對建筑電氣設計中變壓器節(jié)能問題的分析

高固平

摘要：建筑行業(yè)屬于能源消耗大戶，變壓器是建筑電氣系統(tǒng)中的核心組成部分，是能源損耗的關鍵設備，因此，在建筑電氣設計中，需要切實做好對變壓器節(jié)能問題的分析和研究，采取可行的節(jié)能措施，降低電能損耗，提升電氣系統(tǒng)整體的節(jié)能效果。建筑領域中能源消耗巨大，所以節(jié)能工作就更為重要。雖然目前電氣節(jié)能體系已經(jīng)滲透到電氣生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)之中，但如何從細節(jié)上進行深度優(yōu)化仍是關鍵問題，對系統(tǒng)整體運行有著深遠影響。因此為了更好地發(fā)揮建筑電氣節(jié)能功效，就要做好預期的方案設計，優(yōu)化資源布局，采用更加先進的節(jié)能方案，保證節(jié)能效果達到預期需求。

關鍵詞：建筑;電氣設計;變壓器;節(jié)能問題;分析

引言

在可持續(xù)發(fā)展理念的貫徹過程中，為了能夠緩解社會經(jīng)濟發(fā)展與能源短缺問題之間的矛盾，需要各個行業(yè)做好節(jié)能降耗工作，作為傳統(tǒng)能源消耗大戶的建筑行業(yè)也不例外。在建筑工程電氣系統(tǒng)中，變壓器的電能損耗占據(jù)了總能耗的 40%～50%，電氣設計人員需要高度重視變壓器的節(jié)能設計，從電氣系統(tǒng)的實際情況出發(fā)，對變壓器的容量和型號進行選擇，并配合先進的技術(shù)手段對電氣系統(tǒng)的整體節(jié)能效果進行強化。

1 建筑電氣設計中節(jié)能技術(shù)的重要意義

可持續(xù)發(fā)展的理念在我國已經(jīng)逐漸深入人心，節(jié)能技術(shù)的應用也越來越受到重視，節(jié)能技術(shù)已逐漸成為國際上的熱門話題之一。但在具體建設過程中，存在較為嚴重的資源浪費現(xiàn)象。為此，有關部門應加強節(jié)能技術(shù)研究，并在電氣設計中全面推廣應用。

1.1 保障建筑物安全可靠的運行狀態(tài)

為保證建筑物的安全可靠運行，電氣設備的布置應引起高度重視。裝置在使用過程中，如果先前的電氣設計不符合工作要求，就會造成能源的嚴重浪費，影響建筑物的整體運行。為此，設計人員應采取正確、有效的措施，合理地應用節(jié)能技術(shù)，提高電氣設計的質(zhì)量和水平。同時要降低能耗，保證建筑安全可靠地運行，為人們創(chuàng)造良好的居住環(huán)境。

1.2 ?提高生活質(zhì)量以及環(huán)境質(zhì)量

如今，大部分建筑都安裝有許多電器設備。裝備耗能大、耗電多，對環(huán)境影響嚴重，直接影響人們的生活質(zhì)量。設計人員應采取有效措施，采用先進的節(jié)能技術(shù)，努力降低能耗。在當前的電氣設計中，必須提高風能、太陽能等清潔能源的利用率，滿足人們的實際需要，創(chuàng)造一個良好的生活環(huán)境。

2 建筑電氣節(jié)能設計的基本要求

2.1 ?節(jié)能需滿足建筑物的功能

對于建筑電氣節(jié)能方案來說，技術(shù)人員最應當考量的因素就是如何完成設備的電能安全，只有確保建筑電氣設備穩(wěn)定可靠，才可以發(fā)揮出預期效用，為用戶提供舒適的體驗環(huán)境。此外，還應當全面測定建筑電氣設備的性能指標，保證設備運行時能夠同設計方案相匹配。

