建筑電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能技術(shù)措施淺析

殷小石

（南京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000）

建筑電氣設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)中較為重要的一環(huán)，現(xiàn)階段，在建筑電氣設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)工作與能源控制間存在較大矛盾和沖突。本文就通過(guò)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，解決上述矛盾。

1 我國(guó)建筑電氣節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

建筑電氣系統(tǒng)的運(yùn)行需要合理的電能供應(yīng)，雖然我國(guó)電力事業(yè)發(fā)展起步較晚，節(jié)能技術(shù)還存在較多不足之處，但隨著技術(shù)的進(jìn)步，針對(duì)電氣節(jié)能技術(shù)方面的研究逐漸加大，電能科學(xué)管控得到提升，有效地緩解了電氣系統(tǒng)運(yùn)行中存在的能耗問(wèn)題。另外，節(jié)能環(huán)保理念的推廣和落實(shí)，宣傳力度的不斷加大，使民眾加強(qiáng)了對(duì)節(jié)能的重視，這為節(jié)能技術(shù)在電氣設(shè)計(jì)中的落實(shí)奠定了基礎(chǔ)，有效推動(dòng)了建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2 建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的原則

2.1 功能性

建筑電氣設(shè)計(jì)的首要目標(biāo)就是滿足建筑功能要求，所以，建筑電氣設(shè)計(jì)也應(yīng)遵循功能性原則，合理規(guī)劃設(shè)計(jì)內(nèi)容，提升電氣系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)水平。另外，電氣系統(tǒng)作為支撐建筑高效運(yùn)轉(zhuǎn)的核心部分，完善其功能性，可增強(qiáng)整個(gè)建筑運(yùn)行的科學(xué)性、安全性、經(jīng)濟(jì)性，從而為人們營(yíng)造一個(gè)便利的生活空間。

2.2 經(jīng)濟(jì)性

建筑電氣系統(tǒng)的復(fù)雜性較高，涉及設(shè)備零部件較多，再加上電能占比較大，如果不能對(duì)其實(shí)行科學(xué)管控，則很容易增加成本，造成較大的資源和資金浪費(fèi)。為此，在建筑電氣設(shè)計(jì)中，要堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)性原則，不斷改善設(shè)計(jì)水平，滿足節(jié)能高效運(yùn)轉(zhuǎn)要求。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要知悉傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，多角度分析，找出問(wèn)題解決措施。綜合利用大數(shù)據(jù)資料、過(guò)往項(xiàng)目實(shí)際營(yíng)運(yùn)數(shù)據(jù)。對(duì)電氣系統(tǒng)能源損耗情況實(shí)行預(yù)估，在保證其性能的基礎(chǔ)上，研究降低能源損耗的方式方法，高度落實(shí)節(jié)能技術(shù)。并且還需對(duì)材料和造價(jià)成本展開綜合考量，加強(qiáng)設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性、可靠性，提升建筑工程價(jià)值。

2.3 系統(tǒng)性

系統(tǒng)性原則要求實(shí)現(xiàn)少量能源損耗的目標(biāo)。這就要求設(shè)計(jì)人員在開展電氣設(shè)計(jì)前，先掌握建筑用電情況，按用電量對(duì)電氣設(shè)備展開規(guī)劃和分析，有針對(duì)性地采取合理措施和方案，解決設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中存在的電能損耗問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

