高層建筑供配電系統(tǒng)節(jié)能設計分析

【摘要】高層建筑是未來建筑的主要形式。高層建筑結構復雜，用電負荷較大。當前高層建筑普遍能耗較高、電能損耗率大。因此，有必要加強高層建筑供配系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化設計，加強對高層建筑實際用電負荷和供電網(wǎng)絡結構的分析，從多方面入手，在滿足基本用電需求的基礎上，實現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化目的。本文對高層建筑供配電系統(tǒng)節(jié)能設計進行分析和探討。

【關鍵詞】高層建筑；供配電系統(tǒng)；節(jié)能設計

高層建筑的供配電節(jié)能設計是專業(yè)化的系統(tǒng)工程，主要的內容涵蓋供電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、配電系統(tǒng)和新能源利用系統(tǒng)四個方面。因此，在節(jié)能設計的技術要點就應該符合這些內容的要求，其中變壓器合理選擇、照明系統(tǒng)和電機拖動系統(tǒng)的節(jié)能設計是對其節(jié)能功能具有關鍵性影響的技術要點，應該從這三個方面去重點展開節(jié)能設計工作。

1、高層建筑供配電系統(tǒng)節(jié)能設計的主要內容

高層建筑供配電系統(tǒng)就是電的供給和分配給用戶使用的過程，其主要內容包括電源和電壓、高低壓配電、電氣系統(tǒng)等，因此其系統(tǒng)的節(jié)能設計就是與這些內容有關的符合節(jié)能環(huán)保要求的技術內容：

1.1供電系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化

主要包括高層建筑的最大用電量、設備的配電設計等內容的節(jié)能優(yōu)化。供電系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化是整個節(jié)能系統(tǒng)的基礎，也是避免電氣火災的主要手段：

1.2電氣設備用電節(jié)能優(yōu)化

隨著生活水平的提高，空調、電梯等電氣設備在高層建筑的使用量也在逐日劇增，能量耗費比重增大。電氣設備的用電節(jié)能優(yōu)化就是在電機拖動、空調變頻等設計安裝中進行節(jié)能的設計安排，降低建筑的耗能。

1.3新能源利用的節(jié)能設計

新能源技術設計內容將會成為未來建筑節(jié)能的重點，主要包括風力發(fā)電、太陽能系統(tǒng)等可再生能源技術在高層建筑中的設計和使用。

2、供配電系統(tǒng)節(jié)能設計

2.1配電變壓器的節(jié)能優(yōu)化選型設計。

變壓器是高層建筑供配電系統(tǒng)的關鍵設備，長期以來，變壓器的耗能也是十分嚴重的。變壓器的節(jié)能選擇和設計一般是根據(jù)配電變壓器的投資回收年限來確定的，也就是說，變壓器的確定不僅要有經濟效益，還應該考慮使用的年限。超過5年這個范疇，變壓器就無法滿足經濟回收和節(jié)能的效能，也不利于高層建筑的用電安全。

除了這個年限規(guī)定以外，高層建筑的配電變壓器還與實際的建筑用電有關。一般來說，配電變壓器的負荷率應該達到70%左右才能滿足真正的節(jié)能要求。在選擇變壓器的型號時也應該選擇損耗小、空載損耗小的新型節(jié)能變壓器。如容量是315kV的配電變壓器選擇S7型號的能夠降低空載損耗46.1%左右，運行損耗降低27.5%左右。

