建筑電氣工程設計的節能措施探析

韓 萍 （淮北工業建筑設計院有限責任公司，安徽 淮北 235000）

0 前言

節能作為綠色建筑評估中的重要一環，在設計、施工中的重視程度日益顯著，電氣節能又是節能技術及措施中必不可少的因素。作為電氣設計人員，理應積極學習與使用適當的節能措施。

1 建筑電氣工程設計的節能原則

為了確保建筑電氣節能設計的有效性，在進行節能設計時應當遵循以下原則。

1.1 滿足功能要求

對于建筑的電氣節能設計，應當能夠滿足不同場所對照度、色溫、顯色指數等的照明要求，能夠滿足空調及動力設備舒適、衛生的要求，能夠保證一般電力用電、專用場所的特殊工藝用電等。

1.2 保證經濟合理

應當關注節能設計的經濟性，使節能設計所引起投資增加部分，能夠在未來較短的時間內以電氣節能而節省的費用方式進行回收。

1.3 注重節約能源：

充分利用建筑物的自然采光、可再生能源（太陽能、風力等），減少能源消耗，如線路的電能損耗、線纜的有色金屬消耗等，提高能源利用率。

綜上所述，建筑電氣設計應當遵循技術先進、經濟合理、節約能源的原則。

2 建筑電氣工程設計的節能措施

民用建筑的主要用電設備有照明裝置、空調、電梯及其他動力設備等，約占整個建筑總能耗的80%，是采取節能措施的重點方面。由于節能技術涉及供配電系統的每一個環節，現代節能技術不僅要考慮系統節能和設備節能，同時還應關注使用過程中的運維節能。可靠、節能、智能、信息化的智能建筑電氣產品也成為未來發展的方向。

2.1 合理設計供配電系統

2.1.1 供電電壓選擇

根據負荷性質、用電容量、供電距離、用電設備特點等因素，合理設計供配電系統和選擇供電電壓，參見建筑供配電系統框圖。

①電壓等級越高，線路電流越小，線路損耗就越低；

②供配電系統應盡量簡單可靠，減少電能損失，并便于管理和維護，同一用戶內，高壓配電級數不宜多于兩級，低壓配電級數不宜多于3級；

③每條線路、每個配電裝置都有明確的供電范圍，不宜交錯重迭，造成浪費。

2.1.2 變電所設置

變電所應盡量靠近負荷中心。高壓電源越靠近負荷中心，越能縮短低壓供電半徑、降低電能損耗，并且減少電壓損失、提高供電質量。如對于大型高層建筑，負荷容量大，配電距離較遠，應提高供電電壓等級；而超高層建筑除在地下層或首層設置主變配電室外，根據負荷分布情況，可在頂層或中間層設置分變配電室。

2.1.3 變壓器設置

根據負荷情況合理選擇變壓器容量、臺數，其接線應能適應負荷變化，按經濟運行原則靈活投切變壓器。

理論上，變壓器計算負載率β=50%時能耗最小，效率最高，運行最經濟。但在建筑工程中，計算負荷和實際負荷的差值往往較大，如空調、采暖等季節性負荷，商業、辦公等時段性負荷，展演、體育等間歇性負荷，造成維持這個負載率的可能性與持續性不大。僅僅從變壓器的最小能耗考慮負載率是不可取的，只有綜合考慮經濟效益才能達到節能、節省的目的。一般取負載率在80%～85%為宜。

當用電容量大而需要選用多臺變壓器時，應合理分配負荷，盡可能選用大容量的變壓器，減少變壓器的臺數。分期投產或季節性負荷，宜采用多臺變壓器方案，根據負荷情況，可切除部分變壓器，避免輕載運行增大損耗。

2.1.4 功率因數選擇

適當采用無功功率自動補償，提高功率因數。

配電系統三相負荷的不平衡度不大于15%。單相負荷較多的供電系統，宜采用部分分相無功自動補償裝置；容量較大的用電設備，當功率因數較低且離配變電所較遠時，采用無功功率就地補償方式。《安徽省公共建筑節能設計標準》中規定：高壓供電的用電單位，在變壓器低壓側經并聯電容器集中進行無功自動補償后，功率因數不應低于0.93。由市電電網低壓供電的用電單位，經并聯電容器進行無功自動補償后，功率因數不應低于0.90。

2.1.5 導體截面選擇

按經濟電流密度合理選擇導體截面。

一般按年綜合運行費用最小原則確定經濟電流密度。對于較長輸電線路的電力電纜按經濟電流密度初步選擇截面，以保證初期投資和運行能耗兼顧后最經濟。還需按長期發熱條件和電壓損失以及短路熱穩定進行校驗。由于線路損耗與其截面成反比，因此在滿足載流量、動熱穩定、電壓損失及保護配合的條件下，還可根據情況加大一級線纜截面，以節約線纜能耗。當線纜截面小于70mm2，線路長度超過100m 時，一般選擇增加一級線纜截面。

2.1.6 敷設安裝方式確定

①對于建筑物內的變配電室，要充分考慮設備的運輸及電纜的敷設通道，合理利用空間。在滿足安全距離并留有發展備用位置的情況下，減少不必要的浪費。

②變壓器的防護等級要根據工程情況合理選擇。具有符合IP3X以上防護等級的金屬外殼的變壓器，在環境條件允許時，可以與高低壓柜貼鄰布置，減少變電所占用面積。但是，防護等級提高，變壓器的散熱條件變差、溫升提高，導致損耗增加、絕緣易老化，影響其壽命及使用安全。

