建筑電氣節能設計中新能源技術的應用

浙江巨匠建筑勘察設計有限公司 張劍鋒

1 引言

改革開放以來，我國經濟實力不斷提升，各種建設也逐漸走向完備化，經濟基礎夯實[1]。但伴隨著經濟的發展，環境資源的破壞問題也隨之而來。資源的肆意浪費和不合理分配也在反向影響著經濟的發展[2]。在民生建設中，建筑的建設節能問題較為棘手。在高樓林立的城市中，建筑的能源消耗是城市的能源消耗的主要方面[3]。合理的分配和嚴格的建造標準是當代解決建筑能源消耗的主要手段。

在科學技術不斷發展的今天，減少能源的浪費和開發新能源技術是重中之重[4]。現在風能發電、核能發電、地熱能發電逐漸應用到人類的日常生活中。一些新興的葉綠素發電、淤泥發電等技術也在不斷地研究中走向成熟。民生建筑是人類生活的重要載體，建筑中的電氣節能也是當下十分熱門的話題[5]。在此基礎上，本文提出了建筑電氣節能設計中新能源技術的應用。將新能源技術融入日常的建筑建設中，從根源解決能源的浪費問題。設計出更加環保、更加節能、更加經濟的建筑，為人民提供高質量的生活，提高人民生活的幸福指數。

2 電力新能源技術的開發與研究

在我國目前對電能的使用中，一般使用的都是不可再生能源，例如煤炭、石油等。但是這些資源不但不能夠再生，存量不足，使用受限，而且還會對環境產生污染，所以在生活和生產中，要更多的使用電力新能源，來達到節能環保的目的。

2.1 風能

風能是一種存儲量大，可再生，并且清潔的能源資源。在電力新能源的研究中，可以通過將風能轉化為電能，來減少電能的損耗，還能夠降低對環境的污染。風力發電現今我國很多地區都在使用，主要是將風能通過相關的設備轉化為機械動能，再把機械動能轉化電能來進行使用。將風能資源轉化為電能資源能夠有效緩解電能使用緊張的局面，并且能夠提高電能的利用率。

2.2 太陽能

將太陽能轉化為電能是目前我國新能源應用中使用最多、范圍最廣的一種方式。太陽能的存儲量較大，并且也屬于清潔能源，通過對太陽能資源的使用，能夠減少電能的消耗。在電力方面，太陽能發電的技術原理主要是依靠太陽能電池板吸收陽光，再輔以控制元件，最終構成可運轉的發電系統對電力進行控制，從而形成良好的電力能源控制體系。在對太陽能光伏發電技術進行應用的過程中，為防止電能損耗，技術人員可將蓄電池與光伏發電相結合，以便對過剩產能進行存儲，然后利用逆變器以及控制器等元件對上述電能進行合理轉化與控制，保證可以實現電網管理，達到良好的節能目的。

2.3 地熱能

地熱能源的開發，主要用于人們家庭取暖設備，可以有效節約能源的使用，然而我國在對地熱能進行開發的過程中，還存在較多不足之處，需要相關技術人員不斷創新地熱能源的開發技術。

2.4 核能

在眾多新能源中，核能源是利用效率較高的能源之一，并且具有清潔性優勢，在實際使用過程中，可以提高節能效率，達到良好的使用效果，然而迄今為止，我國對核能源的應用都是借鑒國外經驗，這就需要相關技術人員可以開發出屬于中國的核能源應用技術，并且降低應用風險，減少核能源放射危害。

3 基于新能源技術的建筑電氣節能的設計

新能源技術為建筑節能提供了新方向，要充分利用新能量技術進行電氣節能設計可以從調整建筑節能設備、控制節能功率因數以及設計節能供電模式等三方面進行，展開分析如下：

3.1 調整建筑節能設備

近年來，設備是否節能已經成為消費者選擇設備的條件之一，節能設備能夠通過合理調整自身功能，避免非必要性資源損耗，并且技術難度相對較低，發展空間更大，常見的節能設備調整包括系統調整、風機水泵調整等。

