建筑電氣節能創新設計及應用研究

摘要：針對當前建筑電氣節能設計不合理，造成電氣功率損耗高的問題，以某綠色建筑為例，開展建筑電氣節能創新設計及應用研究。通過建筑供配電系統節能創新設計、建筑電氣照明節能創新設計、建筑設備電氣節能創新設計，提出一種新的節能創新設計思路。將新的電氣技術應用實際證明，新技術可有效降低電氣功率損耗，達到理想節能效果。

關鍵詞：建筑；節能；電氣技術；綠色建筑；電氣

0" "引言

近20年來，我國城市化和工業化發展迅猛，居民生活品質得到了有效提高，但也間接導致建筑在運行過程中的能源消耗持續增加。《中國建筑能耗研究報告2020》公布的數據顯示，我國目前的建筑能耗占到了全國總耗能的20%左右，隨著低碳經濟的發展，建筑業成為了市場內的“能源消耗大戶”，為此建造綠色建筑，降低建筑運行能耗已經成為了當下建筑業社會發展亟需解決的問題。針對當前建筑電氣節能設計不合理，造成電氣功率損耗高的問題，本文以某綠色建筑為例，開展建筑電氣節能創新設計及應用研究。

1" "綠色建筑電氣使用概況

所選的建筑項目為商業建筑，此建筑1～3層為辦公建筑，4層及以上建筑為民居建筑。此建筑的電氣設備整體使用35kV的變壓器調節，變壓器的負載率分別為61%、64%、68%。在調節過程中，當其中一個變壓器出現故障無法正常運行時，另外兩個變壓器持續運行，并分擔故障設備的運行負荷。根據現階段統計數據，變壓器在運行中的最高負載率可以達到99%。

2" "建筑電氣節能創新設計

2.1" " 建筑供配電系統節能創新設計

首先針對建筑供配電系統進行節能創新設計。圖1為綠色建筑供配電系統基本結構。需要結合建筑中各類電氣設備的用電性質、用電容量等確定電壓和供電方式。供電電壓的確定，要依據工程負荷、供電點到大樓的距離、當地電網的供電電壓等方面的因素，與相關單位協商后，確定供電電壓。

當一座建筑工程的電力系統為雙線路供電時，應采取雙線路并聯的方式。當一條線路發生故障時，另一條線路應滿足所有一二級負荷的條件，且不超出連續容許能力，按線路電壓損耗計算[1]。降低變壓器低壓端的電源級數，不能超出三個等級。在相同的傳輸負載條件下，電壓下降百分率應簡化為3級，并采用以下公式計算：

（1）

式中：△△P%代表升壓后電氣功率損耗降低的百分比，Un1表示電網升壓之前的標稱電壓，Un2表示電網升壓之后的標稱電壓。針對配電用變壓器的選擇，需要對變壓器的經濟性運行進行分析，為了簡化計算，常按下式取：

Q0≈S0=I0%SN×10-2" " （2）

式中：Q0代表變壓器經濟指標，S0代表變壓器運行成本，I0代表變壓器電流，SN代表單價。在配電系統當中三相輸電線路的功率損耗，也是影響綠色建筑節能的關鍵指標，因此在對其配電系統的節能設計時，還應當按照下述公式，對三相輸電線路的功率損耗進行計算：

△P=3I2R×10-3（3）

式中：△P代表三相輸電線路在運行中產生的功率損耗，I代表電流，R代表每相電阻。

合理的配電系統設計、合理選用電力設備（特別是諧波指數）是提高電力利用率的關鍵。在對配電系統電壓等級選擇時，需對20kV配電網的節能效果進行對比[2]。采用20kV的電壓等級，與10kV電壓等級相比，可以增加輸電能力；在10kV的情況下，20kV的電壓等級，增加了設備的供電半徑[3]。配電網絡經提升后，裝機容量翻一番；當負載相同時，20kV的電壓損耗為10kV的25%；在20kV以上，其他條件相同時，電源半徑可增大一倍，功耗下降到25%。

為進一步促進節能效果提升，還需要針對諧波問題進行治理[4]。電網中有大量的無功補償電容，這些電容與電網的感性負載相結合，在特定頻率下，會出現串行或并聯共振情況，從而引起高次諧波，增大電網的無功損失[5]。在電力系統中，當電力系統中存在較多的大容量非線性負載時，應選擇無源濾波裝置與有源濾波裝置相結合的方法[6]。

2.2" " 建筑電氣照明節能創新設計

針對綠色建筑電氣照明水平的選擇，需要根據其工作、生產以及作業中對人眼視覺的實際要求來確定，不得盲目追求高照度。應在充分遵循設計標準，遵循“節能、環保、適用、經濟”等原則基礎上，確定電氣照明照度水平。在公共建筑中，要考慮到特定的條件，其既要與建筑物的整體裝修相協調，又要合理地處理與節約能源的關系，以達到良好的采光和能源利用率。目前，在一些建筑物的燈光設計中，往往忽略了燈光的作用，忽略了能源的節約，以及片面追求美感[7]。

