民用建筑電氣設(shè)計中的節(jié)能措施

陜宏博

(中建建設(shè)有限公司，山西 太原 030000)

在目前的節(jié)能形勢下，作為高能耗單位的民用建筑物，應當首先受到影響，并積極地進行節(jié)能減排。當今社會，人民群眾對生活水平的不斷提升，這也導致了民用建筑的電氣設(shè)計變得越來越復雜。因此，在進行建筑電氣系統(tǒng)的設(shè)計時，要以建筑的具體狀況為依據(jù)，既要確保電氣系統(tǒng)具有實用的品質(zhì)，又要盡可能地達到節(jié)能減排的目的。

1 民用建筑電氣節(jié)能設(shè)計的重要意義

創(chuàng)建節(jié)能型社會是國家可持續(xù)發(fā)展的一個重要方向，而民用建筑電氣系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計是其中的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。所以，在我國民用建筑中，怎樣對其進行電氣節(jié)能系統(tǒng)的設(shè)計，就成為了建設(shè)單位和建筑設(shè)計者必須要考慮的問題。而按照其電網(wǎng)運行的原理，為了讓民用建筑電能可以設(shè)計出一種節(jié)能的設(shè)備和設(shè)備，來滿足人們的日常用電需求，必須對民用建筑的電能網(wǎng)絡(luò)的布置方式進行優(yōu)化，以達到節(jié)約能源的目的，進而減少人們的用電成本和支付的費用[1]。

2 民用建筑電氣節(jié)能設(shè)計的基本原則

隨著科學技術(shù)的不斷進步，人們對能源的需求也越來越多，特別是電能的需求也越來越大。當前能源消耗總量越來越高，能源消耗的壓力也越來越大，減少各類能源消耗，建設(shè)節(jié)能型社會已是當務之急。在民用建筑中貫徹節(jié)能發(fā)展的需求，最主要的表現(xiàn)之一就是在電氣設(shè)計上采用節(jié)能措施。將具體實施過程中，必須遵守下列幾個方面的規(guī)定。

2.1 節(jié)能性原則

在談到民用建筑中電氣設(shè)計的節(jié)能性原則時，我們首先要思考如何在電氣系統(tǒng)設(shè)計和運行中實現(xiàn)能源消耗的降低。這個過程涉及到多個方面，包括對供電系統(tǒng)進行優(yōu)化布局，以減少電能在輸送過程中的損耗。為此，設(shè)計師需要精心規(guī)劃線路走向，考慮到電氣設(shè)備之間的相互作用與影響，以實現(xiàn)最大程度的能源效益。這不僅限于電氣設(shè)備本身的選擇，還包括設(shè)備間的協(xié)同工作。我們要從整體上提高系統(tǒng)性能，避免低效的運行模式，借此來優(yōu)化能源的調(diào)度和利用，降低設(shè)備本身的能耗。

2.2 經(jīng)濟性原則

在我國，民用建筑中存在著很多較為先進的電力節(jié)能技術(shù)，但其技術(shù)含量較高，若電力節(jié)能技術(shù)投入過大，則其效益將大打折扣。所以，在對民用建筑進行的電力節(jié)能設(shè)計中，既要確保電力的有效利用，又要有較好的經(jīng)濟效益，不能為了實現(xiàn)電力的節(jié)約，而在其它領(lǐng)域進行了大量的投資，這與節(jié)能的概念是相悖的。

2.3 實用性原則

每個民用建筑的形式和布置形式都有很大的差別，因此，在進行民用建筑的電氣節(jié)能設(shè)計時，要充分考慮到這些差別。因此，在進行電氣節(jié)能設(shè)計時，不應機械地照搬照抄，而應結(jié)合民用建筑的實際情況，進行電氣設(shè)計。如果沒有實用的電力節(jié)能設(shè)計，就不能確保電力系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，對民用建筑的性能產(chǎn)生不良的影響，同時也會大大降低其節(jié)能效率。民用建筑的節(jié)能設(shè)計要在滿足其使用功能的基礎(chǔ)上進行，不能只注重節(jié)能而忽略了實用性[2]。

