电气节能设计在民用建筑中的应用及相关技术措施

周发斌

陕西方圆工程设计有限责任公司 陕西 西安 710065

引言

随着我国经济的快速发展，能源消耗过大与环境污染严重成为当今时代炙手可热的社会性话题。电力作为二次能源，需求量大而又供应紧缺。在积极倡导节能减排、发展低碳绿色经济的今天，如何节省电能、降低损耗，把节能理念和措施贯穿于整个电气设计过程中，显得尤为重要。本文结合自身多年的设计经验，就电气节能设计在民用建建中的应用提出相应的技术措施。

1 电气节能设计的基本原则

建筑电气节能设计应立足于实用的目的为出发点，不能以牺牲建筑功能和损害需求为代价，也不能盲目增加投资为节能而节能。建筑电气节能设计应遵循以下基本原则：首先，应满足建筑物的功能性要求。在实现建筑物的多样化功能前提下，采取可行的节能措施。其次，要将经济效益与工程投资相结合。不能因为追求节能而过高地增加工程投资和运行费用，而是要经过比较分析，合理地选择节能设备。将用于节能增加的投资成本，由节省的能耗费用在一定的周期内予以回收添补，实现节能与经济效益的双赢。最后，节能要着眼于减少不必要的能源消耗。设计时首先要找出与发挥建筑功能无关的能耗，再考虑采取何种措施节能。如变压器的功率损耗、供电线路上功率损耗、大面积的照明用电、动力及空调设备用电，都是可以通过技术手段实现优化用电和减少电能损耗[1]。

2 供配电系统节能设计

2.1 变电所应深入或靠近负荷中心、接近大型用电设备

变电所所址的确定，既要考虑市政高压的进线接口方位，又要考虑项目的整体规模、负荷分布情况以及负荷容量大小，满足高低压进出线方便，接近负荷中心的要求。对于规模较大的项目，可按供电半径不超过250m的原则，分区设置多个分变电所，尽可能地缩短供电半径，既满足线路电压损失和开关短路灵敏度校验要求，又能减少线路上电能损耗和电线电缆的成本投资。

一类高层建筑，变电所至其供电最远的楼栋配电间或电井的供电距离宜按不超过100~150m；二类高层建筑，变电所至其供电最远的楼栋配电间或电井的供电距离宜按不超过150~200m；多层建筑，变电所至其供电最远的楼栋配电间或电井的供电距离宜按不超过200m。对于有大型用电设备的公共建筑，如大功率制冷机组、冷冻水泵、冷却水泵，可考虑在设备用房附近设置制冷机房专用变电所或变压器。对于业态复杂的大型公共建筑，尚需根据管理和运行要求，分别设置多个分变电所。

2.2 变压器节能设计

2.2.1 变压器容量指标。变压器负荷计算时，要正确统计各类用电负荷的设备功率、功率因数，计算系数应取值合理，变压器容量选型应在满足安全可靠运行的前提条件下，可适度考虑预留部分远景容量。

对于变压器的容量指标，《民用建筑电气设计标准》GB51348-2019（以下简称民标）第24.1.4条及表1对部分类型的新建建筑做出了相应规定，作为衡量电气节能设计的一项重要指标，设计人员应根据该表对变压器容量计算结果进行复核，以判断是否满足节能要求。

表1 变压器容量指标

2.2.2 变压器型号选择。民用建筑中多采用三相干式变压器，应选用低损耗、低噪声节能型变压器，且应满足国标《三相配电变压器能效限定值及能效等级》GB20052-2013中的节能评价值要求，干式变压器空载损耗和负载损耗值均不应高于2级能效的限定值。变压器宜选用三相环氧树脂浇注式干式变压器SCB12型及以上的规格；有条件时，可选用非晶合金铁芯干式变压器。

非晶合金铁芯干式变压器具有非晶合金材料低损耗的特点，同时具有环氧浇注干式变压器在高绝缘和机械强度等诸多方面的技术优势，可使变压器空载损耗降低60%~80%，是新型的低损耗节能配电变压器，具有广阔的节能应用前景。