3 建筑電氣設(shè)計(jì)中節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

3.1 流程規(guī)劃

傳統(tǒng)建筑電氣設(shè)計(jì)對(duì)前期工作的重視度不夠，流程規(guī)劃存在較多問(wèn)題，大多數(shù)工作都是隨著項(xiàng)目建設(shè)不斷改進(jìn)和優(yōu)化的，雖然能保證建筑電氣系統(tǒng)性能，但能源控制效果不理想。而在現(xiàn)今電氣設(shè)計(jì)中，應(yīng)在節(jié)能理念的引導(dǎo)下，做好前期管控作業(yè)，合理規(guī)劃各環(huán)節(jié)作業(yè)流程，通過(guò)流程把控，做到能源的控制。另外，在方案設(shè)計(jì)中，要求各參與方共同對(duì)流程操作及所需材料設(shè)備進(jìn)行分析，必要時(shí)可開展模型模擬，以此提高設(shè)計(jì)科學(xué)性、有效性，避免各類問(wèn)題的產(chǎn)生。方案選擇中，要利用對(duì)比分析法，從眾多方案中挑選合理性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好的方案用于實(shí)際設(shè)計(jì)。通過(guò)這種方式，可以滿足建筑的低能耗要求，降低工程成本造價(jià)，提高設(shè)計(jì)合理性。

3.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容優(yōu)化

為加強(qiáng)建筑電氣系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員需要從供電電源電壓的選擇，電源的引入站情況、供電能力、距本項(xiàng)目的距離、新建或已有開閉站等情況，新建變電站的設(shè)置位置及節(jié)能設(shè)備選型等，高低壓配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。無(wú)功功率補(bǔ)償方案。照明配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，節(jié)能型照明燈具及相應(yīng)配套設(shè)備選擇，室內(nèi)外照明節(jié)能控制方案。對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵等有調(diào)速要求的電機(jī)采用變頻調(diào)速方案及達(dá)到的節(jié)能效果，對(duì)其他動(dòng)力設(shè)備如電梯、電熱水器等的節(jié)能控制措施等內(nèi)容實(shí)行優(yōu)化。

3.2.1 合理配置變壓器

（1）電能轉(zhuǎn)換建立在電磁轉(zhuǎn)換的原理上，轉(zhuǎn)換過(guò)程必然會(huì)發(fā)生功率損耗，具體包涵變壓器的空載損耗和負(fù)載損耗、雜散損耗、介質(zhì)損耗。下圖比較了SC(B)13和SC(B)11干式變壓器的年運(yùn)行費(fèi)用，可得出在售電單價(jià)相同、負(fù)載率相同的情況下，變壓器能效等級(jí)越大，年運(yùn)行費(fèi)用越低。所以在設(shè)計(jì)時(shí)，選用變壓器選用13型及以上節(jié)能環(huán)保型、低損耗、低噪音，接線組別為Dyn11的干式變壓器。

（2）合理布置變電所位置。變電所選址時(shí)，宜盡量靠近負(fù)荷中心，減少線路損耗。例如，新建居住區(qū)，低壓供電半徑不宜超過(guò)200m。變電所偏離負(fù)荷中心時(shí)，電能損耗增大，同時(shí)，增加了線路長(zhǎng)度，增加有色金屬消耗量，降低供電質(zhì)量。低壓配電線路布置時(shí)應(yīng)多走直線少走彎路，避免倒送電。三相平衡負(fù)荷線路電壓降

3.2.2 提高功率因數(shù)

由于部分用電設(shè)備為感性負(fù)荷，運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生電流，滯后于電壓，產(chǎn)量過(guò)量的無(wú)功功率，浪費(fèi)電能。應(yīng)設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)提高功率因數(shù)?？梢栽谧冸娝蛪簜?cè)集中設(shè)置電容補(bǔ)償，電容補(bǔ)償可根據(jù)用電負(fù)荷的變化自動(dòng)設(shè)置電容器組投入的組數(shù)，從而減少無(wú)功功率。線路損耗?P，，可見在有功功率一定的情況下，功率損耗?P與功率因數(shù)cosφ成反比，于是提高cosφ，能降低線路損耗。在線路的電壓U和有功功率不變P不變的情況下，有改善前的功率因數(shù)cos1φ和改善后的功率因數(shù)cos2φ，則三相線路實(shí)際減少的功率損耗按下式計(jì)算。當(dāng)cosφ從0.65提高到0.9時(shí)，線路功率損耗?P可降低約48%。

