肖利華

(中建三局股份公司工程總承包公司，湖北武漢 430064)

0 引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，在20世紀(jì)60年代，建筑行業(yè)也開始了新一輪的、迅速的發(fā)展，高度與體積急驟增加的單體建筑物到處聳立，高達(dá)二三百米的建筑單體、超過(guò)10萬(wàn)m2的超高層隨處可見，從而也使建筑物內(nèi)部的建筑設(shè)備與電氣設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜。建筑電氣技術(shù)由此獲得飛躍式的進(jìn)步，建筑電氣節(jié)能系統(tǒng)的施工方法和技術(shù)措施已成為建筑工程領(lǐng)域內(nèi)一門新興的綜合性工程學(xué)科，成為現(xiàn)代電氣科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分。電氣系統(tǒng)的節(jié)能不光是設(shè)備選型中的節(jié)能問(wèn)題，而且要考慮整體組成。

1 傳統(tǒng)建筑電氣技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

傳統(tǒng)建筑電氣技術(shù)在建筑中的應(yīng)用已相當(dāng)廣泛，且產(chǎn)品種類繁多，但傳統(tǒng)電氣技術(shù)也存在明顯的不足，主要表現(xiàn)為:

1)使用不方便;2)不利于節(jié)能;3)管理效率低;4)建筑安全性能不高。

因此，建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)與改造是提高智能建筑綜合服務(wù)水平的有效措施，不僅可以保障建筑內(nèi)部各系統(tǒng)發(fā)揮優(yōu)良的功能特性，同時(shí)還可以進(jìn)行電氣系統(tǒng)優(yōu)化控制管理，使各設(shè)備均能工作在最優(yōu)工況，從而大大減少建筑電氣系統(tǒng)的能源消耗，降低建筑物使用面積日常費(fèi)用開銷。

2 現(xiàn)代建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)

依據(jù)建筑電氣的最基本特征，本文從建筑的供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)、減少電路損耗、暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能、照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)、動(dòng)力設(shè)備系統(tǒng)的節(jié)能以及采用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)等六個(gè)方面詳細(xì)介紹了建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)中的一些有效措施。

2.1 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的節(jié)能措施

2.1.1 變配電所或箱式變電站位置的變動(dòng)因素

負(fù)荷中心要盡量在變配電所或箱式變電站附近，這樣配電半徑就相應(yīng)減小了，一次性的供電電力電纜投資也隨之降低，線路損耗也得以減少。

2.1.2 變壓器容量及臺(tái)數(shù)的合理選擇

變壓器容量及臺(tái)數(shù)的合理選擇要依據(jù)建筑物不同的使用特點(diǎn)。例如大型建筑物、居民小區(qū)、學(xué)校建筑的供配電系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)設(shè)計(jì)2臺(tái)以上的變壓器，這樣比較節(jié)能與經(jīng)濟(jì)，同時(shí)為了減少不必要的電能浪費(fèi)，可以隨季節(jié)性負(fù)荷變化靈活投切變壓器的臺(tái)數(shù)，減少部分變壓器輕載而引起的能源浪費(fèi)。以某高校供電系統(tǒng)變壓器容量及臺(tái)數(shù)的合理選擇為例，配置情況如下:400 kVA的變壓器1臺(tái)和630 kVA的變壓器1臺(tái)，但是在寒暑假時(shí)用電負(fù)荷與平時(shí)相比明顯減輕，所以寒暑假只投切1臺(tái)400 kVA的變壓器就很經(jīng)濟(jì)適用，避免造成電能浪費(fèi)。

2.1.3 提高供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)

按照供電部門的統(tǒng)一要求，用戶的月平均功率因數(shù)一般要求達(dá)到0.9以上，為了符合這個(gè)基本要求，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)時(shí)盡量安裝一些無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備，這樣有利于提高用戶的功率因數(shù)，例如采用并聯(lián)電力電容器在低壓側(cè)集中補(bǔ)償。

2.2 減少線路損耗的節(jié)能舉措

當(dāng)電網(wǎng)輸送電能時(shí)，在網(wǎng)絡(luò)中就產(chǎn)生功率損耗，其大小與線路參數(shù)及負(fù)荷密切相關(guān)。提高功率因數(shù)，減少電網(wǎng)無(wú)功功率及導(dǎo)線中的電阻等均能降低電網(wǎng)中的線損。

