高层建筑电气节能设计的现状及方法探讨

吕楚勇

摘 要：文章结合笔者的实际工作经验，阐述了高层建筑电气设计的现状及原则，从而针对高层建筑电气设计及节能措施进行了探讨，旨在为建筑设计人员提供参考。

关键词：高层建筑；电气节能；现状；设计方法

高层建筑由于具有面积大、层数多、功能和结构复杂等特点，因此给电气设计工作带来了一定的难度。高层建筑电气主要包括动力设备、电气设备、复杂的照明系统以及消防安全系统，这些电气设备对电气功能要求较高，以及对电能的消耗量相当大，因此做好高层建筑电气节能设计工作已势在必行。下面通过工作实践，主要就高层建筑电气节能设计的现状及方法进行了论述，以供参考。

1 高层建筑电气节能设计的现状分析

近年来，在高层建筑电气节能设计过程中仍然存在着一些问题和不足，如照明设计仍采用白炽灯、设备负荷过大及空调系统等未考虑智能化等方面，这些不足之处将会加强建筑的能源，因此引起了建筑设计人员的广泛重视。具体问题包括以下几点。第一，高层建筑的楼梯间、电梯厅、公共走道的照明全部采用应急照明，没有设置节能控制开关，部分光源采用白炽灯，节能效果达不到要求。同时，在高层建筑照明设计中对照明灯具的功率因数、效率、镇流器无要求。第二，大部分项目由于电气设备容量数据不全，估计的成分太多，负荷计算不准确，导致变压器选择过大，干线电缆、导线选择偏大，造成“大马拉小车”的浪费现象。

2 高层建筑电气节能设计的原则

随着我国国民经济的不断发展，高层建筑规模不断扩大，在高层建筑建设过中加大了建筑能源的消耗和浪费，尤其是在建筑电能消耗方面，其消耗量逐年增长。因此，在高层建筑电气设计过程中，我们不仅要做好电气节能设计，而且还要掌握好电气节能设计的原则，以达到建筑节能的目的。

（1）高层建筑电气节能要满足建筑使用功能的要求，满足建筑的日常照明、室内温度、通风量，确保建筑上下通道的畅通和电气娱乐设施的用电。

（2）高层建筑电气设备设计要考虑经济因素，实现电力运行和电气节能之间关系的协调，提高建筑运行的整体效益。

（3）高层建筑电气节能是避免不必要电能的消耗，设计人员要首先确定建筑能耗的关键点，对功能损耗严重的电气设备进行处理，采用先进的技术来降低能耗，加大新技术和新型节能设备在高层建筑的应用，以实现建筑节能的目标。

3 高层建筑电气节能设计方法

根据高层建筑电气设计的现状与原则分析，使我们充分认识到了高层建筑电气节能设计的重要性，因此如何做好高层建筑电气节能设计工作，实现高层建筑节能目标，应从以下几个方面入手：

3.1 变电所位置的选择

高层建筑因为楼层多，负荷分散，为保证配电干线最大电压降不超过允许值，减少电能损耗，降低大截面电缆用量，变配电室的位置选择十分重要，应尽量靠近负荷中心，一般变电所的位置有以下几种设置方式：（1）将变压器设在地下室或辅助建筑物内；（2）在地下室内和最高层设置变压器；（3）分别在地下室、最高层和中间层设置变压器；（4）仅在中间层设置变压器；（5）主变压器分设在底层与上部各层。究竟采用何种方式，除了考虑经济、设备条件和施工方便等因素外，还要考虑经营和管理因素。

3.2 变压器节能

变压器节能的实质就是降低其损耗、提高其运行效率。变压器运行中的铁损、杂散损耗是固有的，而铜损是随载率的平方而变化，变压器节能措施主要有：1）合理选择变压器容量和台数，选择容量与电力负荷相适应的变压器，对负荷进行合理分配，使其工作在高效低耗区内。2）选用节能型变压器。节能变压器具有损耗低、重要轻、噪声低、效率高、抗冲击、节能显著等优点，设计时应首选高效低损的节能变压器。3）加强运行管理，实行变压器经济运行。电力用户内部变电所之间宜设置联络控制，在负荷变化情况下，及时投入或切除部分变压器，防止变压器轻载和空载运行，从而减少损耗。

