建筑供配電線路的節(jié)能設(shè)計策略研究

戴超

江蘇省建筑設(shè)計研究院股份有限公司 江蘇 南京 210019

供電設(shè)計需要與城市設(shè)計相結(jié)合，并需要根據(jù)區(qū)域?qū)嶋H供電需求調(diào)整供電體系建設(shè)策略。同時，供電線路的節(jié)能設(shè)計本身也需要擺脫傳統(tǒng)供電線路設(shè)計的被動性，并需要通過應(yīng)用現(xiàn)代高新技術(shù)來實現(xiàn)節(jié)能設(shè)計策略的主動化。而在此過程中，就需要從產(chǎn)業(yè)構(gòu)成、發(fā)展趨勢入手，并嘗試通過技術(shù)更新、供電策略優(yōu)化來滿足區(qū)域供電需求，并在此基礎(chǔ)上達(dá)到節(jié)能目的。

1 配電線路節(jié)能設(shè)計的必要

1.1 降低該地區(qū)的供電壓力

多數(shù)情況下，某地區(qū)的電力供應(yīng)會受到自然條件的限制，不會出現(xiàn)較大幅度的迅速增長，但是由于城市本身處于發(fā)展過程中，電力供應(yīng)與城市發(fā)展之間難免會出現(xiàn)矛盾。如果能夠?qū)ㄖ旧淼墓╇娋€路進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化設(shè)計，那么該地區(qū)的供電需求就會明顯下降，這就能夠有效降低該區(qū)域的發(fā)電壓力，并能夠保證用電高峰期的供電質(zhì)量[1]。

1.2 優(yōu)化該地區(qū)的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)

建筑行業(yè)、高新技術(shù)行業(yè)等領(lǐng)域在耗電方面由于基數(shù)較大，長時間處于耗電排行榜的前幾名。實際上，能源消耗排名靠前的地區(qū)省份都與其工業(yè)高新技術(shù)應(yīng)用有密不可分的關(guān)系。另外，地區(qū)發(fā)電能力也嚴(yán)重限制了地區(qū)的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)，從而制約了該領(lǐng)域的發(fā)展。不過，節(jié)能設(shè)計能夠有效調(diào)節(jié)建筑行業(yè)、高新技術(shù)行業(yè)的用電需求，使其結(jié)構(gòu)構(gòu)成更具靈活性、并且不被總體發(fā)電量所限制；另外，供電線路的優(yōu)化也給一些高耗能產(chǎn)業(yè)提供了新的能源供應(yīng)思路，比如，高新技術(shù)行業(yè)就可以利用該技術(shù)實現(xiàn)對自然資源的重新利用。

2 節(jié)能設(shè)計理念在配電線路優(yōu)化中的難點體現(xiàn)

2.1 基層人員素質(zhì)普遍較低

建筑設(shè)計中，配電設(shè)計本身屬性就十分特殊，具體施工方案需要通過建筑方審核，還需要達(dá)到供電方面的標(biāo)準(zhǔn)需求。但實際工作中，建筑設(shè)計方的人員素質(zhì)較低，專業(yè)素養(yǎng)較差。在施工設(shè)計過程中存在較多問題，比如變配電房位置設(shè)置錯誤、供電線路集中、線路暴露等。問題另外，建筑施工完成后，部分建筑還存在著不按設(shè)計圖紙施工、私改線路的現(xiàn)象，這不僅違反了相關(guān)部門的要求，也為該地區(qū)的供電帶來了較多的安全隱患[2]。

2.2 節(jié)能設(shè)計理念難以在區(qū)域內(nèi)廣泛化推廣

建筑行業(yè)、高新技術(shù)行業(yè)通常是用電消耗的大戶，所以供電線路的調(diào)整及優(yōu)化設(shè)計中需要將上述兩個行業(yè)作為突破口。但在實際供電設(shè)計中，建筑行業(yè)本身規(guī)模較大，很難實現(xiàn)整體上的線路設(shè)計優(yōu)化，而高新技術(shù)行業(yè)關(guān)聯(lián)技術(shù)較多，在線路優(yōu)化設(shè)計過程中會受到諸多外來因素的影響。因此，大部分地區(qū)并不能夠?qū)⒐?jié)能設(shè)計理念在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行廣泛推廣，而小型民用建筑設(shè)計的節(jié)能優(yōu)化所起到的作用就十分有限。科學(xué)、合理、環(huán)保的供電線路設(shè)計需要有相應(yīng)的人員進(jìn)行把關(guān)，并且需要一定的時間體現(xiàn)出其效果，而現(xiàn)代建筑并不具備這樣的環(huán)境。

