還要選擇節(jié)能型鎮(zhèn)流器。近些年興起的LED照明，亮度高、能耗小，也得到廣泛應(yīng)用。

2.2.3 合理照明控制

合理的照明控制也可實(shí)現(xiàn)節(jié)能。如對(duì)走廊、樓梯、過道等非長時(shí)停留的場所的照明燈具設(shè)置紅外控制、聲光控，實(shí)現(xiàn)人來燈開、人離燈熄；對(duì)照明房間或場所設(shè)置時(shí)鐘控制；按靠近與遠(yuǎn)離采光窗的順序設(shè)置燈具開關(guān)，以充分利用自然光等。還可采用智能照明節(jié)能控制裝置，對(duì)數(shù)量多、使用面廣的照明設(shè)施通過采用調(diào)光、控制照明時(shí)段，進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能的目的。

2.3 機(jī)電設(shè)備的節(jié)能

隨著技術(shù)的發(fā)展，建筑內(nèi)用電設(shè)備增多，為生活帶來舒適的同時(shí)，其能耗也不可小覷。

2.3.1 電氣設(shè)備

設(shè)計(jì)中應(yīng)首選低損耗的節(jié)能型變壓器。如 SCB12、SCB13干式變壓器；SCBH15、SCBH16干式非晶合金鐵芯變壓器。它們是采用先進(jìn)工藝制造的節(jié)能變壓器，減少了鐵芯的渦流損耗和漏磁損耗。其中的非晶合金變壓器為新型的節(jié)能變壓器，采用非晶合金替代傳統(tǒng)硅鋼片制造鐵芯，使變壓器的空載損耗降低70%～80%，節(jié)能效果顯著。

變頻器用于風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備負(fù)荷的場合節(jié)能是一種理想的調(diào)速控制方式，節(jié)能效果顯著。

根據(jù)負(fù)荷等級(jí)合理選用柴油發(fā)電機(jī)組、UPS和EPS電源。柴油發(fā)電機(jī)組具有機(jī)動(dòng)靈活、投資較少、啟動(dòng)方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛作為應(yīng)急/備用電源應(yīng)用在民用建筑中。UPS用于向計(jì)算機(jī)類的要求確保供電不間斷和穩(wěn)壓的重要負(fù)荷提供備用電源。EPS電源主要向應(yīng)急照明、事故照明、消防設(shè)施等一級(jí)負(fù)荷供電，較UPS投資省、壽命長、效率高。

2.3.2 動(dòng)力設(shè)備

除采用高效節(jié)能電機(jī)外，動(dòng)力設(shè)備的運(yùn)維節(jié)能是在其運(yùn)行過程中采取的主動(dòng)控制能耗的節(jié)能行為。

公共區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)，按預(yù)定時(shí)間表、區(qū)域是否有人等模式設(shè)置自動(dòng)啟停控制裝置；風(fēng)機(jī)盤管的控制應(yīng)能對(duì)室內(nèi)溫度設(shè)定值范圍進(jìn)行限制等。

電梯采用變頻調(diào)速拖動(dòng)系統(tǒng)，并能實(shí)現(xiàn)電梯制動(dòng)時(shí)呈發(fā)電狀態(tài)將電能回饋至電網(wǎng)；采用先進(jìn)的電梯控制技術(shù)，如電梯群控、轎廂無人自動(dòng)關(guān)燈、自動(dòng)扶梯感應(yīng)啟動(dòng)等技術(shù)措施。

對(duì)生活給水、排水系統(tǒng)的水泵、水箱的水位及系統(tǒng)壓力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)狀態(tài)自動(dòng)控制相應(yīng)水泵的啟停。

2.4 降低諧波危害

具有諧波源的負(fù)荷（如變頻裝置、調(diào)光設(shè)備、電子鎮(zhèn)流器等）、設(shè)備每相輸入電流不大于16A的低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流值應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范的規(guī)定。

對(duì)諧波可能超標(biāo)的用戶，應(yīng)在設(shè)計(jì)階段采取限制諧波電流的方案和措施。如：選用諧波含量低的產(chǎn)品；加裝有源/無源濾波吸收裝置；加裝動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置等。

2.5 能耗監(jiān)測(cè)與智能化

建筑物中的電氣設(shè)備的待機(jī)損耗、電開水器的反復(fù)加熱等已造成了不小的能源耗費(fèi)，因此為了合理的利用設(shè)備，節(jié)約能源，對(duì)建筑物內(nèi)的電力能耗進(jìn)行計(jì)量、分析、控制成為電氣節(jié)能的重要措施之一。

大型建筑物應(yīng)采用智能化的建筑設(shè)備自動(dòng)化管理控制系統(tǒng)。自動(dòng)監(jiān)測(cè)、控制電氣設(shè)備的使用，掌握建筑設(shè)備的狀態(tài)、能耗和負(fù)荷的變動(dòng)。通過有效的控制，如照明智能控制及維護(hù)管理、電力分項(xiàng)計(jì)量監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)、錯(cuò)峰填谷等，可達(dá)到節(jié)能的目的。

隨著建筑智能化行業(yè)的發(fā)展，近年來快速成長的BIM（建筑信息模型）、RTLS（實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)）、人工智能診斷等智能技術(shù)，都在提效、節(jié)能上發(fā)揮著重要作用。

3 結(jié)語

總之，建筑電氣設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮選擇高效率的節(jié)能設(shè)備，應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)，按照節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并加強(qiáng)用電單位的節(jié)能管理和個(gè)人的節(jié)能意識(shí)，從而在為人們提供健康、舒適、安全的居住、工作和活動(dòng)空間的同時(shí)最大限度地節(jié)約自然能源，保護(hù)環(huán)境。