建筑供配電線路的節(jié)能設(shè)計(jì)

尹承民 石橫特鋼集團(tuán)有限公司房產(chǎn)公司電氣工程師

從能源發(fā)展和利用的角度來看，我國(guó)既是能源生產(chǎn)大國(guó)，也是能源消耗大國(guó)。改善供配電設(shè)計(jì)思路，注重節(jié)能設(shè)計(jì)，能很好地控制電能損耗，在保證用電安全和用電質(zhì)量的基礎(chǔ)上，更好地節(jié)約電能。

1 建筑供配電線路節(jié)能設(shè)計(jì)的重要性和原則

1.1 重要性

建筑行業(yè)一直是能耗大戶，受到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、建筑供配電線路設(shè)計(jì)不規(guī)范等因素的影響，很多建筑企業(yè)開始應(yīng)用節(jié)能設(shè)計(jì)，將節(jié)能設(shè)計(jì)理念融入建筑供配電線路設(shè)計(jì)中，通過高效率、低成本的設(shè)計(jì)理念提升能源的利用率。建筑供配電線路是建筑設(shè)計(jì)的重中之重，加強(qiáng)節(jié)能技術(shù)和節(jié)能設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用，契合時(shí)代發(fā)展要求，是實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的前提[1-2]。

1.2 原則

建筑供配電線路節(jié)能設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，涉及的內(nèi)容比較多，在具體設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵循以下原則。第一，滿足建筑工程使用功能的基本要求。在建筑供配電線路節(jié)能設(shè)計(jì)中，要滿足不同建筑對(duì)色溫、顯色指數(shù)以及照度的需求，滿足智能化建筑工程對(duì)通信用電、消防用電、智能設(shè)備連續(xù)工作用電的需求。第二，滿足技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的要求。在建筑供配電線路節(jié)能設(shè)計(jì)中，要明確哪些能耗是沒有必要的無故損耗，如變壓器的功率耗能、消耗在電能傳輸線路上的能量等，都屬于無故損耗的電能。第三，盡量選擇節(jié)能效果好的設(shè)備和材料。在建筑供配電線路節(jié)能設(shè)計(jì)中，必須充分結(jié)合實(shí)際情況，立足經(jīng)濟(jì)效益，加大新技術(shù)、新材料、新工藝的應(yīng)用力度，以便能夠在最短的時(shí)間內(nèi)獲得更高的收益。

2 建筑供配電線路節(jié)能設(shè)計(jì)存在的問題

在我國(guó)城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)的背景下，為建筑行業(yè)持續(xù)發(fā)展提供了新契機(jī)，但能耗過大也成為限制建筑行業(yè)快速發(fā)展的主要阻礙。因此，發(fā)展建筑供配電線路節(jié)能設(shè)計(jì)已經(jīng)迫在眉睫。在節(jié)能設(shè)計(jì)過程中也遇到了一些問題，具體如下：

2.1 相關(guān)人員對(duì)相關(guān)規(guī)范不甚了解

在《10 kV 及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》中有明確規(guī)定，變配電方不能設(shè)置在浴室、積水嚴(yán)重的地下室等位置，也不能和這些場(chǎng)所毗鄰。但目前很多建筑供配電線路多設(shè)計(jì)在一層，或者樓上衛(wèi)生間位置的局部夾層中，此種設(shè)計(jì)常因?yàn)槠帘涡员容^差、降噪處理不達(dá)標(biāo)而被樓上住戶頻繁投訴。我國(guó)在2011 年頒布并開始實(shí)施的《住宅建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確規(guī)定，如果配變電所設(shè)置在建筑內(nèi)部，不能設(shè)置在住戶的正上方或者正下方，也不能設(shè)置在住宅建筑下方的最底層，但在具體設(shè)計(jì)中仍然有設(shè)計(jì)單位違反相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，既不利于提升節(jié)能水平，也不利于提高建筑供配電線路運(yùn)行的安全性。