3 民用建筑電氣設(shè)計的節(jié)能措施

3.1 優(yōu)化配電線路

配電線路在整個供配電系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。沒有配電線路，住宅建筑中的各類電器設(shè)備就不能與電源相連，從而不能起到相應的作用。配電網(wǎng)中的無功損失，使總的電能損失也不能忽略。為降低線路無功損失，改善配電網(wǎng)的運行品質(zhì)，應在住宅建筑配電網(wǎng)中進行節(jié)能設(shè)計。具體如下。

(1)在設(shè)計配電線路時，應盡量縮短配電線路的總長度；隨著線路長度的增加，線路的電阻也會隨之增大。在進行民用建筑配單線的設(shè)計時，應盡量縮短配單線的長度。也就是在設(shè)計線路時，要加大直線的走線，減少彎道。這樣不僅能夠減小線阻，而且能夠有效地防止配電電壓下降，從而保證了建筑物的電能質(zhì)量。為此，應盡量將配電箱設(shè)置在離負載中心越近越好。

(2)在設(shè)計配電線路時，應注意導線材質(zhì)的導電性；電線的阻值愈小，則表示電線的導電性愈高，故配電線應以確保電線的導電性為宜[3]。但是，越是高導電性的材料，其成本和價格往往也就越高。對于配電網(wǎng)中的導線，在經(jīng)濟費用許可的情況下，應選用導電性較好的導線。常用的電線有鋁芯，也有銅芯，銅芯的導電性能要好一些，但是價格也要貴一些。所以，在不考慮兩者成本差異的情況下，最好選用銅芯。

(3)選擇合適的電纜斷面，以降低線路壓降和熱損失。合理的電纜斷面可以在保證安全性的前提下，有效減少線損和提高設(shè)備的運行效率。電纜斷面的選定需要綜合考慮負荷電流、線路長度、運行環(huán)境等因素。選用過小的電纜斷面將帶來過大的功率損耗，而過大的電纜斷面會造成材料浪費和成本增加。尋求與電纜種類相匹配的絕緣材料和導體材料，如優(yōu)選銅導體而非鋁導體，因為銅導體具有更高的導電率，使得相對較小的斷面積能夠承載相同的電流，從而降低線路的熱損失。在系統(tǒng)設(shè)計時，要充分考慮不同負荷設(shè)備的特點。瞬時大電流或諧波較大的負荷設(shè)備，如：電梯、空調(diào)等，需要考慮引入限制高次諧波進入入電網(wǎng)的方法，如安裝濾波器或諧波補償器。這樣不僅可以提高系統(tǒng)效率，還能避免不必要的電纜損耗。

3.2 電氣照明

3.2.1 光源選擇

(1)光源必須滿足起動時間、顯色性等條件，并對各種影響因素進行全面分析，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟比較，最終選擇出最適合的光源。

(2)照明節(jié)能設(shè)計應該符合下列幾點：1)在光線亮度比較低的室內(nèi)，使用的應該是細長的直管型三基色日光燈；2)如在有商業(yè)用途的地方，可以使用細管直管形三基色螢光燈或陶瓷金屬鹵化物等，需要留意的是，光源的功率不能太大，在關(guān)鍵區(qū)域的照明，推薦使用發(fā)光二極管燈；3)在具有比較高的光源高度的室內(nèi)，需要以特定的應用需求為依據(jù)，選用具有更高頻率和更高功率的細管直管型三基色熒光燈；4)通常情況下，不能使用常規(guī)照明設(shè)備，也就是普通的白熾燈，但在一些有特別要求的地方除外[4]。

3.2.2 燈具與附屬裝置選擇

在滿足炫光限值和配光標準的前提下，優(yōu)先選擇性能好的產(chǎn)品。對于一些常見的光源，照明裝置的效率應該達到下列要求。

(1)對于直管型熒光燈，在開放式條件下，其照明效率不得小于75%；在透光型防護蓋下，燈管的效率不得低于70%；在棱鏡型防護蓋下，燈管的效率不得低于55%；格柵式燈管照明的效率不得低于65%。

