探究建筑電氣節能的優化設計

陳瑩 武勇

【摘要】本文主要分析了建筑電氣節能的優化設計，分別從供配電系統、變壓器、照明電路、線路損耗、空調系統及防雷接地的節能設計，并分析了新時期建筑電氣節能設計的效果。

【關鍵詞】建筑；電氣；節能；設計

隨著建筑業的不斷發展，當中的電氣節能設計工作也越來越重要。因為在實際的電氣設計當中，受到很多因素的限制，建筑電氣節能設計存在諸多不足。很多建筑的電氣能耗還是相當高，導致了大量的資源和資金浪費，還在很大程度上增加了經濟負擔。所以，必須結合建筑物的實際情況，進行適當的電氣節能設計，以便有效降低電氣能耗，爭取資源的節約。

1.建筑電氣現狀

某三甲醫院共有內科大樓、門診樓、急診樓、醫技綜合樓等建筑單體5個，因為醫院建筑中，醫療電氣設備多，每一天都需要耗費很多電量，而且因為原先的電氣設計不夠合理，造成了很大的電力浪費。所以，特此按國家對醫療建筑的改擴建要求，接業主方委托，逐步對其建筑進行改擴建設計，其中具有代表性的新建醫技綜合樓（地下3層，地上15層，總建筑面積2.1萬），

主要功能為醫技設備、門診、住院部）在2009年設計完成，2011年投入使用。

2.電氣節能的優化設計

2.1變配電房設置情況

在地下二層設置了10/0.4kV變配電房，靠近電氣豎井，這樣可以減少配電半徑，既減少電力電纜的一次投資，又降低線路損耗。兩路10kV高壓進線由市政電網引入（10kV系統南供電局進行設計），設置了3臺干式變壓器，其中，1變壓器：500kVA，專供一層醫技設備用電（含l6排CT機50kW、腸胃機50kW、大型C臂X線機50kW等），均采用放射式供電；2、3變壓器：630kVA，供其他動力、消防設備、照明用電，且互為聯絡。該大樓采暖、制冷采用屋面風冷熱泵機組形式。

2.2具體節能優化設計

（1）供配電系統節能設計

供配電系統節能設計作為整個建筑電氣節能的關鍵步驟，設計人員必須結合用電設備特點、負荷等級、用電負荷容量及分布等內容，來開展供配電系統的設計：首先，要保證系統簡單可靠。供配電系統應該簡單可靠，配電級數不能過多，同一用戶內高壓配電級數不能多于兩級，低壓配電級數不能多于三級，以降低電能損耗。如果是兩路進線供電系統，最好采用兩路電源同時運行的方式，從而降低線路損耗。其次，合理選擇供電電壓。通常情況下，電壓越高，損耗越小。如果用電設備總容量超過250kW或變壓器容量超過160kVA最好用10kV供電。通過合理選擇電壓等級，從而實現節能的目的。再次，減少線路損耗。變電所應該盡量接近負荷中心，縮短低壓供電半徑，降低線路損耗，提高供電質量。一般應該將低壓供電半徑控制在150m以內。最后，應該選擇合適的電纜。在選擇電纜時，應考慮準確的載流量、電壓損失、短路電流熱穩定等指標，根據電流密度和供電需求，選擇合理的導線截面，以便降低電能損耗。

（2）變壓器節能設計

要想變壓器做到真正的節能，設計時要采取相應的措施，提高變壓器運行效率，降低損耗。具體而言，就是要從變壓器自身結構、材質等方面采取相應的措施。第一，合理選擇變壓器數量與容量，合理調配電壓負荷，使變壓器在能耗較低的狀態下運行。第二，選擇節能型變壓器。這是實現變壓器節能的重要措施，其運行效率高，損耗低，能夠起到明顯的節能效果。所以設計時，應該選用10型及其以上，非晶臺金變壓器。

