淺談高層建筑電氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)

袁 紅

（1.長(zhǎng)春建筑學(xué)院，長(zhǎng)春 130011；2.吉林省恒翊機(jī)電工程有限公司，長(zhǎng)春 130012）

近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化的不斷加快，我國(guó)建筑業(yè)迎來(lái)良好的發(fā)展契機(jī)，建筑工程數(shù)量顯著增加。其中，高層建筑在建筑項(xiàng)目中所占的比重越來(lái)越大，在土地資源日漸緊張的今天，高層建筑已然成為最為理想的建筑類(lèi)型。但是，與其他建筑類(lèi)型相比，高層建筑電氣系統(tǒng)規(guī)模更加龐大，組成更加復(fù)雜，能耗也相應(yīng)增加。特別是隨著建筑樓層的不斷升高，電氣線路、電氣設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的損耗更為嚴(yán)重，如何提升高層建筑電氣系統(tǒng)節(jié)能效果，已經(jīng)成為建筑業(yè)亟待解決的重要問(wèn)題。

1 高層建筑電氣系統(tǒng)概述

1.1 高層建筑電氣系統(tǒng)組成

高層建筑電氣系統(tǒng)集成了供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)以及消防系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)都是現(xiàn)代高層建筑中不可缺少的組成部分[1-2]。隨著能源的日漸匱乏以及綠色環(huán)保概念的推廣和普及，現(xiàn)代高層建筑也將朝著節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展，許多新型的綠色能源技術(shù)，如太陽(yáng)能供電、潮汐能等也將滲透到高層建筑中，高層建筑電氣系統(tǒng)的整體規(guī)模也會(huì)由此而變得更為龐大。

1.2 高層建筑電氣系統(tǒng)能耗分析

高層建筑電氣系統(tǒng)能耗與高層建筑的自動(dòng)化水平息息相關(guān)。高層建筑電氣系統(tǒng)建設(shè)的目的是保持建筑內(nèi)部的智能化[3-4]。特別是隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)以及現(xiàn)代控制技術(shù)的快速發(fā)展，建筑電氣系統(tǒng)的復(fù)雜程度不斷提升，電氣系統(tǒng)的能耗也與日俱增。

2 高層建筑電氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)存在的問(wèn)題

2.1 變壓器的節(jié)能問(wèn)題

變壓器是高層建筑電氣系統(tǒng)中用于電能切換的關(guān)鍵設(shè)備，也是電能分配和調(diào)度的核心電氣設(shè)備。高層建筑中變壓器運(yùn)行中電能的損耗占到了整個(gè)配電系統(tǒng)中電能損耗的一半以上，造成大量能源在無(wú)形中流失。在許多高層建筑的設(shè)計(jì)中，變壓器的選擇需要考慮有功負(fù)荷能力和負(fù)載容量。但是，對(duì)于這種計(jì)算和選擇方式，人們存在較大的誤區(qū)，變壓器長(zhǎng)期在滿負(fù)荷狀態(tài)下運(yùn)行，不僅不能降低能源損耗，也很難達(dá)到預(yù)期的能源轉(zhuǎn)換效率。選擇變壓器時(shí)，人們必須從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行狀態(tài)等多個(gè)角度出發(fā)，以充分發(fā)揮變壓器的負(fù)載能力和運(yùn)行效率為原則，合理選擇變壓器型號(hào)。同時(shí)，還需要考慮變壓器的運(yùn)行環(huán)境、運(yùn)行方式等，降低外界因素引起的電能損耗。

2.2 供配電線路的節(jié)能問(wèn)題

供配電線路是維持高層建筑電氣系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵，合理的供配電線路設(shè)計(jì)將帶來(lái)良好的節(jié)能效果，不合理的線路布局將直接導(dǎo)致有功功率的大量消耗。在高層建筑的設(shè)計(jì)中，需要應(yīng)用多種型號(hào)的供配電導(dǎo)線和電纜，隨著機(jī)電設(shè)備的不斷增加，高層建筑電氣系統(tǒng)能源需求顯著提升，供配電線路設(shè)計(jì)不合理、線路擴(kuò)展性不足，必然會(huì)造成大量供配電線路長(zhǎng)期處于低效工況狀態(tài)，這不但降低了高層建筑的綜合服務(wù)水平，而且給用戶增加了額外的用電負(fù)擔(dān)[5-6]。因此，在高層建筑的施工設(shè)計(jì)之初，就需要加強(qiáng)對(duì)供配電線路的關(guān)注和重視，注意線路敷設(shè)的合理性、線路的截面型號(hào)、線路的負(fù)荷及擴(kuò)展能力等，最大程度地保證線路的運(yùn)行效果，降低線路上的能源損耗。

