建筑電氣的節能性設計研究

張 斌

（山西省工業設備安裝集團有限公司 山西太原 030032）

建筑電氣耗能占建筑整體耗能的80.0%以上[1]，因此，建筑電氣耗能問題一直是建筑業關注的重點問題。在建筑工程施工過程中，合理地使用節能技術，不僅可節約建筑成本，而且對行業發展具有促進作用。盡管相關研究早已開展，但由于引進技術水平不足，一直未取得顯著成果[2]。為了全面落實低能耗建筑施工，以下展開進一步的設計與研究，以解決電氣耗能過高的問題。

1 建筑電氣節能方法設計

1.1 電氣設備功率損耗量計算

電氣設備在運行時內部也會產生相應的功率損耗，包括空載狀態下的電流、損耗等[3]。為實現對電氣設備的節能性設計，首先需要明確電氣設備在運行過程中產生的功率損耗量，其計算公式見式（1）。

式中：△P——電氣設備有功功率損耗量；

P——空載狀態下的電氣設備功率損耗量；

β——在t 時間內電氣設備的平均負載系數；

P’——電氣設備負載損耗。

式（1）中β 的計算公式見式（2）。

式中：S——某段時間內電氣設備的視在功率；

S’——某段時間內電氣設備的平均視在功率；

A——電氣設備有功電能；

A’——電氣設備無功電能。

同時，在計算過程中還需要考慮電氣設備的有功功率經濟當量和無功功率經濟當量，并將其直接計入電氣設備的功率損耗量當中。不同類型的電氣設備安裝方式不同，相應的經濟當量也不同[4]。由發電廠母線直配的電氣設備經濟當量通常在0.02～0.04，二次變壓電氣設備為0.04～0.08，三次變壓電氣設備為0.07～0.12。根據公式（1）、（2）及不同電氣設備的經濟當量，對電氣設備在運行過程中產生的功率損耗量進行計算，以為后續節能型設計提供數據依據。

1.2 節能型電氣設備選擇

在明確不同電氣設備的功率損耗量后，為實現建筑電氣節能性要求，應盡可能選擇節能型電氣設備。以三相配電變壓裝置為例，在GB20048- 2018 中明確規定了三相10kV 電壓等級及容量在25～1200kVA 范圍內的變壓裝置能效等級[5]。從第一等級到第三等級，變壓裝置的節能效果依次降低。其中第一等級變壓裝置具有最佳節能效果，并且自身運行過程中產生的功率損耗最低，最符合我國建筑電氣節能標準。因此，在選擇建筑電氣設備時時，應當盡可能選擇第一等級。對于不同電氣設備，其材料選擇也在一定程度上影響著整體的節能性。例如在選擇變壓裝置時，軟磁金屬材料與非晶合金材料相比，后者的性能指標明顯更高，并且無論是在導磁、抗腐蝕和電流通過率方面都具有更明顯的優勢。

在選擇照明類電氣設備時，應當從環保、壽命、顯色性等方面進行綜合考慮。當前高效節能的設備以LED 為首選。在相同的條件下，LED 燈與普通白熾燈及其他節能燈相比，在節能功率、環保性、使用壽命上都表現出明顯優勢。例如，正常功率為2.5W的LED 燈節能功率高達60W，并且不含汞，使用壽命超過20000h，與普通照明設備相比年節約電費達500 元甚至更多[6]。在選擇照明設備的同時，還需要確保其與整個建筑內部裝修風格協調統一，即在滿足節能性后，應從提升建筑內部空間美觀角度出發進行綜合考慮。在不同建筑中需要進行定向照明或局部照明時，應當盡可能選擇更符合實際情況的照明設備配光曲線。

1.3 電氣設備布設

在完成對電氣設備功率損耗量計算和節能型設備選擇后，通過合理的電氣設備布設也可以達到節約能耗的目的[7]。以照明設備為例，在布設時應當考慮建筑內部空間整體的進深、開間等因素，及其與地面之間的距離、施工作業距離，以及照明設備相互之間的距離。其次，還需要對照明設備的光源類型進行選擇，結合各生產廠家所提供的參考數據指標，對相關布設參數進行設定[8]。最后，對每一個照明設備在建筑內部空間當中的平均照度進行計算。將上述所有獲取到的數據，與建筑電氣照明設備布設標準進行對比，當所有相關數據與標準數據的偏差都小于±5%時，說明照明設備的布設方案合理，滿足照度指標要求[9]。

以某建筑為例，針對該建筑現有照明設備布設情況，以提高節能性為目的，對其進行優化。該建筑內部現有白熾燈和節能燈數量明顯多于LED 燈，并且LED燈僅在特殊功能當中使用。該建筑中照明設備的使用位置主要包括大廳、走廊、會議室、客房和外景等。針對該建筑整體特點和照明需要，在大部分日光燈照明區域內，選用LED 燈替代，并設置其功率與原來的日光燈相同。選用TBS562- 2650 型號嵌入式LED 燈，配備T6 三基色直管熒光燈，將其光通量設置為2250lm，并選用電子鎮流器設備，其自身功率為4.5W，功率因素大于0.9。完成對照明設備的更換后，最大照度可以達到365.24lx，最小照度為75.23lx，平均照度為271.22lx，能夠充分滿足該建筑對照明設備提出的各項要求。

建筑內部空間中原始照明方案的分布主要是將中心照明作為重點，逐漸向四周減少照明設備的數量，以此達到照明效果，但由于這種方法并未考慮到靠近墻壁時照明設備的照度條件，布設不合理。針對這一問題，在照明設備布設時，采用將每排燈作為基點，逐漸向四周擴散的方式。在這種布設方式下，照明設備能夠實現更加均勻的照度分布。

2 實驗論證分析

案例中的建筑共包含6 層，其中地下部分一層，地上部分五層，地下一層為地下停車庫。建筑總面積為56240m2，主體部分的地上面積為45210 m2。建筑工程當中的電氣施工主要包括機房設備搬遷、UPS 電源、配電系統、冷凍水空調機組、水系統管道、環境監控、弱電智能化等設備的安裝調試。以該建筑工程項目的實際數據和電氣設計作為實驗基礎，對該建筑工程正在使用的變壓器、照明裝置和中央空調等進行節能性設計。建設項目當中的電氣設備包括高壓開關柜、干式變壓器、電壓阻燃電纜、配線槽、盤式電纜橋架、信號屏、日光燈、壁燈、落地燈、安全應急燈、地埋燈和裝飾霓虹燈等。

選擇該建筑項目當中五個不同區域作為實驗環境，對區域當中的電氣設備進行節能設計，并與傳統方法進行對比，結果如表1 所示。

表1 兩種電氣節能方法能耗對比 kW

由表可見，按照當前能源成本0.52 萬元/ kW 的單價計算，新節能方法完成對五個不同區域電氣施工后，總能源損耗為15.23kW，共損耗電費約為7.92 萬元；而傳統節能方法完成對五個不同區域電氣施工后，每個區域的能源耗損均超過了10.00kW，總能源損耗為58.78 kW，共損耗電費約30.56 萬元。新方法比傳統方法節約電費近285.8%。可見，新的節能方法在建筑電氣能耗節約方面具有更大的現實意義。

3 結語

以某建筑工程為例，對其電氣節能展開了進一步的設計與研究。對比實驗證明，設計成果在實際應用中可有效降低電氣耗能，大大提高建筑的綠色化。希望相關部門更加重視建筑節能中電氣設備的標準化建設，進一步推動建筑工程的綠色化建設與發展。