建筑機(jī)電工程節(jié)能設(shè)計存在問題分析與相關(guān)對策

謝建輝

（深圳市安航電子科技有限公司）

建筑機(jī)電工程節(jié)能設(shè)計存在問題分析與相關(guān)對策

謝建輝

（深圳市安航電子科技有限公司）

現(xiàn)階段，隨著人們生活水平的提高，對于生活質(zhì)量的追求也不斷提高，尤其是現(xiàn)階段資源節(jié)約型和環(huán)境保護(hù)型社會建設(shè)理念的不斷加深，城市發(fā)展中越來越離不開節(jié)能型建筑。為了更好地促進(jìn)城市的發(fā)展，貫徹落實節(jié)能型建筑建設(shè)，推進(jìn)低碳環(huán)保社會的發(fā)展，本文就目前節(jié)能型建筑建設(shè)過程中機(jī)電節(jié)能工程設(shè)計存在的問題及對策進(jìn)行了探討，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)工作人員有所助益。

節(jié)能型建筑；機(jī)電節(jié)能；工程設(shè)計；問題；對策

現(xiàn)階段，節(jié)能減排是建筑行業(yè)的熱點問題，在建筑工程的建設(shè)過程中，如何有效實現(xiàn)建筑機(jī)電工程的節(jié)能減排目標(biāo)，是貫穿于建筑設(shè)計、調(diào)試、使用過程的始終，而其中最根源的環(huán)節(jié)在于設(shè)計環(huán)節(jié)。如果建筑機(jī)電工程的優(yōu)化設(shè)計能夠有效控制不必要的能源消耗，必然能夠有效減少建筑物投入使用后的總能源消耗，減少后期運營和維護(hù)費用；這對于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。為此，在建筑設(shè)計過程中，對建筑工程進(jìn)行必要的節(jié)能設(shè)計，尤其是優(yōu)化建筑機(jī)電節(jié)能工程的設(shè)計，具有重要的實踐意義。

1 提高建筑機(jī)電節(jié)能工程設(shè)計質(zhì)量的必要性

現(xiàn)階段，世界范圍內(nèi)的能源危機(jī)已然成為了全人類生存和發(fā)展的重要挑戰(zhàn)，具體到我國，也毫不例外。為了有效促進(jìn)能源節(jié)約，推動經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展，作為“能源消耗大戶”的建筑領(lǐng)域成為了節(jié)能減排工作的重點，在城市建設(shè)過程中，節(jié)能型建筑也逐漸成為了人們關(guān)注的熱點。