（3）照明電路節能設計

首先，要充分利用自然光。其次，應選用高效節能光源及低能耗、性能優的附件。按國家節能設計及審查要求，除特殊場所外，均不得采用白熾燈：應根據建筑使用場所，合理選用T8、T5、LED燈具；燈具附件的節能也相當重要，公共建筑的熒光燈宜選用帶有無功補償的燈具，緊湊型熒光燈具應選用電子鎮流器。氣體放電燈宜采用電子觸發器。

公共場所、公共走道等采用照明分組集中控制方式。如對醫院住院部樓層的公共走道，可在護士站集中分組設置開關，這樣既便于管理，也節約運行費用；對門診、急診樓等的公共區域，可采用i—bus及類似系統進行分時、分組調節及程序控制。室外照明可采用程序控制或光電、聲控開關；辦公樓、住宅樓的走道、樓梯等人員短暫停留的公共場所可采用節能自熄開關；對醫療建筑的樓梯間及走道，由于使用人員較多，不建議采用聲控節能自熄開關。

（4）空調系統節能設計

本工程中一共使用三臺水泵，春秋季節只用一臺，備用兩臺，夏季高峰時常用兩臺，備用一臺；一臺變頻器只拖動一臺水泵運行，且可以以人工方式切換，其他可通過人工方式啟動到工頻運行。設計使用3臺水泵電機選配l臺變頻器。工作時可選擇任意一臺水泵做主泵、由變頻器直接拖動變頻運行；其余兩臺水泵做輔泵、由人工依據制冷特點相應進行啟停控制，使電機工頻運行。

在中央空調系統設計時，冷凍水泵、冷卻水泵的電機容量是根據建筑物的最大設計熱負荷選定的，都留有一定的設計余量。

圖1空調機組冷卻水泵和冷凍水泵改造結構

在中央空調系統中接入變頻節能系統，利用變頻技術改變水泵轉速來調節管道中的流量，以取代閥門調節及回流方式，一般節電率都在30%以上。

2.3設計數據與實測數據比較

該工程為綜合樓，近3年的使用（每天工作時間為8：00～12：00，13：30～l7：30）情況為：門診病人多且住院病房（共8層住院部）基本均滿員，部分時候還有在走道上加床的情況，滿負荷運行時間較長。筆者對夏季、冬季用電高峰期、低谷期配電房各變壓器后進線柜工作電流數據進行采集，再對應設計時參照相關設計手冊中的同期系數計算出的計算電流。發現存在較大差異。

設計時。變壓器容量選取與電力負荷相適應，使其工作在高效低耗區內。綜合初裝費，變壓器、高低壓柜、土建投資及運行費用，又要使變壓器在使用期內預留適當的裕量，變壓器最經濟節能運行的負荷率一般在75%左右比較合理。而設計負荷率往往是設計師按設計容量、設計手冊中的相關系數計算而得的，與實際的負荷率相差較遠，具體見下表1。

表1變電所1#、2#、3#變壓器工作電流和負荷率

變壓器 計算容量 計算電流 夏天上午九點高峰期電流 夏天晚上九點低谷電流 冬天早上九點高峰期電流 冬天晚上低谷電流

1# 360 585A/72% 463A/57.1% 122A/15% 478A/59% 102A/12.5%

2# 467.8 711A/74.3% 547A/57.2% 392.2A/41% 621.8A/43.3% 414.2A/43.3%

3# 473.2 720A/75.1% 536.9A/56% 348.9A/36.4% 651.6A/67.9% 373.9A/39%

從這些實測數據可以看出.隨著時代變遷，建筑物內的各種電器產品運用廣泛，設備容量大幅上升，設計人員必須充分了解現代化建筑內設備的同期使用情況，再結合現有設計手冊的相關數據進行計算，才能確保建筑的真正節能優化設計。

參考文獻：

[1]周旗綱.談建筑電氣節能設計技術的合理利用[J].科技創新與應用.20l3（22）.

[2]陳德剛.論建筑電氣節能設計及節能措施[J].低碳世界.2013（5），15-17.