建筑電氣的節(jié)能性設計研究

張 斌

（山西省工業(yè)設備安裝集團有限公司 山西太原 030032）

建筑電氣耗能占建筑整體耗能的80.0%以上[1]，因此，建筑電氣耗能問題一直是建筑業(yè)關注的重點問題。在建筑工程施工過程中，合理地使用節(jié)能技術，不僅可節(jié)約建筑成本，而且對行業(yè)發(fā)展具有促進作用。盡管相關研究早已開展，但由于引進技術水平不足，一直未取得顯著成果[2]。為了全面落實低能耗建筑施工，以下展開進一步的設計與研究，以解決電氣耗能過高的問題。

1 建筑電氣節(jié)能方法設計

1.1 電氣設備功率損耗量計算

電氣設備在運行時內部也會產(chǎn)生相應的功率損耗，包括空載狀態(tài)下的電流、損耗等[3]。為實現(xiàn)對電氣設備的節(jié)能性設計，首先需要明確電氣設備在運行過程中產(chǎn)生的功率損耗量，其計算公式見式（1）。

式中：△P——電氣設備有功功率損耗量；

P——空載狀態(tài)下的電氣設備功率損耗量；

β——在t 時間內電氣設備的平均負載系數(shù)；

P’——電氣設備負載損耗。

式（1）中β 的計算公式見式（2）。

式中：S——某段時間內電氣設備的視在功率；

S’——某段時間內電氣設備的平均視在功率；

A——電氣設備有功電能；

A’——電氣設備無功電能。

同時，在計算過程中還需要考慮電氣設備的有功功率經(jīng)濟當量和無功功率經(jīng)濟當量，并將其直接計入電氣設備的功率損耗量當中。不同類型的電氣設備安裝方式不同，相應的經(jīng)濟當量也不同[4]。由發(fā)電廠母線直配的電氣設備經(jīng)濟當量通常在0.02～0.04，二次變壓電氣設備為0.04～0.08，三次變壓電氣設備為0.07～0.12。根據(jù)公式（1）、（2）及不同電氣設備的經(jīng)濟當量，對電氣設備在運行過程中產(chǎn)生的功率損耗量進行計算，以為后續(xù)節(jié)能型設計提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

1.2 節(jié)能型電氣設備選擇

在明確不同電氣設備的功率損耗量后，為實現(xiàn)建筑電氣節(jié)能性要求，應盡可能選擇節(jié)能型電氣設備。以三相配電變壓裝置為例，在GB20048- 2018 中明確規(guī)定了三相10kV 電壓等級及容量在25～1200kVA 范圍內的變壓裝置能效等級[5]。從第一等級到第三等級，變壓裝置的節(jié)能效果依次降低。其中第一等級變壓裝置具有最佳節(jié)能效果，并且自身運行過程中產(chǎn)生的功率損耗最低，最符合我國建筑電氣節(jié)能標準。因此，在選擇建筑電氣設備時時，應當盡可能選擇第一等級。對于不同電氣設備，其材料選擇也在一定程度上影響著整體的節(jié)能性。例如在選擇變壓裝置時，軟磁金屬材料與非晶合金材料相比，后者的性能指標明顯更高，并且無論是在導磁、抗腐蝕和電流通過率方面都具有更明顯的優(yōu)勢。

在選擇照明類電氣設備時，應當從環(huán)保、壽命、顯色性等方面進行綜合考慮。當前高效節(jié)能的設備以LED 為首選。在相同的條件下，LED 燈與普通白熾燈及其他節(jié)能燈相比，在節(jié)能功率、環(huán)保性、使用壽命上都表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。例如，正常功率為2.5W的LED 燈節(jié)能功率高達60W，并且不含汞，使用壽命超過20000h，與普通照明設備相比年節(jié)約電費達500 元甚至更多[6]。在選擇照明設備的同時，還需要確保其與整個建筑內部裝修風格協(xié)調統(tǒng)一，即在滿足節(jié)能性后，應從提升建筑內部空間美觀角度出發(fā)進行綜合考慮。在不同建筑中需要進行定向照明或局部照明時，應當盡可能選擇更符合實際情況的照明設備配光曲線。