2.2 ?節(jié)能需滿足建筑物的實際經(jīng)濟效益

從建筑電氣節(jié)能發(fā)展來看，技術(shù)人員要將實際需求同經(jīng)濟目標相結(jié)合，圍繞經(jīng)濟效益做好節(jié)能方案設計，確保建筑電氣系統(tǒng)不僅能達到節(jié)能目標，還能為企業(yè)創(chuàng)造最大化的經(jīng)濟收益，為國內(nèi)建筑電氣領域的穩(wěn)步發(fā)展奠定基礎。從實際設計環(huán)節(jié)來說，不能只將關注點放在節(jié)能方案的數(shù)據(jù)指標上，還需要充分考量成本投入，綜合評定方案的合理性。由此來說，承擔建筑電氣方案設計的工作人員在完成具體工作過程中，應充分考量各項因素，選取最優(yōu)材料，保證建筑電氣系統(tǒng)整體資金分配的合理度。從建筑方面來講，應當保證電能穩(wěn)定度、用戶舒適感以及運行效率等指標達到標準，首先要保證基礎的照明系統(tǒng)符合設計需求，且各項運行參數(shù)均能滿足規(guī)定，同時建筑質(zhì)量和內(nèi)部環(huán)境直接關系到用戶是否具有良好的生活環(huán)境，因此也需要重點考量。為保證建筑樓梯和通道布局合理，要選取最佳路徑方案。對于部分特殊建筑來說，還要為其提供專屬設計，例如酒店環(huán)境中應當進一步完善電力運行管理系統(tǒng)。

2.3 ?節(jié)能需減少無謂的能量消耗

建筑電氣的節(jié)能方案應當根據(jù)能源消耗情況綜合分析，確保建筑電氣系統(tǒng)運行時，能夠消除不必要的額外能耗，提高能源使用率，將節(jié)能理念真正落實到位。實際設計電氣節(jié)能方案過程中，要充分考量不同階段的電氣消耗度，全面掌握電氣裝置的各項參數(shù)性能，對電氣裝置運行中出現(xiàn)的冗余環(huán)節(jié)進行優(yōu)化。例如選用合理方案盡量優(yōu)化電能輸送過程中的額外耗損，或?qū)匣€路進行改善，提高線路效率。不僅如此，還需要采用高效的光控技術(shù)，提升照明系統(tǒng)性能，達到降低能耗的目標。

2.4 ?滿足環(huán)境保護的先進性原則

開展建筑電氣系統(tǒng)的節(jié)能設計，需要緊緊圍繞綜合效用和轉(zhuǎn)化率兩個標準展開，同時結(jié)合環(huán)境要求、經(jīng)濟效益和技術(shù)水平等方面構(gòu)建起行之有效的設計方案。通過對各項參數(shù)精確測定，選取最佳設備和控制體系，在不加大成本投入的基礎上盡可能優(yōu)化節(jié)能性能。

3變壓器節(jié)能措施

3.1 設備選型

建筑電氣設計中，設計人員需要結(jié)合電氣系統(tǒng)中用電設備的實際需求，對變壓器的型號進行選擇，在保證電能輸出穩(wěn)定的基礎上，選擇具備良好節(jié)能效果的變壓器設備。對照我國現(xiàn)行標準，S13 以上型號的變壓器都屬于節(jié)能型變壓器，在能效等級與能效限定值等參數(shù)指標方面都能夠很好地滿足節(jié)能降耗要求。對市面上現(xiàn)有的變壓器設備進行分析可知，節(jié)能效果最為理想的變壓器產(chǎn)品是超導變壓器和非晶合金變壓器。非晶合金是一種非晶態(tài)材料，特殊的結(jié)構(gòu)賦予了其突出的軟磁特性，由其制作的變壓器在運行中能夠有效減少電能損耗。對比傳統(tǒng)變壓器，非晶合金變壓器的空載損耗僅為 20%～40%，節(jié)能效果十分明顯。但是，非晶合金變壓器成本較高，要將其應用到建筑電氣系統(tǒng)中，必須考慮經(jīng)濟性，做好采購成本、運行成本和節(jié)能效果的全面分析，不能盲目選擇。

