建筑電氣節(jié)能減排措施和光伏新能源的應(yīng)用

何得虎

(陜西紫潤建設(shè)工程有限公司青海分公司 青海西寧 810000)

在生態(tài)環(huán)境建設(shè)相關(guān)理念下，各行業(yè)在發(fā)展過程中均加強了節(jié)能減排技術(shù)的研究。建筑電氣工程整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其中包含的子系統(tǒng)不僅種類較多而且能耗水平也比較高，在建筑電氣節(jié)能減排思維的指導(dǎo)下，當(dāng)前建筑電氣工程在設(shè)計過程中必須考慮能耗問題，而現(xiàn)代化建筑中電氣系統(tǒng)融合較深，尤其是一些長時間運行的電氣設(shè)備相對較多，這一部分的節(jié)能減排水平在很大程度上決定了系統(tǒng)整體狀態(tài)。光伏發(fā)電能夠以清潔可再生的形式提供電力，而光伏建筑一體化也正是減少建筑能耗及排放的重要措施，不同建筑在與光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合過程中選擇的形式不同，但其核心目的都在于利用光伏發(fā)電減少建筑整體電能消耗。現(xiàn)代化社會發(fā)展過程中，可持續(xù)發(fā)展理念已經(jīng)深入各行各業(yè)，為維持更好的生態(tài)環(huán)境，建筑電氣系統(tǒng)必須在滿足使用需求的基礎(chǔ)上進一步降低能耗。

1 建筑電氣節(jié)能減排原則

建筑電氣節(jié)能減排主要包括兩大基本原則。第一，節(jié)能減排不能以建筑電氣功能以及建筑使用體驗作為代價。從這一點上看，節(jié)能減排應(yīng)從技術(shù)手段上入手，通過降低同類電氣設(shè)備的功耗從而實現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)，不能在追求節(jié)能減排的過程中影響建筑功能。第二，建筑電氣節(jié)能減排要注意經(jīng)濟性。一般來講，在考慮到電氣系統(tǒng)節(jié)能要求時，普遍需要從多角度進行節(jié)能設(shè)計，這就意味著很多傳統(tǒng)電氣設(shè)備需要更換為節(jié)能型設(shè)備，在這一過程中相應(yīng)的系統(tǒng)投入會有所增加，這種情況下，要充分結(jié)合當(dāng)前建筑工程的功能需求以及實際技術(shù)能力，不盲目應(yīng)用一些先進技術(shù)，以務(wù)實的姿態(tài)來降低電氣系統(tǒng)能耗水平。除上述兩大原則外，實現(xiàn)建筑電氣節(jié)能減排目標(biāo)還需要規(guī)范電氣設(shè)備的使用方法，保持更好的節(jié)能意識，確保電氣系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)按需運行，減少非必要運行時間[1]。

2 建筑電氣節(jié)能減排存在的問題

2.1 變壓器設(shè)計不合理

變壓器作為建筑電氣工程的基礎(chǔ)設(shè)備其擔(dān)負著電力調(diào)節(jié)和電力入戶等重要任務(wù)。很多建筑工程在變壓器設(shè)計過程中并未充分考慮節(jié)能減排要求，在變壓器選型、變壓器配置等方面存在諸多問題。不同變壓器其空載損耗以及負載損耗差異非常大，傳統(tǒng)變壓器受材料和運行原理的限制其電能損耗往往比較大，對比來講，節(jié)能變壓器可以在不同運行狀態(tài)下實現(xiàn)較好的節(jié)能減排效果。目前，我國建筑電氣系統(tǒng)中節(jié)能變壓器的應(yīng)用仍比較有限，此部分的能耗損失相對較多。變壓器配置不合理也會導(dǎo)致電力損耗增加，根據(jù)變壓器具體參數(shù)，所有變壓器都可以計算出高效運行負載，例如很多建筑電力變壓器負載率在60%左右時其效率相對較高。我國很多建筑工程存在變壓器配置不合理的情況，變壓器多數(shù)情況下的負載率并非不在節(jié)能區(qū)間，因此電能損耗也比較大[2]。

