智能小區建筑電氣設計研究

陳振華

(重慶環保投資集團有限公司，重慶 400017)

0 引 言

當前，我國城市化水平正在不斷提高，建筑節能降耗成為人們關注的重點。在此背景下，對建筑電氣的節能降耗技術進行研究就有著重要的意義。針對建筑節能的研究，國外起步較早，并具備較多的研究結論。建筑節能在我國應用的時間較晚，但隨著現代化的不斷推進，我國不斷規范了建筑節能要求[1]。在法律法規層面，我國公布了較多的設計標準，在技術研發層面，我國也不斷取得突破，但普遍來講仍需提高，因此針對國內而言，在進行建筑電氣設計時需在我國國情的基礎上，借鑒他國先進技術開展設計。

1 工程概況

為便于對建筑電氣系統的設計進行研究，本文將以某小區為背景進行論述。該小區總體用地為62 314 m2，容積率為2.5。小區整體共劃分為29層，其中二樓主要用于商用。其智能系統的布置如圖1所示。

圖1 智能系統總體框架示意圖

2 優化節能設計

2.1 變壓器的節能優化設計

在整個電力系統中，變壓器是必不可少的設備。但在整個電力系統中，因其有著較大的容量，故從總耗電的角度來看，變壓器的總功率的占比較小。針對該小區而言，其變壓器有著較大的總耗能，在整個電力系統的線路損耗中，其損耗占比約為1/2，在整個變電站中，電力系統損耗約占小區總耗電的65%[2]。在選擇變壓器的時候，應從以下兩方面進行考慮：①節能，應根據現場條件選取損耗較低的電力變壓器；②結合其經濟運行情況，確保變壓器不出現輕負荷運行。

所謂節能變壓器，在《三相配電變壓器節能的限制和節能評價值》規范中有著明確的界定。針對該小區而言，為使其變壓器功率損耗有所降低，在選擇變壓器的時候，需優先考慮的是該變壓器是否具有最低的空載損耗以及是否為節能型。基于該角度，在選擇變壓器時可選擇S9、SL9或SC8型。上述變壓器與鋼材料有著一致的磁疇結構，主要在冷軋硅鋼片質量中使用。此外，上述類型的變壓器還具有45°的全斜關節結構，能夠有效降低損耗。

基于該小區所使用的最小有功損耗，運行設備經濟效益最大的經濟運行方式，按照其電力供應形勢和具體用電情況，為確保變壓器損耗能夠在最大限度上有所下降，從而節約線路和電網損耗，滿足節約電能的目的，需開展如下優化設計：

(1)降低有功損耗：變壓器的有功損耗主要包括空載和短路兩方面損耗，而對于變壓器的短路損耗而言，其負載率又是其主要的影響因素。結合該小區的實際情況，在確保該小區變壓器負載恒定時，變壓器的最優選擇方案為S11或S10節能變壓器，能夠使其損耗減小為75%，從而達到節能環保的最大效果。

(2)降低負載耗損：變壓器繞組的電阻和電流是引起其短路損耗的重要因素，其與變壓器的負載率的平方成正比例關系，故在進行變壓器的選擇時可通過選擇繞組或電阻較小的變壓器來實現節能，如銅芯類變壓器，能夠使變壓器短路損耗(PK)有效降低。該小區的變壓器在實際運行時，隨著時間的變化，其負載曲線也可能會有所變化，即時間可通過負載率函數進行表示。故在時間一定時，變壓器有著最佳的平均效率。一般情況下，該小區的電力輕負荷狀態均出現在半夜到凌晨的時間，并且在一天內有著持續變化的負荷。故在對變壓器裝機容量進行計算的時候，不應采用最佳負荷系統，應選擇略高的值。

2.2 配光節能優化設計

當前多采用駐點法或系數法進行照明計算，在該小區中的照明計算中以系數法為主。根據系數法的計算公式可知，利用系數與照面平均照度表現為正比例關系[3,4]。即為提高配光效果，可通過增加利用系數的方式來實現。對于利用系數而言，一般情況下因無法隨意變更房間空間布置，故為使其照明效果有所提高，可通過提高室內墻壁反光能力來實現。此外，為使配光效果滿足要求，還可通過減少發光效率的方式來實現。