3.3 提高系统的功率因数

提高系统的功率因数，减少无功在线路上传输，以达到节能的目的。线路损耗的公式展开后得下列计算式：

△P=3IФ2R×10-3=（RP2/UL2+RQ2/UL2）×10-3kW （1）

在（1）式中，UL为线电压，V；P为有功功率，kW；Q为无功功率，kVA。RP2/UL2 为线路上传输有功功率而引起的功率损耗，RQ2/UL2 为线路上传输无功功率而引起的功率损耗。有功功率是满足建筑物功能所必须的，因此是不可变的。系统中的用电设备，如电动机、变压器、线路、气体放电灯中的整流器都具有电感，会产生滞后的无功，需要从系统中引入超前的无功相抵消，这样超前的无功功率就从系统经高、低压线路传输到用电设备，在线路上就产生了有功损耗，而这部分损耗是可以改变的，可通过就地无功补偿来实现。

3.4 电动机在运行中的节能

在高层建筑电气中的电动机都是与暖通、给排水、建筑等工种的设备相配套，由设备制造厂商统一供应。因此，其节能措施只能贯彻在运行过程中，除了上述的用就地补偿电容器以减少线路由于输送超前无功而引起的有功损耗外，还应减少电机轻载和空载运行。因为，在这种情况下，电机的效率是很低的，消耗的电能并不与负载的下降成正比。

3.5 降低线路电能的损耗

线路电能损耗也是高层建筑电能损耗的重要方面，设计人员要重视线路上的电能损耗，按照发热条件、 电压损失和机械长度来进行低压线路截面选择，减少线路损耗，选用电阻率比较小的材质作为线路导线，包括铜芯导线和铝线。在设计的过程中应该尽量的减小导线程度，布线应该避免走弯路和回头路，变压器应该和负荷中心靠近，缩短供电的距离，减少线路电能损失。此外，在建筑电气节能设计的过程中，设计人员还应该尽量的增大导线截面，较长的线路要满足热稳定、电压要求以及载流量，在减少线路损耗的基础上降低火灾系数，提高建筑供电质量。

3.6 照明系统的节能

设计人员应该尽量的选用高效光源，室内场所照明可以使用小功率高压钠灯和荧光灯，室外照明和道路照明可以使用高压钠灯和金属卤化物灯，气体放电灯和荧光灯要安装电容器。 设计人员可以采用光通比例高、 反射系数高和配光特性稳定的灯具，照明方案要要进行合理的设计，充分的利用自然光，在建筑中尽量使用定时开关、 节电开关和调光器，建筑室外照明可以采用光电控制器，插座面板上尽量设置开关控制，实现建筑照明节能。

3.7 空调系统的节能设计

空调用电在建筑电气用电中占有较大的比例，合理设计空调系统用電可以大大改善节能效果。首先，制冷机组作为空调系统中主要设备，其能耗量占了整个空调系统能耗的一半以上，则制冷机组效率越高耗电量就越少，尤其是大容量的空调系统。在进行空调系统选型时，尽可能的选用容量小、能效高的机组。其次，空调冷冻水泵与冷却水泉作为空调系统的重要设备，约占空调系统总能耗的15%-20%。空调水系统能够实现随着负荷变化可以调节能量是水系统节能的关键，这就要求空调系统的水泵必须具有良好的调节性能。实现这一性能可以通过定转速流方法与变频空调变速流量方式来完成。变频空调就体现了这一特征，提高水泵的工作效率，合理利用能源，减小水泵点好，从而节约电能。

4 结论

随着我国建筑业的迅速发展，高层建筑建设数量不断增多，高层建筑对工程的设计质量提出了更高的要求。高层建筑由于具有面积大、 层数多和功能复杂的特点，因此对电气有着很强的依赖性。高层建筑电气节能设计质量的高低直接影响到建筑的安全性、 可靠性和经济性，因此，建筑设计人员要在电气设计的过程中贯穿节能原则，优选节能型电气设备，以实现建筑的整体节能。

参考文献

[1]张金凤.民用建筑电气节能设计要点分析[J].科技信息，2010（01）.

[2]黎庆强.建筑电气设计过程中的节能措施[J].科技资讯，2009（06）.