論高層建筑電氣設(shè)計中的節(jié)能措施

韓　巍

摘要：文章針對高層建筑電氣能耗較大的問題，從建筑電氣設(shè)計的幾個環(huán)節(jié)，即建筑照明及其控制的節(jié)能、建筑智能控制的節(jié)能、供配電系統(tǒng)及電器產(chǎn)品的節(jié)能入手，運用科學(xué)發(fā)展的觀點，結(jié)合民用建筑設(shè)計的特點闡釋“電氣節(jié)能措施”的應(yīng)用和選擇，并重點對供配電系統(tǒng)的節(jié)能及實施做了說明，得出了高層建筑電氣節(jié)能潛力巨大的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：照明節(jié)能；供配電系統(tǒng)；電氣節(jié)能措施

中圖分類號：TV976文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-1145（2009）12-0156-02

這些年來，我國經(jīng)濟(jì)的快速增長與能源短缺的矛盾日益突出，而各大、中城市的高層建筑都在迅速崛起，使能源的消耗急劇增加。民用建筑的電力能耗問題的突出，使如何“節(jié)電能、降電耗，進(jìn)行電氣節(jié)能設(shè)計”勢在必行。本文從建筑照明及其控制的節(jié)能、建筑智能控制的節(jié)能、供配電系統(tǒng)及電器產(chǎn)品的節(jié)能入手，結(jié)合民用建筑設(shè)計的特點闡釋“電氣節(jié)能措施”的應(yīng)用和選擇。

一、建筑照明及其控制的節(jié)能措施

2004年12月1日開始實施的《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》，對照明節(jié)能提出了嚴(yán)格的要求，其中6.1.2～6.1.7條為強(qiáng)制性條文，必須嚴(yán)格執(zhí)行。它確定了不同場所相應(yīng)的照明功率密度值和對應(yīng)照度值，并列出了現(xiàn)行值和目標(biāo)值。

（一）照明方式的選擇原則

1．一般照明：即均勻照明，用于對照度無特殊要求的場所，如辦公室、會議室等場所。

2．分區(qū)一般照明：同一場所不同區(qū)域有不同照度的要求，如工藝用房、加工車間等場所。

3．混合照明：用于部分作業(yè)面照度要求較高。只采用一般照明不合理的場所，如高大加工車間等場所。

4．局部照明：采用一般照明不能滿足照度要求的場所，應(yīng)增設(shè)局部照明，如工藝用房、加工車間等場所。

（二）照明控制方式的選擇

1．每個房間燈的開關(guān)數(shù)不宜少于2個（只設(shè)置1只光源的除外）。

2．每個燈具開關(guān)控制的光源數(shù)量不宜太多。

3．燈具按與側(cè)窗平行分別控制。

4．對部分光源實施聲、光控制，或全夜、半夜控制。

5．公共區(qū)域、展廳、停車庫（場）、建筑泛光照明等宜采用建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)控制。

6．觀眾廳、會議室等宜采用智能照明控制系統(tǒng)控制。

（三）照明光源、燈具及附件的選擇

1．根據(jù)光源的光效、色溫、顯色指數(shù)、壽命和價格選擇高效節(jié)能型光源，即每瓦輸出的光通量高的光源，如：T5系列細(xì)管徑直管熒光燈、三基色T8直管熒光燈，緊湊型熒光燈（節(jié)能燈）。

2．燈具附件的選擇。主要是指鎮(zhèn)流器的選擇。《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定：自鎮(zhèn)流熒光燈應(yīng)配電子鎮(zhèn)流器：直管形熒光燈應(yīng)配電子鎮(zhèn)流器或節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器；高壓鈉燈、金屬鹵化物燈應(yīng)配節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器；在電壓偏差較大的場所，宜配恒功率鎮(zhèn)流器；功率較小者可配電子鎮(zhèn)流器。

二、建筑智能控制的節(jié)能措施

根據(jù)2007年7月1日開始實施的《智能建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB／T50314—2006），利用建筑智能控制技術(shù)達(dá)到節(jié)能的目的。主要體現(xiàn)在對建筑設(shè)備的監(jiān)控管理方面。建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)以全方位地對建筑中各類機(jī)電設(shè)備的運行狀態(tài)進(jìn)行有效控制，在滿足建筑要求的前提下，使各種設(shè)備均處于最佳運行狀態(tài)，從而實現(xiàn)最大限度節(jié)能為目的。

近幾年來，隨著專業(yè)化智能控制技術(shù)的深入和快速發(fā)展，針對電氣系統(tǒng)的控制，推出了行之有效的變配電智能監(jiān)控系統(tǒng)和智能照明控制系統(tǒng)。這些專業(yè)化控制系統(tǒng)的出現(xiàn)．對建筑節(jié)能提供了具體的、行之有效的智能控制技術(shù)和手段。

