超高層建筑電氣設計節能探究

陳曉盟　李坦

摘要：隨著中國城市化進度的突飛猛進，超高層建筑的數量也在急劇增加。由于超高層建筑樓層多、人員密集、負荷相對較大，對于電氣設計中的節能要求更高。

關鍵詞：超高層;電氣設計;節能技術

超高層電氣設計原則主要包括節能性和安全可靠性。

針對節能性原則而言，隨著發展與生態之間的矛盾日益激烈，環保節能已經成為我國社會發展的方向和趨勢，因此超高層建筑電氣設計也需要遵循節能原則。除節能建筑表面上減少電能外，燈具可以采用節能熒光燈，水泵、空調風機等可以采用合理的變頻控制設計，進一步提高節能效果。

而針對安全可靠性原則來說，在設計過程中，不僅需要注意電氣安全，而且還需要保證建筑物供電的可靠性。優先考慮將電氣系統變配電房設置在樓宇中央的位置，以減少電量的損耗。同時還可以設置柴油發電機組，保障整棟建筑的持續供電。

1 建筑變配電房設置節能原則

1.1 變配電房位置的選擇：建筑高度高是超高層建筑最主要的特點，設計人員必須重點考慮電氣設計的供電半徑。低壓出線柜到末端配電箱的最佳長度應該控制在120米以內，最遠不宜超過150米，同時還需滿足壓降的要求。150米以上的超高層建筑宜在上部避難層設置相應變配電房供150米以上建筑用電，以控制供電距離，減少線纜上的損耗。因此避難層除應滿足避難區域面積、設備機房等條件外，還應考慮變配電房設置的條件。

1.2 變壓器的經濟運行：分析計算變壓器經濟運行，常用的技術參數有四個：空載電流、空載損耗、短路電壓及短路損耗。空載損耗及短路損耗主要反應變壓器的有功損耗，空載電流及短路電壓反應變壓器的無功損耗。根據變壓器有功損失和損失率的負載特性，當變壓器的銅損耗等于鐵損耗時，變壓器的損失率達到最低。一般變壓器的鐵損耗/銅損耗=1/4～1/3之間，由于變壓器的鐵損耗是由設備出廠確定，我們可以通過調整負載使銅損耗盡可能的等于鐵損耗，最低損失率大體發生在變壓器負載率為0.5～0.6時。因此負荷計算選擇變壓器時，應將變壓器的負載率盡可能控制在0.5～0.6?？紤]到變壓器實際運行時計算有功負荷會有所下降，在工程設計中變壓器負載率一般會控制在0.65～0.85。

1.3 變壓器的選擇：在滿足國家規范及供電行業標準的前提下，優先選用節能型變壓器（如：SCR（B）H13等型），節能型變壓器具有損耗低、重量輕、噪音低、效率高、抗沖擊、節能顯著特點。

2 建筑物設備的節能原則

在超高層建筑中主要用電設備包括：通風空調系統、給排水系統、電梯系統、建筑物能耗監測及建筑設備監控管理系統等。

2.1 通風空調系統：在超高層建筑中，中央空調系統電能消耗約占建筑物總電能消耗的50%，且空調負荷屬于季節性負荷，采用獨立變配電房供電更加合理和節能;中央空調系統中冷凍主機、冷凍泵、冷卻泵等宜采用變頻設備，能隨季節氣溫變化自動調節負載從而降低輸出有功負荷達到節約電能的效果。

2.2 給排水系統：給水系統可以通過對水箱不同液位的監測自動控制啟停給水泵，避免水資源的浪費。另外可以設置恒壓變頻給水系統控制，由壓力測量變送器測量水管出口壓力，控制水泵的啟停，調節給水泵的轉速，以保持供水壓力的恒定。

排水系統可以根據集水井高低液位，超高、超低狀態報警，自動控制相應排水泵的啟停，監視水泵的運行、故障及手/自動狀態。

2.3 電梯系統：電梯采用群控控制方式，控制電梯運行狀態、故障報警、樓層顯示。當人員流動量不大時，將閑置客梯停止運行，關閉燈和風扇、限速運行，進入節能運行狀態;當人員流動量增大，陸續啟動閑置客梯;電梯宜選用無齒輪電梯、能源再生電梯等高效節能電梯。

