高層建筑電氣設計中節(jié)能措施的探討

邱文軒（滄州市節(jié)能監(jiān)察監(jiān)測中心,河北　滄州　061001）

高層建筑電氣設計中節(jié)能措施的探討

邱文軒
（滄州市節(jié)能監(jiān)察監(jiān)測中心,河北滄州061001）

摘要：隨著全球性環(huán)境保護意識的不斷加強，不可再生能源的開發(fā)利用也越來越受到各國的重視。如何很好地利用各種能源建，如何保護能源，如何節(jié)約能源也越來越受到人們的關(guān)注。我國各種高層建筑層出不窮，高層建筑也正在成為耗能大戶，在建筑電氣設計中如何節(jié)能也越來越多引起人們的重視，本文從變壓器容量選擇、功率因數(shù)補償、照明照度、電動機起動設備選擇等方面論述電氣設計中的幾種節(jié)能方法。

關(guān)鍵字：電氣節(jié)能;變壓器損耗;功率因數(shù);照明節(jié)能

隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，建筑行業(yè)也進入了前所未有的快速發(fā)展階段。尤其近年高層建筑大量出現(xiàn)，從城市到農(nóng)村，比比皆是。而高層建筑中人員集中，各種設備繁多，對能源的需求和消耗也非常大。在巨大的能源消耗中，如何有效節(jié)約能源、如何充分利用能源，也就成為高層建筑電氣設計的重點。下面從高層建筑電氣設計中的供配電系統(tǒng)、變壓器、照明、功率因數(shù)等幾個方面來看相應地一些節(jié)能措施。

1　高層建筑供配電系統(tǒng)的節(jié)能設計

高層建筑供配電系統(tǒng)應根據(jù)高層建筑的特點、規(guī)模、和發(fā)展規(guī)劃處理好近遠期發(fā)展關(guān)系，以近期為主，長遠結(jié)合，按照負荷的性質(zhì)、用電的容量、供電的條件合理設計供電方案。

要正確選擇供電電源的電壓等級，確定供電的回路數(shù)。供電電壓35kV及以上的用電單位其配電電壓應采取10kV；如能減少配變電級數(shù)，簡化接線，這樣節(jié)約了電能和投資，提高了電能質(zhì)量。配電系統(tǒng)中需要兩回路電源線的，一般采用同級電壓，一回路中斷供電，其余回路應能滿足全部一級負荷及二級負荷的供電需要。供配電系統(tǒng)應盡量簡單可靠，便于操作管理。變配電所應盡量靠近負荷中心，以縮短配電半經(jīng)減少線路損耗。合理選擇變壓器的容量和臺數(shù)，以適應負荷變化時能夠靈活投切變壓器，實現(xiàn)經(jīng)濟運行減少由于輕載運行造成的不必要電能損耗。

2　變壓器的節(jié)能設計

變壓器的功率損耗包括有功功率損耗和無功功率損耗兩部分。變壓器無功損耗的主要參數(shù)是空載電流和短路電壓，減小無功損耗主要考慮無功功率消耗做到最小，提高功率因數(shù)。變壓器的有功損耗按（1）式計算。

式中：ΔΡ為有功功率損耗(kW)；Ρ0為變壓器空載損耗(kW)；ΡK為變壓器短路損耗(kW)；β為變壓器負載率（%）。

（1）變壓器的有功損耗包括鐵損Ρ0（又稱空載損耗）和銅損ΡK。鐵損與鐵芯材質(zhì)等有關(guān)，與負荷大小無關(guān)；銅損與負荷電流的平方成正比，負載電流為額定值時又稱為短路損耗。降低空載損耗和短路損耗的措施有：采用優(yōu)質(zhì)硅鋼片，改進鐵芯結(jié)構(gòu)，降低空載損耗；改進絕緣結(jié)構(gòu)，適當減小電流密度，降低短路損耗。

