居住建筑電氣節(jié)能設(shè)計探討

汪　軍　（安徽省建筑設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，安徽　合肥　230022）

居住建筑電氣節(jié)能設(shè)計探討

汪軍（安徽省建筑設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，安徽合肥230022）

文章從供配電系統(tǒng)、照明以及太陽能光伏發(fā)電等方面，探討了居住建筑電氣節(jié)能設(shè)計要求。

居住建筑；三相平衡；無功補(bǔ)償；照明功率密度；照明控制；光伏發(fā)電

1　概述

國家標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑設(shè)計通則》（GB 50352-2005）術(shù)語中定義“居住建筑”為“供人們居住使用的建筑”，包括住宅、別墅、公寓、宿舍、托幼建筑及療養(yǎng)院和養(yǎng)老院的客房樓等。作為民用建筑的一部分，我省政府對居住建筑的節(jié)能設(shè)計也是非常重視。安徽省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳2011年頒布了地方標(biāo)準(zhǔn)《安徽省居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（DB34/1466-2011）。該標(biāo)準(zhǔn)頒布實(shí)施已近5年，對推進(jìn)安徽省居住建筑節(jié)能的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，節(jié)能要求的提高，該標(biāo)準(zhǔn)已逐漸不能滿足當(dāng)前的需求，即將修訂。筆者作為該標(biāo)準(zhǔn)的主要編制人之一，在此和大家提前探討一下居住建筑的電氣節(jié)能設(shè)計。

2　供配電系統(tǒng)

2.1變配電所和配電間應(yīng)設(shè)于負(fù)荷中心

變配電所和配電間設(shè)于負(fù)荷中心，是節(jié)能重要措施之一。變配電所遠(yuǎn)離負(fù)荷，會增加線路損耗。線路的有功損耗計算公式如下。

式中：ΔPL——線路有功功率損耗（kW）

P——有功功率（kW）

R——線路阻抗（Ω）

U——線電壓（kV）

cosФ——功率因數(shù)

從式（1）中可以看出，隨著供電距離的增加，線路阻抗隨之增加，導(dǎo)致線路損耗增加。《民用建筑設(shè)計通則》及《20kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范》等規(guī)范都明確規(guī)定，變電所應(yīng)設(shè)于負(fù)荷中心。但很多工程案例中，特別是一些住宅小區(qū)，將變配電所設(shè)于小區(qū)邊角等偏遠(yuǎn)的地方，顯然是不合理的。設(shè)計時我們應(yīng)該將變配電所供電半徑控制在200m以內(nèi)，特殊情況下可以稍微放寬，但不能超過250m。

樓層配電間也應(yīng)設(shè)于負(fù)荷中心，住宅建筑因?yàn)槊繉用娣e較小，一般不存在問題。公寓、宿舍以及客房樓等居住建筑，每層體形較長，設(shè)計時應(yīng)該注意將樓層配電間盡量設(shè)于中間位置，不要設(shè)于兩側(cè)。配電間的供電半徑要控制在50m以內(nèi)。

2.2平衡三相負(fù)荷

三相不平衡對電網(wǎng)危害巨大。三相不平衡將導(dǎo)致系統(tǒng)容量下降、各相電壓不對稱、用電設(shè)備效率下降，甚至燒毀變壓器等后果，同時三相不平衡也增加了變壓器和線路的損耗。變壓器的損耗主要包括空載損耗和負(fù)載損耗。三相負(fù)荷不平衡導(dǎo)致變壓器負(fù)載損耗增加，最大不平衡時的損耗是平衡時的3倍。三相不平衡也增加了線路損耗，線路損耗與電流平方成正比，三相不平衡，將導(dǎo)致零線電流增加，增加了線路損耗。

居住建筑的用電負(fù)荷以單相為主，每戶通常都是單相電源進(jìn)線。設(shè)計時三相要平衡分配，最大相負(fù)荷不能超過三相負(fù)荷平均值的115%，最小相負(fù)荷不能小于三相負(fù)荷平均值的85%。

2.3提高功率因數(shù)

居住建筑中存在空調(diào)、電磁爐、微波爐、計算機(jī)以及熒光燈等大量感性負(fù)荷，這些電感性的設(shè)備在運(yùn)行過程中不僅需要向電力系統(tǒng)吸收有功功率，還同時吸收無功功率。因此我們需要安裝無功補(bǔ)償裝置，可以提供補(bǔ)償感性負(fù)荷所消耗的無功功率，減少了電網(wǎng)電源側(cè)向感性負(fù)荷提供及由線路輸送的無功功率。由于減少了無功功率在電網(wǎng)中的流動，因此可以降低輸配電線路中變壓器及母線因輸送無功功率造成的電能損耗。設(shè)計中在變配電所集中設(shè)置無功補(bǔ)償裝置，功率因數(shù)要求提高到0.95以上。因?yàn)榫幼〗ㄖ幸詥蜗嘭?fù)荷為主，需要采用混合補(bǔ)償方式，分相補(bǔ)償容量不小于三相補(bǔ)償容量的30%。

