建筑电气节能设计中新能源技术的应用

浙江巨匠建筑勘察设计有限公司 张剑锋

1 引言

改革开放以来，我国经济实力不断提升，各种建设也逐渐走向完备化，经济基础夯实[1]。但伴随着经济的发展，环境资源的破坏问题也随之而来。资源的肆意浪费和不合理分配也在反向影响着经济的发展[2]。在民生建设中，建筑的建设节能问题较为棘手。在高楼林立的城市中，建筑的能源消耗是城市的能源消耗的主要方面[3]。合理的分配和严格的建造标准是当代解决建筑能源消耗的主要手段。

在科学技术不断发展的今天，减少能源的浪费和开发新能源技术是重中之重[4]。现在风能发电、核能发电、地热能发电逐渐应用到人类的日常生活中。一些新兴的叶绿素发电、淤泥发电等技术也在不断地研究中走向成熟。民生建筑是人类生活的重要载体，建筑中的电气节能也是当下十分热门的话题[5]。在此基础上，本文提出了建筑电气节能设计中新能源技术的应用。将新能源技术融入日常的建筑建设中，从根源解决能源的浪费问题。设计出更加环保、更加节能、更加经济的建筑，为人民提供高质量的生活，提高人民生活的幸福指数。

2 电力新能源技术的开发与研究

在我国目前对电能的使用中，一般使用的都是不可再生能源，例如煤炭、石油等。但是这些资源不但不能够再生，存量不足，使用受限，而且还会对环境产生污染，所以在生活和生产中，要更多的使用电力新能源，来达到节能环保的目的。

2.1 风能

风能是一种存储量大，可再生，并且清洁的能源资源。在电力新能源的研究中，可以通过将风能转化为电能，来减少电能的损耗，还能够降低对环境的污染。风力发电现今我国很多地区都在使用，主要是将风能通过相关的设备转化为机械动能，再把机械动能转化电能来进行使用。将风能资源转化为电能资源能够有效缓解电能使用紧张的局面，并且能够提高电能的利用率。

2.2 太阳能

将太阳能转化为电能是目前我国新能源应用中使用最多、范围最广的一种方式。太阳能的存储量较大，并且也属于清洁能源，通过对太阳能资源的使用，能够减少电能的消耗。在电力方面，太阳能发电的技术原理主要是依靠太阳能电池板吸收阳光，再辅以控制元件，最终构成可运转的发电系统对电力进行控制，从而形成良好的电力能源控制体系。在对太阳能光伏发电技术进行应用的过程中，为防止电能损耗，技术人员可将蓄电池与光伏发电相结合，以便对过剩产能进行存储，然后利用逆变器以及控制器等元件对上述电能进行合理转化与控制，保证可以实现电网管理，达到良好的节能目的。

2.3 地热能

地热能源的开发，主要用于人们家庭取暖设备，可以有效节约能源的使用，然而我国在对地热能进行开发的过程中，还存在较多不足之处，需要相关技术人员不断创新地热能源的开发技术。

2.4 核能

在众多新能源中，核能源是利用效率较高的能源之一，并且具有清洁性优势，在实际使用过程中，可以提高节能效率，达到良好的使用效果，然而迄今为止，我国对核能源的应用都是借鉴国外经验，这就需要相关技术人员可以开发出属于中国的核能源应用技术，并且降低应用风险，减少核能源放射危害。

3 基于新能源技术的建筑电气节能的设计

新能源技术为建筑节能提供了新方向，要充分利用新能量技术进行电气节能设计可以从调整建筑节能设备、控制节能功率因数以及设计节能供电模式等三方面进行，展开分析如下：

3.1 调整建筑节能设备

近年来，设备是否节能已经成为消费者选择设备的条件之一，节能设备能够通过合理调整自身功能，避免非必要性资源损耗，并且技术难度相对较低，发展空间更大，常见的节能设备调整包括系统调整、风机水泵调整等。