三、供配電系統(tǒng)及電器產(chǎn)品的節(jié)能措施

（一）合理設(shè)計供配電系統(tǒng)

1．根據(jù)負(fù)荷容量、供電距離及分布、用電設(shè)備特點等因素，合理設(shè)計供配電系統(tǒng)和選擇供電電壓，供配電系統(tǒng)應(yīng)盡量簡單可靠，同一電壓供電系統(tǒng)變配電級數(shù)不宜多于三級。

2．變電所應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心，以縮短配電半徑，減少線路損失，企業(yè)內(nèi)部變電所之間宜敷設(shè)聯(lián)絡(luò)線，根據(jù)負(fù)荷情況，切除部分變壓器，從而降低損耗。

3．根據(jù)負(fù)荷情況合理選擇變壓器容量、臺數(shù)，其接線應(yīng)能適應(yīng)負(fù)荷變化時，按經(jīng)濟(jì)運行原則靈活投切變壓器。對分期投產(chǎn)企業(yè)，宜采用多臺變壓器方案，避免輕載運行增大損耗。

4．按經(jīng)濟(jì)電流密度合理選擇導(dǎo)線截面，一般按年綜合運行費用最小原則確定經(jīng)濟(jì)電流密度。

（二）提高功率因數(shù)．減少電能損失

1．提高功率因數(shù)的意義：（1）可減少線路損失；（2）可減少變壓器的銅損；（3）可減少線路及變壓器的電壓損失；（4）可以增加發(fā)配電設(shè)備的供電能力。

2．提高功率因數(shù)的措施：（1）減少供電設(shè)備的無功消耗，提高企業(yè)的自然功率因數(shù)；（2）用靜電電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償。

（三）無功功率補(bǔ)償

對配電變壓器進(jìn)行無功補(bǔ)償可提高功率因數(shù)，有利于節(jié)能降耗。傳統(tǒng)的低壓補(bǔ)償為“三相共補(bǔ)”，適用于低壓網(wǎng)絡(luò)中單相負(fù)荷不大，三相基本平衡的情況。隨著生產(chǎn)、生活水平的不斷提高，大功率高壓氣體放電燈、計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等單相負(fù)載的大量采用，使三相不平衡度增大。因此，對配電變壓器需要進(jìn)行單相無功補(bǔ)償，即“單相分補(bǔ)”。但單純的“單相分補(bǔ)”投資較高，比“三相共補(bǔ)”增加20％～30％的投資。為更好地實現(xiàn)節(jié)能降耗，建議采用“△／Y三相共補(bǔ)與單相分補(bǔ)相結(jié)合”的新型無功補(bǔ)償方式。

（四）電力電纜的選擇

1．電力電纜材質(zhì)的選擇：電纜線路的有功電能損耗為Wt= Pt·τ，其中，Pt為三相線路中有功功率損耗，τ為最大負(fù)荷年損耗小時數(shù)。而參數(shù)Pt主要取決于線路的電阻和感抗，即導(dǎo)體材質(zhì)、截面積及絕緣形式。相對于鋁導(dǎo)體，銅導(dǎo)體的導(dǎo)電率高且能耗低，因此，銅芯電力電纜在工程設(shè)計中被廣泛使用。

2．按經(jīng)濟(jì)電流選擇：電纜截面的選擇除技術(shù)條件外，另一個方面是經(jīng)濟(jì)條件，即按經(jīng)濟(jì)電流選擇。電氣設(shè)計領(lǐng)域逐步同國際接軌．陸續(xù)等同或等效采用國際電工標(biāo)準(zhǔn)，推廣應(yīng)用IEC 287-3-2／1995《電力電纜截面的經(jīng)濟(jì)最佳化》標(biāo)準(zhǔn)。

按經(jīng)濟(jì)電流條件及技術(shù)條件選擇結(jié)果的比較：通常按經(jīng)濟(jì)條件選擇的截面大于按技術(shù)條件選擇的截面1～2級，但也有按熱穩(wěn)定等技術(shù)條件選擇的截面大的情況，因此應(yīng)該同時滿足技術(shù)條件和經(jīng)濟(jì)電流條件，取二者截面較大者。簡化設(shè)計程序時，可按允許載流量所選的截面放大1～2級，基本上能接近按經(jīng)濟(jì)電流條件所選擇的結(jié)果。年最大負(fù)荷利用小時Tmax愈大，經(jīng)濟(jì)電流值愈小，反之愈大。經(jīng)濟(jì)壽命變化時，經(jīng)濟(jì)截面變化不大。

由于按經(jīng)濟(jì)電流選擇截面時，截面較大，使初期投資加大，根據(jù)計算，一般要2～4年收回投資。年最大負(fù)荷利用小時Tmax愈大，回收年限愈短。當(dāng)超過回收年限之后，因損耗減小每年可節(jié)約的費用逐年累計是十分可觀的，即從發(fā)展的角度看，按經(jīng)濟(jì)條件選擇電纜有利于電纜的節(jié)能降耗。

