建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)及控制方法

郭英華

【摘 要】建筑電氣的節(jié)能尤為重要。節(jié)能措施應(yīng)該貫徹實(shí)用、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)的原則。文章就電氣節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則，從供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、合理使用電動(dòng)機(jī)、功率因數(shù)補(bǔ)償、諧波治理、照明節(jié)能、可再生能源利用、能源管理系統(tǒng)等方面，論述了建筑電氣節(jié)能的合理應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】電氣節(jié)能；供配電系統(tǒng)功率因數(shù)；諧波治理；照明節(jié)能；能源管理

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速增長(zhǎng)，作為二次能源的電能供需矛盾日益突出。在積極倡導(dǎo)節(jié)能減排、發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的今天，如何把節(jié)能措施貫穿于整個(gè)電氣設(shè)計(jì)過(guò)程則顯得尤為重要。下面結(jié)合工作實(shí)際，就建筑電氣設(shè)計(jì)的幾種節(jié)能措施談?wù)勔恍┛捶ā?/p>

1.電氣節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則

電氣節(jié)能是建筑節(jié)能的重要組成部分，電氣設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)從適用性、安全性、可靠性及經(jīng)濟(jì)性多方面綜合考慮，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)及運(yùn)行方案減少不必要的能源損耗。

2.電氣節(jié)能設(shè)計(jì)包括以下幾方面內(nèi)容

2.1合理設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)

根據(jù)用戶的重要性、負(fù)荷性質(zhì)、用電容量、工程特點(diǎn)、系統(tǒng)規(guī)模，合理設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)，使系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。

（1）根據(jù)用電負(fù)荷的容量及分布，使變、配電所靠近負(fù)荷中心，以縮短低壓供電半徑，降低線路損耗，減少電壓損失，滿足供電質(zhì)量要求。供配電線路長(zhǎng)度不宜超過(guò)250m。

（2）供配電系統(tǒng)應(yīng)簡(jiǎn)單可靠，配電級(jí)數(shù)不宜過(guò)多，同一用戶內(nèi)，高壓配電級(jí)數(shù)不宜多于兩級(jí)；變壓器二次側(cè)至用電設(shè)備間的低壓配電級(jí)數(shù)不宜超過(guò)三級(jí)，盡量減少電能損耗。由兩路進(jìn)線供電的系統(tǒng)，宜采用兩路電源同時(shí)運(yùn)行的方式，以減少正常運(yùn)行時(shí)的線路損耗。

（3）合理選擇供電電壓。同等情況下，電壓越高，損耗越小。供電電壓等級(jí)的確定應(yīng)考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性及電力公司的相關(guān)規(guī)定等因素。當(dāng)用電設(shè)備總?cè)萘吭?50kW及以上或變壓器容量在160kVA及以上時(shí)，宜以10（6）kV供電。對(duì)大型公共建筑的空調(diào)冷水機(jī)組，考慮節(jié)能因素，經(jīng)方案比較盡量采用10（6）kV冷水機(jī)組，但應(yīng)考慮大容量電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)變壓器的影響。

（4）合理選擇變壓器。電力變壓器應(yīng)當(dāng)選用10型及以上、非晶合金等節(jié)能環(huán)保、低損耗和低噪聲的變壓器。變壓器的長(zhǎng)期工作負(fù)載率不宜大于0.85，在選擇變壓器容量和臺(tái)數(shù)時(shí)，應(yīng)靈活根據(jù)負(fù)荷變化情況，綜合考慮投資和年運(yùn)行費(fèi)用，對(duì)負(fù)荷合理分配，選取容量與電力負(fù)荷相適應(yīng)的變壓器，以實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減少由于輕載運(yùn)行造成的不必要電能損耗。此外，降低變壓器的環(huán)境溫度、平衡三相負(fù)荷、合理選擇變壓器接線方式、季節(jié)性造成的負(fù)荷變化時(shí)靈活投切變壓器等也是降低能耗的有效途徑。

