電氣節能設計在民用建筑中的應用及相關技術措施

周發斌

陜西方圓工程設計有限責任公司 陜西 西安 710065

引言

隨著我國經濟的快速發展，能源消耗過大與環境污染嚴重成為當今時代炙手可熱的社會性話題。電力作為二次能源，需求量大而又供應緊缺。在積極倡導節能減排、發展低碳綠色經濟的今天，如何節省電能、降低損耗，把節能理念和措施貫穿于整個電氣設計過程中，顯得尤為重要。本文結合自身多年的設計經驗，就電氣節能設計在民用建建中的應用提出相應的技術措施。

1 電氣節能設計的基本原則

建筑電氣節能設計應立足于實用的目的為出發點，不能以犧牲建筑功能和損害需求為代價，也不能盲目增加投資為節能而節能。建筑電氣節能設計應遵循以下基本原則：首先，應滿足建筑物的功能性要求。在實現建筑物的多樣化功能前提下，采取可行的節能措施。其次，要將經濟效益與工程投資相結合。不能因為追求節能而過高地增加工程投資和運行費用，而是要經過比較分析，合理地選擇節能設備。將用于節能增加的投資成本，由節省的能耗費用在一定的周期內予以回收添補，實現節能與經濟效益的雙贏。最后，節能要著眼于減少不必要的能源消耗。設計時首先要找出與發揮建筑功能無關的能耗，再考慮采取何種措施節能。如變壓器的功率損耗、供電線路上功率損耗、大面積的照明用電、動力及空調設備用電，都是可以通過技術手段實現優化用電和減少電能損耗[1]。

2 供配電系統節能設計

2.1 變電所應深入或靠近負荷中心、接近大型用電設備

變電所所址的確定，既要考慮市政高壓的進線接口方位，又要考慮項目的整體規模、負荷分布情況以及負荷容量大小，滿足高低壓進出線方便，接近負荷中心的要求。對于規模較大的項目，可按供電半徑不超過250m的原則，分區設置多個分變電所，盡可能地縮短供電半徑，既滿足線路電壓損失和開關短路靈敏度校驗要求，又能減少線路上電能損耗和電線電纜的成本投資。

一類高層建筑，變電所至其供電最遠的樓棟配電間或電井的供電距離宜按不超過100~150m；二類高層建筑，變電所至其供電最遠的樓棟配電間或電井的供電距離宜按不超過150~200m；多層建筑，變電所至其供電最遠的樓棟配電間或電井的供電距離宜按不超過200m。對于有大型用電設備的公共建筑，如大功率制冷機組、冷凍水泵、冷卻水泵，可考慮在設備用房附近設置制冷機房專用變電所或變壓器。對于業態復雜的大型公共建筑，尚需根據管理和運行要求，分別設置多個分變電所。

2.2 變壓器節能設計

2.2.1 變壓器容量指標。變壓器負荷計算時，要正確統計各類用電負荷的設備功率、功率因數，計算系數應取值合理，變壓器容量選型應在滿足安全可靠運行的前提條件下，可適度考慮預留部分遠景容量。

對于變壓器的容量指標，《民用建筑電氣設計標準》GB51348-2019（以下簡稱民標）第24.1.4條及表1對部分類型的新建建筑做出了相應規定，作為衡量電氣節能設計的一項重要指標，設計人員應根據該表對變壓器容量計算結果進行復核，以判斷是否滿足節能要求。

表1 變壓器容量指標

2.2.2 變壓器型號選擇。民用建筑中多采用三相干式變壓器，應選用低損耗、低噪聲節能型變壓器，且應滿足國標《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》GB20052-2013中的節能評價值要求，干式變壓器空載損耗和負載損耗值均不應高于2級能效的限定值。變壓器宜選用三相環氧樹脂澆注式干式變壓器SCB12型及以上的規格；有條件時，可選用非晶合金鐵芯干式變壓器。

非晶合金鐵芯干式變壓器具有非晶合金材料低損耗的特點，同時具有環氧澆注干式變壓器在高絕緣和機械強度等諸多方面的技術優勢，可使變壓器空載損耗降低60%~80%，是新型的低損耗節能配電變壓器，具有廣闊的節能應用前景。

