住宅建筑電氣節能技術研究

浙江新東陽建設集團有限公司 盧 強 呂信超 臨沂市技師學院 李長軍

在建筑能耗方面，電氣能耗的占比較高，對我國建筑領域節能減排工作推進帶來了較大的挑戰。為了加快建筑節能減排工作的推進，相關單位和設計人員應深入了解住宅建筑的電氣能耗現狀，并采取系統性措施，推動住宅建筑的電氣節能改造工作，以提升住宅建筑的節能降碳水平。

1 住宅建筑電氣負荷分類及其節能技術應用

住宅建筑供配電系統是電氣系統的重要組成部分，同時也是實現相關住宅功能的關鍵項目。要實現節能目標，相關單位和設計人員在工作中應當考慮其負荷狀況，以降低電能浪費的問題。根據《供配電系統設計規范》規定，電力負荷可以分為一級、二級和三級負荷，當前，多數住宅建筑的主要負荷類型為二級、三級負荷。根據主要用途，系統地分析對應的負荷情況，則可以分為照明負荷和動力負荷兩個主要組成部分。

照明負荷是指相關建筑中各類照明所產生的負荷，可根據其具體的位置和功能的差異分為公共區域照明、消防應急照明、指示標志照明等照明類型。其中，公共區域的照明主要是為了滿足相關建筑公共區域內的活動而設置的照明系統，消防應急照明則是為了滿足消防需求而設置的照明系統[1]。這些照明設備根據其不同的功能和特點，具有相應的功耗和運行狀態，需要根據實際需求進行合理配置和控制，以實現節約能源和提高能源利用效率的目標。動力負荷則是指給排水水泵、電梯、取暖、通風系統、空調系統等，這些設備的運行通常需要大量的電力，并且需要根據不同的使用場景和時間段進行不同的控制。

在進行相關節能技術的應用過程中，應當從上述的正常需求入手，盡可能控制對能源的消耗，提高對電能的整體利用效率。實際工作中，可首先從對照明設備的優化入手，通過降低照明負荷的方式達到節能的效果。目前，可供選擇的光源類型主要包括普通熒光燈、三基色熒光燈、緊湊型熒光燈和LED 等多種類型，各光源的參數對比見表1。

表1 常用光源的參數對比

通過對比可知，LED 光源具有整體經濟性更強、光效更好的特點，在使用過程中能夠一定程度地實現節約能源的目的。因此，相關單位在工作中可加強對LED 的推廣力度，并將住宅建筑的公共區域照明進行LED 化改造，從而充分降低公共區域的能源消耗水平，提升節能效果。

其次，針對公共動力負荷進行降低的過程中，可積極采取新能源措施來實現。公共動力負荷在負荷類型劃分的過程中屬于一級負荷，相關單位可采取常規電能和新能源共同使用的方式來達成節能目標。其中，光伏系統是一種有效的新能源措施，可以將其與建筑材料融合，用以代替傳統的建筑材料，從而實現對太陽輻射的最大限度的吸收，并為住宅建筑的公共動力負荷提供電能保障。在實現過程中，由于住宅建筑的光伏系統要求產生的電能直接就近供給用電設備，所以在進行建筑設計時，盡量將逆變器安裝在距離光伏板和蓄電池相對較近的配電井或者配電間。依托可再生能源，可以在一定程度上對當前住宅建筑的公共動力負荷形成分擔，從而有效地降低對電能的消耗。

2 住宅建筑的變壓器及其節能技術應用

作為住宅建筑供配電系統的核心部件，變壓器的能耗相對較高。通過采用變壓器節能技術，降低變壓器在運行過程中的能耗水平，對于住宅建筑的節能發揮著重要的作用。變壓器的電氣部分主要由繞組和鐵芯兩部分組成，變壓器的功率損耗主要包括有功功率和無功功率損耗。有功功率損耗主要包括空載和短路兩種狀態下的功率損耗。

其中，空載功率主要取決于變壓器的鐵芯材質，短路功率則與變壓器的繞組有關。在空載狀態下，變壓器繞組不輸出電能，主要是鐵芯中的渦流和磁化損耗所造成的能量損失。在短路狀態下，變壓器輸出電流大，會導致繞組和鐵芯中的能量損失變得更加顯著。無功功率損耗主要來自變壓器繞組的電阻、電感等阻抗特性，以及負載電流等因素。

這些因素會在電流經過繞組時產生電能的損耗，從而導致變壓器的無功功率損耗。為了降低變壓器的功率損耗，需要合理選擇變壓器的鐵芯材質和繞組設計，以及進行有效的負載調整和無功補償。這樣可以提高變壓器能源利用效率，降低電能損失，進而減少電網負荷和降低能源消耗[2]。

一般來說，變壓器的能耗可以達到系統總能耗的40%以上。因此，適當更換和改造變壓器，對于降低住宅建筑的能耗具有重要意義。住宅建筑用電量往往在冬季和夏季最為集中，尤其是北方地區冬季負荷增長明顯。有些住宅建筑的用電負荷較低，并且在多數時間中不會達到變壓器容量的50%。特別是在用電量較低的春秋季節中，這種情況尤為明顯。上述情況導致變壓器長時間處于低負荷運行狀態，并進一步增加有功損耗，從而極大地降低配電網的能效。本文推薦以下變壓器節能方案。

