智能小區(qū)建筑電氣設(shè)計(jì)研究

陳振華

(重慶環(huán)保投資集團(tuán)有限公司，重慶 400017)

0 引 言

當(dāng)前，我國(guó)城市化水平正在不斷提高，建筑節(jié)能降耗成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。在此背景下，對(duì)建筑電氣的節(jié)能降耗技術(shù)進(jìn)行研究就有著重要的意義。針對(duì)建筑節(jié)能的研究，國(guó)外起步較早，并具備較多的研究結(jié)論。建筑節(jié)能在我國(guó)應(yīng)用的時(shí)間較晚，但隨著現(xiàn)代化的不斷推進(jìn)，我國(guó)不斷規(guī)范了建筑節(jié)能要求[1]。在法律法規(guī)層面，我國(guó)公布了較多的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)研發(fā)層面，我國(guó)也不斷取得突破，但普遍來(lái)講仍需提高，因此針對(duì)國(guó)內(nèi)而言，在進(jìn)行建筑電氣設(shè)計(jì)時(shí)需在我國(guó)國(guó)情的基礎(chǔ)上，借鑒他國(guó)先進(jìn)技術(shù)開(kāi)展設(shè)計(jì)。

1 工程概況

為便于對(duì)建筑電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，本文將以某小區(qū)為背景進(jìn)行論述。該小區(qū)總體用地為62 314 m2，容積率為2.5。小區(qū)整體共劃分為29層，其中二樓主要用于商用。其智能系統(tǒng)的布置如圖1所示。

圖1 智能系統(tǒng)總體框架示意圖

2 優(yōu)化節(jié)能設(shè)計(jì)

2.1 變壓器的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)

在整個(gè)電力系統(tǒng)中，變壓器是必不可少的設(shè)備。但在整個(gè)電力系統(tǒng)中，因其有著較大的容量，故從總耗電的角度來(lái)看，變壓器的總功率的占比較小。針對(duì)該小區(qū)而言，其變壓器有著較大的總耗能，在整個(gè)電力系統(tǒng)的線路損耗中，其損耗占比約為1/2，在整個(gè)變電站中，電力系統(tǒng)損耗約占小區(qū)總耗電的65%[2]。在選擇變壓器的時(shí)候，應(yīng)從以下兩方面進(jìn)行考慮：①節(jié)能，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件選取損耗較低的電力變壓器；②結(jié)合其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行情況，確保變壓器不出現(xiàn)輕負(fù)荷運(yùn)行。

所謂節(jié)能變壓器，在《三相配電變壓器節(jié)能的限制和節(jié)能評(píng)價(jià)值》規(guī)范中有著明確的界定。針對(duì)該小區(qū)而言，為使其變壓器功率損耗有所降低，在選擇變壓器的時(shí)候，需優(yōu)先考慮的是該變壓器是否具有最低的空載損耗以及是否為節(jié)能型?；谠摻嵌龋谶x擇變壓器時(shí)可選擇S9、SL9或SC8型。上述變壓器與鋼材料有著一致的磁疇結(jié)構(gòu)，主要在冷軋硅鋼片質(zhì)量中使用。此外，上述類型的變壓器還具有45°的全斜關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)，能夠有效降低損耗。

基于該小區(qū)所使用的最小有功損耗，運(yùn)行設(shè)備經(jīng)濟(jì)效益最大的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，按照其電力供應(yīng)形勢(shì)和具體用電情況，為確保變壓器損耗能夠在最大限度上有所下降，從而節(jié)約線路和電網(wǎng)損耗，滿足節(jié)約電能的目的，需開(kāi)展如下優(yōu)化設(shè)計(jì)：

(1)降低有功損耗：變壓器的有功損耗主要包括空載和短路兩方面損耗，而對(duì)于變壓器的短路損耗而言，其負(fù)載率又是其主要的影響因素。結(jié)合該小區(qū)的實(shí)際情況，在確保該小區(qū)變壓器負(fù)載恒定時(shí)，變壓器的最優(yōu)選擇方案為S11或S10節(jié)能變壓器，能夠使其損耗減小為75%，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保的最大效果。

(2)降低負(fù)載耗損：變壓器繞組的電阻和電流是引起其短路損耗的重要因素，其與變壓器的負(fù)載率的平方成正比例關(guān)系，故在進(jìn)行變壓器的選擇時(shí)可通過(guò)選擇繞組或電阻較小的變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能，如銅芯類變壓器，能夠使變壓器短路損耗(PK)有效降低。該小區(qū)的變壓器在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，隨著時(shí)間的變化，其負(fù)載曲線也可能會(huì)有所變化，即時(shí)間可通過(guò)負(fù)載率函數(shù)進(jìn)行表示。故在時(shí)間一定時(shí)，變壓器有著最佳的平均效率。一般情況下，該小區(qū)的電力輕負(fù)荷狀態(tài)均出現(xiàn)在半夜到凌晨的時(shí)間，并且在一天內(nèi)有著持續(xù)變化的負(fù)荷。故在對(duì)變壓器裝機(jī)容量進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，不應(yīng)采用最佳負(fù)荷系統(tǒng)，應(yīng)選擇略高的值。

2.2 配光節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)

當(dāng)前多采用駐點(diǎn)法或系數(shù)法進(jìn)行照明計(jì)算，在該小區(qū)中的照明計(jì)算中以系數(shù)法為主。根據(jù)系數(shù)法的計(jì)算公式可知，利用系數(shù)與照面平均照度表現(xiàn)為正比例關(guān)系[3,4]。即為提高配光效果，可通過(guò)增加利用系數(shù)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于利用系數(shù)而言，一般情況下因無(wú)法隨意變更房間空間布置，故為使其照明效果有所提高，可通過(guò)提高室內(nèi)墻壁反光能力來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，為使配光效果滿足要求，還可通過(guò)減少發(fā)光效率的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