2.3 照明系統(tǒng)的節(jié)能問(wèn)題

照明系統(tǒng)首先應(yīng)以滿足室內(nèi)光照效果為首要目標(biāo)，其次要營(yíng)造溫馨舒適的內(nèi)部環(huán)境，為用戶帶來(lái)適宜的居住和工作環(huán)境。但是，在實(shí)際的規(guī)劃和建設(shè)過(guò)程中，也有一些設(shè)計(jì)盲目地追求光照效果，導(dǎo)致照明系統(tǒng)消耗能源非常高，許多高層建筑照明燈具和光源選擇不合理，照明范圍的不合理，智能控制和調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用不科學(xué)，成為高層建筑能源無(wú)端消耗的重要原因。例如，為控制建筑照明系統(tǒng)建設(shè)成本，許多施工企業(yè)在建筑內(nèi)部大量安裝白熾燈。白熾燈在使用過(guò)程中無(wú)法提供足夠的光照，其消耗的電力更是達(dá)到了節(jié)能燈的幾倍甚至十幾倍。在實(shí)際設(shè)計(jì)和規(guī)劃過(guò)程中，高層建筑的照明系統(tǒng)必須本著合理、規(guī)范、節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施相關(guān)作業(yè)，在保持正常室內(nèi)照明效果的基礎(chǔ)上，優(yōu)化照明燈具、光源、照明控制，以節(jié)約更多的電力能源[7-8]。

3 高層建筑電氣系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的分析

3.1 變壓器的節(jié)能技術(shù)措施

3.1.1 確定變壓器負(fù)載的經(jīng)濟(jì)分配

高層建筑中通常有多臺(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行，負(fù)責(zé)為各樓層供電。在用電負(fù)荷總量不變和變壓器運(yùn)行方式不變的情況下，各變壓器負(fù)荷量的分配差異也會(huì)導(dǎo)致功率損耗出現(xiàn)較大的懸殊。因此，確定變壓器負(fù)載，對(duì)變壓器總負(fù)載進(jìn)行合理分配，能夠顯著降低變壓器的能源損耗問(wèn)題。人們應(yīng)該對(duì)各變壓器的工作情況進(jìn)行全面的分析和評(píng)估，按照變壓器的實(shí)際特點(diǎn)調(diào)整各變壓器的負(fù)載量，確保各變壓器在最佳的運(yùn)行條件下，使總有功功率損耗和無(wú)功功率損耗始終維持在系統(tǒng)的最低值，以達(dá)到降低變壓器能耗的目的。

3.1.2 確保變壓器三相負(fù)荷平衡

變壓器三相負(fù)荷不平衡會(huì)導(dǎo)致三相壓差過(guò)大，進(jìn)而出現(xiàn)負(fù)序電壓，使變壓器輸出電壓發(fā)生波動(dòng)，從而影響到電壓質(zhì)量和供配電系統(tǒng)的整體安全性。變壓器中某相繞組負(fù)荷電流過(guò)大，會(huì)造成繞組銅損增大，變壓器電力損耗也隨之增加。三相負(fù)荷的不平衡還會(huì)造成變壓器內(nèi)部零部件發(fā)熱甚至燒毀，帶來(lái)巨大的安全隱患。因此，在高層建筑電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須要對(duì)變壓器的電力負(fù)荷進(jìn)行全面的分析和統(tǒng)計(jì)，針對(duì)供配電系統(tǒng)的線路布局，設(shè)計(jì)高效、經(jīng)濟(jì)的最佳方案，保持變壓器運(yùn)行時(shí)三相負(fù)荷的基本平衡，避免三相負(fù)荷差異過(guò)大引起能耗過(guò)高。而在后期維護(hù)過(guò)程中，必須加強(qiáng)對(duì)變壓器、線路的檢查和檢測(cè)，對(duì)不合理的運(yùn)行工況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，保持電壓的正常水平。此外，在高壓網(wǎng)絡(luò)上要設(shè)立單相變壓器，使用無(wú)功補(bǔ)償和消諧裝備，以提高供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)，確保高層建筑電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 供配電線路的節(jié)能技術(shù)措施

高層建筑供配電線路上的電能損耗在整個(gè)電氣系統(tǒng)電能損耗中占比非常高，供配電線路節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用至關(guān)重要。高層建筑供配電線路節(jié)能的技術(shù)應(yīng)用，一定要綜合權(quán)衡和分析工程實(shí)際情況，采取合理的節(jié)能降耗措施，減少線路上的電能損耗，確保電能運(yùn)送質(zhì)量。