關(guān)于建筑的能耗，機(jī)電工程占建筑全部能耗3/4。為了有效控制建筑能耗，就應(yīng)該從機(jī)電工程的節(jié)能設(shè)計階段著手，及時將最新的低能耗、高效率、技術(shù)先進(jìn)、應(yīng)用成熟的機(jī)電設(shè)備融入建筑機(jī)電工程初始設(shè)計之中，淘汰經(jīng)濟(jì)效益、社會效益、生態(tài)效益不高的傳統(tǒng)設(shè)備，同時滿足設(shè)計方面的經(jīng)濟(jì)性、安全性、可靠性、可操作性和適應(yīng)性。在現(xiàn)階段的機(jī)電節(jié)能工程中，涉及到具體到機(jī)電設(shè)備的現(xiàn)狀，過大電壓偏差、三相不平衡（包括啟動元件繼電保護(hù)誤動作、變壓器三相負(fù)荷不平衡、低壓系統(tǒng)中三相電壓不平衡等）、諧波電流、暫態(tài)過電壓等均是導(dǎo)致建筑機(jī)電工程安全隱患、能源損耗、資源浪費的根源所在。這些問題的存在，對用電設(shè)備造成嚴(yán)重危害；由于電壓偏差過大，設(shè)備電耗會增加，損害設(shè)備使用壽命；由于三相不平衡，繼電保護(hù)裝置誤動作頻發(fā)，絕緣過熱，導(dǎo)致設(shè)備使用壽命周期縮短，安全運行難以保證，影響機(jī)電設(shè)備達(dá)到設(shè)計的功能目標(biāo)，造成資源能源浪費；由于諧波電流的存在，設(shè)備運行溫度被迫抬高，過電壓、過電流問題加速電氣設(shè)備絕緣老化；諧波電流的流入設(shè)備時會導(dǎo)致整個設(shè)備過熱。它能升高設(shè)備的溫度，降低絕緣壽命，而在加熱過程中又影響整個設(shè)備。諧波的存在導(dǎo)致多種不良效應(yīng)，如串聯(lián)、并聯(lián)諧振引起的過電壓、過電流、機(jī)械振動，從而使多種設(shè)備出現(xiàn)過熱、絕緣老化、軸扭振等問題；由于暫態(tài)過電壓，容易使處于正常工作狀態(tài)中的設(shè)備自動停止或啟動，甚至導(dǎo)致控制系統(tǒng)的無故非正常復(fù)位，干擾正常運行，特別是敏感電子設(shè)備，更容易受到干擾和破壞，加速老化，縮短設(shè)備的壽命周期。這些問題雖然在短時間內(nèi)不會直接導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備報廢，但是隨著設(shè)備服役時間的增加，日積月累下來的各種不利因素，就會對機(jī)電工程設(shè)備的正常運行造成影響：機(jī)電工程設(shè)備超負(fù)荷損害、設(shè)備高能耗低載荷、低效率運行等。能耗增加、運行效率下降均不利于節(jié)能減排目標(biāo)的實現(xiàn)，嚴(yán)重阻礙了機(jī)電工程的可持續(xù)發(fā)展，而這些問題對機(jī)電工程帶來的安全隱患也是不可估量的。總之，失去了經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性、安全性的機(jī)電工程，對于整體建筑工程項目的可持續(xù)發(fā)展十分不利。

2 建筑機(jī)電節(jié)能工程設(shè)計原則

2.1 保證滿足機(jī)電設(shè)備的運行條件

在建筑機(jī)電節(jié)能工程的設(shè)計中，為了有效滿足機(jī)電設(shè)備的運行條件，保證機(jī)電設(shè)備的運行動力供應(yīng)，才能維系機(jī)電工程設(shè)備的正常穩(wěn)定使用，為此，必須在設(shè)計中做好以下幾點：①確保機(jī)電設(shè)備各種線路的安全性；②確保機(jī)電設(shè)備的控制方式具有科學(xué)性和合理性；③做好機(jī)電設(shè)備的防雷措施；④要做好防靜電、防浪涌、防火技術(shù)，確保建筑機(jī)電設(shè)備的運行安全；⑤確保機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)的環(huán)保節(jié)能效益，降低運營維護(hù)成本。

2.2 減少損耗

在建筑物而言，設(shè)計過程中必須注意使用安全和使用功能。為了有效保證建筑工程項目投資的有效性，實現(xiàn)項目運營的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益，就必須依靠技術(shù)先進(jìn)且完善的節(jié)能設(shè)備，優(yōu)化機(jī)電設(shè)備的線路選型，通過合理優(yōu)化，降低機(jī)電工程設(shè)備的運行費用和維修養(yǎng)護(hù)費用，最大限度地控制能源消耗。

2.3 負(fù)荷科學(xué)化

在建筑機(jī)電工程的節(jié)能設(shè)計中，為了保證其運行性能，就必須嚴(yán)格控制設(shè)計系數(shù)，將設(shè)備的運行荷載控制在合理的范圍內(nèi)，將機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)運行過程中的能效比維持在最優(yōu)范圍內(nèi)。但是，排除一般情況后，對待特殊情況，需要采取必要的用電節(jié)能措施，優(yōu)化負(fù)荷率，降低過載率，從而實現(xiàn)設(shè)備使用的最優(yōu)化狀態(tài)，有效節(jié)約能源。也就是說，在建筑機(jī)電節(jié)能工程的設(shè)計中，必須遵循經(jīng)濟(jì)性、安全性、先進(jìn)性原則。

