對建筑電氣設計中變壓器節(jié)能問題的分析

梁良

（北京珠創(chuàng)建筑設計有限公司，北京 100022）

1 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，并配合先進的技術手段對電氣系統(tǒng)的整體節(jié)能效果進行強化。

2 建筑電氣設計的內涵及原則

廣義上的建筑電氣是以建筑為平臺，利用電氣技術手段營造人性化的生活環(huán)境的應用學科；狹義上的建筑電氣則是在建筑中借助先進的科學理論與電氣技術，創(chuàng)造人性化生活環(huán)境的電氣系統(tǒng)，為建筑內人們的工作、學習、生活、娛樂等提供服務，大致可以將其分為強電系統(tǒng)和弱電系統(tǒng)[1]。在建筑電氣設計中，應堅持以下3 個基本原則。

2.1 功能性

建筑電氣設計必須能夠滿足建筑的使用功能，如照明所需的照度、色溫；暖通空調要求的溫度、新風量；電梯系統(tǒng)要求的運輸能力等。

2.2 效益性

在對建筑電氣進行設計的過程中，需要充分考慮實際經濟效益，不能盲目選擇電氣設備，結合建筑功能需求，確定最佳電氣設計方案，在滿足建筑功能需求的同時，實現(xiàn)節(jié)能降耗，對運營及維護成本進行控制。

2.3 節(jié)能性

建筑電氣節(jié)能設計的核心應放在減少能源浪費方面，要求設計人員能夠找出哪些地方消耗的能源與建筑功能的發(fā)揮無關，然后制定針對性的節(jié)能措施。例如，建筑電氣設計中，變壓器的功率損耗、輸電線路有功損耗等，可以借助相應的節(jié)能措施對其進行控制。

3 建筑電氣設計中變壓器節(jié)能問題分析

3.1 變壓器節(jié)能目的

變壓器節(jié)能設計的主要目的是在保障建筑電氣系統(tǒng)功能，推動其正常、穩(wěn)定運行的基礎上，降低變壓器損耗[2]。一般來講，可以將變壓器能效分為以下2 個部分。

1）靜態(tài)能效，指在變壓器設備的加工制造過程中，通過新工藝、新技術、新材料的應用，降低固有損耗；

2）動態(tài)能效，指在變壓器的運行過程中，通過相關動態(tài)參數(shù)的調整與優(yōu)化降低損耗。

目前，多數(shù)建筑工程電氣系統(tǒng)中采用是容量在2 000 kV·A以上的變壓器，電壓等級約為10 kV，其在運行過程中產生的電能損耗較大，是建筑電氣節(jié)能設計的關鍵環(huán)節(jié)，建筑電氣系統(tǒng)的節(jié)能設計水平會對變壓器的節(jié)能效果產生直接影響，在推動建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展方面，有非常積極的作用。

3.2 變壓器節(jié)能措施

3.2.1 設備選型

建筑電氣設計中，設計人員需要結合電氣系統(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，特殊的結構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]。

根據(jù)本研究結果可以認為，對腦卒中偏癱患者給予的基于“生活重建”作業(yè)理念的出院指導效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)康復訓練方法的出院指導，差距主要來源前者對上肢功能的改善明顯優(yōu)于后者。因此基于“生活重建”作業(yè)理念給予出院指導對患者出院后的功能(尤其是上肢功能)改善更有使用價值。“生活重建”作業(yè)治療理念的提出為腦卒中患者回歸家庭和社會提供了一種新思路[19]，可廣泛應用到腦卒中患者的社區(qū)及家庭康復中。

3.2.2 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濟容量，盡可能減少其空載損耗，提升節(jié)能效果。

3.2.3 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波動，要求設計人員能夠對變壓器的運行方式進行優(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、經濟的變壓器運行方式，減少能源損耗[4]。

3.2.4 功率調控

功率因數(shù)是引發(fā)變壓器損耗的核心因素之一，在建筑電氣設計中，要求設計人員做好變壓器功率因數(shù)的調控工作。

1）應提高自然功率因數(shù)。變壓器在空載或輕載運行工況下，無功損耗會達到約20%，對自然功率因數(shù)的影響巨大，需要設計人員結合實際情況，切實做好變壓器選型工作，適當提高自然功率因數(shù)，以改善變壓器的節(jié)能效果。

3.2.5 諧波抑制

在建筑工程電氣系統(tǒng)中，可以采用Dyn11 型變壓器，這種變壓器能夠在繞組內建立諧波電流環(huán)流，對變壓器兩側諧波電流的耦合傳遞作用進行防范，以此達到抑制諧波的目的。不僅如此，設計人員也可以借助專門的濾波器設備避免諧波進入電氣系統(tǒng)中，同樣可以達到抑制諧波，降低變壓器損耗的目的。

4 結語

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)。