智能小区建筑电气设计研究

陈振华

(重庆环保投资集团有限公司，重庆 400017)

0 引 言

当前，我国城市化水平正在不断提高，建筑节能降耗成为人们关注的重点。在此背景下，对建筑电气的节能降耗技术进行研究就有着重要的意义。针对建筑节能的研究，国外起步较早，并具备较多的研究结论。建筑节能在我国应用的时间较晚，但随着现代化的不断推进，我国不断规范了建筑节能要求[1]。在法律法规层面，我国公布了较多的设计标准，在技术研发层面，我国也不断取得突破，但普遍来讲仍需提高，因此针对国内而言，在进行建筑电气设计时需在我国国情的基础上，借鉴他国先进技术开展设计。

1 工程概况

为便于对建筑电气系统的设计进行研究，本文将以某小区为背景进行论述。该小区总体用地为62 314 m2，容积率为2.5。小区整体共划分为29层，其中二楼主要用于商用。其智能系统的布置如图1所示。

图1 智能系统总体框架示意图

2 优化节能设计

2.1 变压器的节能优化设计

在整个电力系统中，变压器是必不可少的设备。但在整个电力系统中，因其有着较大的容量，故从总耗电的角度来看，变压器的总功率的占比较小。针对该小区而言，其变压器有着较大的总耗能，在整个电力系统的线路损耗中，其损耗占比约为1/2，在整个变电站中，电力系统损耗约占小区总耗电的65%[2]。在选择变压器的时候，应从以下两方面进行考虑：①节能，应根据现场条件选取损耗较低的电力变压器；②结合其经济运行情况，确保变压器不出现轻负荷运行。

所谓节能变压器，在《三相配电变压器节能的限制和节能评价值》规范中有着明确的界定。针对该小区而言，为使其变压器功率损耗有所降低，在选择变压器的时候，需优先考虑的是该变压器是否具有最低的空载损耗以及是否为节能型。基于该角度，在选择变压器时可选择S9、SL9或SC8型。上述变压器与钢材料有着一致的磁畴结构，主要在冷轧硅钢片质量中使用。此外，上述类型的变压器还具有45°的全斜关节结构，能够有效降低损耗。

基于该小区所使用的最小有功损耗，运行设备经济效益最大的经济运行方式，按照其电力供应形势和具体用电情况，为确保变压器损耗能够在最大限度上有所下降，从而节约线路和电网损耗，满足节约电能的目的，需开展如下优化设计：

(1)降低有功损耗：变压器的有功损耗主要包括空载和短路两方面损耗，而对于变压器的短路损耗而言，其负载率又是其主要的影响因素。结合该小区的实际情况，在确保该小区变压器负载恒定时，变压器的最优选择方案为S11或S10节能变压器，能够使其损耗减小为75%，从而达到节能环保的最大效果。

(2)降低负载耗损：变压器绕组的电阻和电流是引起其短路损耗的重要因素，其与变压器的负载率的平方成正比例关系，故在进行变压器的选择时可通过选择绕组或电阻较小的变压器来实现节能，如铜芯类变压器，能够使变压器短路损耗(PK)有效降低。该小区的变压器在实际运行时，随着时间的变化，其负载曲线也可能会有所变化，即时间可通过负载率函数进行表示。故在时间一定时，变压器有着最佳的平均效率。一般情况下，该小区的电力轻负荷状态均出现在半夜到凌晨的时间，并且在一天内有着持续变化的负荷。故在对变压器装机容量进行计算的时候，不应采用最佳负荷系统，应选择略高的值。

2.2 配光节能优化设计

当前多采用驻点法或系数法进行照明计算，在该小区中的照明计算中以系数法为主。根据系数法的计算公式可知，利用系数与照面平均照度表现为正比例关系[3,4]。即为提高配光效果，可通过增加利用系数的方式来实现。对于利用系数而言，一般情况下因无法随意变更房间空间布置，故为使其照明效果有所提高，可通过提高室内墙壁反光能力来实现。此外，为使配光效果满足要求，还可通过减少发光效率的方式来实现。