2.2 建筑供配電線路設(shè)計(jì)不符合相關(guān)規(guī)范

在《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確指出，如果消防用電負(fù)荷為二級(jí)并采用交流電源供電時(shí)，要采取雙回路樹干式供電設(shè)計(jì)方法，同時(shí)按照防火分區(qū)合理設(shè)置自動(dòng)切換應(yīng)急照明配電箱。但在具體設(shè)計(jì)中，很多設(shè)計(jì)人員沒有“吃透”相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，存在理解偏差。設(shè)計(jì)人員經(jīng)常在消防電梯的前室安裝一個(gè)或者兩個(gè)應(yīng)急燈，從節(jié)能和經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)方面考慮，這樣的設(shè)計(jì)方法非常浪費(fèi)電能，會(huì)增加成本。如果在每個(gè)樓層的每個(gè)防火分區(qū)都配備應(yīng)急照明配電箱，就更加不合理，不符合節(jié)能理念的要求，但在實(shí)際應(yīng)用中這兩種現(xiàn)象普遍存在，導(dǎo)致大量電能被無故浪費(fèi)。

2.3 建筑供配電線路電纜和導(dǎo)體截面選擇不合理

在建筑供配電線路設(shè)計(jì)中，選擇合理的電纜和導(dǎo)體截面，既能保證用電的安全性，還能起到的節(jié)能效果。但在具體設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員認(rèn)為只要計(jì)算出的電流能確保建筑供配電線路安全運(yùn)行即可，很少考慮用電設(shè)備的端電壓。比如：在電梯、屋頂風(fēng)機(jī)等設(shè)備的線路設(shè)計(jì)中，由于電能在傳輸時(shí)存在線路電壓損失問題，在電能傳輸?shù)接秒娫O(shè)備端部時(shí)，如果不考慮端電壓，就會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)電壓無法滿足電壓偏差和電機(jī)啟動(dòng)的要求，會(huì)引發(fā)安全事故。

3 建筑供配電線路節(jié)能設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

3.1 合理選擇變壓器的類型

變壓器是建筑供配電線路系統(tǒng)的主要組成部分，按照建筑供配電線路的實(shí)際需求，選擇科學(xué)合理的變壓器，能夠大幅度提升節(jié)能效果。因此，在條件允許的情況下，要盡量選擇節(jié)能型變壓器，以達(dá)到降低建筑供配電線路損耗、提升工作效率的目的。在建筑供配電線路設(shè)計(jì)中，需要高度重視變壓器的參數(shù)選型，以通過限制變壓器的負(fù)載能力降低建筑供配電線路損耗，保證整個(gè)供配電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。此外，還要注重選擇合理的變壓器容量，以提升變壓器的節(jié)能效果，在條件允許的前提下應(yīng)盡量選擇并聯(lián)式變壓器，按照建筑供配電線路的實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷合理確定變壓器的數(shù)量，以便對(duì)變壓器的能耗進(jìn)行有效控制。在選擇變壓器的布設(shè)位置時(shí)，要盡量靠近負(fù)荷中心，以最大限度上降低供電距離引起的供電損耗。

3.2 合理設(shè)計(jì)建筑供配電線路路徑

大量實(shí)例和研究結(jié)果表明，在建筑供配電線路節(jié)能設(shè)計(jì)中，供配電線路路徑不同，電能的消耗量也不相同。所以，在建筑供配電線路節(jié)能設(shè)計(jì)中，需要高度重視線路路徑的選擇，嚴(yán)格按照建筑供配電線路設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)線路路徑，最大限度上保證線路的輸電質(zhì)量，同時(shí)還要合理提升線路的輸電效率，以提升節(jié)能效果。

第一，按照建筑供配電線路的實(shí)際要求先對(duì)線路路徑做出初步選擇，確定好變電站的位置，然后再按照線路運(yùn)行情況合理選擇線路路徑，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行全面審核，以提升其合理性和規(guī)范性。在保證建筑供配電滿足實(shí)際需求的基礎(chǔ)上，盡量縮短線路距離，且盡量直線輸送，以減少線路拐彎次數(shù)。第二，當(dāng)建筑供配電線路設(shè)計(jì)路徑初步選好后，設(shè)計(jì)人員還要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)考察，保證所設(shè)計(jì)的線路能夠符合實(shí)際運(yùn)行需求。