3.1.1 空調系統

空調設備作為電能消耗較大的設備，隨著建筑內空調設備應用率的增加，其電氣資源消耗量也持續增加，改進空調系統降低資源消耗，已經成為空調加工企業研究的重要課題，要保障空調系統具備節能屬性，需要結合建筑特點以及空調自身特點來對空調系統進行整體改造與優化。最重要的是應要確保選用節能型空調，同時采用有效的保溫隔熱措施，對冷熱計量裝置參數進行合理設置，以便實現節能降耗的目的。對于建筑的整體空調進行節能改造，需要從細節入手，對電箱、電線、控制儀、變頻器等進行全面改造，通過選用損耗小，效能高的零配件，保障空調的整體性能。除水泵部分，尤其需要注意冷卻塔散熱風機部分的改造，選用Pt100的溫度傳感器，四芯屏蔽線等進行全面整改。此外，還需參考冷熱負荷實際數值合理選擇空調機組，盡量實現所選機組能與負荷指標相切合，防止出現裝機容量浪費的情況。

3.1.2 風機水泵

在對風機、水泵的電動機進行選擇時，應在充分考慮負荷特性的基礎上選用符合國家相關技術標準且節能減排型的電動機。受風量、流量等相關因素影響，風機、水泵的負荷并不是一成不變，因此其電動機通常會采用一用一備或兩用一備，同時需在就近設備室內安裝配電箱，如此一來，既能減低線損，又方便技術人員后期操作。當電機、水泵設備功率處于15kW 以下時，可對設備進行直接啟動；若功率大于15kW，此時便為負載狀態，需運用變頻控制柜發出所有控制信號，電動機根據所發信號對轉速進行調節，若出現故障，則可切換至備用設備。

3.2 控制節能功率因數

在節能設計中，需要控制節能功率因數，在保障設備效果的同時，盡量實現節能。在控制節能功率因數上，可以分四步進行。首先，應將功率因數作為建筑電氣設備選擇的要點，從而推動整體電氣系統的功率因素得到有效提高，使設計方案具備調節自然功率的優勢，提高電氣設計的節能性；其次，對電氣設備的運行方式進行有效控制，避免選用無功功率較大的電氣設備，最大限度減少電氣系統中存在的無功功率，持續優化電氣設備組件，通過選用低耗材質，保障電氣的高效傳輸；再次，對設備類型進行合理選擇，一般來說，設備選型與功率因數息息相關，如果想要提升電氣系統的功率因數，就必須對設備類型采取全面把握，盡可能使所有建筑電氣設備的節能特性都能達到國家標準，才能降低由電氣設備所致的耗功率；最后；對用電設備進行合理調控，通常來講，電力設備使用不規范是造成電能消耗的主要元兇之一，是以使用科學調控方法以保障用電設備的規范使用，是一種提升電能利用率的有效途徑。

3.3 設計節能供電模式

在建筑中，電力資源的消耗不僅路徑較多，而且一旦設計不合理即會出現非必要性消耗，因此做好節能供電設計，能夠節省可觀的電力資源。采用節能供電模式是在節能理念的基礎上，對供電設備進行全方位的整改。

建筑電氣設備的總裝機容量為：2465kW，其中900kW 為一級用電負荷設備；1565kW 為三級用電負荷設備，地下車庫內設10kV 配電室1座，分段母線設聯絡開關，由不同母線段放射式配電至對應的變壓器。10/0.4kV 變配電室內設置2臺變壓器，當一組變壓器中的任何一臺變壓器發生故障而無法運行，與其聯絡的另一臺變壓器可以承擔其所有一級、二級負荷。

以年運行費用為主要參考因素，比較選用非晶合金干式變壓器和SC（B）9型干式變壓器的年運行費用。按單臺變壓器計算負荷850kVA，功率因數cosΦ=0.9，售電單價0.7元/kWh，通過分析對比，得出詳細結果如表1所示。

