淺談建筑電氣有效節能

陳艷艷（廈門合立道工程設計集團股份有限公司）

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淺談建筑電氣有效節能

陳艷艷
（廈門合立道工程設計集團股份有限公司）

【摘要】國家對建筑節能越來越重視，本文對建筑電氣節能部分幾種措施進行分析及介紹，希望通過這些措施的實施來實現電氣專業節能。

【關鍵詞】建筑設備；節能措施；節能管理；管道式日光照明

在節能成為全球能源利用主題的當下，為建造綠色建筑而進行的節能設計也成為工程建造的重要要求。我國現有400多億m2的房屋建筑面積，99%為高能耗，建筑能耗約為全國能耗的25%～30%，能源利用率只有發達國家的30%，所以建筑節能任重而道遠。

建筑電氣作為建筑的重要組成部分，從設計初始就應充分考慮有效的節能措施。電氣節能的原則是為：在充分滿足、完善建筑物功能要求的前提下，減少能耗，提高能源利用率，而不是簡化建筑物的功能，降低標準。節能的途徑之一是合理配置建筑設備，并對其進行有效、科學的控制與管理。

電氣節能的主要技術措施主要從以下四個方面實現：供配電系統、建筑照明、建筑設備節能與計量管理、新能源技術的應用。

1　供配電系統節能措施

⑴供電系統應簡單可靠，同一電壓等級的配電級數高壓不宜多于兩級，低壓不宜多于三級，盡量減少配電級數增多帶來的電能損耗。通過合理的負荷計算，確定變壓器的容量及臺數，其負荷率宜控制在70%～85%，使變壓器工作于最佳狀態。季節性的用電負荷如空調機組、冷水機組等，在設計時，可考慮集中1～2臺變壓器供電，以適應非空調季節負荷變化時能夠靈活投切變壓器，實現經濟運行，減少由于輕載運行造成的不必要電能損耗。

在工程設計中，通常是方案階段采用單位指標法計算用電負荷，施工圖階段根據用電設備采用需要系數法計算，選定完整個項目的裝機容量，再用單位指標復核變壓器容量是否滿足，負荷率是否合理。但筆者在工作中一直對已投入使用的建筑變壓器實際運行負荷率究竟為多少的問題存在疑惑。因沒有從實際工程建筑中取得數據分析，所以無從得知各項目變壓器的設計容量是偏小亦或是富余太多。很巧的是在《建筑電氣》期刊中查閱到由清華大學建筑節能研究中心張輝、李一力共同撰寫的《調整單位建筑面積電氣設計容量重要性的研究》一文，里面一些數據可供我們參考。

清華大學建筑節能研究中心通過分析全國50余座建筑物實時監測的電耗數據發現：現有建筑的變壓器運行負荷率均在較低的水平上。通過對實時采集數據分析，發現建筑物全年總負荷最大時，單臺變壓器的負荷率也只有67.5%；而在用電低谷季節，單臺變壓器負荷率在10%～15%的現象比比皆是。

文中選取北京市幾座建筑物實測變壓器最大負荷率進行說明。表1為文中部分建筑變壓器的臺數和容量。

表1　

圖1為實測2009年全年總負荷最大的情況下，各臺變壓器負荷率。可以看出，單臺變壓器負荷最大時，變壓器負荷率最高達77.5%。然而通過對全年負荷數據的實時計量看出，負荷率達到77.5%的時間非常短暫，每次出現的時間也就在0.5～1小時之間，全年加起來也就是幾個小時。因此，可以認為這個負荷率對應的變壓器容量，就應該是我們選取變壓器的額定容量。也就是說，變壓器的節能潛力理論上可達22.5%。

這個課題的調研，雖然樣本量小不足以支持結論，但筆者認為，對設計工作中考慮變壓器容量選擇和節能是一個指導方向。同時，筆者也堅持，對能耗數據的統計、分析和反饋意義重大，應有更多這樣的信息反饋給設計工作者。

⑵減少線路損耗是配電線路設計合理及經濟運行的重要指標。由于配電線路有電阻，有電流通過時就會產生功率損耗，其公式為：

式中：

P——三相輸電線路的功率損耗（kW）

I——線電流（A）

R——線路相電阻（Ω）

ρ——導線的電阻率（Ω.m）

L——長度（m）

S——導線截面積（m2）

其中“R”線路電阻在通過電流不變時，線路長度越長則電阻值越大。電網輸送電能時產生的功率損耗與線路長短、線阻大小及電流量有關。工程設計中降低配電線路的損耗有以下途徑：①合理確定電氣功能用房的位置，變壓器盡量接近負荷中心，以減少供電半徑；避免配電線路迂回，減少低壓側線路長度。②對于較長的線路，在滿足載流量、熱穩定、保護配合及電壓降的要求下，可加大一級導線截面。

圖1　

另外，筆者在設計工作中總結出，對于平時、消防時共用的負荷，其雙電源的配電總箱通過合理的分配用電負荷，可以調整線路中的電流，從而實現減少線路損耗的目的。

圖2的配電方式為1APE1箱所接回路均為末端設備的主用配電線路，1APE2箱的配出線路為備用回路。在主用電源1APE1箱線路正常情況下，1APE2箱不投入，1APE1箱進線回路上的電流Ic=Pc/Ucosφ，從上一級配電箱至1APE1箱的線路損耗為P=3·Ic2R·10-3。