(2)對于緊湊型熒光燈，在開放式照明條件下，照明效率不得低于55%；在使用防護罩的情況下，燈管的效率不得低于50%；格柵式燈管照明效率不得低于45%。

(3)對于金屬鹵化物燈，在開放式照明條件下，照明效率不得低于60%；使用防護罩的情況下，燈管的效率不得低于55%；柵式燈管照明效率不得低于50%。

(4)對于發(fā)光二極管燈(筒式)：1)在色溫為2 700K的情況下，格柵式燈具的效能不能小于551m/W，在使用防護罩的情況下，其效能不能小于601m/W；2)在色溫為3 000 K的情況下，格柵式燈具的效能不能小于601m/W，在使用防護罩的情況下，其效能不能小于651m/W；3)在色溫為4 000 K的情況下，格柵式燈具的效能不能小于651m/W，在使用防護罩的情況下，其效能不能小于701m/W；以鎮(zhèn)流器為主要輔助設(shè)備，應按下列要求進行選型：優(yōu)先選用節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器；若室內(nèi)有特別需要的頻閃效果，應安裝高頻鎮(zhèn)流器；所選擇的鎮(zhèn)流器，其電磁性能和諧波性能均要達到目前的標準；在電壓變化比較大的情況下，應該選用恒定功率的鎮(zhèn)流器；功率比較低時，宜選用電子鎮(zhèn)流器[5]。對于氣體放電燈來說，觸發(fā)裝置及光源的設(shè)定距離應符合實用要求。

3.2.3 照明功率密度

對各功能室的照明布局，在符合《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》中有關(guān)照度要求的基礎(chǔ)上，盡可能的選用高光效光源燈具，且滿足功率密度的限值要求。

3.2.4 照明控制

在民用建筑中，在走廊和樓梯等地方，應采用區(qū)域控制和其他節(jié)約能源的方法。

3.3 建筑設(shè)備

3.3.1 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備

(1)根據(jù)建筑物的種類和用途，選用合適的空調(diào)控制方式，并與物業(yè)管理系統(tǒng)有較好的配合，根據(jù)不同的功能劃分區(qū)域，達到分時控制的目的。

(2)在人流量較大的室內(nèi)，可按要求配置空氣品質(zhì)的實時監(jiān)控系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)，可以實時地收集、分析CO2的真實濃度，并依據(jù)這些數(shù)據(jù)來控制整個通風系統(tǒng)的運行。

(3)通風設(shè)備必須達到目前的技術(shù)要求，并且要有較好的節(jié)能效果。

3.3.2 給排水系統(tǒng)設(shè)備

(1)對供水系統(tǒng)，排水系統(tǒng)的水箱實際水位和壓力值進行實時監(jiān)控。

(2)根據(jù)水位、壓力等參數(shù)，自動控制水泵的啟停，并對主、副泵的啟停次序進行優(yōu)化。

(3)當系統(tǒng)出現(xiàn)故障、超時、水位超標等情況時，為了不影響正常用水，應自動發(fā)出警報。

3.3.3 電動機設(shè)備

(1)在滿足工藝要求并保持穩(wěn)定運行的前提下，對電機采用變頻調(diào)速控制。實踐證明，采用變頻調(diào)速裝置可達到很好的節(jié)能效果。

(2)對于感應電動機來說，在就地補償無功功率下，可以有效地提高設(shè)備的功率因數(shù)，從而達到降低線損的目的。

(3)以節(jié)能型電梯及輔助設(shè)備為重點，通過合理的智能化控制手段，進一步提升電梯的節(jié)能效率。

3.4 供配電系統(tǒng)的節(jié)能措施

(1)對變配電所和變電站的選址進行合理的設(shè)計。供配電系統(tǒng)為居民住宅中的電力裝置的調(diào)節(jié)提供了一個關(guān)鍵的能量來源，因此，在對其進行規(guī)劃時，必須優(yōu)先選擇合理的安裝位置，以保證其具有較高的效率。為縮小供電半徑，降低配電網(wǎng)在運行時的損失，變配電所與變電站均應位于建筑物的負荷中心附近。

