民用綠色建筑電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能問(wèn)題研究

郭合玉

（太原理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西太原 030024）

0 引言

當(dāng)前，經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展與能源緊缺的國(guó)情之間的矛盾日益凸顯，因此政府提出節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的口號(hào)。電力作為現(xiàn)代社會(huì)最基礎(chǔ)、最普及的能源，已經(jīng)根植于人們的日常生活，電力能源在建筑行業(yè)的應(yīng)用為人們提供了方便舒適的生活環(huán)境，電梯、空調(diào)、照明、通風(fēng)以及各種家用電器大大地改善了人們的生活水平，同時(shí)也產(chǎn)生了越來(lái)越大的電力需求，不合理的電能使用造成了大量的能源浪費(fèi)。綠色建筑電氣設(shè)計(jì)中節(jié)能措施的應(yīng)用能夠很好地實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，降低能源消耗。

1 民用綠色建筑電氣設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

民用綠色建筑的電氣設(shè)計(jì)，是指根據(jù)一定的建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范和規(guī)律，對(duì)民用綠色建筑進(jìn)行電氣網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和布局，以實(shí)現(xiàn)人們?nèi)粘Ｉ畹碾娏π枨鬄槟繕?biāo)。民用綠色建筑電氣設(shè)計(jì)不僅應(yīng)嚴(yán)格遵守建筑電氣設(shè)計(jì)的相關(guān)規(guī)范和要求，而且也應(yīng)該滿足業(yè)主對(duì)相關(guān)功能的要求同時(shí)應(yīng)考慮到施工方具體情況。節(jié)能電氣的設(shè)計(jì)就是采用新技術(shù)、新方法優(yōu)化建筑電力系統(tǒng)，以降低網(wǎng)損，提高電能使用效率。

當(dāng)前我國(guó)處于城鎮(zhèn)化建設(shè)的高速發(fā)展時(shí)期，建筑物高度不斷刷新，城市面積不斷擴(kuò)大，加上各種新型用電設(shè)備對(duì)已有建筑電力系統(tǒng)的影響，使建筑電網(wǎng)產(chǎn)生巨大消耗和浪費(fèi)。對(duì)建筑電氣設(shè)計(jì)問(wèn)題不斷總結(jié)和改善，推廣節(jié)能設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展[1-3]。

2 民用綠色建筑電氣設(shè)計(jì)節(jié)能原則

2.1 基礎(chǔ)性

民用綠色建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)能滿足人們對(duì)于照明、空調(diào)、電梯等一些最基本用電需求，同時(shí)對(duì)于特或高層建筑應(yīng)該實(shí)現(xiàn)其消防用電、應(yīng)急用電的需求。

2.2 適用性

考慮到建筑電力系統(tǒng)的供電可靠性、電能質(zhì)量以及用電設(shè)備的負(fù)荷等實(shí)際情況，不斷優(yōu)化建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)，在保證其正常運(yùn)行動(dòng)力的前提下盡量實(shí)現(xiàn)節(jié)能，減少電能浪費(fèi)。

2.3 經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)性是節(jié)能建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)必須遵從的原則，也是一切節(jié)能設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。不能為了節(jié)能設(shè)計(jì)而盲目增加節(jié)能投資成本，或增加建筑運(yùn)行成本，使民用綠色建筑節(jié)能設(shè)計(jì)本末倒置。

3 民用綠色建筑電氣設(shè)計(jì)具體節(jié)能措施

3.1 合理配置變壓器容量

變壓器運(yùn)行所產(chǎn)生的能耗費(fèi)用占電力系統(tǒng)電費(fèi)中比例較大，因此應(yīng)選用節(jié)能經(jīng)濟(jì)性變壓器，如圖1所示的干式變壓器。然而，變壓器的選型，不能簡(jiǎn)單地通過(guò)變壓器的負(fù)荷率來(lái)選擇變壓器。在建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)劃初期，應(yīng)綜合考慮到當(dāng)?shù)毓╇姴块T相關(guān)要求、建筑負(fù)荷等實(shí)際情況，按照最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件和費(fèi)用來(lái)選擇變壓器型號(hào)、數(shù)量、容量等。在實(shí)際運(yùn)行中，變壓器的負(fù)荷率應(yīng)保持在合理的范圍內(nèi)，變壓器的負(fù)荷率一般保持在80%~85%之間最為合適，這樣才能最大限度地減少變壓器的有功功率損耗及空載損耗。