1.3 電氣設備布設

在完成對電氣設備功率損耗量計算和節(jié)能型設備選擇后，通過合理的電氣設備布設也可以達到節(jié)約能耗的目的[7]。以照明設備為例，在布設時應當考慮建筑內部空間整體的進深、開間等因素，及其與地面之間的距離、施工作業(yè)距離，以及照明設備相互之間的距離。其次，還需要對照明設備的光源類型進行選擇，結合各生產(chǎn)廠家所提供的參考數(shù)據(jù)指標，對相關布設參數(shù)進行設定[8]。最后，對每一個照明設備在建筑內部空間當中的平均照度進行計算。將上述所有獲取到的數(shù)據(jù)，與建筑電氣照明設備布設標準進行對比，當所有相關數(shù)據(jù)與標準數(shù)據(jù)的偏差都小于±5%時，說明照明設備的布設方案合理，滿足照度指標要求[9]。

以某建筑為例，針對該建筑現(xiàn)有照明設備布設情況，以提高節(jié)能性為目的，對其進行優(yōu)化。該建筑內部現(xiàn)有白熾燈和節(jié)能燈數(shù)量明顯多于LED 燈，并且LED燈僅在特殊功能當中使用。該建筑中照明設備的使用位置主要包括大廳、走廊、會議室、客房和外景等。針對該建筑整體特點和照明需要，在大部分日光燈照明區(qū)域內，選用LED 燈替代，并設置其功率與原來的日光燈相同。選用TBS562- 2650 型號嵌入式LED 燈，配備T6 三基色直管熒光燈，將其光通量設置為2250lm，并選用電子鎮(zhèn)流器設備，其自身功率為4.5W，功率因素大于0.9。完成對照明設備的更換后，最大照度可以達到365.24lx，最小照度為75.23lx，平均照度為271.22lx，能夠充分滿足該建筑對照明設備提出的各項要求。

建筑內部空間中原始照明方案的分布主要是將中心照明作為重點，逐漸向四周減少照明設備的數(shù)量，以此達到照明效果，但由于這種方法并未考慮到靠近墻壁時照明設備的照度條件，布設不合理。針對這一問題，在照明設備布設時，采用將每排燈作為基點，逐漸向四周擴散的方式。在這種布設方式下，照明設備能夠實現(xiàn)更加均勻的照度分布。

2 實驗論證分析

案例中的建筑共包含6 層，其中地下部分一層，地上部分五層，地下一層為地下停車庫。建筑總面積為56240m2，主體部分的地上面積為45210 m2。建筑工程當中的電氣施工主要包括機房設備搬遷、UPS 電源、配電系統(tǒng)、冷凍水空調機組、水系統(tǒng)管道、環(huán)境監(jiān)控、弱電智能化等設備的安裝調試。以該建筑工程項目的實際數(shù)據(jù)和電氣設計作為實驗基礎，對該建筑工程正在使用的變壓器、照明裝置和中央空調等進行節(jié)能性設計。建設項目當中的電氣設備包括高壓開關柜、干式變壓器、電壓阻燃電纜、配線槽、盤式電纜橋架、信號屏、日光燈、壁燈、落地燈、安全應急燈、地埋燈和裝飾霓虹燈等。

選擇該建筑項目當中五個不同區(qū)域作為實驗環(huán)境，對區(qū)域當中的電氣設備進行節(jié)能設計，并與傳統(tǒng)方法進行對比，結果如表1 所示。

表1 兩種電氣節(jié)能方法能耗對比 kW

由表可見，按照當前能源成本0.52 萬元/ kW 的單價計算，新節(jié)能方法完成對五個不同區(qū)域電氣施工后，總能源損耗為15.23kW，共損耗電費約為7.92 萬元；而傳統(tǒng)節(jié)能方法完成對五個不同區(qū)域電氣施工后，每個區(qū)域的能源耗損均超過了10.00kW，總能源損耗為58.78 kW，共損耗電費約30.56 萬元。新方法比傳統(tǒng)方法節(jié)約電費近285.8%?？梢?，新的節(jié)能方法在建筑電氣能耗節(jié)約方面具有更大的現(xiàn)實意義。

3 結語

以某建筑工程為例，對其電氣節(jié)能展開了進一步的設計與研究。對比實驗證明，設計成果在實際應用中可有效降低電氣耗能，大大提高建筑的綠色化。希望相關部門更加重視建筑節(jié)能中電氣設備的標準化建設，進一步推動建筑工程的綠色化建設與發(fā)展。