（2）變壓器經(jīng)濟運行的措施：高層建筑供配電系統(tǒng)中選擇變壓器容量和臺數(shù)時，要根據(jù)建筑物的分類和等級確定該建筑的負荷等級，根據(jù)負荷等級確定負荷供電線路的可靠性，而變壓器的臺數(shù)要滿足供電可靠性的要求，同時要滿足建筑物中設備負荷的需求，既不能出現(xiàn)小馬拉大車的現(xiàn)象，也不能出現(xiàn)過載的現(xiàn)象；根據(jù)高層建筑中的負荷統(tǒng)計情況，明確的性質(zhì)即那些符合是重要的，那些是一般的，對重要的負荷或重載負荷（80%負載率）要通過計算來驗證變壓器是否能處于經(jīng)濟運行狀態(tài)，如不能可放大一級變壓器容量，以降低負載率和損失率；如果兩回路進線或有兩臺及以上變壓器時，所有變壓器都要投入使用，以保證變壓器的處于經(jīng)濟運行狀態(tài)；對于部分變動較大的負荷，可把其中不能停電的負荷集中到某一臺變壓器上，設置專業(yè)用供電變壓器；變壓器不允許長期空載運行。

3　減少線路損耗

高層建筑由于結(jié)構(gòu)復雜，設備數(shù)量多且距變壓器的距離遠，所以設備和變壓器間導線敷設長度長，線路長度越長則電阻值越大，有電流通過時線路上產(chǎn)生的功率損耗按（2）式計算。

式中：ΔΡ為三相線路的功率損耗(kW)；I為線電流(A)；R為線路相電阻(Ω)。

高層建筑供配系統(tǒng)中減少線路損耗設計時主要考慮：

（1）要盡量把變電室或變壓器設置在建筑物的中心位置，這樣減少從變電所或變壓器到用電設備之間的導線連接距離；（2）要盡量選用銅芯導線，減小導線的電阻值，從而降低導線上的功率損耗；（3）高層建筑中不同的設備供電中要根據(jù)設備的性質(zhì)進行分組，性質(zhì)相同的盡量通過一路導線供電，其敷設時盡量從中心豎井走線，在各個樓層在進行分線，根據(jù)負荷的容量確定導線的截面、規(guī)格型號等；（4）對于較長的線路，在滿足負荷供電要求，導線不過載的情況下，可以使用比選定線截面大一級的導線，這樣增加的線路費用，由于節(jié)約能耗而減少了年運行費用，綜合考慮節(jié)能經(jīng)濟時還是合算的。

4　高層建筑供配電系統(tǒng)功率因數(shù)的提高措施

高層建筑供配電系統(tǒng)中，設計規(guī)范中規(guī)定供電系統(tǒng)功率因數(shù)應該在0.9以上，提高功率因數(shù)對高層建筑供電有顯著的節(jié)能作用。首先功率因數(shù)提高后導線上的功率損耗會下降，其次可以使變壓器二次側(cè)的負荷電流減少，從而減少變壓器的銅損，第三功率因數(shù)提高后可以有效地減少無功電流，從而達到減少線路壓降的目的，所以說提高功率因數(shù)能達到節(jié)能目的。提高功率因數(shù)的措施有：

（1）正確合理選擇高層建筑中的用電設備，在滿足設計指標的要求下盡量選用自然功率因數(shù)高的設備，如高層建筑中廣泛使用的水泵電機、空調(diào)壓縮機、電梯的曳引機等都是大功率的用電設備，他們本身的功耗就比較大，如果功率因數(shù)低則耗能就會非常明顯，所以對這些大功率用電設備一方面要選用節(jié)能產(chǎn)品，一方面要考慮其運行的功率因數(shù)。高層建筑中另外一類用電設備就是照明燈具，由于建筑物房間性質(zhì)不同，照度要求也不一樣，所以選用的燈具也各不相同，但對燈具來講節(jié)能也是必須考慮的因素，現(xiàn)在廣泛采用高效節(jié)能的熒光燈或新型LED光源，功率因數(shù)提高了，節(jié)能效果也非常明顯。