（5）減少線路能量損耗。在滿足允許載流量、電壓損失、短路電流熱穩(wěn)定等技術(shù)指標(biāo)前提下，應(yīng)按經(jīng)濟(jì)電流密度合理校驗(yàn)、選擇導(dǎo)線截面，從而達(dá)到降低電能損耗、減少投資和節(jié)約有色金屬的目的。

2.2降低電動(dòng)機(jī)電能損耗，提高電動(dòng)機(jī)使用效率

（1）根據(jù)負(fù)荷特性合理選擇高效率電動(dòng)機(jī)，提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的效率和功率因數(shù)。

（2）功率較大的電動(dòng)機(jī)可以采用變頻調(diào)速器（消防設(shè)備除外），可提高電機(jī)在輕載時(shí)的效率，達(dá)到節(jié)能的目的。

（3）采用軟啟動(dòng)器，使電機(jī)啟動(dòng)平穩(wěn)，保證電網(wǎng)電壓的波動(dòng)在要求范圍內(nèi)。

2.3合理提高供配電系統(tǒng)中的功率因數(shù)

設(shè)計(jì)中應(yīng)通過(guò)正確選擇電動(dòng)機(jī)、變壓器的容量以及照明燈具啟動(dòng)器，降低線路感抗，采用正確的電線、電纜敷設(shè)方式，提高用電單位的自然功率因數(shù)。當(dāng)自然功率因數(shù)偏低，達(dá)不到電網(wǎng)合理運(yùn)行要求時(shí)，應(yīng)采用并聯(lián)電力電容器作為無(wú)功補(bǔ)償裝置。

2.4諧波治理

隨著大量非線性負(fù)載的廣泛使用，產(chǎn)生的大量諧波電流注入電網(wǎng)中，使電壓波形產(chǎn)生畸變?？赏ㄟ^(guò)選用D，yn11變壓器；設(shè)置濾波或隔離濾波裝置；合理選擇中性線截面；功率因數(shù)補(bǔ)償電容器組串聯(lián)消諧電抗器等措施抑制諧波，提高電能質(zhì)量。

2.5照明節(jié)能

照明節(jié)能的基本原則是在保證不降低生產(chǎn)、作業(yè)視覺(jué)要求，不降低照明質(zhì)量的條件下，力求減少照明系統(tǒng)中光能的損失，最有效地使用照明用電。做好照明節(jié)能工作應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）根據(jù)視覺(jué)作業(yè)要求，應(yīng)根據(jù)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》確定合理的照明標(biāo)準(zhǔn)，不同場(chǎng)所應(yīng)有目的地進(jìn)行照明。由于我國(guó)幅員遼闊，各地區(qū)經(jīng)濟(jì)條件差別較大，民族習(xí)慣不同，因此還應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在規(guī)范推薦的高、中、低值中確定合理的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值的確定應(yīng)掌握適度，并合理利用局部照明。

（2）充分利用自然光。照明的最佳光源是陽(yáng)光。太陽(yáng)光是免費(fèi)的，不需電力，也不造成污染。在寫(xiě)字樓里，如果在設(shè)計(jì)時(shí)能在大樓內(nèi)部引入自然光線，員工會(huì)情緒更好，效率更高。在醫(yī)院里，住在靠近窗戶附近的病人康復(fù)得更快?，F(xiàn)在有些窗戶可以對(duì)光譜進(jìn)行選擇，引入日光的同時(shí)還可保持舒適。有一些創(chuàng)新的技術(shù)如側(cè)窗、天窗、光柵板和光線管道等，可將日光引入大樓內(nèi)部。在燈具布置時(shí)，將所控?zé)袅信c側(cè)窗平行，跟據(jù)日照強(qiáng)弱來(lái)進(jìn)行燈具控制也是照明節(jié)能的有效手段。

（3）合理選擇光源和燈具。應(yīng)在不同的使用場(chǎng)合，在滿足照明質(zhì)量的前提下，盡可能選擇高光效的光源。為充分利用光源發(fā)出的光通量，在燈具選用時(shí)應(yīng)注意選用配光合理、效率高、利用系數(shù)高的燈具，優(yōu)先選用開(kāi)啟式直接照明燈具，并選擇電子鎮(zhèn)流器或節(jié)能型高功率因數(shù)電感鎮(zhèn)流器以提高功率因數(shù)。

