邱文軒（滄州市節(jié)能監(jiān)察監(jiān)測(cè)中心,河北　滄州　061001）

高層建筑電氣設(shè)計(jì)中節(jié)能措施的探討

邱文軒
（滄州市節(jié)能監(jiān)察監(jiān)測(cè)中心,河北滄州061001）

摘要：隨著全球性環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷加強(qiáng)，不可再生能源的開(kāi)發(fā)利用也越來(lái)越受到各國(guó)的重視。如何很好地利用各種能源建，如何保護(hù)能源，如何節(jié)約能源也越來(lái)越受到人們的關(guān)注。我國(guó)各種高層建筑層出不窮，高層建筑也正在成為耗能大戶，在建筑電氣設(shè)計(jì)中如何節(jié)能也越來(lái)越多引起人們的重視，本文從變壓器容量選擇、功率因數(shù)補(bǔ)償、照明照度、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)設(shè)備選擇等方面論述電氣設(shè)計(jì)中的幾種節(jié)能方法。

關(guān)鍵字：電氣節(jié)能;變壓器損耗;功率因數(shù);照明節(jié)能

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，建筑行業(yè)也進(jìn)入了前所未有的快速發(fā)展階段。尤其近年高層建筑大量出現(xiàn)，從城市到農(nóng)村，比比皆是。而高層建筑中人員集中，各種設(shè)備繁多，對(duì)能源的需求和消耗也非常大。在巨大的能源消耗中，如何有效節(jié)約能源、如何充分利用能源，也就成為高層建筑電氣設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。下面從高層建筑電氣設(shè)計(jì)中的供配電系統(tǒng)、變壓器、照明、功率因數(shù)等幾個(gè)方面來(lái)看相應(yīng)地一些節(jié)能措施。

1　高層建筑供配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

高層建筑供配電系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)高層建筑的特點(diǎn)、規(guī)模、和發(fā)展規(guī)劃處理好近遠(yuǎn)期發(fā)展關(guān)系，以近期為主，長(zhǎng)遠(yuǎn)結(jié)合，按照負(fù)荷的性質(zhì)、用電的容量、供電的條件合理設(shè)計(jì)供電方案。

要正確選擇供電電源的電壓等級(jí)，確定供電的回路數(shù)。供電電壓35kV及以上的用電單位其配電電壓應(yīng)采取10kV；如能減少配變電級(jí)數(shù)，簡(jiǎn)化接線，這樣節(jié)約了電能和投資，提高了電能質(zhì)量。配電系統(tǒng)中需要兩回路電源線的，一般采用同級(jí)電壓，一回路中斷供電，其余回路應(yīng)能滿足全部一級(jí)負(fù)荷及二級(jí)負(fù)荷的供電需要。供配電系統(tǒng)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單可靠，便于操作管理。變配電所應(yīng)盡量靠近負(fù)荷中心，以縮短配電半經(jīng)減少線路損耗。合理選擇變壓器的容量和臺(tái)數(shù)，以適應(yīng)負(fù)荷變化時(shí)能夠靈活投切變壓器，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行減少由于輕載運(yùn)行造成的不必要電能損耗。

2　變壓器的節(jié)能設(shè)計(jì)

變壓器的功率損耗包括有功功率損耗和無(wú)功功率損耗兩部分。變壓器無(wú)功損耗的主要參數(shù)是空載電流和短路電壓，減小無(wú)功損耗主要考慮無(wú)功功率消耗做到最小，提高功率因數(shù)。變壓器的有功損耗按（1）式計(jì)算。

式中：ΔΡ為有功功率損耗(kW)；Ρ0為變壓器空載損耗(kW)；ΡK為變壓器短路損耗(kW)；β為變壓器負(fù)載率（%）。

（1）變壓器的有功損耗包括鐵損Ρ0（又稱空載損耗）和銅損ΡK。鐵損與鐵芯材質(zhì)等有關(guān)，與負(fù)荷大小無(wú)關(guān)；銅損與負(fù)荷電流的平方成正比，負(fù)載電流為額定值時(shí)又稱為短路損耗。降低空載損耗和短路損耗的措施有：采用優(yōu)質(zhì)硅鋼片，改進(jìn)鐵芯結(jié)構(gòu)，降低空載損耗；改進(jìn)絕緣結(jié)構(gòu)，適當(dāng)減小電流密度，降低短路損耗。

