高层建筑电气设计节能途径

刘东东 刘立刚

摘要：节能降耗是国家的基本国策，在建筑工程电气设计时应大力推广和实施国家的节能方针，在充分满足建筑物的功能要求的前提下，通过合理配置建筑设备，并对其进行有效、科学的控制与管理，减少能源消耗，提高能源利用率。本文阐述了高层建筑电气设计中的节能原则和设计中应注意的问题，探讨了高层建筑电气设计节能途径，并结合工程实例分析了节能的具体方法。

关键词：高层建筑电气设计节能原则问题节能途径

中图分类号：TU201.5文献标识码： A 文章编号：

随着城市用地越来越紧张，城市中高层建筑的数量也在不断的增加，并且得到人们的广泛认可。电气设计对于高层建筑功能的发挥具有十分重要的作用，随着我国高层建筑的发展，高层建筑电气设计也取得了很大的成就，但是仍然存在很多的问题和不足的地方，其中很具有代表性的问题就是能耗过大，这与我国建设节约型社会是不相适应的。

一、高层建筑电气设计中的节能原则

由于人口的增加,工业的发展,生活水平的提高,能源的消耗也就急剧增加, 能源危机迫在眉睫。因此,各行各业提出了节能的要求,节约二次能源———电能, 也就成为民用建筑电气设计的焦点。建筑电气设计节能的原则建筑电气节能应坚持以下三个原则:

1、满足建筑物的功能

即满足照明的照度、色温、显色指数。满足舒适性空调的温度及新风量, 也就是舒适卫生。满足上下、左右的运输通道畅通无阻。满足特殊工艺要求, 如娱乐场所的一些电气设施的用电,展厅的工艺照明及电力用电等。

2、考虑实际经济效益

节能应按国情考虑实际经济效益, 不能因为节能而过高地消耗投资,增加运行费用。而是应该让增加的部分投资,能在几年或较短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。

3、节省无谓消耗的能量

高层建筑需要消耗大量的能源来确保其日常的正常的运转，但是在这个过程当中很多能源的消耗都是没有必要的。为了避免这种情况的发生，应该对建筑物的能耗情况进行详细的调查，对每个细节的能源消耗进行详细的掌握，然后消除不必要的能源消耗，采用先进的节能设备来减少能源的消耗，在不影响建筑功能正常发挥的前提之下，尽可能的降低能源的消耗。

二、高层建筑电气设计过程中应注意的问题

1、高层建筑由于照明、空调、电梯、给排水等诸多设备,因此负荷多，用电量特别大,且供电的可靠性要求很高。

2、在高层建筑中,照明与动力基本上不共用干线。动力负荷多采用放射式供电,照明负荷则多采用母线槽配电, 与动力分开。

3、电气设备的管线应采取防火措施。

4、空调等主要用电设备布局分散,多数要求采用计算机集中管理。

5、采取防震措施。如配电屏、灯具等电气设备的防震；管线的层间贯通和建筑伸缩缝与沉降缝的耐震处理等。

6、消防要求高。因为高层建筑高度高,体量大,人员密集,设备多,建筑本身火灾隐患多, 故对消防要求很高。

7、在高层建筑的电气设计中,要把电能消耗指标作为全面技术经济分析的重要组成部分。节电的设计方案,应根据技术先进、安全适用、经济合理、节约能源和保护环境的原则确定。采用合理的配电方式,采用高效率变压器、电动机和照明光源、无功功率补偿装置和设备监控电脑系统等措施, 减少电能损耗,节约用电。

三、高层建筑电气设计节能途径

在充分满足高层建筑内照明、空调以及一些特殊工艺用电的前提下，在进行建筑电气设计时也应充分考虑节能措施。首先，应该确认哪些设备与能耗有关，与建筑物的功能有关，再确定具体的节能措施。始终坚持技术先进、安全适用、节约能源和经济合理的原则，合理设计建筑电气设备。