2.4選擇節(jié)能型變壓器

變壓器是供配電系統(tǒng)的主要設(shè)備，運(yùn)行時自身也會產(chǎn)生空載損耗、負(fù)載損耗，雜散損耗等，因此要選擇低損耗的節(jié)能型變壓器，可以考慮選用11型以上產(chǎn)品。D，yn11接線組別的變壓器具有承載單相負(fù)荷能力強(qiáng)、抑制諧波、損耗小等特點(diǎn)，因此設(shè)計中優(yōu)先選用。選用的變壓器的空載損耗和負(fù)載損耗不應(yīng)高于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《三相配電變壓器能效限定及節(jié)能評價值》（GB20052）中規(guī)定的目標(biāo)能效值的要求。

2.5計量

居住建筑應(yīng)按戶設(shè)置電能表。這里的戶，不僅指一戶住宅，也包括其他居住建筑的公寓、宿舍、客房等。每戶設(shè)置電能表，有利于用戶合理控制電能的使用，節(jié)約電能。公共場所應(yīng)設(shè)置分項計量裝置，按公共照明、電梯、風(fēng)機(jī)等分別設(shè)置電能表。

2.6電梯群控措施

目前居住建筑以高層建筑為主，建筑內(nèi)部均設(shè)置了電梯，有些建筑設(shè)置了2臺及以上電梯。用戶使用時，因?yàn)椴恢滥呐_電梯會先達(dá)到本層，也擔(dān)心電梯滿員到達(dá)本層時不停，會習(xí)慣性的按下所有電梯按鈕，如果電梯未設(shè)置群控功能，所用電梯都將運(yùn)行至用戶所在層，而用戶只會使用1臺電梯，造成了極大的浪費(fèi)。因此設(shè)計時，2臺及以上電梯，必須要求設(shè)置電梯群控功能。

3　照明

3.1照明功率密度值

國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50034-2013），對居住建筑的照明功率密度值做出了要求，見表1。其中黑體字部分是強(qiáng)制性條文，必須嚴(yán)格遵守。

居住建筑照明功率密度限值　表1

目前市場上開發(fā)的住宅，主要有精裝房和毛坯房兩種模式。精裝房設(shè)計時照明功率密度值必須滿足表1中現(xiàn)行值要求，如果節(jié)能要求較高，可按照目標(biāo)值設(shè)計。毛坯房因?yàn)閼魞?nèi)照明由業(yè)主根據(jù)自身喜好設(shè)置，難以控制。設(shè)計時可對戶內(nèi)照明功率密度值進(jìn)行建議性要求，但公共場所必須嚴(yán)格按照規(guī)范要求。

3.2燈具及光源的選擇

燈具應(yīng)選用效率或效能高的產(chǎn)品。國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50034-2013）對一些主要燈具的效率或效能做出了最低要求，隨著技術(shù)和材料的發(fā)展進(jìn)步，設(shè)計時應(yīng)在國標(biāo)的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高，可參照表2～表4要求。

直管形熒光燈燈具的效率（%）　表2

緊湊型熒光燈筒燈燈具的效率（%）　表3

發(fā)光二極管筒燈燈具的效能（lm/W）　表4

3.3光源的選擇

居住建筑節(jié)能設(shè)計時，照明光源應(yīng)采用高能效光源，如細(xì)管徑直管型熒光燈、緊湊型熒光燈及發(fā)光二極管燈（LED）等。地下車庫的行車道、停車位，住宅建筑的樓梯間、走廊、前室，其他居住建筑的樓梯間、前室以及夜景照明等應(yīng)優(yōu)先采用發(fā)光二極管燈。

選用光源的能效值及與其配套的鎮(zhèn)流器的能效因數(shù)應(yīng)滿足下列規(guī)定：

①單端熒光燈的能效值不應(yīng)低于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《單端熒光燈能效限定值及節(jié)能評價值》（GB19415）規(guī)定的節(jié)能評價值；

②普通照明用雙端熒光燈的能效值不應(yīng)低于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《普通照明用雙端熒光燈能效限定值及能效等級》（GB19043）規(guī)定的節(jié)能評價值；