2.3 配電線路的設(shè)計規(guī)范度較低

在現(xiàn)代的建筑設(shè)計中，由于現(xiàn)代建筑設(shè)計規(guī)范的指導(dǎo)性較弱（存在滯后性以及設(shè)計理念不符合現(xiàn)代需求），對建筑中的實際指導(dǎo)作用十分有限。除此之外，現(xiàn)階段施工單位依舊會將成本控制作為建筑的優(yōu)先考慮事項，加上各種建筑設(shè)計本身規(guī)范的滯后性也使得施工單位有機可乘。比如在現(xiàn)代建筑的防火設(shè)計中，大多數(shù)建筑只是達(dá)到了基本的防火標(biāo)準(zhǔn)，而未對其細(xì)節(jié)進(jìn)行處理。在一些性質(zhì)較為特殊的建筑設(shè)計中，并沒有針對建筑性質(zhì)進(jìn)行特殊優(yōu)化處理，這都導(dǎo)致了部分建筑火災(zāi)問題難以控制。多數(shù)情況下，供電線路的節(jié)能設(shè)計與成本控制有明顯沖突，而方案審核人員會更加傾向于成本控制來提高企業(yè)的既得收益。

2.4 線材處理難度較大

區(qū)域供電的復(fù)雜性較高，多數(shù)情況下并非是短距離的一對一供電，所以還需要考慮供電線材的選擇以及輸電損耗。在大多數(shù)基層人員的認(rèn)知中，電纜的選擇只需要滿足基礎(chǔ)的電流運行條件即可，并不需要刻意為其進(jìn)行針對性優(yōu)化[3]。但實際上，電纜的選擇會直接影響到輸電線路的配電效率，而且輸電損耗也會直接影響到節(jié)電設(shè)計的具體落實情況。部分建筑中的特殊設(shè)備也會對供電電壓有一定要求，比如，各類型電梯、風(fēng)機等，此類設(shè)備既是供電問題出現(xiàn)的重點區(qū)域，也是線路節(jié)能設(shè)計的關(guān)鍵突破口。另外，復(fù)雜區(qū)域供電線路間的連接也是難點之一，如果解決不了供電線材的選擇問題，那節(jié)能供電也將無法取得巨大突破。

3 建筑配電節(jié)能設(shè)計的基本原則

3.1 以實際需要為準(zhǔn)

如果建筑配電節(jié)能設(shè)計不能夠以實際需要為準(zhǔn)，那么節(jié)能設(shè)計本身就等同于節(jié)衣縮食，這不僅會影響到區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展，還會妨礙實現(xiàn)環(huán)境保護以及能源節(jié)約的目標(biāo)。因此，相關(guān)人員應(yīng)該對該地區(qū)的實際用電需求進(jìn)行調(diào)查，掌握該地區(qū)3～5年內(nèi)的供電需求變化情況，以為后期供電系統(tǒng)的設(shè)計提供數(shù)據(jù)補充。另外，不同建筑類型對用電的要求也有差異，調(diào)查中要按照實際需求進(jìn)行分類，不可以一概之，影響到該區(qū)域的實際電力供應(yīng)情況[4]。

3.2 滿足發(fā)展的需求

從本質(zhì)上來看，建筑本身與其配電線路有較強的綁定性，這也意味著輸電線路與建筑本身共同表現(xiàn)出較強的時代特征，所以，滿足發(fā)展的需求也將成為配電線路設(shè)計以及節(jié)能優(yōu)化的關(guān)鍵點。

3.2.1 滿足技術(shù)的發(fā)展需求

供電線路設(shè)計由大部分構(gòu)成，其中不乏有更新速度較快的結(jié)構(gòu)。因此在相關(guān)部分的設(shè)計中，要更加注重該部分的可替換性，以保證能夠快速接受并使用先進(jìn)技術(shù)。尤其是在節(jié)能設(shè)計層面，大量的新技術(shù)涌進(jìn)，使得更多功能性裝置進(jìn)入到供電線路設(shè)計中，所以相關(guān)人員需要提前做好相應(yīng)準(zhǔn)備，以適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的需求。

3.2.2 經(jīng)濟結(jié)構(gòu)發(fā)展的需求

從本質(zhì)上看來，供電技術(shù)的發(fā)展需求更加偏向于微觀結(jié)構(gòu)，其主要通過改變部分供電線路來實現(xiàn)供電效率的增加；而經(jīng)濟結(jié)構(gòu)發(fā)展的需求與供電技術(shù)需求有明顯差異，經(jīng)濟結(jié)構(gòu)發(fā)展在性質(zhì)上更加接近于宏觀結(jié)構(gòu)上的調(diào)整。因此，建筑設(shè)計需要更加符合地區(qū)的發(fā)展方向，并要有一定程度的宏觀調(diào)整能力。雖然該等級的資源調(diào)整會得到政府的支持，但地區(qū)供電線路設(shè)計仍舊需要有一定的靈活性。