圖3的配電方式為1APE1箱一半回路為末端設備的主用回路，一半回路為備用回路，1APE2箱回路的主備用關系與1APE1箱相應對調。在線路正常情況下，假設每回負載容量相同，則1APE1、1APE2箱均帶50%的負荷。較圖2的配電方式，圖31APE1、1APE2箱進線回路上的電流I=Ic，從上一級配電箱至1APE1、2箱的線路總損耗為2·P=2［3·（1/2Ic）2·R·10-3）］=（3·Ic2R·10-3）。

可以看出，圖3配電方式的線路損耗為圖2的一半。因此，筆者認為，在設計工作中，若是相似的配電情況，應考慮采用圖3的負荷分配方式更為合理。

⑶提高供配電系統功率因數，可以減少線路無功功率的損耗，從而達到節能目的。主要方法有提高自然功率因數和人工補償改善功率因數兩種。合理選擇電動機的容量，接近滿載運轉；限制感應電動機空載運轉；正確選擇變壓器容量，提高其負荷率等均是從設備上，屬于提高自然功率因數。人工補償在民用建筑設計中通常靜電電容器補償，這個普遍都能達到節能要求。

圖2　

圖3　

2　照明系統節能措施

除中央空調外，照明是建筑物又一能耗大戶，耗電量約占20%～25%。照明節能就是在保證不降低作業面視覺要求、不降低照明質量的前提下，力求減少照明系統中光能的損失，從而最大限度地利用光能。設計時主要從以下幾個方面考慮實現：①正確合理確定光源、燈具、附件；②合理的照度值及功率密度值的確定；③根據建筑的功能、照明使用特點定制控制方式；④充分考慮自然光、太陽能等新能源、新技術產品的利用。

《建筑照明設計標準》GB50034-2013中對光源、燈具等做了推薦和限制。限制白熾燈的應用，推薦使用細管直管型三基色熒光燈，金屬鹵化物燈、高壓鈉燈、發光二極管等。使用低能耗性能優的光源附件，如電子鎮流器、節能型電感鎮流器、電子觸發器等。

照明功率密度值是強制性標準，用功率密度值來評價照明設計的合理性，在國際上也是一種較為先進可行的節能措施。在設計中應根據照明場所的使用性質確定照度標準，選用高效光源和燈具，避免過渡使用裝飾性燈光效果。

以充分利用自然光為原則來定制照明控制方式，工程設計中常是通過燈具平行外窗分組控制；多燈具的房間控制開關不少于兩個；采用各種接點開關如延時開關、調光開關、智能自控系統等幾種方式達到節能控制需求。此外，對于體育場、館，大型多功能廳宴會廳等特殊功能的建筑場所，可根據使用特點，預設多個場景照明方案。

日光照明技術是利用自然光能解決白天照明而節能的有效方法，是新能源技術應用的典型實例。筆者在2011年參與設計的南安市某住宅節能示范小區項目，在其地下車庫的部分區域就采用了管道式日光照明裝置。與景觀布置相結合，在室外地坪上與設置采光罩收集自然光，通過光導管向下傳導，透過光線漫射器，將自然光引入室內。與電光源照明系統結合使用，能靈活滿足場所內的照度需求。對室內運動場、體育館等建筑可推薦使用。

圖4為該小區日光管道照明裝置安裝完成后地面及地下室的實景圖片。

圖4　

管道式日光照明裝置適用性強，節能無污染，是實現建筑節能減排的一項值得關注的新能源技術。

3　建筑設備節能與計量管理

空調系統是建筑設備中占用能耗最多的系統，其特點是設備多，控制規律復雜。通過設置空調自控系統，可以實現集中管理，遠程控制，自校正變參量溫度控制，提高舒適的，末端設置冷量分戶計量，若某房間冷量使用超標，可及時發現，更加節能運行。

照明部分應根據建筑的特點及經常使用情況，在照明系統內加入智能照明控制系統，實現時間控制，人體感應控制，照度感應控制，手動/自動控制照明系統，通過智能照明控制，實現“人走燈滅”和按需開關等的綠色照明。

同時對各類設備的能耗要做到分項計量，照明插座、動力、空調和特殊用電單獨計量。并對各子項能耗進行數據采集及分析，建立建筑設備能源消耗的指標體系，通過集成管理系統，對采集的各類設備能耗數據進行分析，形成綜合設備管理、維護計劃、能源用量、節能運行等方面，提升管理水平，減少能源損耗。

4　新能源技術的應用

所謂“新能源技術”并非新的科學技術，只是對民用建筑而言近年來為實現節能減排、建造綠色建筑而開始采用的一些技術，如太陽能光伏發電、日光照明技術等。據粗淺了解，太陽能光伏發電系統在民用建筑中使用時，成本造價過高，不能產生規模效應，產生的電能效益與其系統造價嚴重脫節，故在民用建筑中未能廣泛推廣。文中第二點提及的日光照明裝置屬于日光照明技術中的被動式日光照明裝置，較主動式光纖集光照明裝置，管道式日光照明裝置基本不涉及能耗，加之成本較低，充分體現了建筑節能的理念，建議推廣。

5　結束語

根據建筑物的特性和使用功能，合理利用能源，提高能源效率，建立完善的計量管理制度，是為建筑電氣有效節能舉措，需要設計工作者從項目伊始就充分考慮，使綠色建筑的理念落到實際。●

【參考文獻】

［1］福建省住房和城鄉建設廳.DBJ/T 13-158-2012，福建省公共建筑能耗監測系統技術規程［S］.

［2］張輝，李一力.調整單位建筑面積電氣設計容量重要性的研究［J］.建筑電氣，2010，（6）：11-15.