2.2 照明系統(tǒng)設(shè)計不合理

照明系統(tǒng)也是現(xiàn)代建筑工程重要的用電系統(tǒng)，相當(dāng)一部分建筑照明能耗相對較大究其原因可概括為以下幾個方面：首先，光源及配套燈具選擇不合理，很多建筑照明系統(tǒng)在設(shè)計過程中并未嚴(yán)格按照節(jié)能要求使用節(jié)能型光源，其所使用的包括白熾燈在內(nèi)的燈具照明過程中發(fā)熱量極大，能耗較高，且很多建筑照明系統(tǒng)沒有考慮到配套燈具對于節(jié)能減排的作用，并未充分利用燈具提升光源照明效果，因此其光源布置數(shù)量相對較多，這也在很大程度上增加了照明能耗[3]；其次，照明系統(tǒng)控制技術(shù)不到位，絕大多數(shù)照明系統(tǒng)不具備基礎(chǔ)自動化功能，不能按照設(shè)定要求執(zhí)行自熄操作，這增加了照明系統(tǒng)的無效運行時間，進一步增加了照明系統(tǒng)能耗；最后，很多建筑沒有注意人工光源照明和天然光的合理搭配，由于自然采光效果不佳因此建筑內(nèi)人工光源分布較廣，這也無形中增加了建筑照明系統(tǒng)的整體能耗水平[4]。

2.3 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計不合理

現(xiàn)代建筑工程為了保證建筑使用舒適度多數(shù)都配備了相應(yīng)的通風(fēng)系統(tǒng)，不論是新風(fēng)系統(tǒng)還是中央空調(diào)其都屬于能耗大戶，通風(fēng)系統(tǒng)主機功率普遍較大，而且空調(diào)系統(tǒng)的能耗水平與溫度參數(shù)之間有直接關(guān)系。當(dāng)前很多建筑工程空調(diào)系統(tǒng)存在制冷量（發(fā)熱功率）不科學(xué)、設(shè)備選擇不合理、設(shè)備控制參數(shù)不合理等諸多問題，這些問題直接導(dǎo)致建筑空調(diào)系統(tǒng)存在制冷或者制熱量冗余以及無效運行時間過長等問題。很多建筑通風(fēng)系統(tǒng)缺乏相應(yīng)的自然環(huán)境感知調(diào)控能力，這使得系統(tǒng)整體自動化控制水平較低，不能根據(jù)實際需求以節(jié)能功率運行系統(tǒng)。除此之外，很多建筑通風(fēng)系統(tǒng)還存在管線設(shè)計不合理的問題，不僅大大降低了系統(tǒng)的空氣調(diào)節(jié)效率而且導(dǎo)致系統(tǒng)開機時間大幅延長，這些都是當(dāng)前建筑通風(fēng)系統(tǒng)在節(jié)能降耗方面存在的重要問題。

2.4 供配電線路設(shè)計不合理

由于當(dāng)前建筑電氣系統(tǒng)非常復(fù)雜，因此建筑工程的供配電線路分布極為廣泛，總線程非常長。供配電線路設(shè)計不合理導(dǎo)致的能耗問題非常常見，這主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

第一，線路設(shè)計不符合相關(guān)規(guī)范。線路設(shè)計應(yīng)與用電設(shè)備分配情況結(jié)合考慮，但事實上很多建筑的供配電線路并沒有按照這一原則進行設(shè)計。以消防應(yīng)急配電箱的設(shè)計為例，很多高層建筑工程其消防應(yīng)急配電箱過于密集，甚至在每個樓層均予以布置，這就在很大程度上增加了供配電線路的能耗水平。第二，電線類型選擇不合理也是導(dǎo)致供配電線路能耗較高的重要原因。就強電設(shè)備的供電線路來看，如果電線的類型選擇不正確，就會導(dǎo)致供電過程中的發(fā)熱量增加，不僅有安全隱患而且線損相對較大，在同功率設(shè)備的運行過程中，線損更大的供電線路其整體能耗水平更高。