3 建筑機(jī)電節(jié)能工程設(shè)計的實證分析

以深圳市龍崗區(qū)政府投資公共建筑節(jié)能改造合同能源管理項目——海關(guān)大廈為例，本次節(jié)能項目改造涵蓋電能源消耗領(lǐng)域的高耗能設(shè)備技術(shù)改造和軟件環(huán)境控制技術(shù)改造；主要涉及到電力能源改造的有LED照明系統(tǒng)；中央空調(diào)系統(tǒng)運行環(huán)境優(yōu)化；空調(diào)設(shè)備技改和設(shè)備智能化管理；建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能（貼膜）；涉及軟件環(huán)境監(jiān)控技術(shù)的能源監(jiān)控管理的EMS系統(tǒng)。節(jié)能技術(shù)改造分別涉及海關(guān)大廈地下層和地面1～19樓層區(qū)域，海關(guān)大廈地上層72936m2，地下層6988.8m2。

海關(guān)大廈節(jié)能項目投資總額約422.74萬元。具體項目建設(shè)范圍及用能設(shè)備種類和投資改造設(shè)備系統(tǒng)種類如下：中央空調(diào)主機(jī)（27.951萬）和室內(nèi)盤管風(fēng)機(jī)（30.44萬）改造投資58.391萬元，在線清洗技術(shù)改造投資20.32萬元；空調(diào)水泵變頻控制系統(tǒng)，技術(shù)改造投資14.43萬元；照明系統(tǒng)LED節(jié)能燈具改造，技術(shù)改造投資223.51萬元；EMS能源分項計量監(jiān)控系統(tǒng)，技術(shù)改造投資14.11萬元。電能優(yōu)化系統(tǒng)技術(shù)改造投資91.98萬元。

通過上述實施建筑區(qū)域用能設(shè)備種類的投資技術(shù)改造，降低空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備、能源監(jiān)控管理設(shè)備、水資源動力設(shè)備、用能配電設(shè)備等的使用能耗。使深圳市龍崗區(qū)《海關(guān)大廈》公共機(jī)構(gòu)建筑每平米能耗，在2010～2012年三年平均耗能基準(zhǔn)線上下降20.27%，達(dá)到深圳市政府《十二五》規(guī)劃公共機(jī)構(gòu)節(jié)能目標(biāo)。

4 建筑機(jī)電節(jié)能工程設(shè)計的有效措施

4.1 機(jī)電設(shè)備節(jié)能設(shè)計

（1）關(guān)于空調(diào)系統(tǒng)，其能量消耗主要集中于制冷制熱能量消耗和空調(diào)循環(huán)水和暖熱風(fēng)時水泵和風(fēng)機(jī)所消耗的能量。為此，在設(shè)計過程中，應(yīng)該從以下幾個方面入手：①對室內(nèi)溫度系數(shù)進(jìn)行合理化控制；②對室外新風(fēng)量進(jìn)行合理控制和使用；③提高自然資源的利用效率；④減少輸送系統(tǒng)的動力消耗；⑤對空調(diào)控制參數(shù)實施動態(tài)控制和調(diào)整，提高能效比。

（2）關(guān)于照明系統(tǒng)，其節(jié)能控制措施主要包括：①提高自然光的利用率；②將高效光源進(jìn)行合理利用；③不同的區(qū)域，劃分不同的照度標(biāo)準(zhǔn)，并選擇最合適的燈具，并配置相應(yīng)的光源控制方式。

（3）關(guān)于給排水的節(jié)能舉措，最重要的還是要搞清楚能耗的根源。建筑給排水工程中支撐水循環(huán)的電能消耗和水資源消耗是主要的能耗源頭，為此，在控制策略方面，就應(yīng)該集中體現(xiàn)為：①應(yīng)用先進(jìn)性的節(jié)水設(shè)備；②使用變頻水泵；③積極開發(fā)和利用中水等二水資源；④預(yù)防給水管網(wǎng)的爆管隱患；⑤對熱水循環(huán)供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行完善。

（4）關(guān)于電梯系統(tǒng)，其在建筑工程中的能耗問題也日益加重，為此，需要從以下幾個方面著手：①電梯拖動系統(tǒng)節(jié)能；②負(fù)載過程中動能機(jī)械能的轉(zhuǎn)化；③促進(jìn)電梯系統(tǒng)的智能化。