一是選擇新型節能變壓器。為了提高變壓器的運行效率、降低損耗、節約能耗，建議在選購變壓器時，應重點選擇自適應復合型配電變壓器[3]。該變壓器設備能夠在不同狀態下通過調容開關來改變其運行模式，實現變壓器容量切換與電壓調節，不僅能在滿足電能需求的同時，避免了額外的能耗，提高供電能力，同時在額定負荷下的空載損耗也得到了降低，提升了其運行經濟性。此外，在選擇變壓器設備時，還應對設備本身的特點進行充分分析，以形成更為科學和合理的設備選擇方案。

二是合理配置變壓器數量。除了選擇合適類型的變壓器設備，相關單位在進行設計時還應根據對應建筑住宅的實際情況，對變壓器數量進行合理安排。過去，一些住宅小區為了滿足能耗需求，采取多臺變壓器的設置方案，但實際運行中往往達不到設計預期，反而增加能耗，缺乏經濟性[4]。因此，在后續改造時，建議相關單位針對現有的需求進行重新評估，減少變壓器的設置數量，以幫助實現能耗的進一步降低。

三是合理把握最小負載功率。根據當前電力負荷情況，變壓器的負載率為50%時，其負載功耗小。雖然該方法可以將負載功耗控制到最小，但同時也限制了變壓器的經濟價值的實現。因此，在實際運行中，建議使用智能監測系統實時監測變壓器的負載率，根據實際負載情況合理調整變壓器數量，從而確保其負載率維持在恰當的水平，實現節約能耗的目的[5]。同時，在實際操作中，可以對變壓器相關配套設施進行優化，如開關柜、母線柜等，以提升變壓器的經濟性。除此之外，還可以采用電能質量控制器等設備，對變壓器的電能質量進行監測，以確保電能的有效利用，從而實現節能減排的目標。

3 住宅建筑的供配電線纜及其節能技術應用

住宅建筑中，低壓供配電線纜也是進行節能措施應用的重要項目。隨著現代住宅建筑的不斷發展，電纜抵抗耗損所導致的能源浪費日益凸顯。因此，在進行節能改造過程中，需要采取有效的措施來降低供配電線纜的能量損失。從實際情況來看，在現階段的建筑電氣系統之中，低壓電纜的電能輸送必然會有一部分以熱量的形式耗散，這一部分能量即為相關供配電線纜的功率損耗。而功率損耗的影響因素則是電流和導線電阻，其中電流受到相關電纜連接的負載情況的影響，在工程中隨著負載的確定，可有效地明確電流值。

而導線電阻則與其自身的材質、截面、輸送距離等息息相關，在工程施工中，隨著對電纜導體材質、距離、負荷位置等數據的明確，可以掌握到其具體的電阻值。這些數據可以用來準確計算相關導線的功率損耗。例如，在某棟住宅的設計中，使用了3×2.5銅芯低壓電纜，總長度約為1000m。采用內部敷設的措施，電阻值約為0.916Ω/km，計算電流為7.5A，預計導線的損耗約為1.54kWh。當然，隨著人們生活水平的提高，使用的導線類型也越來越多樣化，因此不同導線在使用過程中的損耗值也不盡相同，但不同線纜使用過程中產生的損耗總和，卻是不容忽視的內容[6]。

為了減少低壓輸電線路損耗程度，節能改造可以從以下兩個方面采取措施：降低輸變電及配電電纜長度及其阻值。一是減少電纜長度。應盡可能讓變電所或變電站處于住宅建筑供配電系統的負荷中心，這樣供配電線纜到達任何負荷位置的距離都是相對較短的。縮短供電半徑，可顯著降低供配電線纜投資和線路損耗。實際配置中，供電半徑應控制在100～150m 以內以取得最佳降損效果。

二是降低線纜電阻。線纜截面是影響電阻的關鍵因素，在選擇電纜截面時，應根據實際情況進行選擇。合理的選擇可以避免后續改造，降低線纜成本（見表2）。綜上所述，對于住宅建筑的能耗控制，必須系統地掌握電纜整體能耗情況和經濟性。每年因線纜造成的能耗損失較大，如果不能進行充分和合理的控制，將極大地提高住宅能耗水平。因此，節能改造措施必須科學、合理，可通過減少線纜長度和降低線纜電阻等措施來實現節能目標。

表2 兩種電纜的選擇方法及節能效果對比

4 住宅建筑的其他節能技術及措施的應用

除了從正常照明、變壓器使用和選擇、電纜改造入手外，還可以從以下方面進行提高能效和減少能耗方面著手：一是選用高效設備：使用高效的能源設備、節能燈等，可以降低建筑總能耗，此外在安裝并正確使用傳感器、節流閥等設備的情況下，也能實現預期的節能效果。

二是優化系統設計：通過對各種系統進行優化，比如通過增加溫控觸點、改善通風、通風增加空氣流量以及系統溫度、濕度、風速和壓力的控制，可以減少浪費和耗能，從而提高能效。

三是采用新技術：如利用太陽能、地熱能、風能或地下水能等，在合適的地點安裝適當的裝置產生清潔的、可再生的能源，以降低傳統燃料的使用和污染排放。同時，使用數字化自動化智能化的系統，可以實時監測和管理能源使用狀況，降低建筑能耗。

四是教育培訓：通過加強對建筑能耗的科普宣傳、開展教育培訓和推廣先進的節能技術，營造全民參與節能社會氛圍，進一步推動能源消費方式的轉變。

5 結語

降低建筑能耗是未來建筑發展的必然要求。根據以上分析，可以從多方面入手，采取綜合措施，降低建筑能耗，促進經濟社會的可持續發展。