3.2.3 滿足人們行為的發(fā)展趨勢

科技的進(jìn)步不僅是在于功能性的提升，還體現(xiàn)在與人們交互活動中。從表現(xiàn)上，該種發(fā)展需求與科技發(fā)展的需求類似。但實際上，科技的發(fā)展更加接近于解放人們的勞動關(guān)系，而人們行為的發(fā)展趨勢則更加傾向于調(diào)整人與科技的互動關(guān)系。由于每個時代的人們行為發(fā)展趨勢有較大差異，所以論文會嘗試將該時代所表現(xiàn)出的智能性特征作為互動交流特點。在該背景下，建筑配電線路的設(shè)計需要能夠與建筑結(jié)構(gòu)本身或者是建筑內(nèi)的生活主體共同構(gòu)成同一體系，并能夠接受該體系下的統(tǒng)一資源調(diào)配[5]。這不僅要求線路設(shè)計本身有一定的科技性，還要求在發(fā)展方向上更加注重與人們的互動效率。

3.3 貫徹節(jié)能線路設(shè)計的宗旨

新技術(shù)的加入通常會帶動供電效率的提升，并能夠優(yōu)化供電線路，減少能源損耗。對于節(jié)電設(shè)計來講，由于各個城市之間并不具備對比參照性，所以很難直觀地判斷出節(jié)能線路設(shè)計所帶來的正面收益。因此，需要相關(guān)人員把節(jié)能設(shè)計理念直接貫徹到工程建設(shè)中，以便通過可預(yù)估的量變來推測供電系統(tǒng)所發(fā)生的質(zhì)變[6]。在具體實施上，就需要相關(guān)人員加強自身的專業(yè)素質(zhì)修養(yǎng)，并積極提高應(yīng)用新材料、新技術(shù)。

4 建筑供配電線路的節(jié)能設(shè)計策略

4.1 技術(shù)上的方向調(diào)整

4.1.1 變壓器類型優(yōu)化

變壓器作為供電系統(tǒng)的核心組件，在供電系統(tǒng)中起到了重要作用，因此，在建筑施工設(shè)計安裝中，應(yīng)按照實際需求選擇相應(yīng)規(guī)格的變壓器，以保證能夠達(dá)到節(jié)能目標(biāo)。變壓器作為節(jié)能優(yōu)化設(shè)計中的重點，同時需要加強對電壓器的監(jiān)測，以監(jiān)測變壓器附近出現(xiàn)的電路損耗。有研究人員指出，通過調(diào)整變壓器的負(fù)載參數(shù)不僅可以控制線路的輸電損耗，同時還能調(diào)整整個供電系統(tǒng)的安全性。另外，有試點表明，并聯(lián)式變壓器的輸電損耗較小，有條件情況下可以選購此裝置來提高線路供電能力。需要注意的是，變壓器技術(shù)換代更新較快，需要各地區(qū)根據(jù)自身實際需求來選擇適合類型的變壓器，不可過度跟風(fēng)優(yōu)化。

4.1.2 對輸電線路進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整

傳統(tǒng)線路設(shè)計認(rèn)為，線路對供輸電的影響較小，負(fù)面影響均不如其他類型部件，但在長距離輸電中，輸電線路對輸電效率的影響會逐漸增加。因此，相關(guān)人員需要加強對輸電線路的重視，并對輸電線路進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，根據(jù)各地區(qū)的實際需求進(jìn)行線路優(yōu)化，先確定好變電站的具體位置，然后再圍繞變電站進(jìn)行相應(yīng)的電路配置。在配置過程中，要盡可能地保持直線運輸，以避免對輸電效率的影響。同時，輸電線路的安裝選擇需要經(jīng)過嚴(yán)格審核，對于建筑本身的特殊性供電系統(tǒng)，也需要及時向有關(guān)部門進(jìn)行申請審核，并盡量避免私自處理的情況的出現(xiàn)。

4.1.3 電源點布置

在建筑供電設(shè)計中，如若遇到長距離的供電需求，需要合理利用電源點來減少輸電系統(tǒng)中的能源損耗。針對該情況，應(yīng)需要控制負(fù)荷中心與電源點的距離，并及時處理好迂回問題，從而盡可能地減少輸電線路中的能源損耗。當(dāng)然，監(jiān)管人員也可以通過更改電纜線材來減少線纜電阻，從而降低輸電中的不可控發(fā)熱。銅芯材料的導(dǎo)電性和抗氧化能力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他材料，如果有條件，可以增加該類材料的使用量。