③充分利用干線供電。如將空調、采暖等季節性負荷與等級相同的負荷用同一干線供電，便于快速切除非消防用電，還可在季節性負荷停運時，以同樣大的干線截面傳輸較小的負荷電流，減少線路阻抗，降低了線路損耗。

④電力電纜采用電纜橋架敷設時，其托盤內電纜的總截面積不超過托盤內橫斷面積的40%，選擇線纜截面應考慮多股線纜間運行散熱的相互影響而導致的降容系數。托盤選用孔型或梯型，以提高電纜散熱能力，減少電能損耗。

綜上，合理設計供配電系統是電氣節能的重要保證。

2.2 照明系統的節能

電氣照明的節能是一項系統工程，不僅包括天然光的充分利用、照明方式的設計、高效照明燈具的選擇，還包括照明的控制與維護管理。

2.2.1 照明方式設計

首先確定合適的照明方式，如根據照明場所的特點和需要選擇一般照明、混合照明、重點照明等；選擇照明光源時，應滿足顯色性、啟動時間等要求。依據《建筑照明設計標準》選擇各類建筑的不同場所的照度值，該標準中規定的照度值是經過實驗驗證和實踐檢驗的，能夠滿足基本功能需要，實際設計照度與照度標準值的偏差不應超過±10%。同時該標準中還規定了照明功率密度限值，避免無限制提高標準而造成能源浪費。某些場所如體育場館等還有對照度均勻度、反射比等要求以提高照明質量，此時要考慮平衡照明質量和節能的關系。

2.2.2 高效燈具選擇

選擇燈具時，在滿足光源顏色、眩光限制和配光要求條件下，選用效率或效能高的燈具。對于熒光燈及氣體放電燈還要選擇節能型鎮流器。近些年興起的LED照明，亮度高、能耗小，也得到廣泛應用。

2.2.3 合理照明控制

合理的照明控制也可實現節能。如對走廊、樓梯、過道等非長時停留的場所的照明燈具設置紅外控制、聲光控，實現人來燈開、人離燈熄；對照明房間或場所設置時鐘控制；按靠近與遠離采光窗的順序設置燈具開關，以充分利用自然光等。還可采用智能照明節能控制裝置，對數量多、使用面廣的照明設施通過采用調光、控制照明時段，進一步達到節能的目的。

2.3 機電設備的節能

隨著技術的發展，建筑內用電設備增多，為生活帶來舒適的同時，其能耗也不可小覷。

2.3.1 電氣設備

設計中應首選低損耗的節能型變壓器。如 SCB12、SCB13干式變壓器；SCBH15、SCBH16干式非晶合金鐵芯變壓器。它們是采用先進工藝制造的節能變壓器，減少了鐵芯的渦流損耗和漏磁損耗。其中的非晶合金變壓器為新型的節能變壓器，采用非晶合金替代傳統硅鋼片制造鐵芯，使變壓器的空載損耗降低70%～80%，節能效果顯著。

變頻器用于風機、泵類設備負荷的場合節能是一種理想的調速控制方式，節能效果顯著。

根據負荷等級合理選用柴油發電機組、UPS和EPS電源。柴油發電機組具有機動靈活、投資較少、啟動方便等優點，廣泛作為應急/備用電源應用在民用建筑中。UPS用于向計算機類的要求確保供電不間斷和穩壓的重要負荷提供備用電源。EPS電源主要向應急照明、事故照明、消防設施等一級負荷供電，較UPS投資省、壽命長、效率高。

2.3.2 動力設備

除采用高效節能電機外，動力設備的運維節能是在其運行過程中采取的主動控制能耗的節能行為。

公共區域的空調系統，按預定時間表、區域是否有人等模式設置自動啟停控制裝置；風機盤管的控制應能對室內溫度設定值范圍進行限制等。

電梯采用變頻調速拖動系統，并能實現電梯制動時呈發電狀態將電能回饋至電網；采用先進的電梯控制技術，如電梯群控、轎廂無人自動關燈、自動扶梯感應啟動等技術措施。

對生活給水、排水系統的水泵、水箱的水位及系統壓力進行監測，根據狀態自動控制相應水泵的啟停。

2.4 降低諧波危害

具有諧波源的負荷（如變頻裝置、調光設備、電子鎮流器等）、設備每相輸入電流不大于16A的低壓電氣及電子設備發出的諧波電流值應符合相關規范的規定。

對諧波可能超標的用戶，應在設計階段采取限制諧波電流的方案和措施。如：選用諧波含量低的產品；加裝有源/無源濾波吸收裝置；加裝動態無功補償裝置等。

2.5 能耗監測與智能化

建筑物中的電氣設備的待機損耗、電開水器的反復加熱等已造成了不小的能源耗費，因此為了合理的利用設備，節約能源，對建筑物內的電力能耗進行計量、分析、控制成為電氣節能的重要措施之一。

大型建筑物應采用智能化的建筑設備自動化管理控制系統。自動監測、控制電氣設備的使用，掌握建筑設備的狀態、能耗和負荷的變動。通過有效的控制，如照明智能控制及維護管理、電力分項計量監測信息系統、錯峰填谷等，可達到節能的目的。

隨著建筑智能化行業的發展，近年來快速成長的BIM（建筑信息模型）、RTLS（實時定位系統）、人工智能診斷等智能技術，都在提效、節能上發揮著重要作用。

3 結語

總之，建筑電氣設計應充分考慮選擇高效率的節能設備，應用先進的設計技術，按照節能標準進行設計，并加強用電單位的節能管理和個人的節能意識，從而在為人們提供健康、舒適、安全的居住、工作和活動空間的同時最大限度地節約自然能源，保護環境。