2.2.3 变压器台数及运行方式。变压器低压侧电压为0.4kV时，单台变压器不宜大于2000kVA，当仅有一台时，不宜大于1250kVA。当有一、二级负荷时，变电所宜装两台及以上变压器，当一台变压器停运时，其余变压器容量应满足一级和二级负荷用电要求。

通常，变电所内设有多台变压器时，可在两台容量相等的变压器之间设联络开关，平时变压器分列运行且可互为备用。既能在任一台变压器故障或检修时，由另一台变压器为一二级负荷供电，也可在变压器中有季节性负荷或阶段性负载率过低时，将其中一台变压器退出运行，由另一台变压器保障供电。这种供电方式即为常见的“N-1”冗余供电准则，也是国内的主流做法，不但能提高供电可靠性，也能有效地降低变压器的电能损耗。

选择负载率适宜的变压器，变压器最佳经济节能运行的负载率一般在75%~85%之间；优化变压器的运行方式，对负荷进行合理分配，选择与电力负荷相适应的变压器，使其工作在高效低耗区。

2.2.4 低压无功补偿。对变压器低压侧设置动态无功自动补偿装置，保证高压侧功率因数不低于0.9（具体以当地供电部门要求为准）。

2.3 电气设备用房及管井位置合理布置

要尽量地将各单体建筑的配电间（分配电室）、强电竖井或地下建筑的防火分区配电间设置于负荷中心且靠近变电所侧的位置，这样既能有效缩短供电线路的长度，减少资源浪费，也可有效降低供电线路上的电能损耗[2]。

3 电气照明节能设计

严格执行国家标准《建筑照明设计标准》GB50034-2013、《民标》GB51348，电气照明设计要满足照度、照度均匀度、显色指数、眩光、色温、照明功率密度值（LPD）等方面的要求。设计的照明功率密度值不得超过照明功率密度限值的目标值。

针对不同的场所选用与之相匹配的照明光源和灯具，合理选择照度值，对于有特殊要求或局部照度要求高的场所，采用一般照明与局部照明相结合的混合照明方式，也是有效节约电能的一项重要措施。

优先考虑利用天然光，天然光是取之不尽、用之不竭的绿色环保型洁净能源。要尽量考虑将天然光与人工照明相结合，将天然光引入到建筑内部。除了传统做法引入自然光之外，如建筑开窗、设置玻璃幕墙或窗、玻璃门或玻璃墙体隔断等。有条件时，尽可能利用各种导光和反光装置将天然光引入室内进行照明。目前，较常见的采光设备系统有导光管采光系统和光纤采光系统2种方式。它们都具有零能耗、高效便捷、安全性高的特点，广泛应用于各种场合，如大型体育场馆、办公楼、住宅、商场、旅馆、白天阴暗的房间或地下室、地下车库等建筑中。

建筑照明应选用高光效光源、高效灯具和节能器材，宜优先选用LED灯。走道、楼梯间、卫生间、变电所、网络机房、配电间、电梯机房、空调机房、风机房、水泵房、换热站、地下车库等无人长期逗留的场所选用三基色直管荧光灯、单端荧光灯或LED灯。重点照明、夜景照明、商业和娱乐场所的装饰照明可采用LED灯。高大空间、有频繁开灯要求和需要调光的室内场所，宜优先采用发光二极管LED作为主要照明光源。办公室、卧室、营业厅等长期有人逗留的场所，可选用色温不高于4000K的LED灯。一般性场所，限制使用白炽灯和荧光高压汞灯。