1、供配电系统的节能

（1）变压器及发电机组的选择

根据负荷计算的结果确定变压器以及发电机组的容量，选择其型号、台数。为了响应国家建立节约型社会的口号，也从经济角度出发，变压器应选择节能型变压器。节能型变压器能够损耗掉铁心的涡流，高导磁的优质冷轧晶粒取向硅钢片和先进工艺制造使硅钢片有良好的接缝密合，可以减少漏磁损耗。与老产品比，节能型变压器空载损耗和短路损耗降低，10kV系列分别降低约41.5%和13.9%。高层建筑中自备发电机组应选择应急自起动型柴油发电机组或全自动型柴油发电机组，并且要起动性能好、运行可靠、高速小体型机组，宜选用高速柴油发电机组和无刷型自动励磁装置，高速柴油发电机具有体积小、重量轻、起动运行可靠等优点。无刷型自动励磁装置具有适应各种起动方式、易于实现机组自动化或对发电机组遥控的特点，并且当与自动励磁装置配套使用时，可使静态电压调节率在±2.5%以内。

（2）配电线路的节能

线路损耗在电能损耗中所占比例较高，从功率损耗的计算公式可知，线路的电阻与导线长度、导线截面面积以及电阻率有关，减小线路的电阻，可以采取减小导线长度的方式。高层建筑内的供电配线应尽量简单，选用电阻率低的导线，现在多使用铜芯导线，铝芯导线使用的较少。由于建筑的规模越来越大，变配电所应深入负荷中心，以减少线路过多而且过长带来的附加线路损耗。

（3）电容无功补偿容量的选择

为了提高电能的使用率，可以通过提高供电功率因数的方式。在我国，对用电单位的功率因数要求低压供电者为0.85以上，高压供电者为0.9以上。大多数的高层建筑采用在低压配电室的配电母线上安装若干组低压电力电容器补偿供电范围内的无功功率以达到提高功率因数的目的。

2、照明节能

照明节能设计是在确保作业面视觉要求、保证照明质量的前提下，充分利用光能，减小光能的损失。在充分利用自然光的情况下，采用合理的照明设备安装方式，采用高光效的电光源、节能型的电气设备、高效的节能灯具等，是节能的一种重要手段。同时，对节能照明灯具进行智能控制，采用光控、声控、自熄开关等也是一种有效的方法。随着技术的不断进步以及产品价格的下降，智能灯控系统、光导管技术已经被越来越多的高层建筑设计方案采用。

四、工程实例

某大学图书综合楼高85m, 20层, 建筑面积36 300m2, 集办公、科研中心、图书馆和实验中心于一体。

中央空调系统制冷站配置有230×104 kcal / h LG主机2台, 75kW冷冻水泵3台, 110kW冷却水泵3台, 冷却塔2座, 每座冷却塔装备7.5kW风机4台, 共8台冷却塔风机。针对中央空调系统制冷站的具体配置情况,采用了一套BKS 800中央空调节能控制系统。BKS 800是采用计算机技术、模糊控制技术与变频技术, 根据中央空调运行所要求的多元参数, 建立一套空调水系统变流量控制模型, 实现对空调系统负荷的动态跟踪和系统运行的实时控制。

工程应用一年多来, 达到主机节约热源蒸汽20%～40%, 水泵及冷却塔风机节电60%～80%。中央空调辅机系统每年可节约电能消耗57.3 ～66.1万kW·h, 全年节约中央空调总运行费用高达70万元。

该大学综合楼分相电容补偿配电柜分布情况为1~2层为4台/层、3~6层为2台/层、7~8层为1台/层, 总共使用了18台柜子。现以一层为例进行数据比较, 见表1及表2。

表1 补偿前的计算数据

表2 补偿后的计算数据

综上所述，不难看出，建筑电气的安全、节能设计在整个建筑行业、供、配电设计行业都发挥着重要的规范作用，我们只有本着高效、节能、科学、适用的原则在充分调研的基础上合理的选择设计方式、不厌其烦的进行综合的实践并总结创新的经验才能最终使我国高能耗、低能效的发展现状得到根本的改变，从而实现国民经济的快速、可持续发展。

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