2.4 建筑物能耗監測及建筑設備監控管理系統：

2.4.1 能耗監測系統是對公共區域分項能耗計量裝置，采用遠程傳輸等手段及時采集能耗數據，實現重點區域能耗在線監測、動態分析功能的硬件系統和軟件系統。其中，分類能耗主要是指如：用電量、用水量、用氣（汽）量等。分項能耗是指根據各類能源的主要用途劃分進行采集和整理的能耗數據，例如，電量分項能耗應當包括：照明插座用電、空調用電、動力用電、特殊用電。

2.4.2 在各變配電所低壓配電柜內各個用電主（備）回路設計量點。在地下室及各單體樓層內動力、照明、水泵、電梯等現場設置總配電箱計量點，預留通訊端口。

2.4.3 能耗數據采集方式包括人工采集方式和自動采集方式。通過人工采集方式采集的數據包括建筑基本情況數據采集指標和其它不能通過自動方式采集的能耗數據，如建筑消耗的煤、人工煤氣等能耗量。通過自動采集方式采集的數據包括建筑分項能耗數據和分類能耗數據，由自動計量裝置實時采集，通過自動傳輸方式實時傳輸至數據中心。

2.4.4 數據中心接收并存儲其管理區域內監測建筑的能耗數據，并對其進行處理、分析、展示和發布。

2.4.5 能耗監測系統以計算機、通訊設備、測控單元為基本工具，為公共建筑的實時數據采集、開關狀態監測及遠程管理與控制提供了基礎平臺。它可以和檢測、控制設備構成任意復雜的監控系統。

2.5 電動機的節電措施：

交流電動機通過控制其端電壓、轉速、轉矩、功率因數、傳動效率節能。直流電動機通過控制其輸出轉矩、電壓、速度節能。

異步電動機采用調壓節能措施時，需經綜合功率損耗、節約功率計算及啟動轉矩、過載能力的校驗，在滿足機械負載的條件下，使調壓的電動機工作在經濟運行范圍內。在安全、經濟合理的條件下，異步電動機宜采取就地補償無功功率，提高功率因數，降低線損。

在新建項目中，應選擇高效節能的電動機。當系統短路容量或變壓器容量相對較小時，大容量交流異步電動機宜采用恒頻變壓軟啟動器啟動，改善啟動特性。在電動機空載或輕載時可根據功率因數的大小，控制導通角，提高功率因數，達到節電效果。

3 建筑物照明設備的節能原則

3.1 照明設計節電的方法有：

3.1.1 減少點燈時間。加強管理工作，在無人使用時，應能及時關燈;增設照明燈的開關，每個照明開關控制燈的數量不要過多;應盡量采用調光器，定時開關、節電開關等控制電氣照明;室外景觀照明系統為防止白天亮燈，可采用光電控制器代替照明開關。

3.1.2 減少供電線路的損失。照明電源線路應盡量采用三相四線制供電，來減少電壓損失，三相照明負荷應盡量對稱;選擇功率因數高的鎮流器，以減小線路損失;應當使電氣照明的工作電壓保持在允許的電壓偏移范圍之內，在采用氣體放電光源較多的場所，應采用補償電容提高功率因數。

3.1.3 采用高效光源、燈具。按工作場所的條件，采用不同種類的高效光源：不宜采用效率低于70%的燈具，一般裝有遮光柵格的燈具效率不宜低于55%;合理選用非對稱光分布燈具改善視覺條件，獲得較高的效能;選用變質速度較慢的材料，以減少光能衰減率。

3.1.4 選用合理的照明方案。當條件允許時，在有空調設施的房間應采用照明空調組合系統;根據使用場所的不同，分區設置一般照明和混合照明。應嚴格控制照明用電指標，優選光通利用系數較高的照明設計方案，不允許采取降低推薦照度來節能。

4 結語

總之，在超高層建筑電氣系統中，最為核心的節能部分就是變配電房位置選擇、空調系統的運行、照明系統控制等。通過對以上這些方面的合理設計和選擇，才能有效節約電能的損耗。

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