3.1.1 空调系统

空调设备作为电能消耗较大的设备，随着建筑内空调设备应用率的增加，其电气资源消耗量也持续增加，改进空调系统降低资源消耗，已经成为空调加工企业研究的重要课题，要保障空调系统具备节能属性，需要结合建筑特点以及空调自身特点来对空调系统进行整体改造与优化。最重要的是应要确保选用节能型空调，同时采用有效的保温隔热措施，对冷热计量装置参数进行合理设置，以便实现节能降耗的目的。对于建筑的整体空调进行节能改造，需要从细节入手，对电箱、电线、控制仪、变频器等进行全面改造，通过选用损耗小，效能高的零配件，保障空调的整体性能。除水泵部分，尤其需要注意冷却塔散热风机部分的改造，选用Pt100的温度传感器，四芯屏蔽线等进行全面整改。此外，还需参考冷热负荷实际数值合理选择空调机组，尽量实现所选机组能与负荷指标相切合，防止出现装机容量浪费的情况。

3.1.2 风机水泵

在对风机、水泵的电动机进行选择时，应在充分考虑负荷特性的基础上选用符合国家相关技术标准且节能减排型的电动机。受风量、流量等相关因素影响，风机、水泵的负荷并不是一成不变，因此其电动机通常会采用一用一备或两用一备，同时需在就近设备室内安装配电箱，如此一来，既能减低线损，又方便技术人员后期操作。当电机、水泵设备功率处于15kW 以下时，可对设备进行直接启动；若功率大于15kW，此时便为负载状态，需运用变频控制柜发出所有控制信号，电动机根据所发信号对转速进行调节，若出现故障，则可切换至备用设备。

3.2 控制节能功率因数

在节能设计中，需要控制节能功率因数，在保障设备效果的同时，尽量实现节能。在控制节能功率因数上，可以分四步进行。首先，应将功率因数作为建筑电气设备选择的要点，从而推动整体电气系统的功率因素得到有效提高，使设计方案具备调节自然功率的优势，提高电气设计的节能性；其次，对电气设备的运行方式进行有效控制，避免选用无功功率较大的电气设备，最大限度减少电气系统中存在的无功功率，持续优化电气设备组件，通过选用低耗材质，保障电气的高效传输；再次，对设备类型进行合理选择，一般来说，设备选型与功率因数息息相关，如果想要提升电气系统的功率因数，就必须对设备类型采取全面把握，尽可能使所有建筑电气设备的节能特性都能达到国家标准，才能降低由电气设备所致的耗功率；最后；对用电设备进行合理调控，通常来讲，电力设备使用不规范是造成电能消耗的主要元凶之一，是以使用科学调控方法以保障用电设备的规范使用，是一种提升电能利用率的有效途径。

3.3 设计节能供电模式

在建筑中，电力资源的消耗不仅路径较多，而且一旦设计不合理即会出现非必要性消耗，因此做好节能供电设计，能够节省可观的电力资源。采用节能供电模式是在节能理念的基础上，对供电设备进行全方位的整改。

建筑电气设备的总装机容量为：2465kW，其中900kW 为一级用电负荷设备；1565kW 为三级用电负荷设备，地下车库内设10kV 配电室1座，分段母线设联络开关，由不同母线段放射式配电至对应的变压器。10/0.4kV 变配电室内设置2台变压器，当一组变压器中的任何一台变压器发生故障而无法运行，与其联络的另一台变压器可以承担其所有一级、二级负荷。

以年运行费用为主要参考因素，比较选用非晶合金干式变压器和SC（B）9型干式变压器的年运行费用。按单台变压器计算负荷850kVA，功率因数cosΦ=0.9，售电单价0.7元/kWh，通过分析对比，得出详细结果如表1所示。

