建筑电气节能减排措施和光伏新能源的应用

何得虎

(陕西紫润建设工程有限公司青海分公司 青海西宁 810000)

在生态环境建设相关理念下，各行业在发展过程中均加强了节能减排技术的研究。建筑电气工程整体结构复杂，其中包含的子系统不仅种类较多而且能耗水平也比较高，在建筑电气节能减排思维的指导下，当前建筑电气工程在设计过程中必须考虑能耗问题，而现代化建筑中电气系统融合较深，尤其是一些长时间运行的电气设备相对较多，这一部分的节能减排水平在很大程度上决定了系统整体状态。光伏发电能够以清洁可再生的形式提供电力，而光伏建筑一体化也正是减少建筑能耗及排放的重要措施，不同建筑在与光伏发电系统结合过程中选择的形式不同，但其核心目的都在于利用光伏发电减少建筑整体电能消耗。现代化社会发展过程中，可持续发展理念已经深入各行各业，为维持更好的生态环境，建筑电气系统必须在满足使用需求的基础上进一步降低能耗。

1 建筑电气节能减排原则

建筑电气节能减排主要包括两大基本原则。第一，节能减排不能以建筑电气功能以及建筑使用体验作为代价。从这一点上看，节能减排应从技术手段上入手，通过降低同类电气设备的功耗从而实现节能减排目标，不能在追求节能减排的过程中影响建筑功能。第二，建筑电气节能减排要注意经济性。一般来讲，在考虑到电气系统节能要求时，普遍需要从多角度进行节能设计，这就意味着很多传统电气设备需要更换为节能型设备，在这一过程中相应的系统投入会有所增加，这种情况下，要充分结合当前建筑工程的功能需求以及实际技术能力，不盲目应用一些先进技术，以务实的姿态来降低电气系统能耗水平。除上述两大原则外，实现建筑电气节能减排目标还需要规范电气设备的使用方法，保持更好的节能意识，确保电气系统内各子系统按需运行，减少非必要运行时间[1]。

2 建筑电气节能减排存在的问题

2.1 变压器设计不合理

变压器作为建筑电气工程的基础设备其担负着电力调节和电力入户等重要任务。很多建筑工程在变压器设计过程中并未充分考虑节能减排要求，在变压器选型、变压器配置等方面存在诸多问题。不同变压器其空载损耗以及负载损耗差异非常大，传统变压器受材料和运行原理的限制其电能损耗往往比较大，对比来讲，节能变压器可以在不同运行状态下实现较好的节能减排效果。目前，我国建筑电气系统中节能变压器的应用仍比较有限，此部分的能耗损失相对较多。变压器配置不合理也会导致电力损耗增加，根据变压器具体参数，所有变压器都可以计算出高效运行负载，例如很多建筑电力变压器负载率在60%左右时其效率相对较高。我国很多建筑工程存在变压器配置不合理的情况，变压器多数情况下的负载率并非不在节能区间，因此电能损耗也比较大[2]。

2.2 照明系统设计不合理

照明系统也是现代建筑工程重要的用电系统，相当一部分建筑照明能耗相对较大究其原因可概括为以下几个方面：首先，光源及配套灯具选择不合理，很多建筑照明系统在设计过程中并未严格按照节能要求使用节能型光源，其所使用的包括白炽灯在内的灯具照明过程中发热量极大，能耗较高，且很多建筑照明系统没有考虑到配套灯具对于节能减排的作用，并未充分利用灯具提升光源照明效果，因此其光源布置数量相对较多，这也在很大程度上增加了照明能耗[3]；其次，照明系统控制技术不到位，绝大多数照明系统不具备基础自动化功能，不能按照设定要求执行自熄操作，这增加了照明系统的无效运行时间，进一步增加了照明系统能耗；最后，很多建筑没有注意人工光源照明和天然光的合理搭配，由于自然采光效果不佳因此建筑内人工光源分布较广，这也无形中增加了建筑照明系统的整体能耗水平[4]。

2.3 通风系统设计不合理

现代建筑工程为了保证建筑使用舒适度多数都配备了相应的通风系统，不论是新风系统还是中央空调其都属于能耗大户，通风系统主机功率普遍较大，而且空调系统的能耗水平与温度参数之间有直接关系。当前很多建筑工程空调系统存在制冷量（发热功率）不科学、设备选择不合理、设备控制参数不合理等诸多问题，这些问题直接导致建筑空调系统存在制冷或者制热量冗余以及无效运行时间过长等问题。很多建筑通风系统缺乏相应的自然环境感知调控能力，这使得系统整体自动化控制水平较低，不能根据实际需求以节能功率运行系统。除此之外，很多建筑通风系统还存在管线设计不合理的问题，不仅大大降低了系统的空气调节效率而且导致系统开机时间大幅延长，这些都是当前建筑通风系统在节能降耗方面存在的重要问题。

2.4 供配电线路设计不合理

由于当前建筑电气系统非常复杂，因此建筑工程的供配电线路分布极为广泛，总线程非常长。供配电线路设计不合理导致的能耗问题非常常见，这主要体现在以下几个方面。

第一，线路设计不符合相关规范。线路设计应与用电设备分配情况结合考虑，但事实上很多建筑的供配电线路并没有按照这一原则进行设计。以消防应急配电箱的设计为例，很多高层建筑工程其消防应急配电箱过于密集，甚至在每个楼层均予以布置，这就在很大程度上增加了供配电线路的能耗水平。第二，电线类型选择不合理也是导致供配电线路能耗较高的重要原因。就强电设备的供电线路来看，如果电线的类型选择不正确，就会导致供电过程中的发热量增加，不仅有安全隐患而且线损相对较大，在同功率设备的运行过程中，线损更大的供电线路其整体能耗水平更高。