灯具的镇流器应选用电子型镇流器或节能型电感镇流器。气体放电灯采用单灯就地无功补偿方式，补偿后功率因数不得低于0.9。

选择合理的照明控制方式，常用的控制方式主要有：翘板开关手动控制、节能自熄式感应开关控制、定时器控制、智能照明模块控制等。根据使用要求的不同，可实现分区或分组控制，自动或手动控制，就地或集中控制。其中，智能照明模块可根据管理要求对多个回路进行集中控制，实现不同功能分区照明灯具的自动开启/关闭、自动调光或降低照度、场景变换等功能，并可采用总线技术将分散的多个智能照明模块进行联网，由后台主机统一管理监控，具有高效便捷的，是较为先进的照明控制方式。常用的总线技术包括如RS485总线、i-BUS总线、CAN BUS总线、KNX BUS总线、二总线等。

走道、楼梯间、电梯厅可采用光控加雷达感应或红外感应式灯具，也可采用声光控感应式灯具，或者采用智能照明模块控制灯具。通常，新建大型公共建筑内多采用智能照明模块控制的方式，如走道、大厅、会议室、办公室、影院、多功能报告厅、大型展览馆、博物馆等场所。旅馆客房设置节电控制型总开关。对无特殊要求的一般性功能房间，可采用翘板开关控制灯具[3]。

地下车库照明灯具可采用智能照明模块控制或自带感应控制装置式灯具，对车道和车位照明进行分别控制。其中，自带感应控制装置式灯具分为雷达感应和红外感应，车道区域采用雷达感应，车位区域采用红外感应。

室外照明采用光控加定时器自动控制，对不同区域进行分区、分时段开关控制。

4 动力设备节能

选用额定输出效率不低于2级能效的电动机，采用变频水泵、变频电梯、变频空调等。选用大型中央空调集中制冷时，采用变频式冷水机组，冷却水泵、冷冻水泵、冷却塔、组合式空调机组采用变频器控制。

多台电梯集中设置时，采用群控控制器（群控调度主机）对电梯集中调度和控制，实现电梯群控。在乘梯人员低谷期停止闲置电梯，电梯进入节能运行模式。

自动扶梯在空载时，由电梯控制器发出指令使电梯暂停或低速运行。

地下车库设置CO监测系统，并联动控制车库排风机。

大型用电设备、大型可控硅调光设备、电动机变频调速控制装置等谐波源较大设备，就地设置谐波抑制装置或在变压器低压出线侧设置有源滤波柜[4]。

5 建筑设备监控及能耗监测系统节能设计

大型公共建筑设置建筑设备监控系统。将冷热源系统、空调及通风系统、给排水系统、供配电系统、照明系统、电梯和自动扶梯系统纳入统一的建筑设备监控系统（BAS），由后台主机进行统一管理。由BAS系统对各类设备运行和建筑能耗进行监测和控制。

公共建筑按照明插座、空调、电力、特殊用电分项进行监测与计量，按照功能区域设置电能监测和计量装置。设有能耗监测系统的建筑应将建筑物给水、电力、燃气等消化纳入能耗监测系统，进行监测、统计、分析，统一管理。

居民建筑按照居民用电、公共照明用电、公共动力用电、物业用电、商业用电等分项进行监测与计量。

6 新能源的开发利用设计

我国地域辽阔，太阳能资源非常丰富，开发利用潜力较大，太阳能利用具有得天独厚的地域优势，且洁净零能耗。在一些太阳光辐射强度好，日照时间较长的地区，可以考虑在空旷的屋面、场地建设建筑一体化光伏发电系统。通常，输出电压交流220/380V，装机容量300kW及以下的系统，可采用低压并网或独立光伏系统；300kW~6MW较大容量的系统，可采用10kV接入公网系统。并网可采用“自发自用，余电上网”或者“全额上网”的模式，既可在用电高峰期分担公网的运行负担，减少公网的建设投资，又可减少二氧化碳的排放，并将用户侧的光伏电能返送给电网，光伏建设单位也可获得出售光伏电能的收益，具有良好的社会经济效益和生态保护价值。

7 结束语

建筑电气节能设计的应用，是促进绿色低碳经济的重要举措，要在科技大力发展的助力下，不断地开辟多种途径，提高电气节能设计的质量水平，推进人与自然的和谐发展。