建筑電氣節能減排措施和光伏新能源的應用

何得虎

(陜西紫潤建設工程有限公司青海分公司 青海西寧 810000)

在生態環境建設相關理念下，各行業在發展過程中均加強了節能減排技術的研究。建筑電氣工程整體結構復雜，其中包含的子系統不僅種類較多而且能耗水平也比較高，在建筑電氣節能減排思維的指導下，當前建筑電氣工程在設計過程中必須考慮能耗問題，而現代化建筑中電氣系統融合較深，尤其是一些長時間運行的電氣設備相對較多，這一部分的節能減排水平在很大程度上決定了系統整體狀態。光伏發電能夠以清潔可再生的形式提供電力，而光伏建筑一體化也正是減少建筑能耗及排放的重要措施，不同建筑在與光伏發電系統結合過程中選擇的形式不同，但其核心目的都在于利用光伏發電減少建筑整體電能消耗。現代化社會發展過程中，可持續發展理念已經深入各行各業，為維持更好的生態環境，建筑電氣系統必須在滿足使用需求的基礎上進一步降低能耗。

1 建筑電氣節能減排原則

建筑電氣節能減排主要包括兩大基本原則。第一，節能減排不能以建筑電氣功能以及建筑使用體驗作為代價。從這一點上看，節能減排應從技術手段上入手，通過降低同類電氣設備的功耗從而實現節能減排目標，不能在追求節能減排的過程中影響建筑功能。第二，建筑電氣節能減排要注意經濟性。一般來講，在考慮到電氣系統節能要求時，普遍需要從多角度進行節能設計，這就意味著很多傳統電氣設備需要更換為節能型設備，在這一過程中相應的系統投入會有所增加，這種情況下，要充分結合當前建筑工程的功能需求以及實際技術能力，不盲目應用一些先進技術，以務實的姿態來降低電氣系統能耗水平。除上述兩大原則外，實現建筑電氣節能減排目標還需要規范電氣設備的使用方法，保持更好的節能意識，確保電氣系統內各子系統按需運行，減少非必要運行時間[1]。

2 建筑電氣節能減排存在的問題

2.1 變壓器設計不合理

變壓器作為建筑電氣工程的基礎設備其擔負著電力調節和電力入戶等重要任務。很多建筑工程在變壓器設計過程中并未充分考慮節能減排要求，在變壓器選型、變壓器配置等方面存在諸多問題。不同變壓器其空載損耗以及負載損耗差異非常大，傳統變壓器受材料和運行原理的限制其電能損耗往往比較大，對比來講，節能變壓器可以在不同運行狀態下實現較好的節能減排效果。目前，我國建筑電氣系統中節能變壓器的應用仍比較有限，此部分的能耗損失相對較多。變壓器配置不合理也會導致電力損耗增加，根據變壓器具體參數，所有變壓器都可以計算出高效運行負載，例如很多建筑電力變壓器負載率在60%左右時其效率相對較高。我國很多建筑工程存在變壓器配置不合理的情況，變壓器多數情況下的負載率并非不在節能區間，因此電能損耗也比較大[2]。

2.2 照明系統設計不合理

照明系統也是現代建筑工程重要的用電系統，相當一部分建筑照明能耗相對較大究其原因可概括為以下幾個方面：首先，光源及配套燈具選擇不合理，很多建筑照明系統在設計過程中并未嚴格按照節能要求使用節能型光源，其所使用的包括白熾燈在內的燈具照明過程中發熱量極大，能耗較高，且很多建筑照明系統沒有考慮到配套燈具對于節能減排的作用，并未充分利用燈具提升光源照明效果，因此其光源布置數量相對較多，這也在很大程度上增加了照明能耗[3]；其次，照明系統控制技術不到位，絕大多數照明系統不具備基礎自動化功能，不能按照設定要求執行自熄操作，這增加了照明系統的無效運行時間，進一步增加了照明系統能耗；最后，很多建筑沒有注意人工光源照明和天然光的合理搭配，由于自然采光效果不佳因此建筑內人工光源分布較廣，這也無形中增加了建筑照明系統的整體能耗水平[4]。

