建筑供配電線路的節能設計

尹承民 石橫特鋼集團有限公司房產公司電氣工程師

從能源發展和利用的角度來看，我國既是能源生產大國，也是能源消耗大國。改善供配電設計思路，注重節能設計，能很好地控制電能損耗，在保證用電安全和用電質量的基礎上，更好地節約電能。

1 建筑供配電線路節能設計的重要性和原則

1.1 重要性

建筑行業一直是能耗大戶，受到結構設計不合理、建筑供配電線路設計不規范等因素的影響，很多建筑企業開始應用節能設計，將節能設計理念融入建筑供配電線路設計中，通過高效率、低成本的設計理念提升能源的利用率。建筑供配電線路是建筑設計的重中之重，加強節能技術和節能設計理念的應用，契合時代發展要求，是實現建筑行業可持續發展的前提[1-2]。

1.2 原則

建筑供配電線路節能設計是一項非常復雜的工作，涉及的內容比較多，在具體設計中應當嚴格遵循以下原則。第一，滿足建筑工程使用功能的基本要求。在建筑供配電線路節能設計中，要滿足不同建筑對色溫、顯色指數以及照度的需求，滿足智能化建筑工程對通信用電、消防用電、智能設備連續工作用電的需求。第二，滿足技術先進、經濟合理的要求。在建筑供配電線路節能設計中，要明確哪些能耗是沒有必要的無故損耗，如變壓器的功率耗能、消耗在電能傳輸線路上的能量等，都屬于無故損耗的電能。第三，盡量選擇節能效果好的設備和材料。在建筑供配電線路節能設計中，必須充分結合實際情況，立足經濟效益，加大新技術、新材料、新工藝的應用力度，以便能夠在最短的時間內獲得更高的收益。

2 建筑供配電線路節能設計存在的問題

在我國城市化進程不斷推進的背景下，為建筑行業持續發展提供了新契機，但能耗過大也成為限制建筑行業快速發展的主要阻礙。因此，發展建筑供配電線路節能設計已經迫在眉睫。在節能設計過程中也遇到了一些問題，具體如下：

2.1 相關人員對相關規范不甚了解

在《10 kV 及以下變電所設計規范》中有明確規定，變配電方不能設置在浴室、積水嚴重的地下室等位置，也不能和這些場所毗鄰。但目前很多建筑供配電線路多設計在一層，或者樓上衛生間位置的局部夾層中，此種設計常因為屏蔽性比較差、降噪處理不達標而被樓上住戶頻繁投訴。我國在2011 年頒布并開始實施的《住宅建筑電氣設計規范》中明確規定，如果配變電所設置在建筑內部，不能設置在住戶的正上方或者正下方，也不能設置在住宅建筑下方的最底層，但在具體設計中仍然有設計單位違反相關規范和標準，既不利于提升節能水平，也不利于提高建筑供配電線路運行的安全性。

2.2 建筑供配電線路設計不符合相關規范

在《民用建筑電氣設計規范》中明確指出，如果消防用電負荷為二級并采用交流電源供電時，要采取雙回路樹干式供電設計方法，同時按照防火分區合理設置自動切換應急照明配電箱。但在具體設計中，很多設計人員沒有“吃透”相關規范和標準，存在理解偏差。設計人員經常在消防電梯的前室安裝一個或者兩個應急燈，從節能和經濟性兩個方面考慮，這樣的設計方法非常浪費電能，會增加成本。如果在每個樓層的每個防火分區都配備應急照明配電箱，就更加不合理，不符合節能理念的要求，但在實際應用中這兩種現象普遍存在，導致大量電能被無故浪費。

2.3 建筑供配電線路電纜和導體截面選擇不合理

在建筑供配電線路設計中，選擇合理的電纜和導體截面，既能保證用電的安全性，還能起到的節能效果。但在具體設計中，設計人員認為只要計算出的電流能確保建筑供配電線路安全運行即可，很少考慮用電設備的端電壓。比如：在電梯、屋頂風機等設備的線路設計中，由于電能在傳輸時存在線路電壓損失問題，在電能傳輸到用電設備端部時，如果不考慮端電壓，就會導致設計電壓無法滿足電壓偏差和電機啟動的要求，會引發安全事故。