（2）變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的措施：高層建筑供配電系統(tǒng)中選擇變壓器容量和臺(tái)數(shù)時(shí)，要根據(jù)建筑物的分類和等級(jí)確定該建筑的負(fù)荷等級(jí)，根據(jù)負(fù)荷等級(jí)確定負(fù)荷供電線路的可靠性，而變壓器的臺(tái)數(shù)要滿足供電可靠性的要求，同時(shí)要滿足建筑物中設(shè)備負(fù)荷的需求，既不能出現(xiàn)小馬拉大車的現(xiàn)象，也不能出現(xiàn)過(guò)載的現(xiàn)象；根據(jù)高層建筑中的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)情況，明確的性質(zhì)即那些符合是重要的，那些是一般的，對(duì)重要的負(fù)荷或重載負(fù)荷（80%負(fù)載率）要通過(guò)計(jì)算來(lái)驗(yàn)證變壓器是否能處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，如不能可放大一級(jí)變壓器容量，以降低負(fù)載率和損失率；如果兩回路進(jìn)線或有兩臺(tái)及以上變壓器時(shí)，所有變壓器都要投入使用，以保證變壓器的處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)；對(duì)于部分變動(dòng)較大的負(fù)荷，可把其中不能停電的負(fù)荷集中到某一臺(tái)變壓器上，設(shè)置專業(yè)用供電變壓器；變壓器不允許長(zhǎng)期空載運(yùn)行。

3　減少線路損耗

高層建筑由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備數(shù)量多且距變壓器的距離遠(yuǎn)，所以設(shè)備和變壓器間導(dǎo)線敷設(shè)長(zhǎng)度長(zhǎng)，線路長(zhǎng)度越長(zhǎng)則電阻值越大，有電流通過(guò)時(shí)線路上產(chǎn)生的功率損耗按（2）式計(jì)算。

式中：ΔΡ為三相線路的功率損耗(kW)；I為線電流(A)；R為線路相電阻(Ω)。

高層建筑供配系統(tǒng)中減少線路損耗設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮：

（1）要盡量把變電室或變壓器設(shè)置在建筑物的中心位置，這樣減少?gòu)淖冸娝蜃儔浩鞯接秒娫O(shè)備之間的導(dǎo)線連接距離；（2）要盡量選用銅芯導(dǎo)線，減小導(dǎo)線的電阻值，從而降低導(dǎo)線上的功率損耗；（3）高層建筑中不同的設(shè)備供電中要根據(jù)設(shè)備的性質(zhì)進(jìn)行分組，性質(zhì)相同的盡量通過(guò)一路導(dǎo)線供電，其敷設(shè)時(shí)盡量從中心豎井走線，在各個(gè)樓層在進(jìn)行分線，根據(jù)負(fù)荷的容量確定導(dǎo)線的截面、規(guī)格型號(hào)等；（4）對(duì)于較長(zhǎng)的線路，在滿足負(fù)荷供電要求，導(dǎo)線不過(guò)載的情況下，可以使用比選定線截面大一級(jí)的導(dǎo)線，這樣增加的線路費(fèi)用，由于節(jié)約能耗而減少了年運(yùn)行費(fèi)用，綜合考慮節(jié)能經(jīng)濟(jì)時(shí)還是合算的。

4　高層建筑供配電系統(tǒng)功率因數(shù)的提高措施

高層建筑供配電系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定供電系統(tǒng)功率因數(shù)應(yīng)該在0.9以上，提高功率因數(shù)對(duì)高層建筑供電有顯著的節(jié)能作用。首先功率因數(shù)提高后導(dǎo)線上的功率損耗會(huì)下降，其次可以使變壓器二次側(cè)的負(fù)荷電流減少，從而減少變壓器的銅損，第三功率因數(shù)提高后可以有效地減少無(wú)功電流，從而達(dá)到減少線路壓降的目的，所以說(shuō)提高功率因數(shù)能達(dá)到節(jié)能目的。提高功率因數(shù)的措施有：

（1）正確合理選擇高層建筑中的用電設(shè)備，在滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求下盡量選用自然功率因數(shù)高的設(shè)備，如高層建筑中廣泛使用的水泵電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)、電梯的曳引機(jī)等都是大功率的用電設(shè)備，他們本身的功耗就比較大，如果功率因數(shù)低則耗能就會(huì)非常明顯，所以對(duì)這些大功率用電設(shè)備一方面要選用節(jié)能產(chǎn)品，一方面要考慮其運(yùn)行的功率因數(shù)。高層建筑中另外一類用電設(shè)備就是照明燈具，由于建筑物房間性質(zhì)不同，照度要求也不一樣，所以選用的燈具也各不相同，但對(duì)燈具來(lái)講節(jié)能也是必須考慮的因素，現(xiàn)在廣泛采用高效節(jié)能的熒光燈或新型LED光源，功率因數(shù)提高了，節(jié)能效果也非常明顯。