為了合理地確定一個場地或房間的照度等級，在設計時要根據有關標準來確定照明等級。設計照度與照度基準相比，誤差可在10%以內，以使設計照度有一定的彈性。工作面相鄰區域為工作面0.5m處，其照度通常可降低1個等級（但不得少于200LX）。該規范與實踐要求一致，對降低電力系統的實際能量密度（LPD）具有顯著的效果。

在設計時，所選擇的燈具必須滿足國家有關規范的規定。采用高效率的光源，可達到節能的目的。除了特別規定的地方，一般的低光效率白熾燈是不能用的，宜選用高效節能的照明設備[8]。選擇光源能效和與之相匹配的鎮流器時，其能效系數不得小于國家規定的節能評估。走道的照明必須采用節能的自熄燈。為綠色建筑中的照明設備供電時，可按照圖2所示實現對供電電路的設置。

照明控制主要是為了改善工作環境、提高燈光品質、延長光源的使用壽命、便于維護和管理。在使用過程中，應充分考慮建筑的特點、功能、標準和使用需求，以達到合理、經濟、有效的控制目的。

2.3" " 建筑設備電氣節能創新設計

在綠色建筑中，涉及的建筑設備包括暖通空調、風機水泵、電梯等。針對各類建筑設備的電氣節能創新設計，能夠優化節能效果。暖通空調是現代建筑設施中的關鍵技術，也是智慧建筑的一項重要管理方式。空調系統包括冷卻水、換熱器、通風空調、空調變流量等。空調機是斷續運轉的，需要自動開啟和關機，宜對空調、新風系統等停、變新風比進行調節。在綠色建筑中，風機和水泵是最常見的牽引電機。

客梯、消防電梯、貨梯等都是常年運轉的電力設施。為了達到節能降耗的目的，在負荷變化大、負荷波動大的情況下，建議采用變頻電機。電梯的動力傳動可分為直流和交流兩種。高、中檔升降機宜采用變壓變頻器，而成對或組合式升降機，則須分別采用并聯或多組式。在建筑物中，每個電梯的照明電源均為單相220V，若選擇多級電梯、雙自動扶梯，則應將照明負載分別接于三相，以達到三相負載均衡。

3" "實證分析

本文以上述提出的建筑項目為例，設計此建筑中的照明電氣，如表1所示。在設計時，要充分重視用電的安全性，從設備、系統、建筑等多個方面進行綜合考慮。同時，在遵守相關的法律法規的基礎上，要符合當前的行業規范。

在此基礎上，設計建筑空調電氣系統。針對建筑物的環境特征，采用空氣、水源、夜空冷源、太陽輻射等自然冷熱源。建筑空調與供熱系統的節能，主要是通過優化泵、風機、輸配網的配比，強化輸水管線保溫，提高設備運行效率而達到節能目的。根據施工需要，合理選擇高效的電氣設施。在此基礎上，以可再生能源取代不可再生能源，減少傳統能源在建筑中的消耗量。

結合施工項目的具體需求，對照明系統進行合理規劃與科學管控。建筑中每一個空間的電氣布置和使用需求都不一樣，對于光線的需求也不相同。一般而言，應對燈光的分區布置。若場地內有足夠的采光能力，并有中央空調，則應將照明燈具與空調回風結合起來。當光源有更高的照度要求時，或需要提高光色時，可使用混合光源。在墻面的油漆和墻紙上，要選用具有高反射性的輕質裝飾材料，以最大限度利用光線。在對照明線路進行管控時，應以光控制、聲控制為重點。同時，調節自然光線的開啟、關機時間，避免不必要的能源損失和浪費。若場地面積大，可按人員需求及實際條件，按區域劃分管理照明線路。

建筑電氣節能技術應用前、后功率損耗情況進行對比，如圖3所示。根據圖3所示功率損耗對比結果可知，節能技術應用后，建筑運行的能耗顯著降低。由此說明，設計的方法可以起到控制建筑運行耗能的目的，從而達到了節能設計的目的。

4" "結語

針對當前建筑電氣節能設計不合理，造成電氣功率損耗高的問題，本文以某綠色建筑為例，開展建筑電氣節能創新設計及應用研究。根據建筑電氣節能技術應用前后的功率損耗對比對比結果可知，節能技術應用后，建筑運行的能耗顯著降低，說明設計的方法可以起到控制建筑運行耗能的目的，從而達到節能設計的效果。

此次研究揭示了我國現階段建筑行業，存在著綠色化建設水平較低、能源利用效率有待持續提升等問題。建議采用出臺行政指導政策的方式，進行電氣設計的約束，結合產業鏈與建筑業發展的需求，完善建筑業在發展中的頂層設計，以推動地區循環經濟的高質量發展。

參考文獻

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