(2)對變壓器的數(shù)目及容量進行合理配置。在民房供配電系統(tǒng)中，變壓器是一種非常重要的、消耗很大的用電設(shè)備。天然冷卻或風冷式的干式變壓器通常比油浸式變壓器具有更優(yōu)的節(jié)能效果。具有超低損耗特性的節(jié)能變壓器也成為節(jié)能設(shè)計的首選。例如，采用鐵氧體磁芯的變壓器，其空載損耗顯著低于傳統(tǒng)硅鋼片磁芯的變壓器。對于數(shù)量配置，我們需要依據(jù)供電可靠性、負荷特性等多個因素綜合考慮。在大型民用建筑中，可以安排兩臺或者更多臺變壓器，將其切換或并聯(lián)使用，以應對不同的負載和應急需求。在小型建筑中，可以選擇適量的微型變壓器，滿足建筑供電需求，同時實現(xiàn)能源的有效利用。

(3)確保高功率因數(shù)。功率因數(shù)是衡量電能利用效率的指標，一個較高的功率因數(shù)意味著電能的利用更高效，從而減少浪費和節(jié)省成本。在民用建筑的供配電系統(tǒng)中，選擇高效率的電氣設(shè)備是提高系統(tǒng)功率因數(shù)的直接方法。比如使用能效等級高的電動機、變頻器等設(shè)備，這些設(shè)備通常具備了改善功率因數(shù)的功能。安裝功率因數(shù)修正(PFC)設(shè)備，比如電容器和調(diào)諧濾波器，可以補償無功功率，并且減少供電系統(tǒng)的電流損耗。這些裝置能夠動態(tài)匹配建筑負載的變化，實時調(diào)整功率因數(shù)，保持供配電系統(tǒng)運行在最佳狀態(tài)。在分配電氣負荷時，將線性負載和非線性負載合理分配，避免因為非線性負載引起的諧波問題，影響到整體的功率因數(shù)。同時，通過優(yōu)化電路線路的布局，可減少線路的電阻和感抗，有助于提高整體的功率因數(shù)。

3.5 應用太陽能等新能源

面對目前的能源消耗和環(huán)境污染問題，利用太陽能這種可再生能源代替非再生能源是一條有效的方法，它不僅可以有效地提升能量利用效率，還對節(jié)能減排和資源節(jié)約有著重大的現(xiàn)實意義。在建筑電氣照明系統(tǒng)中，要對太陽能展開合理的深層次的開發(fā)與應用，就必須對太陽能的輻射量與分布面積進行科學的分析，因為太陽能可以為人們提供自然光照功能，所以它被視為一種全新的概念能源，在節(jié)能減排方面也起到了很大的作用。

3.6 運營管理

建筑節(jié)能是指在設(shè)計時所采用的各種節(jié)能措施，到了最后的運行階段，還可以利用智能監(jiān)測手段，對每一種電力系統(tǒng)展開自動監(jiān)測和管理。

(1)建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)。運用現(xiàn)代的自動控制技術(shù)，對大樓中的用電設(shè)備展開全面有效的監(jiān)控與管理，同時，通過多種控制策略，使得被控裝置能夠按照用戶的要求和波動范圍，將能源負載冗余維持在最優(yōu)的邊際成本水平上。

(2)能源管理系統(tǒng)。能源管理系統(tǒng)，實時監(jiān)控建筑物用水、用電、用氣的狀況，能夠及時發(fā)現(xiàn)能源消耗的異常點，不僅可以降低管理成本，還可以降低能源浪費。

4 結(jié)語

目前，在建設(shè)行業(yè)中，各種節(jié)能產(chǎn)品、節(jié)能技術(shù)不斷地推出，使得民用建筑可以實現(xiàn)的節(jié)能效果有了很大的提高，能耗也有了很大的下降。在我國，民用建筑的能源消耗占到了很大的比例，所以，對其進行有效的節(jié)能減排，已成為一個國家可持續(xù)發(fā)展的重大課題。在中國，民房占了相當大的比重，要想從根本上減少民用建筑的能源消耗，仍然任重而道遠。