2.2照明系統(tǒng)的優(yōu)化節(jié)能設計。

照明是高層建筑供配電系統(tǒng)中不可或缺的部分，各類照明設施的耗電量巨大，在照明系統(tǒng)設計過程中，應該要加強節(jié)能意識的培養(yǎng)，從照明系統(tǒng)設計到照明燈具選擇，都要貫徹節(jié)能理念，實現(xiàn)對照明系統(tǒng)能耗的有效控制。熒光燈、高強度氣體放電燈等是高層建筑供配電系統(tǒng)中的主要燈具，對于這類燈具，應嚴格按照《建筑照明設計標準》GB50034-2013中的相關規(guī)定進行選擇。為了提高對電能的利用效率，可以加強智能化建筑照明控制系統(tǒng)的應用，將智能化調控技術與高層建筑照明系統(tǒng)結合起來，可以實現(xiàn)照明系統(tǒng)的自動控制。例如根據(jù)外界亮度來調控照明設備，當外界亮度達到一定強度的時候，通過智能控制模塊，將照明設備關閉，當外界亮度降低，達到一個臨界值的時候，系統(tǒng)可以打開照明燈具，防止人為操作燈具帶來的各種電能浪費。在智能照明控制系統(tǒng)設計過程中，要加強對各種參數(shù)的設計，提高系統(tǒng)的靈敏性，除了借助亮度進行判斷之外，還可以借助溫度、濕度等環(huán)境參數(shù)，對照明系統(tǒng)進行控制，達到人性化系統(tǒng)控制。

2.3電機拖動系統(tǒng)的優(yōu)化節(jié)能設計

電機拖動系統(tǒng)能耗約占整個建筑電氣能耗的91%，同時大多數(shù)電機拖動系統(tǒng)中其電能轉換利用效率普遍較低，存在非常大的節(jié)能降耗優(yōu)化設計潛力。因此，在電機拖動系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)能設計過程中，對于200kW以下從投資經濟性角度出發(fā)應優(yōu)選低壓電機；對于355KW及以上功率的電機只有高壓電機序列，只能選擇高壓電機；而對于200～355kW范圍內的電機而言，應從技術可行性、投資經濟性、運行節(jié)能經濟性等多個角度進行綜合分析，以優(yōu)選出節(jié)能經濟的電機型號。應結合建筑電機拖動系統(tǒng)的實際情況，合理選用變頻調速、軟啟動等先進控制方案對電機拖動系統(tǒng)控制模式進行設計，以達到電機拖動系統(tǒng)運行高效、節(jié)能經濟的目的。

2.4動力設備的節(jié)能設計

變頻調速的節(jié)能原理，當對動力設備進行節(jié)能設計時，主要是考慮電動機的調速方式。以水泵為例，調速問題歸根到底是減速問題。對于風機和水泵而言，流體和轉速是成正比例關系。當轉速減小時，電動機的功率將以其3次方的速率下降，因此變頻調速的節(jié)能效果明顯。當流量從100%降低到70%時，其轉速將從70%降低到49%，而電機的功率將降低到34.3%，也就是說，電能能夠節(jié)約65.7%，節(jié)能的效果相當明顯。

2.5通風空調系統(tǒng)

高層公共建筑工程由于使用功能的要求需要設置空調系統(tǒng)，這樣才能滿足建筑的穩(wěn)定調節(jié)和通風的要求。當進行通風空調系統(tǒng)的設計時，不僅應考慮節(jié)能的要求、采用節(jié)能的產品，同時還應滿足室內舒適度的要求，在滿足這些條件的基礎上應適當改變室內的溫度和濕度條件，從而進行通風工作。當在冬季和夏季時，通風系統(tǒng)應考慮采用最小的新風量，而在春季和秋季應采用全新風。在室內應設置檢測溫度成分的儀器，通過檢測數(shù)據(jù)對通風量的大小進行確定。對通風空調系統(tǒng)的安裝，應合理考慮其安裝位置，盡量減少系統(tǒng)的阻力。通風空調系統(tǒng)可以采用智能控制系統(tǒng)，從而可以通過合理的控制通風達到經濟和節(jié)能的目的。

結語：

由于高層建筑布局多樣化、功能復雜，配電設備繁多，這就對供配電系統(tǒng)的設計提出了更高的要求，對高層建筑供配電系統(tǒng)進行節(jié)能優(yōu)化設計，不僅可以保證建筑供配電系統(tǒng)高效穩(wěn)定運行，同時還可以為建筑長期處于低能耗、高效率工況運行奠定良好的基礎。而且，對高層建筑供配電系統(tǒng)進行節(jié)能優(yōu)化設計，還可以促進能源高效利用、合理分配、節(jié)能降耗等。因此，一定要將節(jié)能方案和技術措施合理的運用到實際工程當中，這將對工程實踐應用具有非常重要的研究意義。

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作者簡介：

張曉剛，河北大地建設科技有限公司，河北石家莊。