3.2 容量選擇

設計人員必須對照建筑工程電氣系統(tǒng)的荷載等級，對變壓器的容量及數(shù)量進行選擇，在充分滿足電氣系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行要求的前提下，促進容量設計經(jīng)濟性的提高。從實際操作的角度，若建筑工程電氣系統(tǒng)為三級負荷，可以只配備 1 臺變壓器，若系統(tǒng)負荷達到二級或以上，需要至少配備 2 臺變壓器。同時，需要結(jié)合建筑功能，做好動力負荷與生活負荷的合理區(qū)分。這樣，才能最大限度地保障電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。若建筑電氣系統(tǒng)中存在不同計量等級的負荷，需要分別對變壓器進行設計，若用電負荷處于關鍵節(jié)點，還必須設置專門、獨立的變壓器來保證供電穩(wěn)定。確定變壓器的數(shù)量后，設計人員可以借助總擁有費用 （Total Owning Cost，TOC）法等計算方法計算變壓器的經(jīng)濟容量，盡可能減少其空載損耗，提升節(jié)能效果。

3.3運行優(yōu)化

確定變壓器的類型、臺數(shù)和容量后，一般還會留出相應的安全余量來應對可能出現(xiàn)的安全隱患，而這種防范措施會引發(fā)變壓器容量偏大的問題。另外，建筑電氣系統(tǒng)運行中，用電負荷會在一定范圍內(nèi)波動，要求設計人員能夠?qū)ψ儔浩鞯倪\行方式進行優(yōu)化，避免變壓器輕載或過載而引發(fā)的電能損耗。可以依照建筑工程項目的規(guī)模和功能特點確定其對供電穩(wěn)定性的實際需求，優(yōu)化變壓器配置，確定科學、經(jīng)濟的變壓器運行方式，減少能源損耗。

3.4合理選擇節(jié)能變壓器

首先，在節(jié)能變壓器的選擇上，需要分析變壓器的有功損耗。從變壓器的空載損耗來看，其則是常出現(xiàn)的一種損耗方式，也就是人們常說的“鐵損”。從引起該種損耗方式的因素來看，則是因為鐵芯渦流與漏磁所引起的。因此，該種損耗方式所引起的損耗值與變壓器的負荷大小并無關系，而是受變壓器鐵芯材料、制造工藝等因素的影響。所以，在建筑電氣節(jié)能設計工作開展的過程中，需要結(jié)合建筑物的具體情況來選擇節(jié)能變壓器，從而降低變壓器的空載損耗。其次，在選擇節(jié)能變壓器時，也需要考慮到變壓器的有載損耗，也就是人們常說的“線損”，其受到變壓器繞組的電阻大小、實際負荷率的影響比較多，尤其是繞組的電阻值越大所產(chǎn)生的線損更大。因此，在具體設計的過程中，設計人員需要選擇電阻值比較小的材料來進行繞組，目前銅芯則是最為節(jié)能的繞組材料。另外，經(jīng)實踐證明，變壓器的復雜率也會影響變壓器的線損，當負載率處于 50% 時，可以使得變壓器的線損處于最低狀態(tài)，然而此時變壓器的鐵損比較多，這就難以發(fā)揮出良好的節(jié)能效果。所以，對于節(jié)能變壓器的選擇，則需要將變壓器的負載率最好控制在 75%～85% 之間，以此來全面發(fā)揮節(jié)能變壓器的效果。最后，在選擇變壓器的過程中，設計人員需要遵循節(jié)能經(jīng)濟的原則，然后嚴格依據(jù)建筑物電氣設備的實際需求來選擇變壓器的容量，并確定變壓器的實際使用臺數(shù)，以此來發(fā)揮最佳的節(jié)能效果。