圖1 干式變壓器

3.2 合理的配電系統(tǒng)設(shè)置

合理的配電系統(tǒng)就是合理設(shè)計(jì)建筑電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，首先就是在設(shè)計(jì)配電網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，配電室必須接近負(fù)荷中心，這樣才能保證建筑中電氣負(fù)荷距離供電中心保持在合適的范圍內(nèi)，使整個(gè)建筑電力系統(tǒng)的網(wǎng)損在允許值范圍內(nèi)。

在合理的配電系統(tǒng)設(shè)置時(shí)應(yīng)遵循簡(jiǎn)單可靠的原則，在同一配電系統(tǒng)內(nèi)，電力系統(tǒng)變壓等級(jí)不超過(guò)兩級(jí)，這樣才能減少因變壓級(jí)數(shù)過(guò)多而增加能耗。同時(shí)根據(jù)電力系統(tǒng)能耗公式Q=U2/R可知電壓等級(jí)越高越高電力系統(tǒng)能耗越低，因此在一般民用綠色建筑電氣設(shè)計(jì)中選用兩相220V和三相380V電壓等級(jí)。而對(duì)于大型中央空調(diào)等電壓等級(jí)為6kV或者10kV。

3.3 適當(dāng)提高配電系統(tǒng)的功率因素

功率因素是有功功率和總功率的比值，在建筑電力系統(tǒng)中傳輸?shù)目偰芰考从泄β适枪潭ú蛔兊模窃诿裼镁G色建筑電氣設(shè)備的運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生滯后的無(wú)功電流，特別是電動(dòng)機(jī)這類設(shè)備會(huì)產(chǎn)生較大的無(wú)功電力從而增加無(wú)功損耗，無(wú)功功率越大，電能損耗也就越大。裝設(shè)有電動(dòng)機(jī)的大功率用電設(shè)備例如風(fēng)機(jī)、空調(diào)系統(tǒng)、電梯等都會(huì)產(chǎn)生較大的無(wú)功損耗，對(duì)此一般在配電系統(tǒng)中裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置。民用綠色建筑中通過(guò)靜電電容器補(bǔ)償，電容器可以產(chǎn)生超前的無(wú)功電流，用于抵償用電設(shè)備中滯后無(wú)功電流或者使其保持在一定范圍內(nèi)，達(dá)到降低無(wú)功損耗的目的。同時(shí)也可以采用自然因素較高的燈具等。

3.4 合理控制線路電能損耗

在民用綠色建筑電力系統(tǒng)中，導(dǎo)線的無(wú)序、不合理規(guī)劃產(chǎn)生了較大的電能損失。對(duì)于導(dǎo)線的選擇，應(yīng)選用電導(dǎo)率比較大的銅線，相對(duì)于鋁線而言，銅線導(dǎo)電率高、耐腐蝕、更安全。在線路敷設(shè)過(guò)程中，應(yīng)盡量減少線路距離。對(duì)于較多分散的小負(fù)荷，可以進(jìn)行合并供電，這樣可以減少導(dǎo)線距離，增大導(dǎo)線橫截面積，從而降低網(wǎng)損。選用橫截面積較大的導(dǎo)線，雖然一定程度增加了投資，但是長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，更能降低網(wǎng)速，更具有經(jīng)濟(jì)性。