為使小區(qū)內(nèi)光的利用率有所提高，從而確保節(jié)能效果最大化，可通過(guò)合理的燈光配光來(lái)實(shí)現(xiàn)。在光線的選擇設(shè)計(jì)過(guò)程中，需注意的是：若房間為又寬又窄的空間布置，不應(yīng)采用窄光，因?yàn)檎怆m然具有較高的使用系數(shù)，但無(wú)法滿足均勻性的要求；若房間較窄，為提高光的利用率，需采用窄光。此外，可根據(jù)房間室內(nèi)空間比RCP確保燈光分布合理，在具體布置時(shí)可參考表1進(jìn)行。

表1 燈具配光的選擇

3 節(jié)能電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)

不同于傳統(tǒng)小區(qū)中統(tǒng)計(jì)能源消耗的方法，節(jié)能控制系統(tǒng)主要以遠(yuǎn)程控制的方式進(jìn)行節(jié)能控制，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。該系統(tǒng)采用所計(jì)算機(jī)控制技術(shù)取代了人工，全部依靠機(jī)械設(shè)備記錄損耗信息，能夠較大程度上節(jié)約勞動(dòng)力并提高計(jì)算的精準(zhǔn)度[5]。

圖2 節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

為對(duì)能源損耗標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值外的費(fèi)用進(jìn)行嚴(yán)格控制，使其能夠起到較好的警報(bào)效果，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)添加了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程抄表的功能。相比于傳統(tǒng)的人工抄表方式，以計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行抄表，能夠起到更為嚴(yán)格和精準(zhǔn)的費(fèi)用計(jì)算和控制，并且以計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸更加便于管理。對(duì)于能源的使用率而言，以計(jì)算機(jī)技術(shù)集中控制和防護(hù)數(shù)據(jù)能夠起到較好的保障，并起到有效的節(jié)能減耗的作用，對(duì)傳統(tǒng)管理的方式起到優(yōu)化作用。但對(duì)于建筑物內(nèi)的電氣設(shè)備而言，電梯為較為特殊的一類，其在使用時(shí)的控制系統(tǒng)多為廠家提供，故在該系統(tǒng)中，主要通過(guò)對(duì)電梯電控箱的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的監(jiān)測(cè)。

在監(jiān)測(cè)空調(diào)工程方面，主要控制的因素包括空調(diào)溫度、濕度以及風(fēng)量等，對(duì)其壓力也一并控制。在該系統(tǒng)中主要采取隔離的方式實(shí)現(xiàn)上述控制措施。將所需控制對(duì)象的測(cè)量傳感器和執(zhí)行器安裝到空調(diào)機(jī)組內(nèi)，并根據(jù)實(shí)際需要選取防凍開(kāi)關(guān)。相比之下，傳統(tǒng)的以人工的方式進(jìn)行的控制對(duì)于空氣質(zhì)量而言較為不利，而且對(duì)于室內(nèi)空氣而言，其特點(diǎn)為惰性以及滯后，傳統(tǒng)的控制方法在上述兩方面無(wú)法起到較好的作用，對(duì)于封閉和人口較多的區(qū)域，在能源損耗方面采用自動(dòng)控制能夠起到最大化的利用效果，并能在較短時(shí)間內(nèi)做出調(diào)整，相比于傳統(tǒng)的人工方法能起到較好的優(yōu)化效用。

在建筑物中，能源損耗最大的是空調(diào)系統(tǒng)，其次則是照明系統(tǒng)。若控制其節(jié)能減排，可使能源損耗有30%左右的減少。目前，該方面的控制較為落后，在設(shè)計(jì)時(shí)必須采用專業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行控制。照明設(shè)施的控制需根據(jù)不同小區(qū)的需求來(lái)進(jìn)行調(diào)整，確保小區(qū)照明燈具的合理開(kāi)關(guān)。最為全面的照明控制不僅能滿足綠色節(jié)能的目標(biāo)。還能對(duì)小區(qū)工作環(huán)境進(jìn)行改善，當(dāng)前小區(qū)的智能照明系統(tǒng)控制方式可分為兩種，分別是直接數(shù)字控制器(DDC)以及分布式智能照明控制[6]。在統(tǒng)一智能空調(diào)、排水等系統(tǒng)之后，會(huì)以DDC的方式進(jìn)行集中控制。該種方式以切換電源電路觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)照明電路的控制，雖然控制方法簡(jiǎn)單，但可靠性較低，故基于該小區(qū)的實(shí)際需要，在整個(gè)節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，采用的是分布式智能照明控制方法，以智能接觸器的模塊進(jìn)行開(kāi)關(guān)和總線的控制，如圖3所示。

圖3 總線型智能照明控制系統(tǒng)原理圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文的主要研究對(duì)象為某智能小區(qū)的電氣優(yōu)化設(shè)計(jì)，因篇幅所限，本文主要針對(duì)該小區(qū)的節(jié)能設(shè)計(jì)以及節(jié)能電控系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)的討論，以使該小區(qū)的智能化以及經(jīng)濟(jì)化等有所提高?；谏鲜龇治?，主要得出如下結(jié)論：

(1)通過(guò)對(duì)該小區(qū)的節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，取得了更加適合該小區(qū)的節(jié)能配電方法；通過(guò)對(duì)照明設(shè)施控制的分析，提高小區(qū)的照明性能并使其滿足節(jié)能環(huán)保的要求。

(2)通過(guò)對(duì)小區(qū)電控系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，將節(jié)能設(shè)計(jì)的理念貫穿于各項(xiàng)技術(shù)環(huán)節(jié)中，使其具有更加顯著的電力節(jié)約。