3 建筑電氣節(jié)能減排措施

3.1 變壓器方向的節(jié)能減排措施

變壓器方面，應(yīng)該在設(shè)計過程中結(jié)合實際情況做好變壓器的選型和配置工作。首先，應(yīng)在考慮節(jié)能減排的基礎(chǔ)上選擇新型節(jié)能變壓器。當(dāng)前，非晶合金變壓器以其更低的空載損耗成為了建筑電力變壓器的重要選擇，此類變壓器在鐵芯方面使用非晶態(tài)金屬替換傳統(tǒng)硅鋼材料，大幅降低了變壓器的空載損耗。根據(jù)調(diào)查研究顯示，此類變壓器相較于傳統(tǒng)硅鋼變壓器空載損耗降低70%左右，在變壓器選擇方面應(yīng)重點考慮此類節(jié)能型變壓器。其次，在變壓器配置方面，應(yīng)注意根據(jù)用電需求合理調(diào)控變壓器的負載率。不同負載率下變壓器的整體損耗差異較大，按照電氣系統(tǒng)整體用電需求將變壓器的負載率控制在60%左右時變壓器損耗相對較小、能耗比更好，因此可以科學(xué)計算變壓器的負荷變化區(qū)間，結(jié)合實際情況布置變壓器，減少變壓器平均負載率以降低運行損耗。除此之外，對于變壓器而言，更大的發(fā)熱量意味著更大的能量損耗，因此要注意積極控制變壓器發(fā)熱，可以通過保持三相電流平衡來減少變壓器發(fā)熱情況。

3.2 照明系統(tǒng)方向的節(jié)能減排措施

照明系統(tǒng)節(jié)能減排措施主要包括光源選擇和節(jié)能控制技術(shù)應(yīng)用。從光源角度來看，傳統(tǒng)熱光源普遍存在能耗高、照明效果差等問題，因此建筑照明系統(tǒng)在光源選擇方面要注意規(guī)避發(fā)熱量較大的熱光源，積極選擇亮度高、壽命長、能耗低且照明效果更好的節(jié)能冷光源。比較常見的節(jié)能光源包括LED 燈、節(jié)能熒光燈以及金屬鹵化物燈等，不同位置、不同照明需求下應(yīng)選擇不同的光源，比如：樓體外部安裝的用于對小區(qū)內(nèi)活動空間進行照明的燈具應(yīng)選擇發(fā)光效率高的金屬鹵化物燈，而裝飾性燈則應(yīng)該選擇色彩多樣且能耗較低的LED 光源。從照明節(jié)能控制技術(shù)上來看，自動化控制和分區(qū)控制都能夠起到較好的節(jié)能作用。自動化控制包括基于時間的自動啟動/關(guān)閉系統(tǒng)以及聲控照明技術(shù)等，應(yīng)用相關(guān)技術(shù)后可對某一部分的照明時間進行科學(xué)控制，在固定時間啟動照明設(shè)備同時也在固定時間準(zhǔn)時熄燈，具體時間可根據(jù)需求靈活控制。對于非長期照明需求的位置，要注意使用聲控開關(guān)，實現(xiàn)人來燈亮、人走燈滅。分區(qū)控制主要是增加獨立開關(guān)，在照明過程中根據(jù)需求開啟部分光源，減少過度照明帶來的能耗[5-6]。