3.5 改善民用綠色建筑照明節(jié)能

根據(jù)民用綠色建筑電氣設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，可以合理規(guī)劃建筑照明的選型和控制方式。白熾燈的使用壽命一般為1000h左右，而節(jié)能燈的使用壽命是白熾燈的兩倍，并且照度更大于同功率白熾燈。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，新型LED燈具表現(xiàn)出更高的照明效率，更多組合樣式以及更多應(yīng)用場(chǎng)所。因此，新型節(jié)能燈具替代白熾燈，可以更好地改善燈光的柔和度，更具有高效率低耗能。同時(shí)，改善照明控制方式也能提高照明系統(tǒng)的工作效率，節(jié)約電能，減少設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。節(jié)能型燈具如圖2所示。例如，對(duì)于面積較大的場(chǎng)所采用多燈一控方式，而對(duì)于樓梯、走廊、公共通道等采用定時(shí)控制或聲控?zé)舴绞?，這樣可以合理控制使用時(shí)間，減少電能損耗。對(duì)于新興住宅樓或者辦公大樓也可以采用智能控制方式，對(duì)于不同建筑，不同區(qū)域?qū)嶋H情況的不同采用光、聲等多模式結(jié)合的新興控制方式，使電氣設(shè)計(jì)更科學(xué)合理、高效節(jié)能。

圖2 節(jié)能型燈具

3.6 大功率用電設(shè)備的電氣設(shè)計(jì)

空調(diào)和電梯是一般民用綠色建筑的大功率用電設(shè)備，對(duì)于民用綠色建筑的空調(diào)系統(tǒng)一般有中央空調(diào)系統(tǒng)和分體式空調(diào)，中央空調(diào)系統(tǒng)可以通過(guò)樓宇智能控制系統(tǒng)，合理控制其運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行方式而達(dá)到節(jié)能的目的。而對(duì)于分體式空調(diào)，一般其插座設(shè)計(jì)位置較高，僅用遙控器無(wú)法斷開電源；而辦公場(chǎng)所的分體式空調(diào)通過(guò)樓層照明電源斷電，因此空調(diào)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)狀態(tài)不僅消耗了大量電能而且也是重大的火災(zāi)安全隱患。對(duì)此問(wèn)題，一般設(shè)置獨(dú)立開關(guān)控制、設(shè)置專門的配電線路。

電動(dòng)機(jī)是電梯的動(dòng)力系統(tǒng)，一般電動(dòng)機(jī)的參數(shù)和規(guī)則都在出廠之前進(jìn)行設(shè)置，因此提高電梯的使用效率和功率因素都可以大大降低電動(dòng)機(jī)能耗。除了利用無(wú)功補(bǔ)償裝置降低電動(dòng)機(jī)無(wú)功損耗之外，還可以盡量減少電動(dòng)機(jī)的輕載負(fù)荷，例如采用變頻技術(shù)控制，從而提高電動(dòng)機(jī)效率達(dá)到節(jié)約電能的效果。

3.7 合理使用自然資源

隨著政府對(duì)節(jié)能減排及清潔能源利用政策出臺(tái)，風(fēng)能、光伏等清潔能源在建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中的利用有很大前景。其中建筑物與光能的有效結(jié)合已取得良好運(yùn)行模式，利用光能進(jìn)行采光取暖，光伏發(fā)電設(shè)備建成分布式電源等均是光能與建筑結(jié)合的有效利用方式。民用綠色建筑采用光伏能源亦可獲得國(guó)家相關(guān)政策補(bǔ)貼，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看也可降低建筑物能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著時(shí)代的發(fā)展，民用綠色建筑設(shè)計(jì)的節(jié)能措施具有很大的潛力。在民用綠色建筑的節(jié)能設(shè)計(jì)中通過(guò)合理配置變壓器和配電系統(tǒng)，優(yōu)化線路設(shè)計(jì)，改善照明系統(tǒng)，提高大功率用電效率等節(jié)能措施能有效降低建筑電氣的能耗，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。