（2）功率因數(shù)的人工補償，主要措施有：在負荷側(cè)合理安裝集中與就地補償設備，保證設備的功率因數(shù)不低于0.9。目前在高層民用建筑電氣設計中，由于建筑物內(nèi)用電設備分散，用電設備的功率也不一樣，要采用分散補償不太現(xiàn)實，所以絕大部分補償采用變壓器低壓側(cè)集中補償，就是在變壓器低壓側(cè)安裝電容器柜，根據(jù)配電系統(tǒng)功率因數(shù)的變化情況，自動投切電容器，達到提高用戶處功率因數(shù)的目的。而對高層建筑中一些大功率的用電設備來說，也可以通過在用電設備處就地加電容器柜，實現(xiàn)無功負荷的單獨就地補償。

5　照明的節(jié)能設計

高層建筑照明設計更應該很嗨體現(xiàn)我國從1993年開始實施的綠色照明工程，綠色照明不僅能節(jié)約能源，還能在保護環(huán)境，保護人們的身心健康等多方面起到一個非常明顯的作用，通常高層建筑照明設計中節(jié)能措施從以下幾個方面考慮：

（1）根據(jù)建筑物所處的地理位置的不同，根據(jù)建筑物作用性質(zhì)的不同，正確合理選擇建筑物房間內(nèi)的照度標準，并且在設計過程中要實際計算房間的照度標準，不能想當然，隨意增加或減小照度值，同時計算值不應超過標準值的110%。

（2）高層建筑中房間的結(jié)構(gòu)、裝修、布置、設備等數(shù)量多且每個房間不一樣，在電氣照明設計中應充分考慮房間內(nèi)作業(yè)面對照明的要求，采用分區(qū)域控制的方式，滿足同一個房間內(nèi)不同區(qū)域?qū)φ斩鹊男枨蟆?/p>

（3）在照明燈具的選擇中要堅持選用高校節(jié)能的產(chǎn)品且不同的場合照度要求不同，燈具的功率不同，但燈具的節(jié)能措施不能變。

（4）正確合理布置燈具的導線和連接，避免不必要錯誤和浪費。如某高層住宅電梯前室節(jié)能應急燈，開關(guān)的設置位置很難同時滿足來自電梯、樓梯間、戶內(nèi)的人員方便操作，除非在前室設置三套燈具及開關(guān)，若只設一套燈具及開關(guān)，進入電梯前室時，另外兩個方向進入前室的人員將處于黑暗狀態(tài)，即使延時開關(guān)本身帶有指示燈，也要在黑暗中走較長的距離，給使用帶來了不少的麻煩，解決的方法可以將原有的觸摸延時開關(guān)修改為帶消防聯(lián)動觸點的聲光控延時開關(guān)或帶消防聯(lián)動觸點的紅外、光控延時開關(guān)，這樣保留了原有的燈具數(shù)量，還解決了可能產(chǎn)生的麻煩問題。

6　結(jié)語

高層建筑電氣設計中在節(jié)能方面潛力很大，對于不同的高層建筑來說其特點也各不相同，對于電氣設計人員來說，在設計中應精心考慮，反復比較設計方案，拿出一套既符合國家技術(shù)規(guī)范要求，又滿足功能需求的設計方案來。在這樣的前提條件下，從節(jié)約能源的原則去考慮，從供配電設計、設備的選擇等多方面考慮，采取切實可行的節(jié)能措施，從而達到真正節(jié)約電能的目的。

參考文獻：

[1]任元會.注冊電氣工程師職業(yè)資格考試復習指導[M].北京：中國電力出版社,2007.

[2]中國航空工業(yè)規(guī)劃設計研究院編寫組.工業(yè)與民用配電設計手冊[M].北京：中國電力出版社,2013.

作者簡介：邱文軒(1977-)，男，助理工程師。