民用綠色建筑電氣設計中的節能問題研究

郭合玉

（太原理工大學建筑設計研究院有限公司，山西太原 030024）

0 引言

當前，經濟的高速發展與能源緊缺的國情之間的矛盾日益凸顯，因此政府提出節能減排，實現可持續發展的口號。電力作為現代社會最基礎、最普及的能源，已經根植于人們的日常生活，電力能源在建筑行業的應用為人們提供了方便舒適的生活環境，電梯、空調、照明、通風以及各種家用電器大大地改善了人們的生活水平，同時也產生了越來越大的電力需求，不合理的電能使用造成了大量的能源浪費。綠色建筑電氣設計中節能措施的應用能夠很好地實現節能環保，降低能源消耗。

1 民用綠色建筑電氣設計現狀

民用綠色建筑的電氣設計，是指根據一定的建筑電氣設計規范和規律，對民用綠色建筑進行電氣網絡設計和布局，以實現人們日常生活的電力需求為目標。民用綠色建筑電氣設計不僅應嚴格遵守建筑電氣設計的相關規范和要求，而且也應該滿足業主對相關功能的要求同時應考慮到施工方具體情況。節能電氣的設計就是采用新技術、新方法優化建筑電力系統，以降低網損，提高電能使用效率。

當前我國處于城鎮化建設的高速發展時期，建筑物高度不斷刷新，城市面積不斷擴大，加上各種新型用電設備對已有建筑電力系統的影響，使建筑電網產生巨大消耗和浪費。對建筑電氣設計問題不斷總結和改善，推廣節能設計，實現能源可持續發展[1-3]。

2 民用綠色建筑電氣設計節能原則

2.1 基礎性

民用綠色建筑電氣節能設計應能滿足人們對于照明、空調、電梯等一些最基本用電需求，同時對于特或高層建筑應該實現其消防用電、應急用電的需求。

2.2 適用性

考慮到建筑電力系統的供電可靠性、電能質量以及用電設備的負荷等實際情況，不斷優化建筑電氣節能設計，在保證其正常運行動力的前提下盡量實現節能，減少電能浪費。

2.3 經濟性

經濟性是節能建筑電氣節能設計必須遵從的原則，也是一切節能設計的出發點。不能為了節能設計而盲目增加節能投資成本，或增加建筑運行成本，使民用綠色建筑節能設計本末倒置。

3 民用綠色建筑電氣設計具體節能措施

3.1 合理配置變壓器容量

變壓器運行所產生的能耗費用占電力系統電費中比例較大，因此應選用節能經濟性變壓器，如圖1所示的干式變壓器。然而，變壓器的選型，不能簡單地通過變壓器的負荷率來選擇變壓器。在建筑電氣設計規劃初期，應綜合考慮到當地供電部門相關要求、建筑負荷等實際情況，按照最佳經濟運行條件和費用來選擇變壓器型號、數量、容量等。在實際運行中，變壓器的負荷率應保持在合理的范圍內，變壓器的負荷率一般保持在80%~85%之間最為合適，這樣才能最大限度地減少變壓器的有功功率損耗及空載損耗。

圖1 干式變壓器

3.2 合理的配電系統設置

合理的配電系統就是合理設計建筑電力系統網絡，首先就是在設計配電網絡的時候，配電室必須接近負荷中心，這樣才能保證建筑中電氣負荷距離供電中心保持在合適的范圍內，使整個建筑電力系統的網損在允許值范圍內。

在合理的配電系統設置時應遵循簡單可靠的原則，在同一配電系統內，電力系統變壓等級不超過兩級，這樣才能減少因變壓級數過多而增加能耗。同時根據電力系統能耗公式Q=U2/R可知電壓等級越高越高電力系統能耗越低，因此在一般民用綠色建筑電氣設計中選用兩相220V和三相380V電壓等級。而對于大型中央空調等電壓等級為6kV或者10kV。