2.2.3 變壓器臺數及運行方式。變壓器低壓側電壓為0.4kV時，單臺變壓器不宜大于2000kVA，當僅有一臺時，不宜大于1250kVA。當有一、二級負荷時，變電所宜裝兩臺及以上變壓器，當一臺變壓器停運時，其余變壓器容量應滿足一級和二級負荷用電要求。

通常，變電所內設有多臺變壓器時，可在兩臺容量相等的變壓器之間設聯絡開關，平時變壓器分列運行且可互為備用。既能在任一臺變壓器故障或檢修時，由另一臺變壓器為一二級負荷供電，也可在變壓器中有季節性負荷或階段性負載率過低時，將其中一臺變壓器退出運行，由另一臺變壓器保障供電。這種供電方式即為常見的“N-1”冗余供電準則，也是國內的主流做法，不但能提高供電可靠性，也能有效地降低變壓器的電能損耗。

選擇負載率適宜的變壓器，變壓器最佳經濟節能運行的負載率一般在75%~85%之間；優化變壓器的運行方式，對負荷進行合理分配，選擇與電力負荷相適應的變壓器，使其工作在高效低耗區。

2.2.4 低壓無功補償。對變壓器低壓側設置動態無功自動補償裝置，保證高壓側功率因數不低于0.9（具體以當地供電部門要求為準）。

2.3 電氣設備用房及管井位置合理布置

要盡量地將各單體建筑的配電間（分配電室）、強電豎井或地下建筑的防火分區配電間設置于負荷中心且靠近變電所側的位置，這樣既能有效縮短供電線路的長度，減少資源浪費，也可有效降低供電線路上的電能損耗[2]。

3 電氣照明節能設計

嚴格執行國家標準《建筑照明設計標準》GB50034-2013、《民標》GB51348，電氣照明設計要滿足照度、照度均勻度、顯色指數、眩光、色溫、照明功率密度值（LPD）等方面的要求。設計的照明功率密度值不得超過照明功率密度限值的目標值。

針對不同的場所選用與之相匹配的照明光源和燈具，合理選擇照度值，對于有特殊要求或局部照度要求高的場所，采用一般照明與局部照明相結合的混合照明方式，也是有效節約電能的一項重要措施。

優先考慮利用天然光，天然光是取之不盡、用之不竭的綠色環保型潔凈能源。要盡量考慮將天然光與人工照明相結合，將天然光引入到建筑內部。除了傳統做法引入自然光之外，如建筑開窗、設置玻璃幕墻或窗、玻璃門或玻璃墻體隔斷等。有條件時，盡可能利用各種導光和反光裝置將天然光引入室內進行照明。目前，較常見的采光設備系統有導光管采光系統和光纖采光系統2種方式。它們都具有零能耗、高效便捷、安全性高的特點，廣泛應用于各種場合，如大型體育場館、辦公樓、住宅、商場、旅館、白天陰暗的房間或地下室、地下車庫等建筑中。

建筑照明應選用高光效光源、高效燈具和節能器材，宜優先選用LED燈。走道、樓梯間、衛生間、變電所、網絡機房、配電間、電梯機房、空調機房、風機房、水泵房、換熱站、地下車庫等無人長期逗留的場所選用三基色直管熒光燈、單端熒光燈或LED燈。重點照明、夜景照明、商業和娛樂場所的裝飾照明可采用LED燈。高大空間、有頻繁開燈要求和需要調光的室內場所，宜優先采用發光二極管LED作為主要照明光源。辦公室、臥室、營業廳等長期有人逗留的場所，可選用色溫不高于4000K的LED燈。一般性場所，限制使用白熾燈和熒光高壓汞燈。