2.3 暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能

建筑總能源有50%左右是用于暖通空調(diào)系統(tǒng)，可見，在考慮建筑電氣節(jié)能時(shí)，暖通空調(diào)系統(tǒng)這方面的節(jié)能應(yīng)引起足夠的重視。在進(jìn)行暖通空調(diào)施工的初期，在系統(tǒng)的接口處進(jìn)行設(shè)計(jì)施工時(shí)，強(qiáng)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)師應(yīng)該與系統(tǒng)工程師緊密合作，系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)和施工應(yīng)該做到電氣節(jié)能。例如在建筑物中，如何做到中央空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能。圖1是一種節(jié)能中央空調(diào)系統(tǒng)出風(fēng)口調(diào)節(jié)電路的工作原理示意圖。此電路由一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制，在最初狀態(tài)下，直流電動(dòng)機(jī)M1的兩個(gè)端子都懸空，電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)。當(dāng)J1的①腳輸入信號(hào)時(shí)，繼電器J1動(dòng)作，M1的一端接地，另一端接+24 V電壓，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。此時(shí)，如果J2有輸入信號(hào)，由于J1的○16腳是懸空的，電動(dòng)機(jī)保持正轉(zhuǎn)。J1沒有動(dòng)作時(shí)，如果J2的①腳有輸入信號(hào)，繼電器J2動(dòng)作，M1的一端接地，另一端接+24 V電壓，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。這種風(fēng)口調(diào)節(jié)控制電路的設(shè)計(jì)理念是能源跟隨式設(shè)計(jì)系統(tǒng)，對(duì)能源支出不合理的現(xiàn)象進(jìn)行改造，達(dá)到節(jié)能增效的目的。

圖1 風(fēng)口調(diào)節(jié)控制電路

2.4 照明系統(tǒng)的節(jié)能

照明設(shè)計(jì)分為數(shù)量化設(shè)計(jì)和質(zhì)量化設(shè)計(jì)，數(shù)量化設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)，就是根據(jù)場(chǎng)所的功能和活動(dòng)要求確定照明等級(jí)和照明標(biāo)準(zhǔn)(照度、眩光限制級(jí)別、色溫和顯色性)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)化處理計(jì)算;在此基礎(chǔ)上照明設(shè)計(jì)還需要質(zhì)量化設(shè)計(jì)，就是以人的感受為依據(jù)，考慮人的視覺和使用的人群、用途、建筑的風(fēng)格，盡可能多地收集周邊環(huán)境(所處的環(huán)境、重要程度、時(shí)間段)等多種因素，做出合理的設(shè)計(jì)。照明是民用建筑不可缺少的一部分，應(yīng)該科學(xué)地選擇光源、光源用電附件、不斷改進(jìn)燈具的控制方式等。

以改進(jìn)燈具的控制方式為例，圖2為節(jié)能照明系統(tǒng)工作原理示意圖，在照明系統(tǒng)中，通過(guò)延時(shí)開關(guān)控制的節(jié)能照明系統(tǒng)，可以有效實(shí)現(xiàn)“節(jié)能”的目的。

圖2 節(jié)能照明系統(tǒng)工作原理示意圖

事實(shí)證明，通過(guò)用延時(shí)開關(guān)控制的節(jié)能照明系統(tǒng)可以在保證照度的前提下達(dá)到高效節(jié)能的目的，減少電量消耗，提高電能利用率。

2.5 通過(guò)動(dòng)力設(shè)備系統(tǒng)和產(chǎn)品改造節(jié)能

由設(shè)備制造廠商統(tǒng)一供應(yīng)的電梯、風(fēng)機(jī)和水泵等都是在建筑電氣中常用的電動(dòng)設(shè)備，因此，在建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)中動(dòng)力設(shè)備的節(jié)能也同樣不容忽視。

以電梯為例，尤其是自動(dòng)扶梯，在機(jī)場(chǎng)、酒店、商場(chǎng)、火車站、地鐵、寫字樓、會(huì)館等大型公共場(chǎng)所都有使用。一臺(tái)扶梯每年將消耗電能24 090 kW，而一臺(tái)扶梯分別會(huì)有10%～40%不等的間斷性空載現(xiàn)象。全國(guó)每年單扶梯一項(xiàng)，就將消耗電能約合13億kW，而每年在扶梯行業(yè)白白浪費(fèi)的電能卻高達(dá)2億kW～5億kW，數(shù)據(jù)之龐大令人觸目驚心。此類現(xiàn)象的發(fā)生總結(jié)起來(lái)是因?yàn)槠胀ㄗ詣?dòng)扶梯有以下缺陷:1)耗能大;2)機(jī)械磨損大、使用壽命較短;3)故障率高導(dǎo)致使用成本高。鑒于以上原因，建議使用節(jié)能的自動(dòng)扶梯。

節(jié)能自動(dòng)扶梯工作原理如圖3所示。

圖3 主電路圖

1)在不對(duì)扶梯的正常使用產(chǎn)生任何負(fù)面影響的前提下，通過(guò)在自動(dòng)扶梯入口處加裝信號(hào)采集系統(tǒng)來(lái)辨別是否有乘客，再將檢測(cè)的信號(hào)傳送至控制系統(tǒng)以控制驅(qū)動(dòng)裝置，當(dāng)有人乘坐時(shí)，自動(dòng)扶梯以正常速度運(yùn)行，當(dāng)無(wú)人乘坐時(shí)，自動(dòng)扶梯減速至蠕動(dòng)狀態(tài)或停止運(yùn)行。