表1 變壓器節能對比表

由表1可知，在應用非晶合金干式變壓器的情況下，年運行費用可降低至40%左右，節省率高，而且運行成本并未明顯增加。利用非晶合金干式變壓器不僅經濟效益高，能夠降低建筑電能費用，又能在節約資源方面發揮積極作用，符合國家所倡導的綠色、可持續發展需求。而且其具備廣泛應用的條件。此外，對于低壓配電柜出現回路以及特定（單體容量超過75kW）電動機回路都裝置有功電能表，為后續成本管理及核算工作的有序開展打下堅實基礎。

4 實驗及效果分析

要進一步了解采用節能技術的節能效果，需要從實際出發，通過全面分析已經采用的設備及技術了解電氣節能技術的發展方向以及新能源技術的應用辦法。

4.1 實例簡介

以光伏新能源技術為例，建筑設計總裝機容量為97.265kWp，光伏設備都安裝于建筑位面，且安裝斜角為24°，安裝方向為正南。

4.2 節能效果分析

項目采用非晶合金干式變壓器，通過數據計算，與傳統變壓器相對比，節能型變壓器的空載及負載損耗均減少一半以上，且將變壓器負載率控制在85%以下，而項目實際變壓器負載率大約為72%，如此一來，變壓器就始終處于經濟運行狀態，進一步降低了其功率損耗，實現了經濟效益與社會效益的共贏。對低壓側安設并聯電容器無功補償裝置，從而提升整體功率因數，而且此類無功補償方式具有成本低、占地面積小以及安裝維護簡單等優勢。關于電纜截面選擇方式，除了要考慮技術條件外，還應考慮到經濟條件，即在項目中需兩者兼顧，從中選取最大者。假設電纜使用年限為30年，總長度為30km，按上述數據計算，可節省大約35%的線損，一年約能減少損耗589kW，節省147kWh 左右的電量，按發熱條件選型與經濟電流選型不同，下表2對其具體效益進行分析。

表2 電纜線芯導體經濟選型的效益分析

從表2可以看出，電纜線芯導體經濟選型的效益不僅體現在費用一方面，運行時長的增加在無形中也實現成本的降低以及效益的提升。該項目設計中根據冷熱負荷實況合理選用了空調機組，由此便能降低15%左右的能耗，同時風機、水泵等設備也采用當下節能、變頻等技術，又降低大約30%的能耗。此外，選用的電梯系統也具備能量回饋功能，再加上電梯全控節能控制措施，相較于傳統的電梯系統，此種電梯系統約能節省10%～40%的能耗。以上種種措施的實施，對實現建筑電氣的節能減排均具有重大意義。

在建筑電氣節能改造后的實際運行過程中，可以利用能源監測管理系統對建筑能耗進行監測與統計，并與改造前的建筑作充分對比，可得出下列具體數據。詳細見表3。

表3 某建筑改造前后全年總耗電統計

對本次建筑的改造方案具體如下：其一，在符合中心位置設立0.4kV 的變電所，且有效縮短了低壓線路的長度，不僅可以減少電纜成本投入，同時還能降低由于線路傳輸而導致的電能損耗；其二，裝設無功補償裝置，對供配電系統中的無功功率進行合理控制；其三，采用非晶合金干式變壓器，并通過節能變壓器將負載率降低至85%以下，使變壓器能切實發揮自身作用，獲得更好的應用成果；其四，對空調系統、電梯系統、風機水泵設備進行合理改造，例如：合理選擇空調機組，運用帶有能量回饋功能的電梯，運用節能型設備；其五，運用監測系統對建筑電氣進行實時監測，進一步推動建筑節能的實現；其六，將新型太陽能發伏發電技術應用于建筑電氣設計中，每年可節約電能708854kWh，約70.88萬度電。綜上所述，該建筑的節能效果是非常可觀的。

5 結語

本文通過利用新能源技術對建筑的電氣節能進行改造，對建筑的設備進行了節能配置，同時控制建筑節能功率因數，提高能源利用效率，然后設計出建筑的節能配電系統，從而有效提高建筑的電氣節能效果。但由于時間的限制，沒能對本文的方法進行多次實驗，還需在今后的應用中不斷完善。