3 建筑供配電線路節能設計的要點

3.1 合理選擇變壓器的類型

變壓器是建筑供配電線路系統的主要組成部分，按照建筑供配電線路的實際需求，選擇科學合理的變壓器，能夠大幅度提升節能效果。因此，在條件允許的情況下，要盡量選擇節能型變壓器，以達到降低建筑供配電線路損耗、提升工作效率的目的。在建筑供配電線路設計中，需要高度重視變壓器的參數選型，以通過限制變壓器的負載能力降低建筑供配電線路損耗，保證整個供配電系統運行的安全性和可靠性。此外，還要注重選擇合理的變壓器容量，以提升變壓器的節能效果，在條件允許的前提下應盡量選擇并聯式變壓器，按照建筑供配電線路的實際運行負荷合理確定變壓器的數量，以便對變壓器的能耗進行有效控制。在選擇變壓器的布設位置時，要盡量靠近負荷中心，以最大限度上降低供電距離引起的供電損耗。

3.2 合理設計建筑供配電線路路徑

大量實例和研究結果表明，在建筑供配電線路節能設計中，供配電線路路徑不同，電能的消耗量也不相同。所以，在建筑供配電線路節能設計中，需要高度重視線路路徑的選擇，嚴格按照建筑供配電線路設計的相關規范和標準設計線路路徑，最大限度上保證線路的輸電質量，同時還要合理提升線路的輸電效率，以提升節能效果。

第一，按照建筑供配電線路的實際要求先對線路路徑做出初步選擇，確定好變電站的位置，然后再按照線路運行情況合理選擇線路路徑，并對設計方案進行全面審核，以提升其合理性和規范性。在保證建筑供配電滿足實際需求的基礎上，盡量縮短線路距離，且盡量直線輸送，以減少線路拐彎次數。第二，當建筑供配電線路設計路徑初步選好后，設計人員還要進行現場考察，保證所設計的線路能夠符合實際運行需求。

3.3 合理設計電源點

在建筑供配電線路節能設計中，合理布設電源點能夠大幅降低線路上的電能損耗。電能受到電阻的影響，在傳輸中必然會出現不必要的損耗，電阻是客觀存在的無法規避，但傳輸距離可以通過合理設計的電源點來控制電能損耗。例如，可以讓電源點盡量靠近負荷中心，盡量避免存在迂回現象，線路盡量走直線；也可以通過增大輸電線路的橫截面積減少導線電阻，以降低電能損耗。但在建筑供配電線路設計中，無論是縮短輸送距離，還是增大導線的橫截面積，都需要結合實際情況進行合理選擇，在保證傳輸效果的基礎上提升使用效率。輸電導線應盡量選擇銅芯材料，以便在保證節能效果的基礎上確保企業獲得更大的經濟效益。

3.4 采用分路供電設計

建筑供配電線路的供電母線通常采用地埋電纜施工方法，這樣線路負荷比較小，可選擇380 V 或者220 V 的低壓母線供電，如果負載比較大，則可以選擇高壓母線進行供電，但需要先用變壓器進行變壓后再進行配電。建筑供配電線路的負荷種類比較多，不同負荷種類對電源、接地的要求各不相同。因此，在節能設計中要選擇分路供電，照明線路、火災報警線路、消防聯動系統等線路需要按照不同的使用功能，設置專用的供配電室，以便進行集中控制。供配電室的位置要盡量靠近最大的用電區域，以減少線路電能輸送損耗。

3.5 保證線路布設的合理性

建筑供配電線路由家用電器布線系統、通信自動化系統、火災報警及消防聯動系統、安保監控系統、閉路電視系統共同組成。這些線路中既有強電系統，也有弱電系統。在實際運行中，強電系統會對弱電系統產生較大的干擾，如果情況嚴重甚至會導致弱電系統無法正常運行。因此，在建筑供配電線路布線設計中，要將強電系統和弱電系統隔離開來，做好屏蔽隔離措施，以提升各項電力系統運行的安全性和穩定性。

3.6 提升三相負荷的均衡性

目前，建筑供配電線路常用的形式為三相四線制，各相之間的均勻性負荷能夠確保中性線電流具有零值特征，從而也就不存在電能損耗問題。簡而言之，在建筑供配電線路節能設計中，中性線線路上的電流值越小，整個建筑供配電線路上的電能損耗量就越小。對于建筑供配電線路系統而言，照明負荷通常集中布置在一相上，插座負荷也集中在一相上，電荷負荷集中在一相上，此種現象是非常不合理的。建筑供配電線路設計人員應保證整個三相配電系統中的同類負荷均勻分布在各相上，以均衡電能分布。

4 結語

本文采用理論結合實踐的方法，針對建筑供配電線路設計中存在的問題，提出應從合理選擇變壓器的類型、合理設計建筑供配電線路路徑、合理設計電源點、保證線路布設的合理性、提升三相負荷的均衡性等方面入手，提升建筑供配電線路節能效果。