其中，KVS為電源監(jiān)視保護(hù)，VFD為變頻器，KM1和KM2為變頻器切換接觸器，KM3為扶梯上行接觸器，KM4為扶梯下行接觸器，M為三相交流電動(dòng)機(jī)，YB ZD為制動(dòng)器，KM5為制動(dòng)器動(dòng)作接觸器。a.啟動(dòng)。KM1，KM3吸合→接入VFD→M正轉(zhuǎn)加速;b.額定運(yùn)行。M至額定轉(zhuǎn)速→KM1釋放→切除VFD→KM2，KM3吸合→M額定運(yùn)行;c.低速運(yùn)行。KM2釋放→KM1，KM3吸合→接VFD→M低速運(yùn)行;d.制動(dòng)。KM2釋放→KM1，KM3吸合→接入VFD→M減速至低速→KM1，KM3釋放→KM5吸合→制動(dòng)器動(dòng)作→M停止。

2)通過(guò)加裝變頻器以變頻調(diào)速方式控制自動(dòng)扶梯的運(yùn)行，以確保自動(dòng)扶梯變速運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)過(guò)渡，避免頻繁啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)耗電流，同時(shí)還可以避免急停抱閘導(dǎo)致的硬件損傷。

3)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，考慮到乘客行走速度的不同，著裝深淺不同，為確保每一位乘客都能被檢測(cè)到，傳感器能感應(yīng)到的實(shí)際距離一定要合適才能有效。

對(duì)于在建筑物中耗能比重較大的風(fēng)機(jī)和水泵系統(tǒng)，可采用變頻調(diào)速方案，通過(guò)掌握風(fēng)量和用水量的變化以節(jié)約電能，特別是供水系統(tǒng)可以節(jié)省水箱基建投資。在大容量的風(fēng)機(jī)、水泵用電動(dòng)機(jī)的控制設(shè)備中可以廣泛應(yīng)用以達(dá)到節(jié)能的目的。

2.6 采用新型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)

太陽(yáng)能是最經(jīng)濟(jì)的再生能源，它以環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、污染低等特點(diǎn)著稱。由控制器、蓄電池、逆變器以及太陽(yáng)能電池板等四部分組成了太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)。在使用此系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)上，應(yīng)從下列主要因素考慮:

1)用電量的多少、用電器所承受的電負(fù)荷的性質(zhì)、必需承載的日工作時(shí)間等;

2)對(duì)于設(shè)計(jì)等級(jí)方面，必須考慮輸出時(shí)系統(tǒng)電壓;

3)在任何不良狀態(tài)下，都要保證系統(tǒng)能夠正常、持續(xù)地運(yùn)行;

4)日照持續(xù)時(shí)間對(duì)應(yīng)建筑物所處位置和太陽(yáng)能的輻射量等諸多因素也必須予以考慮。

3 前景與展望

在現(xiàn)代建筑電氣工程設(shè)計(jì)中，節(jié)約電能的每個(gè)環(huán)節(jié)都應(yīng)有相應(yīng)的技術(shù)方案和措施。供配電系統(tǒng)、電路損耗減少、暖通空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、動(dòng)力設(shè)備系統(tǒng)節(jié)能以及采用太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)是如今建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，但由于建筑電氣工程涉及到的項(xiàng)目較多，因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅要充分了解相關(guān)建筑節(jié)能原則和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，同時(shí)還要掌握先進(jìn)的節(jié)能設(shè)計(jì)方法和新型節(jié)能電氣產(chǎn)品，把節(jié)能措施靈活運(yùn)用到建筑電氣的每項(xiàng)工程中。不管是從設(shè)計(jì)還是從施工的角度，嚴(yán)格把關(guān)過(guò)程控制，提高節(jié)能增效意識(shí)，以此推動(dòng)建筑行業(yè)持續(xù)、快速、協(xié)調(diào)、健康的發(fā)展。

［1］ 陳眾勵(lì)，趙濟(jì)安，邵民杰.建筑電氣節(jié)能技術(shù)綜述［J］.低壓電器，2007(4):1-5.

［2］ 王可崇，喬世軍，王曉麗，等.建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)［M］.北京:人民交通出版社，2010.

［3］ 張盼領(lǐng).建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)問(wèn)題的幾點(diǎn)探討［J］.科技風(fēng)，2009(4):66-67.

［4］ 吳海英，歐文權(quán)，何 滔.我國(guó)建筑電氣節(jié)能的有效途徑探討［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2009(4):51-52.

［5］ 朱 英.建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)方法［J］.科技信息化，2007(2):21-22.

［6］ 中國(guó)建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)研究院.全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施節(jié)能專篇［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

［7］ 李敬梅.電力拖動(dòng)控制線路與技能訓(xùn)練［M］.北京:中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2001.