为使小区内光的利用率有所提高，从而确保节能效果最大化，可通过合理的灯光配光来实现。在光线的选择设计过程中，需注意的是：若房间为又宽又窄的空间布置，不应采用窄光，因为窄光虽然具有较高的使用系数，但无法满足均匀性的要求；若房间较窄，为提高光的利用率，需采用窄光。此外，可根据房间室内空间比RCP确保灯光分布合理，在具体布置时可参考表1进行。

表1 灯具配光的选择

3 节能电控系统设计技术

不同于传统小区中统计能源消耗的方法，节能控制系统主要以远程控制的方式进行节能控制，其网络结构如图2所示。该系统采用所计算机控制技术取代了人工，全部依靠机械设备记录损耗信息，能够较大程度上节约劳动力并提高计算的精准度[5]。

图2 节能监控系统示意图

为对能源损耗标准数值外的费用进行严格控制，使其能够起到较好的警报效果，在系统设计时添加了计算机网络远程抄表的功能。相比于传统的人工抄表方式，以计算机技术进行抄表，能够起到更为严格和精准的费用计算和控制，并且以计算机技术进行数据的传输更加便于管理。对于能源的使用率而言，以计算机技术集中控制和防护数据能够起到较好的保障，并起到有效的节能减耗的作用，对传统管理的方式起到优化作用。但对于建筑物内的电气设备而言，电梯为较为特殊的一类，其在使用时的控制系统多为厂家提供，故在该系统中，主要通过对电梯电控箱的控制来实现信号的监测。

在监测空调工程方面，主要控制的因素包括空调温度、湿度以及风量等，对其压力也一并控制。在该系统中主要采取隔离的方式实现上述控制措施。将所需控制对象的测量传感器和执行器安装到空调机组内，并根据实际需要选取防冻开关。相比之下，传统的以人工的方式进行的控制对于空气质量而言较为不利，而且对于室内空气而言，其特点为惰性以及滞后，传统的控制方法在上述两方面无法起到较好的作用，对于封闭和人口较多的区域，在能源损耗方面采用自动控制能够起到最大化的利用效果，并能在较短时间内做出调整，相比于传统的人工方法能起到较好的优化效用。

在建筑物中，能源损耗最大的是空调系统，其次则是照明系统。若控制其节能减排，可使能源损耗有30%左右的减少。目前，该方面的控制较为落后，在设计时必须采用专业系统进行控制。照明设施的控制需根据不同小区的需求来进行调整，确保小区照明灯具的合理开关。最为全面的照明控制不仅能满足绿色节能的目标。还能对小区工作环境进行改善，当前小区的智能照明系统控制方式可分为两种，分别是直接数字控制器(DDC)以及分布式智能照明控制[6]。在统一智能空调、排水等系统之后，会以DDC的方式进行集中控制。该种方式以切换电源电路触点开关的方式来实现对照明电路的控制，虽然控制方法简单，但可靠性较低，故基于该小区的实际需要，在整个节能监控系统的设计中，采用的是分布式智能照明控制方法，以智能接触器的模块进行开关和总线的控制，如图3所示。

图3 总线型智能照明控制系统原理图

4 结束语

本文的主要研究对象为某智能小区的电气优化设计，因篇幅所限，本文主要针对该小区的节能设计以及节能电控系统进行了优化设计的讨论，以使该小区的智能化以及经济化等有所提高。基于上述分析，主要得出如下结论：

(1)通过对该小区的节能设计进行优化，取得了更加适合该小区的节能配电方法；通过对照明设施控制的分析，提高小区的照明性能并使其满足节能环保的要求。

(2)通过对小区电控系统的优化设计，将节能设计的理念贯穿于各项技术环节中，使其具有更加显著的电力节约。