3.3 合理設(shè)計(jì)電源點(diǎn)

在建筑供配電線路節(jié)能設(shè)計(jì)中，合理布設(shè)電源點(diǎn)能夠大幅降低線路上的電能損耗。電能受到電阻的影響，在傳輸中必然會(huì)出現(xiàn)不必要的損耗，電阻是客觀存在的無法規(guī)避，但傳輸距離可以通過合理設(shè)計(jì)的電源點(diǎn)來控制電能損耗。例如，可以讓電源點(diǎn)盡量靠近負(fù)荷中心，盡量避免存在迂回現(xiàn)象，線路盡量走直線；也可以通過增大輸電線路的橫截面積減少導(dǎo)線電阻，以降低電能損耗。但在建筑供配電線路設(shè)計(jì)中，無論是縮短輸送距離，還是增大導(dǎo)線的橫截面積，都需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇，在保證傳輸效果的基礎(chǔ)上提升使用效率。輸電導(dǎo)線應(yīng)盡量選擇銅芯材料，以便在保證節(jié)能效果的基礎(chǔ)上確保企業(yè)獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 采用分路供電設(shè)計(jì)

建筑供配電線路的供電母線通常采用地埋電纜施工方法，這樣線路負(fù)荷比較小，可選擇380 V 或者220 V 的低壓母線供電，如果負(fù)載比較大，則可以選擇高壓母線進(jìn)行供電，但需要先用變壓器進(jìn)行變壓后再進(jìn)行配電。建筑供配電線路的負(fù)荷種類比較多，不同負(fù)荷種類對(duì)電源、接地的要求各不相同。因此，在節(jié)能設(shè)計(jì)中要選擇分路供電，照明線路、火災(zāi)報(bào)警線路、消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)等線路需要按照不同的使用功能，設(shè)置專用的供配電室，以便進(jìn)行集中控制。供配電室的位置要盡量靠近最大的用電區(qū)域，以減少線路電能輸送損耗。

3.5 保證線路布設(shè)的合理性

建筑供配電線路由家用電器布線系統(tǒng)、通信自動(dòng)化系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警及消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)、安保監(jiān)控系統(tǒng)、閉路電視系統(tǒng)共同組成。這些線路中既有強(qiáng)電系統(tǒng)，也有弱電系統(tǒng)。在實(shí)際運(yùn)行中，強(qiáng)電系統(tǒng)會(huì)對(duì)弱電系統(tǒng)產(chǎn)生較大的干擾，如果情況嚴(yán)重甚至?xí)?dǎo)致弱電系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。因此，在建筑供配電線路布線設(shè)計(jì)中，要將強(qiáng)電系統(tǒng)和弱電系統(tǒng)隔離開來，做好屏蔽隔離措施，以提升各項(xiàng)電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

3.6 提升三相負(fù)荷的均衡性

目前，建筑供配電線路常用的形式為三相四線制，各相之間的均勻性負(fù)荷能夠確保中性線電流具有零值特征，從而也就不存在電能損耗問題。簡(jiǎn)而言之，在建筑供配電線路節(jié)能設(shè)計(jì)中，中性線線路上的電流值越小，整個(gè)建筑供配電線路上的電能損耗量就越小。對(duì)于建筑供配電線路系統(tǒng)而言，照明負(fù)荷通常集中布置在一相上，插座負(fù)荷也集中在一相上，電荷負(fù)荷集中在一相上，此種現(xiàn)象是非常不合理的。建筑供配電線路設(shè)計(jì)人員應(yīng)保證整個(gè)三相配電系統(tǒng)中的同類負(fù)荷均勻分布在各相上，以均衡電能分布。

4 結(jié)語

本文采用理論結(jié)合實(shí)踐的方法，針對(duì)建筑供配電線路設(shè)計(jì)中存在的問題，提出應(yīng)從合理選擇變壓器的類型、合理設(shè)計(jì)建筑供配電線路路徑、合理設(shè)計(jì)電源點(diǎn)、保證線路布設(shè)的合理性、提升三相負(fù)荷的均衡性等方面入手，提升建筑供配電線路節(jié)能效果。