浅谈建筑电气有效节能

陈艳艳（厦门合立道工程设计集团股份有限公司）



浅谈建筑电气有效节能

陈艳艳
（厦门合立道工程设计集团股份有限公司）

【摘要】国家对建筑节能越来越重视，本文对建筑电气节能部分几种措施进行分析及介绍，希望通过这些措施的实施来实现电气专业节能。

【关键词】建筑设备；节能措施；节能管理；管道式日光照明

在节能成为全球能源利用主题的当下，为建造绿色建筑而进行的节能设计也成为工程建造的重要要求。我国现有400多亿m2的房屋建筑面积，99%为高能耗，建筑能耗约为全国能耗的25%～30%，能源利用率只有发达国家的30%，所以建筑节能任重而道远。

建筑电气作为建筑的重要组成部分，从设计初始就应充分考虑有效的节能措施。电气节能的原则是为：在充分满足、完善建筑物功能要求的前提下，减少能耗，提高能源利用率，而不是简化建筑物的功能，降低标准。节能的途径之一是合理配置建筑设备，并对其进行有效、科学的控制与管理。

电气节能的主要技术措施主要从以下四个方面实现：供配电系统、建筑照明、建筑设备节能与计量管理、新能源技术的应用。

1　供配电系统节能措施

⑴供电系统应简单可靠，同一电压等级的配电级数高压不宜多于两级，低压不宜多于三级，尽量减少配电级数增多带来的电能损耗。通过合理的负荷计算，确定变压器的容量及台数，其负荷率宜控制在70%～85%，使变压器工作于最佳状态。季节性的用电负荷如空调机组、冷水机组等，在设计时，可考虑集中1～2台变压器供电，以适应非空调季节负荷变化时能够灵活投切变压器，实现经济运行，减少由于轻载运行造成的不必要电能损耗。

在工程设计中，通常是方案阶段采用单位指标法计算用电负荷，施工图阶段根据用电设备采用需要系数法计算，选定完整个项目的装机容量，再用单位指标复核变压器容量是否满足，负荷率是否合理。但笔者在工作中一直对已投入使用的建筑变压器实际运行负荷率究竟为多少的问题存在疑惑。因没有从实际工程建筑中取得数据分析，所以无从得知各项目变压器的设计容量是偏小亦或是富余太多。很巧的是在《建筑电气》期刊中查阅到由清华大学建筑节能研究中心张辉、李一力共同撰写的《调整单位建筑面积电气设计容量重要性的研究》一文，里面一些数据可供我们参考。

清华大学建筑节能研究中心通过分析全国50余座建筑物实时监测的电耗数据发现：现有建筑的变压器运行负荷率均在较低的水平上。通过对实时采集数据分析，发现建筑物全年总负荷最大时，单台变压器的负荷率也只有67.5%；而在用电低谷季节，单台变压器负荷率在10%～15%的现象比比皆是。

文中选取北京市几座建筑物实测变压器最大负荷率进行说明。表1为文中部分建筑变压器的台数和容量。

表1　

图1为实测2009年全年总负荷最大的情况下，各台变压器负荷率。可以看出，单台变压器负荷最大时，变压器负荷率最高达77.5%。然而通过对全年负荷数据的实时计量看出，负荷率达到77.5%的时间非常短暂，每次出现的时间也就在0.5～1小时之间，全年加起来也就是几个小时。因此，可以认为这个负荷率对应的变压器容量，就应该是我们选取变压器的额定容量。也就是说，变压器的节能潜力理论上可达22.5%。

这个课题的调研，虽然样本量小不足以支持结论，但笔者认为，对设计工作中考虑变压器容量选择和节能是一个指导方向。同时，笔者也坚持，对能耗数据的统计、分析和反馈意义重大，应有更多这样的信息反馈给设计工作者。

⑵减少线路损耗是配电线路设计合理及经济运行的重要指标。由于配电线路有电阻，有电流通过时就会产生功率损耗，其公式为：

式中：

P——三相输电线路的功率损耗（kW）

I——线电流（A）

R——线路相电阻（Ω）

ρ——导线的电阻率（Ω.m）

L——长度（m）

S——导线截面积（m2）

其中“R”线路电阻在通过电流不变时，线路长度越长则电阻值越大。电网输送电能时产生的功率损耗与线路长短、线阻大小及电流量有关。工程设计中降低配电线路的损耗有以下途径：①合理确定电气功能用房的位置，变压器尽量接近负荷中心，以减少供电半径；避免配电线路迂回，减少低压侧线路长度。②对于较长的线路，在满足载流量、热稳定、保护配合及电压降的要求下，可加大一级导线截面。

图1　

另外，笔者在设计工作中总结出，对于平时、消防时共用的负荷，其双电源的配电总箱通过合理的分配用电负荷，可以调整线路中的电流，从而实现减少线路损耗的目的。

图2的配电方式为1APE1箱所接回路均为末端设备的主用配电线路，1APE2箱的配出线路为备用回路。在主用电源1APE1箱线路正常情况下，1APE2箱不投入，1APE1箱进线回路上的电流Ic=Pc/Ucosφ，从上一级配电箱至1APE1箱的线路损耗为P=3·Ic2R·10-3。