燈具的鎮流器應選用電子型鎮流器或節能型電感鎮流器。氣體放電燈采用單燈就地無功補償方式，補償后功率因數不得低于0.9。

選擇合理的照明控制方式，常用的控制方式主要有：翹板開關手動控制、節能自熄式感應開關控制、定時器控制、智能照明模塊控制等。根據使用要求的不同，可實現分區或分組控制，自動或手動控制，就地或集中控制。其中，智能照明模塊可根據管理要求對多個回路進行集中控制，實現不同功能分區照明燈具的自動開啟/關閉、自動調光或降低照度、場景變換等功能，并可采用總線技術將分散的多個智能照明模塊進行聯網，由后臺主機統一管理監控，具有高效便捷的，是較為先進的照明控制方式。常用的總線技術包括如RS485總線、i-BUS總線、CAN BUS總線、KNX BUS總線、二總線等。

走道、樓梯間、電梯廳可采用光控加雷達感應或紅外感應式燈具，也可采用聲光控感應式燈具，或者采用智能照明模塊控制燈具。通常，新建大型公共建筑內多采用智能照明模塊控制的方式，如走道、大廳、會議室、辦公室、影院、多功能報告廳、大型展覽館、博物館等場所。旅館客房設置節電控制型總開關。對無特殊要求的一般性功能房間，可采用翹板開關控制燈具[3]。

地下車庫照明燈具可采用智能照明模塊控制或自帶感應控制裝置式燈具，對車道和車位照明進行分別控制。其中，自帶感應控制裝置式燈具分為雷達感應和紅外感應，車道區域采用雷達感應，車位區域采用紅外感應。

室外照明采用光控加定時器自動控制，對不同區域進行分區、分時段開關控制。

4 動力設備節能

選用額定輸出效率不低于2級能效的電動機，采用變頻水泵、變頻電梯、變頻空調等。選用大型中央空調集中制冷時，采用變頻式冷水機組，冷卻水泵、冷凍水泵、冷卻塔、組合式空調機組采用變頻器控制。

多臺電梯集中設置時，采用群控控制器（群控調度主機）對電梯集中調度和控制，實現電梯群控。在乘梯人員低谷期停止閑置電梯，電梯進入節能運行模式。

自動扶梯在空載時，由電梯控制器發出指令使電梯暫停或低速運行。

地下車庫設置CO監測系統，并聯動控制車庫排風機。

大型用電設備、大型可控硅調光設備、電動機變頻調速控制裝置等諧波源較大設備，就地設置諧波抑制裝置或在變壓器低壓出線側設置有源濾波柜[4]。

5 建筑設備監控及能耗監測系統節能設計

大型公共建筑設置建筑設備監控系統。將冷熱源系統、空調及通風系統、給排水系統、供配電系統、照明系統、電梯和自動扶梯系統納入統一的建筑設備監控系統（BAS），由后臺主機進行統一管理。由BAS系統對各類設備運行和建筑能耗進行監測和控制。

公共建筑按照明插座、空調、電力、特殊用電分項進行監測與計量，按照功能區域設置電能監測和計量裝置。設有能耗監測系統的建筑應將建筑物給水、電力、燃氣等消化納入能耗監測系統，進行監測、統計、分析，統一管理。

居民建筑按照居民用電、公共照明用電、公共動力用電、物業用電、商業用電等分項進行監測與計量。

6 新能源的開發利用設計

我國地域遼闊，太陽能資源非常豐富，開發利用潛力較大，太陽能利用具有得天獨厚的地域優勢，且潔凈零能耗。在一些太陽光輻射強度好，日照時間較長的地區，可以考慮在空曠的屋面、場地建設建筑一體化光伏發電系統。通常，輸出電壓交流220/380V，裝機容量300kW及以下的系統，可采用低壓并網或獨立光伏系統；300kW~6MW較大容量的系統，可采用10kV接入公網系統。并網可采用“自發自用，余電上網”或者“全額上網”的模式，既可在用電高峰期分擔公網的運行負擔，減少公網的建設投資，又可減少二氧化碳的排放，并將用戶側的光伏電能返送給電網，光伏建設單位也可獲得出售光伏電能的收益，具有良好的社會經濟效益和生態保護價值。

7 結束語

建筑電氣節能設計的應用，是促進綠色低碳經濟的重要舉措，要在科技大力發展的助力下，不斷地開辟多種途徑，提高電氣節能設計的質量水平，推進人與自然的和諧發展。