為使小區內光的利用率有所提高，從而確保節能效果最大化，可通過合理的燈光配光來實現。在光線的選擇設計過程中，需注意的是：若房間為又寬又窄的空間布置，不應采用窄光，因為窄光雖然具有較高的使用系數，但無法滿足均勻性的要求；若房間較窄，為提高光的利用率，需采用窄光。此外，可根據房間室內空間比RCP確保燈光分布合理，在具體布置時可參考表1進行。

表1 燈具配光的選擇

3 節能電控系統設計技術

不同于傳統小區中統計能源消耗的方法，節能控制系統主要以遠程控制的方式進行節能控制，其網絡結構如圖2所示。該系統采用所計算機控制技術取代了人工，全部依靠機械設備記錄損耗信息，能夠較大程度上節約勞動力并提高計算的精準度[5]。

圖2 節能監控系統示意圖

為對能源損耗標準數值外的費用進行嚴格控制，使其能夠起到較好的警報效果，在系統設計時添加了計算機網絡遠程抄表的功能。相比于傳統的人工抄表方式，以計算機技術進行抄表，能夠起到更為嚴格和精準的費用計算和控制，并且以計算機技術進行數據的傳輸更加便于管理。對于能源的使用率而言，以計算機技術集中控制和防護數據能夠起到較好的保障，并起到有效的節能減耗的作用，對傳統管理的方式起到優化作用。但對于建筑物內的電氣設備而言，電梯為較為特殊的一類，其在使用時的控制系統多為廠家提供，故在該系統中，主要通過對電梯電控箱的控制來實現信號的監測。

在監測空調工程方面，主要控制的因素包括空調溫度、濕度以及風量等，對其壓力也一并控制。在該系統中主要采取隔離的方式實現上述控制措施。將所需控制對象的測量傳感器和執行器安裝到空調機組內，并根據實際需要選取防凍開關。相比之下，傳統的以人工的方式進行的控制對于空氣質量而言較為不利，而且對于室內空氣而言，其特點為惰性以及滯后，傳統的控制方法在上述兩方面無法起到較好的作用，對于封閉和人口較多的區域，在能源損耗方面采用自動控制能夠起到最大化的利用效果，并能在較短時間內做出調整，相比于傳統的人工方法能起到較好的優化效用。

在建筑物中，能源損耗最大的是空調系統，其次則是照明系統。若控制其節能減排，可使能源損耗有30%左右的減少。目前，該方面的控制較為落后，在設計時必須采用專業系統進行控制。照明設施的控制需根據不同小區的需求來進行調整，確保小區照明燈具的合理開關。最為全面的照明控制不僅能滿足綠色節能的目標。還能對小區工作環境進行改善，當前小區的智能照明系統控制方式可分為兩種，分別是直接數字控制器(DDC)以及分布式智能照明控制[6]。在統一智能空調、排水等系統之后，會以DDC的方式進行集中控制。該種方式以切換電源電路觸點開關的方式來實現對照明電路的控制，雖然控制方法簡單，但可靠性較低，故基于該小區的實際需要，在整個節能監控系統的設計中，采用的是分布式智能照明控制方法，以智能接觸器的模塊進行開關和總線的控制，如圖3所示。

圖3 總線型智能照明控制系統原理圖

4 結束語

本文的主要研究對象為某智能小區的電氣優化設計，因篇幅所限，本文主要針對該小區的節能設計以及節能電控系統進行了優化設計的討論，以使該小區的智能化以及經濟化等有所提高。基于上述分析，主要得出如下結論：

(1)通過對該小區的節能設計進行優化，取得了更加適合該小區的節能配電方法；通過對照明設施控制的分析，提高小區的照明性能并使其滿足節能環保的要求。

(2)通過對小區電控系統的優化設計，將節能設計的理念貫穿于各項技術環節中，使其具有更加顯著的電力節約。