2.3 通風系統設計不合理

現代建筑工程為了保證建筑使用舒適度多數都配備了相應的通風系統，不論是新風系統還是中央空調其都屬于能耗大戶，通風系統主機功率普遍較大，而且空調系統的能耗水平與溫度參數之間有直接關系。當前很多建筑工程空調系統存在制冷量（發熱功率）不科學、設備選擇不合理、設備控制參數不合理等諸多問題，這些問題直接導致建筑空調系統存在制冷或者制熱量冗余以及無效運行時間過長等問題。很多建筑通風系統缺乏相應的自然環境感知調控能力，這使得系統整體自動化控制水平較低，不能根據實際需求以節能功率運行系統。除此之外，很多建筑通風系統還存在管線設計不合理的問題，不僅大大降低了系統的空氣調節效率而且導致系統開機時間大幅延長，這些都是當前建筑通風系統在節能降耗方面存在的重要問題。

2.4 供配電線路設計不合理

由于當前建筑電氣系統非常復雜，因此建筑工程的供配電線路分布極為廣泛，總線程非常長。供配電線路設計不合理導致的能耗問題非常常見，這主要體現在以下幾個方面。

第一，線路設計不符合相關規范。線路設計應與用電設備分配情況結合考慮，但事實上很多建筑的供配電線路并沒有按照這一原則進行設計。以消防應急配電箱的設計為例，很多高層建筑工程其消防應急配電箱過于密集，甚至在每個樓層均予以布置，這就在很大程度上增加了供配電線路的能耗水平。第二，電線類型選擇不合理也是導致供配電線路能耗較高的重要原因。就強電設備的供電線路來看，如果電線的類型選擇不正確，就會導致供電過程中的發熱量增加，不僅有安全隱患而且線損相對較大，在同功率設備的運行過程中，線損更大的供電線路其整體能耗水平更高。

3 建筑電氣節能減排措施

3.1 變壓器方向的節能減排措施

變壓器方面，應該在設計過程中結合實際情況做好變壓器的選型和配置工作。首先，應在考慮節能減排的基礎上選擇新型節能變壓器。當前，非晶合金變壓器以其更低的空載損耗成為了建筑電力變壓器的重要選擇，此類變壓器在鐵芯方面使用非晶態金屬替換傳統硅鋼材料，大幅降低了變壓器的空載損耗。根據調查研究顯示，此類變壓器相較于傳統硅鋼變壓器空載損耗降低70%左右，在變壓器選擇方面應重點考慮此類節能型變壓器。其次，在變壓器配置方面，應注意根據用電需求合理調控變壓器的負載率。不同負載率下變壓器的整體損耗差異較大，按照電氣系統整體用電需求將變壓器的負載率控制在60%左右時變壓器損耗相對較小、能耗比更好，因此可以科學計算變壓器的負荷變化區間，結合實際情況布置變壓器，減少變壓器平均負載率以降低運行損耗。除此之外，對于變壓器而言，更大的發熱量意味著更大的能量損耗，因此要注意積極控制變壓器發熱，可以通過保持三相電流平衡來減少變壓器發熱情況。

3.2 照明系統方向的節能減排措施

照明系統節能減排措施主要包括光源選擇和節能控制技術應用。從光源角度來看，傳統熱光源普遍存在能耗高、照明效果差等問題，因此建筑照明系統在光源選擇方面要注意規避發熱量較大的熱光源，積極選擇亮度高、壽命長、能耗低且照明效果更好的節能冷光源。比較常見的節能光源包括LED 燈、節能熒光燈以及金屬鹵化物燈等，不同位置、不同照明需求下應選擇不同的光源，比如：樓體外部安裝的用于對小區內活動空間進行照明的燈具應選擇發光效率高的金屬鹵化物燈，而裝飾性燈則應該選擇色彩多樣且能耗較低的LED 光源。從照明節能控制技術上來看，自動化控制和分區控制都能夠起到較好的節能作用。自動化控制包括基于時間的自動啟動/關閉系統以及聲控照明技術等，應用相關技術后可對某一部分的照明時間進行科學控制，在固定時間啟動照明設備同時也在固定時間準時熄燈，具體時間可根據需求靈活控制。對于非長期照明需求的位置，要注意使用聲控開關，實現人來燈亮、人走燈滅。分區控制主要是增加獨立開關，在照明過程中根據需求開啟部分光源，減少過度照明帶來的能耗[5-6]。