图3的配电方式为1APE1箱一半回路为末端设备的主用回路，一半回路为备用回路，1APE2箱回路的主备用关系与1APE1箱相应对调。在线路正常情况下，假设每回负载容量相同，则1APE1、1APE2箱均带50%的负荷。较图2的配电方式，图31APE1、1APE2箱进线回路上的电流I=Ic，从上一级配电箱至1APE1、2箱的线路总损耗为2·P=2［3·（1/2Ic）2·R·10-3）］=（3·Ic2R·10-3）。

可以看出，图3配电方式的线路损耗为图2的一半。因此，笔者认为，在设计工作中，若是相似的配电情况，应考虑采用图3的负荷分配方式更为合理。

⑶提高供配电系统功率因数，可以减少线路无功功率的损耗，从而达到节能目的。主要方法有提高自然功率因数和人工补偿改善功率因数两种。合理选择电动机的容量，接近满载运转；限制感应电动机空载运转；正确选择变压器容量，提高其负荷率等均是从设备上，属于提高自然功率因数。人工补偿在民用建筑设计中通常静电电容器补偿，这个普遍都能达到节能要求。

图2　

图3　

2　照明系统节能措施

除中央空调外，照明是建筑物又一能耗大户，耗电量约占20%～25%。照明节能就是在保证不降低作业面视觉要求、不降低照明质量的前提下，力求减少照明系统中光能的损失，从而最大限度地利用光能。设计时主要从以下几个方面考虑实现：①正确合理确定光源、灯具、附件；②合理的照度值及功率密度值的确定；③根据建筑的功能、照明使用特点定制控制方式；④充分考虑自然光、太阳能等新能源、新技术产品的利用。

《建筑照明设计标准》GB50034-2013中对光源、灯具等做了推荐和限制。限制白炽灯的应用，推荐使用细管直管型三基色荧光灯，金属卤化物灯、高压钠灯、发光二极管等。使用低能耗性能优的光源附件，如电子镇流器、节能型电感镇流器、电子触发器等。

照明功率密度值是强制性标准，用功率密度值来评价照明设计的合理性，在国际上也是一种较为先进可行的节能措施。在设计中应根据照明场所的使用性质确定照度标准，选用高效光源和灯具，避免过渡使用装饰性灯光效果。

以充分利用自然光为原则来定制照明控制方式，工程设计中常是通过灯具平行外窗分组控制；多灯具的房间控制开关不少于两个；采用各种接点开关如延时开关、调光开关、智能自控系统等几种方式达到节能控制需求。此外，对于体育场、馆，大型多功能厅宴会厅等特殊功能的建筑场所，可根据使用特点，预设多个场景照明方案。

日光照明技术是利用自然光能解决白天照明而节能的有效方法，是新能源技术应用的典型实例。笔者在2011年参与设计的南安市某住宅节能示范小区项目，在其地下车库的部分区域就采用了管道式日光照明装置。与景观布置相结合，在室外地坪上与设置采光罩收集自然光，通过光导管向下传导，透过光线漫射器，将自然光引入室内。与电光源照明系统结合使用，能灵活满足场所内的照度需求。对室内运动场、体育馆等建筑可推荐使用。

图4为该小区日光管道照明装置安装完成后地面及地下室的实景图片。

图4　

管道式日光照明装置适用性强，节能无污染，是实现建筑节能减排的一项值得关注的新能源技术。

3　建筑设备节能与计量管理

空调系统是建筑设备中占用能耗最多的系统，其特点是设备多，控制规律复杂。通过设置空调自控系统，可以实现集中管理，远程控制，自校正变参量温度控制，提高舒适的，末端设置冷量分户计量，若某房间冷量使用超标，可及时发现，更加节能运行。

照明部分应根据建筑的特点及经常使用情况，在照明系统内加入智能照明控制系统，实现时间控制，人体感应控制，照度感应控制，手动/自动控制照明系统，通过智能照明控制，实现“人走灯灭”和按需开关等的绿色照明。

同时对各类设备的能耗要做到分项计量，照明插座、动力、空调和特殊用电单独计量。并对各子项能耗进行数据采集及分析，建立建筑设备能源消耗的指标体系，通过集成管理系统，对采集的各类设备能耗数据进行分析，形成综合设备管理、维护计划、能源用量、节能运行等方面，提升管理水平，减少能源损耗。

4　新能源技术的应用

所谓“新能源技术”并非新的科学技术，只是对民用建筑而言近年来为实现节能减排、建造绿色建筑而开始采用的一些技术，如太阳能光伏发电、日光照明技术等。据粗浅了解，太阳能光伏发电系统在民用建筑中使用时，成本造价过高，不能产生规模效应，产生的电能效益与其系统造价严重脱节，故在民用建筑中未能广泛推广。文中第二点提及的日光照明装置属于日光照明技术中的被动式日光照明装置，较主动式光纤集光照明装置，管道式日光照明装置基本不涉及能耗，加之成本较低，充分体现了建筑节能的理念，建议推广。

5　结束语

根据建筑物的特性和使用功能，合理利用能源，提高能源效率，建立完善的计量管理制度，是为建筑电气有效节能举措，需要设计工作者从项目伊始就充分考虑，使绿色建筑的理念落到实际。●

【参考文献】

［1］福建省住房和城乡建设厅.DBJ/T 13-158-2012，福建省公共建筑能耗监测系统技术规程［S］.

［2］张辉，李一力.调整单位建筑面积电气设计容量重要性的研究［J］.建筑电气，2010，（6）：11-15.