4 建筑電氣設計中節(jié)能技術(shù)的應用

4.1 ?電氣節(jié)能技術(shù)在建筑工程照明系統(tǒng)中的應用

對建筑項目來說，照明系統(tǒng)自身就發(fā)揮著十分重要的作用，具體應用時，因為照明系統(tǒng)設計不當導致的能源耗損問題比比皆是。對此，有關工作人員在完成照明系統(tǒng)設計方案的過程中，需要以節(jié)約為基本標準，從而選用更適合的電氣節(jié)能技術(shù)。整體設計階段，需要著重分析環(huán)境中光源情況，結(jié)合成本投入和功能要求綜合分析，確保照明方案的適用性。具體環(huán)節(jié)中要對照明系統(tǒng)的燈具型號和開關位置進行合理調(diào)整。如果環(huán)境中自然光照時間充足，就需要對照明系統(tǒng)進行全面調(diào)整，防止出現(xiàn)不必要的能源損耗。對于設計公共空間的照明系統(tǒng)來說，在特定情況中應選用集中照明模式，在源頭上把控好資源消耗。不僅如此，對于部分大規(guī)模建筑項目來說，實際對照明系統(tǒng)進行節(jié)能優(yōu)化時，要全面分析機電裝置、給排水系統(tǒng)等，從而有效解決能源消耗過度的問題。

4.2 ?電氣節(jié)能技術(shù)在供配電系統(tǒng)的應用

供配電系統(tǒng)是建筑電氣運行中必不可少的一環(huán)，其設計方案的合理性直接關系到節(jié)能效果。整體來說，供配電系統(tǒng)要朝著簡潔高效的趨勢發(fā)展，便于進行維護檢修操作。第一，設計供配電系統(tǒng)方案需要結(jié)合具體的電能消耗數(shù)據(jù)，做好實地勘測，掌握用戶分布情況，根據(jù)對應的供電距離綜合分析。第二，系統(tǒng)方案中的電纜線路要科學布置，盡可能避免使用迂回結(jié)構(gòu)，同時導線截面應根據(jù)電流指標和經(jīng)濟效益共同標定。若線路距離過長，就要適度提高截面數(shù)值，以此保證經(jīng)濟收益最大化。第三，對于供配電系統(tǒng)運行來說，電流參數(shù)差值較大，一部分可能臨界或超出額定范圍，而另一部分則相對較低。面對這一情況，可能會造成經(jīng)濟效益不高以及能源損耗過大的問題。所以，應確保供配電設計方案盡可能達到平衡點，滿足節(jié)能要求。

4.3 ?電氣節(jié)能技術(shù)在空調(diào)系統(tǒng)的應用

從電氣節(jié)能優(yōu)化過程來看，需要提高空調(diào)系統(tǒng)的重視程度。空調(diào)運行時所消耗的能源可以占到總能耗的一半以上。所以，應選取合理的設計方案，確保空調(diào)消耗處在合理范圍。進行建筑方案設計時，通常嚴格控制建筑結(jié)構(gòu)，確保不出現(xiàn)凹凸不平等問題，盡可能選用圓形或方形結(jié)構(gòu)。如果室內(nèi)空間中的自然光照充足，就可以減少窗戶面積，以此來優(yōu)化空調(diào)荷載。為進一步優(yōu)化建筑性能，還需要保證材料最優(yōu)，并平衡建筑內(nèi)部參數(shù)，更好地提高節(jié)能水平。

結(jié)束語

在建筑電氣設計中，要最大限度地提升節(jié)能效果，設計人員必須結(jié)合建筑本身的功能需求以及電氣系統(tǒng)的運行特點，對變壓器進行合理選擇，確定最佳的變壓器運行方式，通過提高功率因數(shù)、設置無功補償設備以及抑制諧波的方式，盡可能減少變壓器運行中的電能損耗，提升變壓器運行節(jié)能效果，以此來確保建筑電氣設計目標順利實現(xiàn)。

參考文獻

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