3.3 通風系統方向的節能減排措施

此類系統想要在確保運行功能的基礎上減少能耗必須要明確各區域的通風、制冷、制熱需求。在空調制冷方面，應在設計中即進行精確的冷負荷計算，在明確這一參數后科學選擇制冷機組，使冷負荷略小于制冷量，這樣既能夠較好地滿足空調制冷需求同時也達到了節能減排的目標。此外，要注意工作機組的運行效率，要注意保障通風系統機組有更高的運行效率，保障其在多重負荷狀態下始終保持較低的功耗水平。在設備選擇過程中選擇變頻機組，變頻技術是通風系統重要的節能技術，相較于定頻設備其能耗水平平均下降15%左右，是降低系統能耗的重要措施。此外，在控制系統上要進行精確調控，減少機組的非必要開啟時間，同時強化二氧化碳監測器和溫度傳感器的精度，根據控制系統精確調控風量。另外，還要注意冷卻系統的節能控制，根據冷卻水溫度控制風冷系統的啟動時機，減少冷卻系統的能耗。

3.4 供配電線路方向的節能減排措施

配電線路方向上的節能措施主要包括以下幾點。

第一，合理設計線路路徑。不同設備距離電源的位置不同，而供電線路越長，線損越高，因此在線路路徑設計過程中要盡量縮短用電器和電源之間的距離，避免超長距離供電。而且在走線設計過程中要盡量減少線路的彎折次數，線路彎折處的電阻發生一定改變，因此彎折處的發熱量也相對更大，減少線路彎折次數有利于減少線損。第二，選擇合適的線材。不同用電設備其用電需求不同，根據其功率情況科學選擇不同截面積的電線也能夠起到較好的節能效果。舉例來講，某用電器其運行功率為5 kW，根據國標要求其最少應選擇2.5 mm2的銅芯線材，但是在實際設計中可以選擇4 mm2的銅線作為供電線路，這樣可以減少線損，提高電能利用效率。

4 建筑光伏新能源應用

光伏建筑一體化應用前景非常廣闊，其技術應用形式各不相同，部分建筑采取光伏設備與建筑結構相結合的形式，其光伏發電板位于建筑表面，一般在建筑頂部和采光面。而另一種則直接利用光伏發電板作為建筑表面建材，將光伏發電板直接作為建筑外墻的裝飾材料。目前光伏建筑一體化設計過程中根據建筑本身的形態及可安裝面積其光伏發電系統的發電功率差異較大，民用建筑的光伏發電量普遍在20 kW以內，而一些屋頂面積巨大且屋頂空間平整的建筑則可容納更多光伏發電板，其發電功率進一步增大，部分可以達到2 000～3 000 kW。光伏建筑一體化設計中，不同發電功率的光伏系統其供電模式是不同的，包括蓄電池存放電形式和直接并網用電兩種，一般大功率光伏發電系統采用并網用電的形式，而民用建筑光伏發電功率較小，一般使用蓄電池存電，使用時通過逆變器直接使用。

5 結語

在當前節能減排的發展要求下建筑電力系統必須進一步降低能耗水平滿足能耗要求。光伏建筑一體化是目前建筑新能源的主要發展方向，其對于降低建筑能耗亦有重要作用。該文對建筑電氣節能減排措施以及建筑光伏新能源應用進行了詳細分析，希望所述內容能夠進一步推動相關技術發展。