4.2 降低其他干擾因素所帶來的輸電效率降低

多數(shù)情況下，雖然配電設(shè)計會采用專門的技術(shù)來減少外界因素的影響，以達(dá)到保證輸電效率的目的。但實際上，大多數(shù)外界因素干擾的應(yīng)對效果十分明顯，部分基層配電管理人員也并不重視該因素所帶來的影響。針對該問題，論文以季節(jié)性復(fù)合因素為例，詳細(xì)說明了季節(jié)性復(fù)合的應(yīng)對策略。在季節(jié)性干擾因素中，起重要的影響因素是溫度。降低溫度對線路設(shè)計的影響，和以線纜為主要干預(yù)點來進(jìn)行干預(yù)并不現(xiàn)實，因此，針對設(shè)計方案中的溫度問題傾向于對輸電線路中室內(nèi)部件進(jìn)行恒溫處理。比如，在夏季溫度升高時，可以適當(dāng)保證關(guān)鍵零部件的空氣流通，通過降低表面溫度的方式來隔絕溫度對其的影響。同時，在隔絕溫度影響的前提下，還可以將多余熱能進(jìn)行再次利用，以貫徹線路的節(jié)能策略。通過動態(tài)的參數(shù)調(diào)整來實現(xiàn)對供配電線路的優(yōu)化。需要相關(guān)人員監(jiān)測輸電線路中的溫度數(shù)據(jù)變化，并通過調(diào)整機電的方式對線路的功率因數(shù)進(jìn)行補償。

動態(tài)調(diào)整的方式存在兩大難點：第一，線路調(diào)整精確度較低。現(xiàn)階段供電關(guān)系的復(fù)雜性導(dǎo)致試點人員不得不縮短控制距離來提高溫度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，而這也變相增加了動態(tài)調(diào)整的負(fù)擔(dān)。第二，頻繁的動態(tài)補償會影響到輸電線路的壽命。在進(jìn)行輸電線路因數(shù)補償?shù)倪^程中，頻繁地上下調(diào)整會加速電纜的老化。據(jù)實驗數(shù)據(jù)顯示，該調(diào)整方式會縮短線路的使用壽命，平均壽命減少可達(dá)到2.82±1.23年。因此，在動態(tài)因素補償?shù)恼{(diào)整中，應(yīng)盡量保證變頻方式的規(guī)范性，從而將調(diào)整所帶來的線路損耗控制在最低水平。如果條件允許，也可以通過增加靜態(tài)無功補償裝置來輔助進(jìn)行變頻方式的切換。

4.3 其他方面的節(jié)能設(shè)計要點

4.3.1 提高建筑供電設(shè)計中其他能源的利用效率

受技術(shù)影響，大多數(shù)建筑供電設(shè)計為了保證供電穩(wěn)定性，會刻意降低新材料、新能源的使用率。未來的電能供給與用電需求會出現(xiàn)更大矛盾，所以需要現(xiàn)代建筑供電設(shè)計能夠兼容更多的新能源供應(yīng)。因此，線路設(shè)計的關(guān)鍵點是應(yīng)注意與其他新型能源的兼容設(shè)計，比如在太陽能的利用，既可以將其通過裝置轉(zhuǎn)化為電能輸送至輸電線路中，也可以通過其熱能來保證線纜在負(fù)載情況下的溫度恒定[7]。

4.3.2 高層建筑中供電節(jié)能設(shè)計的關(guān)鍵點

與地面建筑不同，高層建筑高度較高，其輸電線路設(shè)計中會存在較多的不可控因素，所以其節(jié)能設(shè)計方面需要更加保守，或者需要探索全新的節(jié)能思路來實現(xiàn)該類型建筑的節(jié)能設(shè)計。比如，在材料使用中，就可以使用穩(wěn)定性更強的新型材料來保證其在高層建筑中的供電效率。同時，在輸電線路的空間設(shè)計上，需要針對其高度進(jìn)行調(diào)整，甚至需要做好結(jié)構(gòu)上的妥協(xié)。

4.3.3 提高供電線路設(shè)計人員的基本素質(zhì)

建筑本身具有較強的特異性，而中端人才無法顧及到設(shè)計中的細(xì)枝末節(jié)，所以就需要通過提高末端人才的基本素質(zhì)來保證線路設(shè)計的科學(xué)性和節(jié)能性。在該方面，主要從兩個方面來解決這個問題，分別為降低線路設(shè)計規(guī)范的滯后性和加強對底層人員的技術(shù)支持。而在節(jié)能方面，則需要額外派遣專業(yè)人才來對設(shè)計方案進(jìn)行審查。審查要覆蓋線路設(shè)計整個流程，以保證施工材料、技術(shù)的落實情況。

5 結(jié)語

總而言之，未來城市發(fā)展與資源供給會面臨巨大矛盾。建筑供配電線路優(yōu)化可以有效降低矛盾所帶來的負(fù)面影響，縮短矛盾所導(dǎo)致的發(fā)展停滯期。