（4）采用合理的照明控制方式是實(shí)現(xiàn)舒適照明的有效手段，也是節(jié)能的有效措施。照明控制系統(tǒng)分兩大類：手動(dòng)控制和自動(dòng)控制。手動(dòng)控制是指按照使用者的個(gè)人意愿來(lái)控制所屬區(qū)域的照度水平。在照明開(kāi)關(guān)應(yīng)用中，我們應(yīng)注意：1）居住建筑有天然采光的樓梯間、走道的照明，除應(yīng)急照明外，宜采用節(jié)能自熄開(kāi)關(guān)。2）每個(gè)照明開(kāi)關(guān)所控光源數(shù)不宜太多。每個(gè)房間燈的開(kāi)關(guān)數(shù)不宜少于2個(gè)（只設(shè)置一只光源的除外）。但手動(dòng)控制最不利的一點(diǎn)是：當(dāng)人們意識(shí)到自然光線不足時(shí)會(huì)開(kāi)燈，但當(dāng)天然光又恢復(fù)充足時(shí)沒(méi)有什么因素促使他們把燈關(guān)掉。而且工作結(jié)束后如果燈還開(kāi)著，這將浪費(fèi)大量的電能。與傳統(tǒng)的照明控制方式相比，近年來(lái)逐步發(fā)展起來(lái)的智能化照明控制系統(tǒng)體現(xiàn)出了強(qiáng)大的優(yōu)越性。目前智能照明控制系統(tǒng)多數(shù)采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，借助各種不同的“預(yù)設(shè)置”控制方式和控制元件，對(duì)不同時(shí)間不同環(huán)境的光照度進(jìn)行精確設(shè)置和合理管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。只有當(dāng)必需時(shí)才把燈點(diǎn)亮或點(diǎn)到要求的亮度，利用最少的能源保證所要求的照度水平，節(jié)電效果十分明顯。

2.6采用建筑設(shè)備自動(dòng)化管理控制系統(tǒng)

自動(dòng)控制、監(jiān)視和測(cè)量是自動(dòng)化管理控制系統(tǒng)的三大要素。通過(guò)應(yīng)用信息通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化控制等智化技術(shù)，對(duì)建筑物內(nèi)采暖、通風(fēng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、給排水及熱水供應(yīng)系統(tǒng)、照明和其他各類用電設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)施能效管理，確保各類設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠，從而達(dá)到提高能效、降低能耗的目的。

3.結(jié)束語(yǔ)

建筑電氣領(lǐng)域節(jié)約用電蘊(yùn)含著巨大的潛力，同時(shí)，節(jié)能具有重大意義，它不僅能有效地緩和電力供需矛盾，保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、高速、健康的發(fā)展，而且經(jīng)濟(jì)效益顯著，是一種經(jīng)濟(jì)的電力開(kāi)發(fā)形式。建筑電氣節(jié)能過(guò)程，貫穿于項(xiàng)目的決策、設(shè)計(jì)、施工、投產(chǎn)、使用等整個(gè)周期。作為專業(yè)電氣人員，應(yīng)該從設(shè)計(jì)、施工、使用過(guò)程中精心考慮，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)剡M(jìn)行方案比較，從安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性及節(jié)能性等方面進(jìn)行綜合考慮，進(jìn)行壽命周期投資與運(yùn)營(yíng)成本測(cè)算，選用壽命周期成本最低的方案，避免陷入“節(jié)能不節(jié)錢(qián)”的怪圈。選擇合理的供配電方案，采用先進(jìn)技術(shù)，選用高效設(shè)備，實(shí)施電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù)，在節(jié)約能源、促進(jìn)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的同時(shí)，又保護(hù)了環(huán)境，取得社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益的雙贏，保證我們高速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展勢(shì)頭，實(shí)行社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).（GB 50034-2004）中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004.

[2]（上?，F(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)（集團(tuán)）有限公司編）.建筑節(jié)能設(shè)計(jì)統(tǒng)一技術(shù)措施，2009.