表1 变压器节能对比表

由表1可知，在应用非晶合金干式变压器的情况下，年运行费用可降低至40%左右，节省率高，而且运行成本并未明显增加。利用非晶合金干式变压器不仅经济效益高，能够降低建筑电能费用，又能在节约资源方面发挥积极作用，符合国家所倡导的绿色、可持续发展需求。而且其具备广泛应用的条件。此外，对于低压配电柜出现回路以及特定（单体容量超过75kW）电动机回路都装置有功电能表，为后续成本管理及核算工作的有序开展打下坚实基础。

4 实验及效果分析

要进一步了解采用节能技术的节能效果，需要从实际出发，通过全面分析已经采用的设备及技术了解电气节能技术的发展方向以及新能源技术的应用办法。

4.1 实例简介

以光伏新能源技术为例，建筑设计总装机容量为97.265kWp，光伏设备都安装于建筑位面，且安装斜角为24°，安装方向为正南。

4.2 节能效果分析

项目采用非晶合金干式变压器，通过数据计算，与传统变压器相对比，节能型变压器的空载及负载损耗均减少一半以上，且将变压器负载率控制在85%以下，而项目实际变压器负载率大约为72%，如此一来，变压器就始终处于经济运行状态，进一步降低了其功率损耗，实现了经济效益与社会效益的共赢。对低压侧安设并联电容器无功补偿装置，从而提升整体功率因数，而且此类无功补偿方式具有成本低、占地面积小以及安装维护简单等优势。关于电缆截面选择方式，除了要考虑技术条件外，还应考虑到经济条件，即在项目中需两者兼顾，从中选取最大者。假设电缆使用年限为30年，总长度为30km，按上述数据计算，可节省大约35%的线损，一年约能减少损耗589kW，节省147kWh 左右的电量，按发热条件选型与经济电流选型不同，下表2对其具体效益进行分析。

表2 电缆线芯导体经济选型的效益分析

从表2可以看出，电缆线芯导体经济选型的效益不仅体现在费用一方面，运行时长的增加在无形中也实现成本的降低以及效益的提升。该项目设计中根据冷热负荷实况合理选用了空调机组，由此便能降低15%左右的能耗，同时风机、水泵等设备也采用当下节能、变频等技术，又降低大约30%的能耗。此外，选用的电梯系统也具备能量回馈功能，再加上电梯全控节能控制措施，相较于传统的电梯系统，此种电梯系统约能节省10%～40%的能耗。以上种种措施的实施，对实现建筑电气的节能减排均具有重大意义。

在建筑电气节能改造后的实际运行过程中，可以利用能源监测管理系统对建筑能耗进行监测与统计，并与改造前的建筑作充分对比，可得出下列具体数据。详细见表3。

表3 某建筑改造前后全年总耗电统计

对本次建筑的改造方案具体如下：其一，在符合中心位置设立0.4kV 的变电所，且有效缩短了低压线路的长度，不仅可以减少电缆成本投入，同时还能降低由于线路传输而导致的电能损耗；其二，装设无功补偿装置，对供配电系统中的无功功率进行合理控制；其三，采用非晶合金干式变压器，并通过节能变压器将负载率降低至85%以下，使变压器能切实发挥自身作用，获得更好的应用成果；其四，对空调系统、电梯系统、风机水泵设备进行合理改造，例如：合理选择空调机组，运用带有能量回馈功能的电梯，运用节能型设备；其五，运用监测系统对建筑电气进行实时监测，进一步推动建筑节能的实现；其六，将新型太阳能发伏发电技术应用于建筑电气设计中，每年可节约电能708854kWh，约70.88万度电。综上所述，该建筑的节能效果是非常可观的。

5 结语

本文通过利用新能源技术对建筑的电气节能进行改造，对建筑的设备进行了节能配置，同时控制建筑节能功率因数，提高能源利用效率，然后设计出建筑的节能配电系统，从而有效提高建筑的电气节能效果。但由于时间的限制，没能对本文的方法进行多次实验，还需在今后的应用中不断完善。