3.3 通風(fēng)系統(tǒng)方向的節(jié)能減排措施

此類系統(tǒng)想要在確保運行功能的基礎(chǔ)上減少能耗必須要明確各區(qū)域的通風(fēng)、制冷、制熱需求。在空調(diào)制冷方面，應(yīng)在設(shè)計中即進行精確的冷負荷計算，在明確這一參數(shù)后科學(xué)選擇制冷機組，使冷負荷略小于制冷量，這樣既能夠較好地滿足空調(diào)制冷需求同時也達到了節(jié)能減排的目標(biāo)。此外，要注意工作機組的運行效率，要注意保障通風(fēng)系統(tǒng)機組有更高的運行效率，保障其在多重負荷狀態(tài)下始終保持較低的功耗水平。在設(shè)備選擇過程中選擇變頻機組，變頻技術(shù)是通風(fēng)系統(tǒng)重要的節(jié)能技術(shù)，相較于定頻設(shè)備其能耗水平平均下降15%左右，是降低系統(tǒng)能耗的重要措施。此外，在控制系統(tǒng)上要進行精確調(diào)控，減少機組的非必要開啟時間，同時強化二氧化碳監(jiān)測器和溫度傳感器的精度，根據(jù)控制系統(tǒng)精確調(diào)控風(fēng)量。另外，還要注意冷卻系統(tǒng)的節(jié)能控制，根據(jù)冷卻水溫度控制風(fēng)冷系統(tǒng)的啟動時機，減少冷卻系統(tǒng)的能耗。

3.4 供配電線路方向的節(jié)能減排措施

配電線路方向上的節(jié)能措施主要包括以下幾點。

第一，合理設(shè)計線路路徑。不同設(shè)備距離電源的位置不同，而供電線路越長，線損越高，因此在線路路徑設(shè)計過程中要盡量縮短用電器和電源之間的距離，避免超長距離供電。而且在走線設(shè)計過程中要盡量減少線路的彎折次數(shù)，線路彎折處的電阻發(fā)生一定改變，因此彎折處的發(fā)熱量也相對更大，減少線路彎折次數(shù)有利于減少線損。第二，選擇合適的線材。不同用電設(shè)備其用電需求不同，根據(jù)其功率情況科學(xué)選擇不同截面積的電線也能夠起到較好的節(jié)能效果。舉例來講，某用電器其運行功率為5 kW，根據(jù)國標(biāo)要求其最少應(yīng)選擇2.5 mm2的銅芯線材，但是在實際設(shè)計中可以選擇4 mm2的銅線作為供電線路，這樣可以減少線損，提高電能利用效率。

4 建筑光伏新能源應(yīng)用

光伏建筑一體化應(yīng)用前景非常廣闊，其技術(shù)應(yīng)用形式各不相同，部分建筑采取光伏設(shè)備與建筑結(jié)構(gòu)相結(jié)合的形式，其光伏發(fā)電板位于建筑表面，一般在建筑頂部和采光面。而另一種則直接利用光伏發(fā)電板作為建筑表面建材，將光伏發(fā)電板直接作為建筑外墻的裝飾材料。目前光伏建筑一體化設(shè)計過程中根據(jù)建筑本身的形態(tài)及可安裝面積其光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電功率差異較大，民用建筑的光伏發(fā)電量普遍在20 kW以內(nèi)，而一些屋頂面積巨大且屋頂空間平整的建筑則可容納更多光伏發(fā)電板，其發(fā)電功率進一步增大，部分可以達到2 000～3 000 kW。光伏建筑一體化設(shè)計中，不同發(fā)電功率的光伏系統(tǒng)其供電模式是不同的，包括蓄電池存放電形式和直接并網(wǎng)用電兩種，一般大功率光伏發(fā)電系統(tǒng)采用并網(wǎng)用電的形式，而民用建筑光伏發(fā)電功率較小，一般使用蓄電池存電，使用時通過逆變器直接使用。

5 結(jié)語

在當(dāng)前節(jié)能減排的發(fā)展要求下建筑電力系統(tǒng)必須進一步降低能耗水平滿足能耗要求。光伏建筑一體化是目前建筑新能源的主要發(fā)展方向，其對于降低建筑能耗亦有重要作用。該文對建筑電氣節(jié)能減排措施以及建筑光伏新能源應(yīng)用進行了詳細分析，希望所述內(nèi)容能夠進一步推動相關(guān)技術(shù)發(fā)展。