（2）功率因數(shù)的人工補(bǔ)償，主要措施有：在負(fù)荷側(cè)合理安裝集中與就地補(bǔ)償設(shè)備，保證設(shè)備的功率因數(shù)不低于0.9。目前在高層民用建筑電氣設(shè)計(jì)中，由于建筑物內(nèi)用電設(shè)備分散，用電設(shè)備的功率也不一樣，要采用分散補(bǔ)償不太現(xiàn)實(shí)，所以絕大部分補(bǔ)償采用變壓器低壓側(cè)集中補(bǔ)償，就是在變壓器低壓側(cè)安裝電容器柜，根據(jù)配電系統(tǒng)功率因數(shù)的變化情況，自動(dòng)投切電容器，達(dá)到提高用戶處功率因數(shù)的目的。而對(duì)高層建筑中一些大功率的用電設(shè)備來(lái)說(shuō)，也可以通過(guò)在用電設(shè)備處就地加電容器柜，實(shí)現(xiàn)無(wú)功負(fù)荷的單獨(dú)就地補(bǔ)償。

5　照明的節(jié)能設(shè)計(jì)

高層建筑照明設(shè)計(jì)更應(yīng)該很嗨體現(xiàn)我國(guó)從1993年開(kāi)始實(shí)施的綠色照明工程，綠色照明不僅能節(jié)約能源，還能在保護(hù)環(huán)境，保護(hù)人們的身心健康等多方面起到一個(gè)非常明顯的作用，通常高層建筑照明設(shè)計(jì)中節(jié)能措施從以下幾個(gè)方面考慮：

（1）根據(jù)建筑物所處的地理位置的不同，根據(jù)建筑物作用性質(zhì)的不同，正確合理選擇建筑物房間內(nèi)的照度標(biāo)準(zhǔn)，并且在設(shè)計(jì)過(guò)程中要實(shí)際計(jì)算房間的照度標(biāo)準(zhǔn)，不能想當(dāng)然，隨意增加或減小照度值，同時(shí)計(jì)算值不應(yīng)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值的110%。

（2）高層建筑中房間的結(jié)構(gòu)、裝修、布置、設(shè)備等數(shù)量多且每個(gè)房間不一樣，在電氣照明設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮房間內(nèi)作業(yè)面對(duì)照明的要求，采用分區(qū)域控制的方式，滿足同一個(gè)房間內(nèi)不同區(qū)域?qū)φ斩鹊男枨蟆?/p>

（3）在照明燈具的選擇中要堅(jiān)持選用高校節(jié)能的產(chǎn)品且不同的場(chǎng)合照度要求不同，燈具的功率不同，但燈具的節(jié)能措施不能變。

（4）正確合理布置燈具的導(dǎo)線和連接，避免不必要錯(cuò)誤和浪費(fèi)。如某高層住宅電梯前室節(jié)能應(yīng)急燈，開(kāi)關(guān)的設(shè)置位置很難同時(shí)滿足來(lái)自電梯、樓梯間、戶內(nèi)的人員方便操作，除非在前室設(shè)置三套燈具及開(kāi)關(guān)，若只設(shè)一套燈具及開(kāi)關(guān)，進(jìn)入電梯前室時(shí)，另外兩個(gè)方向進(jìn)入前室的人員將處于黑暗狀態(tài)，即使延時(shí)開(kāi)關(guān)本身帶有指示燈，也要在黑暗中走較長(zhǎng)的距離，給使用帶來(lái)了不少的麻煩，解決的方法可以將原有的觸摸延時(shí)開(kāi)關(guān)修改為帶消防聯(lián)動(dòng)觸點(diǎn)的聲光控延時(shí)開(kāi)關(guān)或帶消防聯(lián)動(dòng)觸點(diǎn)的紅外、光控延時(shí)開(kāi)關(guān)，這樣保留了原有的燈具數(shù)量，還解決了可能產(chǎn)生的麻煩問(wèn)題。

6　結(jié)語(yǔ)

高層建筑電氣設(shè)計(jì)中在節(jié)能方面潛力很大，對(duì)于不同的高層建筑來(lái)說(shuō)其特點(diǎn)也各不相同，對(duì)于電氣設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)精心考慮，反復(fù)比較設(shè)計(jì)方案，拿出一套既符合國(guó)家技術(shù)規(guī)范要求，又滿足功能需求的設(shè)計(jì)方案來(lái)。在這樣的前提條件下，從節(jié)約能源的原則去考慮，從供配電設(shè)計(jì)、設(shè)備的選擇等多方面考慮，采取切實(shí)可行的節(jié)能措施，從而達(dá)到真正節(jié)約電能的目的。

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作者簡(jiǎn)介：邱文軒(1977-)，男，助理工程師。