表1

10KV高壓供電企業(yè)主要采用的無(wú)功補(bǔ)償方式見圖1。

圖1

（1）變配電所高壓集中補(bǔ)償，如圖中補(bǔ)償電容器組C1。（2）配電變壓器高壓側(cè)相對(duì)集中補(bǔ)償,如圖中補(bǔ)償電容器組C3。（3）變壓器低壓側(cè)集中補(bǔ)償，如圖中補(bǔ)償電容器組C2。（4）低壓側(cè)分組補(bǔ)償，如圖中補(bǔ)償電容器組C4。（5）用電設(shè)備就地補(bǔ)償方式，如圖中補(bǔ)償電容器組C5。

供電部門規(guī)定的用戶月平均功率因數(shù)為0.9，電氣設(shè)備的功率因數(shù)通常不足0.9。所以，系統(tǒng)中應(yīng)科學(xué)設(shè)置無(wú)功功率調(diào)節(jié)器，有效提高系統(tǒng)無(wú)功功率因數(shù)，從而增大系統(tǒng)電壓，降低線路損耗。無(wú)功補(bǔ)償裝置具過(guò)零自動(dòng)投切功能，并有抑制諧波和抑制涌流的功能；分相補(bǔ)償容量不小于總補(bǔ)償容量的40%。

3.2.3 三相負(fù)荷平均分配

當(dāng)變壓器處于負(fù)載不平衡運(yùn)行時(shí)，若控制最大相電流為額定電流，那剩余兩相就不能滿載，變壓器就不能充分利用；反之，若仍維持額定容量，會(huì)造成局部過(guò)熱。

當(dāng)線路處于負(fù)載不平衡運(yùn)行時(shí)，負(fù)序電流會(huì)產(chǎn)生附加損耗，增大線損，同時(shí)，使輸電線路電壓降增加；另外，也會(huì)加大對(duì)通信系統(tǒng)的干擾，影響通訊質(zhì)量。三相配電的照明配電系統(tǒng)，三相負(fù)荷的不平衡度不大于15%。

3.2.4 照明節(jié)能設(shè)計(jì)

照明設(shè)計(jì)時(shí)，在創(chuàng)建良好的光環(huán)境基礎(chǔ)上，盡可能節(jié)約照明用電。為節(jié)約照明用電，國(guó)際照明委員會(huì)（International Commission Illumination, CIE）提出以下方法：（1）在滿足相宜色表和顯色性的基礎(chǔ)上采用高效率光源；（2）在滿足炫光的基礎(chǔ)上采用高效率燈具；（3）室內(nèi)表面采用高反射比的裝修材料；（4）空調(diào)和照明系統(tǒng)的熱結(jié)合；（5）設(shè)置智能照明或調(diào)光可變的照明裝置；（6）人工照明和自然光綜合利用。

以下對(duì)人工照明和天然采光做詳細(xì)論述：首先，增大自然光源的應(yīng)用率。在建筑電氣照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，工作人員需根據(jù)建筑工程規(guī)模、結(jié)構(gòu)朝向等特征，加大自然光源應(yīng)用率，延長(zhǎng)建筑內(nèi)部日照時(shí)長(zhǎng)，降低照明系統(tǒng)白天的應(yīng)用率，做到能源控制。房間的采光系數(shù)或采光窗地面積應(yīng)符合《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50033的有關(guān)規(guī)定。其次，按照功能分區(qū)，可采取合理的導(dǎo)光系統(tǒng)。對(duì)于照明要求較高的區(qū)域，可采用主動(dòng)式導(dǎo)光系統(tǒng)；對(duì)光源要求較低的區(qū)域，可采用被動(dòng)式導(dǎo)光系統(tǒng)。再者，將光控技術(shù)與傳感技術(shù)應(yīng)用其中，實(shí)現(xiàn)對(duì)照明設(shè)備的自動(dòng)化管控，減少設(shè)備常開帶來(lái)的電能損耗問(wèn)題。例如，將樓梯間的照明，由原來(lái)的手動(dòng)開關(guān)，改為紅外感應(yīng)開關(guān)，人走燈滅，有效減少電能損耗。全面計(jì)算和模擬照明要求后，可有效減少燈具的數(shù)量，合理控制照明密度，這樣不僅能夠節(jié)約電能，保護(hù)環(huán)境，而且還可有效降低項(xiàng)目的成本，增大工程的綜合效益。