③普通照明用自鎮(zhèn)流熒光燈的能效值不應(yīng)低于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《普通照明用自鎮(zhèn)流熒光燈能效限定值及能效等級》（GB19044）規(guī)定的節(jié)能評價值；

④管型熒光燈鎮(zhèn)流器的能效因數(shù)不應(yīng)低于現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《管型熒光燈鎮(zhèn)流器能效限定值及節(jié)能評價值》（GB17896）規(guī)定的節(jié)能評價值。

3.4照明節(jié)能控制

照明節(jié)能控制是照明節(jié)能的重要措施之一，只有科學(xué)合理的控制照明燈具，避免使用中的浪費(fèi)，才能達(dá)到更好的節(jié)能效果。

門廳、走廊、樓梯間、前室等場所應(yīng)采用能夠延時自動熄滅的節(jié)能控制措施。目前常用的有聲光控開關(guān)和紅外感應(yīng)開關(guān)。門廳如果設(shè)置裝飾性照明，也可以考慮采用分組控制，每組燈具數(shù)量不宜太多，方便使用者根據(jù)需要開啟燈具。

車庫照明車位可以采用感應(yīng)式車位燈，做到車來燈亮，車走燈滅。車道燈可以分組控制，由管理人員根據(jù)不同的時間段合理開啟燈具數(shù)量。也可以采用智能照明系統(tǒng)。

每個開關(guān)控制的燈具應(yīng)盡量少，除設(shè)置單個燈具的房間外，每個房間照明控制開關(guān)不宜少于2個。

智能照明控制系統(tǒng)可分組、分時自動控制燈具的開啟和熄滅，也可以通過亮度傳感器，自動調(diào)節(jié)燈光強(qiáng)弱，具有很好的節(jié)能效果。在條件許可的情況下，盡量采用。

4　太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)

太陽能是一種可再生能源，它在自然界是取之不盡，用之不竭的能源。居住建筑，特別是居住建筑中的宿舍、公寓，養(yǎng)老院的客房樓等，屋頂可利用面積較大，應(yīng)盡量設(shè)置光伏系統(tǒng)。設(shè)計時宜采用分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)具有就近發(fā)電，就近并網(wǎng)，就近轉(zhuǎn)換，就近使用的優(yōu)點(diǎn)，不需要通過蓄電池儲能，用戶使用不完的電量可以反饋給電網(wǎng)。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的基本設(shè)備包括光伏電池組件、光伏方陣支架、直流匯流箱、直流配電柜、并網(wǎng)逆變器、交流配電柜等設(shè)備，另外還有供電系統(tǒng)監(jiān)控裝置和環(huán)境監(jiān)測裝置。其運(yùn)行模式是在有太陽輻射的條件下，光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽能電池組件陣列將太陽能轉(zhuǎn)換輸出的電能，經(jīng)過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由并網(wǎng)逆變器逆變成交流電供給建筑自身負(fù)載，多余或不足的電力通過聯(lián)接電網(wǎng)來調(diào)節(jié)。

分布式光伏系統(tǒng)發(fā)電量可按下式計算：

式中：L——年發(fā)電量（kWh）

W——裝機(jī)總量（kWp）

I——水平面年總輻射量（kWh/m2）

a——傾角修正系數(shù)（無量綱）

Io——標(biāo)準(zhǔn)太陽輻射強(qiáng)度（kWh/m2）

η1——光伏陣列效率

η2——溫度及衰減修正系數(shù)

η3——污穢影響修正系數(shù)

η4——逆變器效率

η5——并網(wǎng)損耗系數(shù)

5　結(jié)束語

建筑節(jié)能是關(guān)系到我國建設(shè)低碳經(jīng)濟(jì)、完成節(jié)能減排目標(biāo)、保持經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)之一。居住建筑電氣節(jié)能設(shè)計作為建筑節(jié)能不可或缺一項內(nèi)容，設(shè)計時應(yīng)該從供配電系統(tǒng)、照明、產(chǎn)品等多方面進(jìn)行。采用節(jié)能型的技術(shù)、工藝、設(shè)備和產(chǎn)品，達(dá)到合理使用能源，不斷提高能源利用效率的節(jié)能目的。

［1］GB50352-2005，民用建筑設(shè)計通則［S］.

［2］GB/T50668-2011，節(jié)能建筑評價標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［3］GB50034-2013，建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］GB50053-2013，20kV及以下變電所設(shè)計規(guī)范［S］.

TU111.4+8

A

1007-7359（2016）04-0236-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.04.093

汪軍（1970-），男，安徽六安人，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)，學(xué)士；高級工程師，國家注冊電氣工程師。