在高層建筑電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，要盡量控制線路總長(zhǎng)，適當(dāng)減少線路的長(zhǎng)度，以實(shí)現(xiàn)能源損耗的降低。在電力運(yùn)輸過(guò)程中，電力的損耗是在所難免的。供電線路越長(zhǎng)，電力的損耗越大。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，一定要盡量將變配電所設(shè)置在靠近負(fù)荷中心的位置，并且靠近建筑物的強(qiáng)電豎井部位，以最大限度地縮短配電線路的供電距離，減少線路中的電能損耗。

增大線纜的截面，也能有效降低損耗。高層建筑電路設(shè)計(jì)不可避免地會(huì)遇到機(jī)電設(shè)備距離配電系統(tǒng)較遠(yuǎn)的情況，此時(shí)應(yīng)在滿足線路基本電流和電壓的基礎(chǔ)上，選擇大一級(jí)的線纜截面。此外，供電點(diǎn)距離較遠(yuǎn)且無(wú)功功率需求較大的供電設(shè)備，除了應(yīng)用上述幾種方法之外，還可以采取無(wú)功補(bǔ)償措施減少線路上無(wú)功傳輸?shù)膿p耗，確保電氣設(shè)備的高效運(yùn)行，同時(shí)達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

3.3 照明系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)措施

3.3.1 選用高效節(jié)能燈具

在高層建筑照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，亮度是首要考慮的因素，但是光照營(yíng)造的室內(nèi)環(huán)境也必須予以重視。因此，要將高層建筑照明系統(tǒng)各類(lèi)光源進(jìn)行綜合搭配，將不同光源的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行互補(bǔ)，真正發(fā)揮照明系統(tǒng)的功能價(jià)值。

對(duì)于高層建筑的辦公場(chǎng)所，可以選用熒光燈和LED球泡燈，這兩種燈具的合理搭配能最大化地保證照明區(qū)域亮度，同時(shí)起到節(jié)能效果。而LED球泡燈耗電量較低，光衰小，使用壽命更長(zhǎng)。對(duì)于室外照明，可以選用LED泛光燈，這類(lèi)燈具的特點(diǎn)在于使用持久，燈光照射距離更長(zhǎng)，同時(shí)便于拆卸和安裝。此外，設(shè)計(jì)人員在燈具選擇上，除了使用節(jié)能燈具外，還需要充分利用自然光，盡量依靠自然光滿足室內(nèi)照明效果，而在走廊、通道和大廳等區(qū)域依靠節(jié)能燈具實(shí)現(xiàn)照明效果，減少對(duì)電力能源的依賴(lài)。

3.3.2 優(yōu)化照明控制方式

照明控制方式的合理選擇也能對(duì)電力節(jié)約起到不俗的效果。許多高層建筑照明的系統(tǒng)設(shè)計(jì)盲目追求亮度和照明效果，而忽略了照明控制部分，這就導(dǎo)致許多照明設(shè)備在亮度較高時(shí)開(kāi)啟，從而導(dǎo)致大量能源的浪費(fèi)。高層建筑的照明控制方式較為多樣，如聲控、光控和紅外線控制等，這些都是較為理想的照明控制方式。在白天室內(nèi)照明條件良好的情況下，照明光源在光控模塊的作用下，能夠及時(shí)關(guān)閉，減少照明設(shè)備的能源消耗。而在陰雨天氣，室內(nèi)照明效果不良的情況下，控制系統(tǒng)在接受光控模塊反饋信息后開(kāi)啟照明設(shè)備，保持足夠的室內(nèi)亮度。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，大量新型照明控制方式不斷得到研發(fā)和應(yīng)用，極大地提升了設(shè)備照明設(shè)備控制的合理性和科學(xué)性。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該積極進(jìn)行引入和應(yīng)用新技術(shù)，增強(qiáng)照明系統(tǒng)的智能性，減少照明系統(tǒng)的能源消耗。

4 結(jié)論

高層建筑電力系統(tǒng)規(guī)模龐大，系統(tǒng)組成非常復(fù)雜，系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中消耗的能源巨大。因此，在高層建筑電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中，要充分考慮高層建筑電力系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用，充分利用先進(jìn)節(jié)能技術(shù)，對(duì)供配電變壓器、供配電線路、照明系統(tǒng)等高能耗系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，減少不必要的能源消耗，提高系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量和運(yùn)行效率，在滿足用戶對(duì)高層建筑室內(nèi)環(huán)境舒適性要求的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)的高效低耗、節(jié)能環(huán)保，為可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施提供可靠保障。