3.2.5 電動(dòng)機(jī)節(jié)能設(shè)計(jì)

（1）電動(dòng)機(jī)采用高效節(jié)能產(chǎn)品，其能效應(yīng)符合《中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》GB18613節(jié)能評(píng)價(jià)值的規(guī)定。

（2）風(fēng)機(jī)、水泵、電梯等選用高效節(jié)能型電動(dòng)機(jī)。電梯、生活給水泵采用變頻調(diào)速控制、潛污泵采用液位自控等節(jié)能措施。單臺(tái)電梯應(yīng)具有集選控制、閑時(shí)停梯操作、燈光和風(fēng)扇自動(dòng)控制等節(jié)能控制措施。多臺(tái)電梯集中排列時(shí)，應(yīng)具有按規(guī)定程序集中調(diào)度和控制的群控功能。

（3）交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速分類如圖2。

圖2

調(diào)速方案有高效和低效兩種，設(shè)計(jì)時(shí)，優(yōu)先選用高效調(diào)速方式，其中變頻控制使用率較高。

3.2.6 能效管理系統(tǒng)

節(jié)能措施分為管理節(jié)能和設(shè)備節(jié)能，3.2.1至3.2.5講述的設(shè)備改造屬于設(shè)備節(jié)能改造，以下講述管理節(jié)能。

能效管理系統(tǒng)為節(jié)能有緊密的關(guān)系：（1）能效管理系統(tǒng)為節(jié)能提供數(shù)據(jù)支撐；（2）可以通過(guò)能效管理系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)建筑能耗問(wèn)題，執(zhí)行節(jié)能措施后，對(duì)節(jié)能效果追蹤驗(yàn)證、鞏固；（3）通過(guò)能效管理系統(tǒng)指定節(jié)能行動(dòng)策略。

用戶能根據(jù)能效管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能監(jiān)控目標(biāo)，能源管理系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖3。

圖3 能源管理系統(tǒng)架構(gòu)圖

本地能源控制分為三層，分別是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通信層、能源管理層。在民用建筑電氣設(shè)計(jì)中，超過(guò)2萬(wàn)平米的公共建筑，需設(shè)置能源管理系統(tǒng)。

3.3 節(jié)能評(píng)估

建筑電氣設(shè)計(jì)的最終階段就是節(jié)能評(píng)估，評(píng)估性越高，方案可行性也高，能源節(jié)約效果越好。節(jié)能評(píng)估需要工作人員完全按照現(xiàn)有的評(píng)估機(jī)制進(jìn)行操作，從整體和局部?jī)刹糠珠_展評(píng)估作業(yè)，確保設(shè)計(jì)的合理性，注重各環(huán)節(jié)的連接性，以提高建筑電氣系統(tǒng)建設(shè)水平，加強(qiáng)建筑的功能性和經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)語(yǔ)

建筑電氣設(shè)計(jì)中，節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)建筑能耗管控的有效措施，要求設(shè)計(jì)人員在內(nèi)容處理上，從經(jīng)濟(jì)性、功能性、實(shí)用性等多方面展開分析探討，進(jìn)而采取合理方式方法解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的各類問(wèn)題，不斷改善設(shè)計(jì)水平，落實(shí)節(jié)能理念，以推動(dòng)電氣設(shè)備及系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，加快綠色城市的前進(jìn)腳步。