4.2 電壓等級選擇

在建筑機(jī)電工程中，電壓等級的選擇，對于機(jī)電節(jié)能工程具有重要的實踐意義。對于城鎮(zhèn)低壓配網(wǎng)來說，220/380V是應(yīng)用最為普遍的電壓等級，高壓配網(wǎng)以10kV為宜。對于特殊的企業(yè)用戶，受到用電設(shè)備種類、供電回路數(shù)量、供電距離等，確定合理的電網(wǎng)規(guī)劃，科學(xué)選擇電壓等級。為此，在電壓等級的選取中，小負(fù)荷用電用戶即可采用低壓電網(wǎng)，而對于負(fù)荷200kVA、單臺設(shè)備功率高于250kW、供電距離超過250m，負(fù)荷超過100kVA的，均采用高壓供電為宜。也就是說，在電壓等級的選擇中，應(yīng)該實施動態(tài)穩(wěn)定電壓，根據(jù)用電單位的用電特性，制定合理的電壓范圍，通過該設(shè)備的模糊運算的動態(tài)控制功能繞組的調(diào)壓檔位，通過主副繞組的互感作用，將電壓控制在合理的范圍內(nèi)。

4.3 供配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計

關(guān)于供配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計，應(yīng)該本著實用、簡單、配電級數(shù)少的原則，綜合考慮電負(fù)荷的分布和容量，將變壓器位置選擇在負(fù)荷深處，有效縮短低電壓供電半徑，繼而，有效節(jié)約電能，節(jié)約金屬材料的使用。為此，由于10kV具有很強(qiáng)的適用性，所以在實踐過程中應(yīng)該加以應(yīng)用。為了有效促進(jìn)節(jié)能，還要做好供電范圍、線路的規(guī)劃。關(guān)于電壓器的選擇，也是供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計的重點，以三相電源供電為例，其必須保證單相機(jī)電與三相電源的連接，最大相負(fù)荷和最小相負(fù)荷必須滿足既定的條件，并正確使用自動補(bǔ)償設(shè)備。為了有效促進(jìn)供配電系統(tǒng)節(jié)能效果的提高，還應(yīng)該采取相應(yīng)的降低線損的措施。

4.4 諧波治理和浪涌電流回收利用

一方面，通過電抗器“通低阻高”的特點，充分利用，對電力回路中存在較大干擾的諧波電流進(jìn)行治理。另一方面，要對暫態(tài)過電壓進(jìn)行回收利用，充分利用補(bǔ)償繞組和磁化繞組，執(zhí)行電抗器的功能，通過多繞組環(huán)形交叉互連的作用，將吸收的損耗電能轉(zhuǎn)化為磁能，然后利用線圈的電磁轉(zhuǎn)化原理，實現(xiàn)電能的回收二次利用，給設(shè)備提供穩(wěn)定的電流和電壓。

5 結(jié)語

現(xiàn)階段，節(jié)能型建筑逐漸成為了城鎮(zhèn)化建設(shè)過程中的熱點。隨著低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在資源節(jié)約型和環(huán)境保護(hù)型社會的倡導(dǎo)下，必須加強(qiáng)建筑節(jié)能，尤其是建筑機(jī)電節(jié)能，有效提高建筑工程項目的環(huán)保價值，實現(xiàn)建筑工程項目的可持續(xù)發(fā)展。

[1]黎偉.建筑機(jī)電節(jié)能工程設(shè)計存在問題及解決辦法[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013（19）.

[2]葉銳波.建筑機(jī)電節(jié)能工程設(shè)計中配電探析[J].房地產(chǎn)導(dǎo)刊，2015（21）：317.

[3]刁平華，高鵬輝.建筑機(jī)電節(jié)能工程設(shè)計探析[J].中華民居，2014（12）：37.

[4]葉振華.分析建筑機(jī)電節(jié)能工程設(shè)計[J].科技致富向?qū)В?014（18）：144，215.

[5]曹永安.建筑機(jī)電節(jié)能工程設(shè)計實踐探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2011（32）：44.

[6]彭亞六.建筑機(jī)電節(jié)能工程設(shè)計分析[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2015（20）：21～28.

TU85

A

1004-7344（2016）05-0221-02

2016-2-5

謝建輝（1963-），男，主要從事建筑環(huán)境與設(shè)備安裝改造工作。