（五）配電變壓器的節(jié)能措施

變壓器節(jié)能的實質(zhì)就是降低損耗、提高運行效率。作為電壓變換設(shè)備，變壓器被廣泛應(yīng)用于輸電和配電領(lǐng)域。由于容量和數(shù)量很大、運行時間長，總損耗也相當(dāng)大，因而，變壓器在選擇和使用上存在著巨大的節(jié)能潛力。不應(yīng)使變壓器長期處于過負(fù)載狀態(tài)下運行，其經(jīng)常性負(fù)載應(yīng)以在變壓器額定容量的60%為宜，考慮用戶發(fā)展等因素，可預(yù)留15%~25%的余量；另一方面，某一型號或系列的變壓器，新型號的自身功耗應(yīng)比前一個型號低10%，選擇高效節(jié)能產(chǎn)品，是改善高層建筑的經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。

（六）采取抑制諧波的技術(shù)措施

隨著電氣技術(shù)的飛速發(fā)展，大量照明用的氣體放電燈及電子鎮(zhèn)流器、生活日用電器中變頻空調(diào)器、計算機(jī)等非線性設(shè)備以及變頻水泵、變頻風(fēng)機(jī)等設(shè)備的廣泛應(yīng)用，均向電網(wǎng)輸送了大量的高次諧波。諧波的產(chǎn)生會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)或水泵的電動機(jī)效率降低、發(fā)熱增加，從而縮短其使用壽命；使變壓器產(chǎn)生附加損耗，從而引起過熱，使絕緣介質(zhì)老化加速，導(dǎo)致絕緣損壞；諧波電流會引起電氣設(shè)備及配電線路過載導(dǎo)致短路，甚至引發(fā)電氣火災(zāi)。

諧波的抑制方法很多，常用的方法有增加換流裝置的脈動數(shù)、加裝交流濾波裝置、改善三相不平衡度、在用戶進(jìn)線處加裝串聯(lián)電抗器、采用有源濾波器／無源濾波器等新型濾波措施。諧波抑制措施的選擇要根據(jù)諧波達(dá)標(biāo)的水平、效果、經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)成熟度等綜合比較后確定，從而抑制高次諧波造成的系統(tǒng)發(fā)熱和損耗，實現(xiàn)電氣系統(tǒng)的節(jié)能。

（七）節(jié)電裝置的應(yīng)用

自動穩(wěn)壓型交流電源集中控制節(jié)電裝置。采用“電磁平衡原理”節(jié)電技術(shù)，通過裝在內(nèi)部的LC無源濾波器抑制高次諧波造成的系統(tǒng)發(fā)熱和損耗．吸收系統(tǒng)內(nèi)部的失真電能并轉(zhuǎn)化成為有用電能，通過裝置本身的感抗和負(fù)荷系統(tǒng)的感抗形成互感，可提高負(fù)荷系統(tǒng)電能的利用率，即提高功率因數(shù)。節(jié)電裝置串聯(lián)接入電力系統(tǒng)中．對系統(tǒng)輸入電能進(jìn)行集中控制與多方位管理，改善電能質(zhì)量，將供電參數(shù)調(diào)整到負(fù)荷設(shè)備最合適的工作狀態(tài)。

（八）太陽能光伏發(fā)電

太陽能是一種取之不盡、用之不竭的清潔能源。太陽每秒鐘釋放出來的能量，相當(dāng)于目前全世界一年內(nèi)能源總消耗量的3．5萬倍。然而太陽能必須被高效地收集并轉(zhuǎn)換為熱能、電能等常規(guī)能源，才能被充分利用。

國家《電力法》規(guī)定，鼓勵各企業(yè)使用清潔能源及可再生能源，如風(fēng)能、水能、太陽能等。太陽能是容易直接獲取的清潔能源之一，太陽光伏發(fā)電就是利用光生伏效應(yīng)把太陽光能直接轉(zhuǎn)化成電能的供電模式。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)目前主要應(yīng)用于太陽能熱水、太陽能鍋爐、太陽能照明（太陽能路燈、庭院燈、草坪燈等）。隨著太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展完善和日趨成熟，該系統(tǒng)將會廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。

四、結(jié)語

在供電系統(tǒng)或用電設(shè)備中都存在著節(jié)能的巨大潛力。為實現(xiàn)“節(jié)電能、降電耗”的目的，在建筑電氣設(shè)計中應(yīng)正確設(shè)計供配電系統(tǒng)，選用節(jié)能型電氣產(chǎn)品，更換改造低效率、高電耗設(shè)備，并通過科學(xué)的管理，實現(xiàn)供配電系統(tǒng)及用電設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運行。