3.3 適當提高配電系統的功率因素

功率因素是有功功率和總功率的比值，在建筑電力系統中傳輸的總能量即有功功率是固定不變的，但是在民用綠色建筑電氣設備的運行中會產生滯后的無功電流，特別是電動機這類設備會產生較大的無功電力從而增加無功損耗，無功功率越大，電能損耗也就越大。裝設有電動機的大功率用電設備例如風機、空調系統、電梯等都會產生較大的無功損耗，對此一般在配電系統中裝設無功補償裝置。民用綠色建筑中通過靜電電容器補償，電容器可以產生超前的無功電流，用于抵償用電設備中滯后無功電流或者使其保持在一定范圍內，達到降低無功損耗的目的。同時也可以采用自然因素較高的燈具等。

3.4 合理控制線路電能損耗

在民用綠色建筑電力系統中，導線的無序、不合理規劃產生了較大的電能損失。對于導線的選擇，應選用電導率比較大的銅線，相對于鋁線而言，銅線導電率高、耐腐蝕、更安全。在線路敷設過程中，應盡量減少線路距離。對于較多分散的小負荷，可以進行合并供電，這樣可以減少導線距離，增大導線橫截面積，從而降低網損。選用橫截面積較大的導線，雖然一定程度增加了投資，但是長遠來看，更能降低網速，更具有經濟性。

3.5 改善民用綠色建筑照明節能

根據民用綠色建筑電氣設計的特點，可以合理規劃建筑照明的選型和控制方式。白熾燈的使用壽命一般為1000h左右，而節能燈的使用壽命是白熾燈的兩倍，并且照度更大于同功率白熾燈。隨著電力電子技術的發展，新型LED燈具表現出更高的照明效率，更多組合樣式以及更多應用場所。因此，新型節能燈具替代白熾燈，可以更好地改善燈光的柔和度，更具有高效率低耗能。同時，改善照明控制方式也能提高照明系統的工作效率，節約電能，減少設備維護費用。節能型燈具如圖2所示。例如，對于面積較大的場所采用多燈一控方式，而對于樓梯、走廊、公共通道等采用定時控制或聲控燈方式，這樣可以合理控制使用時間，減少電能損耗。對于新興住宅樓或者辦公大樓也可以采用智能控制方式，對于不同建筑，不同區域實際情況的不同采用光、聲等多模式結合的新興控制方式，使電氣設計更科學合理、高效節能。

圖2 節能型燈具

3.6 大功率用電設備的電氣設計

空調和電梯是一般民用綠色建筑的大功率用電設備，對于民用綠色建筑的空調系統一般有中央空調系統和分體式空調，中央空調系統可以通過樓宇智能控制系統，合理控制其運行時間和運行方式而達到節能的目的。而對于分體式空調，一般其插座設計位置較高，僅用遙控器無法斷開電源；而辦公場所的分體式空調通過樓層照明電源斷電，因此空調系統長時間待機狀態不僅消耗了大量電能而且也是重大的火災安全隱患。對此問題，一般設置獨立開關控制、設置專門的配電線路。

電動機是電梯的動力系統，一般電動機的參數和規則都在出廠之前進行設置，因此提高電梯的使用效率和功率因素都可以大大降低電動機能耗。除了利用無功補償裝置降低電動機無功損耗之外，還可以盡量減少電動機的輕載負荷，例如采用變頻技術控制，從而提高電動機效率達到節約電能的效果。

3.7 合理使用自然資源

隨著政府對節能減排及清潔能源利用政策出臺，風能、光伏等清潔能源在建筑節能設計中的利用有很大前景。其中建筑物與光能的有效結合已取得良好運行模式，利用光能進行采光取暖，光伏發電設備建成分布式電源等均是光能與建筑結合的有效利用方式。民用綠色建筑采用光伏能源亦可獲得國家相關政策補貼，長遠來看也可降低建筑物能耗，實現節能減排。

4 結語

隨著時代的發展，民用綠色建筑設計的節能措施具有很大的潛力。在民用綠色建筑的節能設計中通過合理配置變壓器和配電系統，優化線路設計，改善照明系統，提高大功率用電效率等節能措施能有效降低建筑電氣的能耗，具有很強的實用性。