3 建筑电气节能减排措施

3.1 变压器方向的节能减排措施

变压器方面，应该在设计过程中结合实际情况做好变压器的选型和配置工作。首先，应在考虑节能减排的基础上选择新型节能变压器。当前，非晶合金变压器以其更低的空载损耗成为了建筑电力变压器的重要选择，此类变压器在铁芯方面使用非晶态金属替换传统硅钢材料，大幅降低了变压器的空载损耗。根据调查研究显示，此类变压器相较于传统硅钢变压器空载损耗降低70%左右，在变压器选择方面应重点考虑此类节能型变压器。其次，在变压器配置方面，应注意根据用电需求合理调控变压器的负载率。不同负载率下变压器的整体损耗差异较大，按照电气系统整体用电需求将变压器的负载率控制在60%左右时变压器损耗相对较小、能耗比更好，因此可以科学计算变压器的负荷变化区间，结合实际情况布置变压器，减少变压器平均负载率以降低运行损耗。除此之外，对于变压器而言，更大的发热量意味着更大的能量损耗，因此要注意积极控制变压器发热，可以通过保持三相电流平衡来减少变压器发热情况。

3.2 照明系统方向的节能减排措施

照明系统节能减排措施主要包括光源选择和节能控制技术应用。从光源角度来看，传统热光源普遍存在能耗高、照明效果差等问题，因此建筑照明系统在光源选择方面要注意规避发热量较大的热光源，积极选择亮度高、寿命长、能耗低且照明效果更好的节能冷光源。比较常见的节能光源包括LED 灯、节能荧光灯以及金属卤化物灯等，不同位置、不同照明需求下应选择不同的光源，比如：楼体外部安装的用于对小区内活动空间进行照明的灯具应选择发光效率高的金属卤化物灯，而装饰性灯则应该选择色彩多样且能耗较低的LED 光源。从照明节能控制技术上来看，自动化控制和分区控制都能够起到较好的节能作用。自动化控制包括基于时间的自动启动/关闭系统以及声控照明技术等，应用相关技术后可对某一部分的照明时间进行科学控制，在固定时间启动照明设备同时也在固定时间准时熄灯，具体时间可根据需求灵活控制。对于非长期照明需求的位置，要注意使用声控开关，实现人来灯亮、人走灯灭。分区控制主要是增加独立开关，在照明过程中根据需求开启部分光源，减少过度照明带来的能耗[5-6]。

3.3 通风系统方向的节能减排措施

此类系统想要在确保运行功能的基础上减少能耗必须要明确各区域的通风、制冷、制热需求。在空调制冷方面，应在设计中即进行精确的冷负荷计算，在明确这一参数后科学选择制冷机组，使冷负荷略小于制冷量，这样既能够较好地满足空调制冷需求同时也达到了节能减排的目标。此外，要注意工作机组的运行效率，要注意保障通风系统机组有更高的运行效率，保障其在多重负荷状态下始终保持较低的功耗水平。在设备选择过程中选择变频机组，变频技术是通风系统重要的节能技术，相较于定频设备其能耗水平平均下降15%左右，是降低系统能耗的重要措施。此外，在控制系统上要进行精确调控，减少机组的非必要开启时间，同时强化二氧化碳监测器和温度传感器的精度，根据控制系统精确调控风量。另外，还要注意冷却系统的节能控制，根据冷却水温度控制风冷系统的启动时机，减少冷却系统的能耗。

3.4 供配电线路方向的节能减排措施

配电线路方向上的节能措施主要包括以下几点。

第一，合理设计线路路径。不同设备距离电源的位置不同，而供电线路越长，线损越高，因此在线路路径设计过程中要尽量缩短用电器和电源之间的距离，避免超长距离供电。而且在走线设计过程中要尽量减少线路的弯折次数，线路弯折处的电阻发生一定改变，因此弯折处的发热量也相对更大，减少线路弯折次数有利于减少线损。第二，选择合适的线材。不同用电设备其用电需求不同，根据其功率情况科学选择不同截面积的电线也能够起到较好的节能效果。举例来讲，某用电器其运行功率为5 kW，根据国标要求其最少应选择2.5 mm2的铜芯线材，但是在实际设计中可以选择4 mm2的铜线作为供电线路，这样可以减少线损，提高电能利用效率。

4 建筑光伏新能源应用

光伏建筑一体化应用前景非常广阔，其技术应用形式各不相同，部分建筑采取光伏设备与建筑结构相结合的形式，其光伏发电板位于建筑表面，一般在建筑顶部和采光面。而另一种则直接利用光伏发电板作为建筑表面建材，将光伏发电板直接作为建筑外墙的装饰材料。目前光伏建筑一体化设计过程中根据建筑本身的形态及可安装面积其光伏发电系统的发电功率差异较大，民用建筑的光伏发电量普遍在20 kW以内，而一些屋顶面积巨大且屋顶空间平整的建筑则可容纳更多光伏发电板，其发电功率进一步增大，部分可以达到2 000～3 000 kW。光伏建筑一体化设计中，不同发电功率的光伏系统其供电模式是不同的，包括蓄电池存放电形式和直接并网用电两种，一般大功率光伏发电系统采用并网用电的形式，而民用建筑光伏发电功率较小，一般使用蓄电池存电，使用时通过逆变器直接使用。

5 结语

在当前节能减排的发展要求下建筑电力系统必须进一步降低能耗水平满足能耗要求。光伏建筑一体化是目前建筑新能源的主要发展方向，其对于降低建筑能耗亦有重要作用。该文对建筑电气节能减排措施以及建筑光伏新能源应用进行了详细分析，希望所述内容能够进一步推动相关技术发展。