王璽

（遵義醫(yī)學(xué)院貴州遵義　563000）

高校建筑電氣節(jié)能措施探討

王璽

（遵義醫(yī)學(xué)院貴州遵義563000）

近些年，我國(guó)教育體制改革不斷深化，高校規(guī)模日益增加。根據(jù)調(diào)查，我國(guó)各類高校近3000所，已經(jīng)成為一大能源消耗大戶?！笆晃濉逼陂g，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、教育部就明確提出了高等學(xué)校節(jié)約型校園建設(shè)的總體節(jié)約目標(biāo)，聯(lián)合出臺(tái)了《關(guān)于推進(jìn)高等學(xué)校節(jié)約型校園建設(shè)進(jìn)一步加強(qiáng)高等學(xué)校節(jié)能節(jié)水工作的意見(jiàn)》、《高等學(xué)校校園建筑能耗統(tǒng)計(jì)審計(jì)公示辦法》等一系列文件。基于此，本文從高校電能使用的情況、特點(diǎn)出發(fā)，站在供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、供配電設(shè)施設(shè)備選型、無(wú)功功率補(bǔ)償、照明節(jié)能、可再生能源利用等角度具體分析了高校建筑電氣節(jié)能。

高校建筑；電氣節(jié)能；措施

1　引言

當(dāng)前，隨著世界高等教育大眾化的發(fā)展，高校擴(kuò)招普遍，校園規(guī)模不斷增大，用電量也迅速增長(zhǎng)。高校建筑節(jié)能不僅可為教學(xué)、科研、生活創(chuàng)造良好環(huán)境，還能促進(jìn)環(huán)境資源可持續(xù)的開(kāi)發(fā)與利用。因此，高校建筑節(jié)能勢(shì)在必行，建設(shè)節(jié)約型校園已成為我國(guó)高校發(fā)展重要工作。

2　高校電能使用的情況、特點(diǎn)

2.1高校用電季節(jié)性

由于高校教學(xué)存在寒暑假，因此其建筑能耗也具有顯著的季節(jié)性特征。寒假暑假期間由于學(xué)生放假，學(xué)生宿舍、食堂、教室以及實(shí)驗(yàn)室等能耗明顯下降。但是，此階段往往正是民用住宅和商業(yè)建筑采暖或空調(diào)制冷的用能高峰期，因此在確定高校能源供給計(jì)劃時(shí)應(yīng)通盤考慮。

2.2高校用電集中性

高校用電時(shí)間十分集中，例如：教學(xué)樓的主要用能時(shí)間段是8～22點(diǎn)，辦公樓的主要用能時(shí)間是8～18點(diǎn)。因此，在對(duì)高校建筑進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)、管理時(shí)，必須統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，特別是注重在用能相對(duì)集中時(shí)間段的節(jié)能管理。

2.3高校用電性質(zhì)多樣

由于高校內(nèi)存在教學(xué)樓、辦公樓、宿舍樓、實(shí)驗(yàn)室、食堂等多種建筑，涉及暖通、照明、電梯、教學(xué)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等各式用能設(shè)施，囊括了電、熱、天然氣、煤炭等多類能源，這就決定了高校用電性質(zhì)多。基于此，必須對(duì)各種建筑耗能特點(diǎn)、數(shù)量進(jìn)行分類，以有針對(duì)性地加強(qiáng)節(jié)能改造。

2.4高校用電負(fù)荷等級(jí)涉及范圍廣

根據(jù)調(diào)查可以發(fā)現(xiàn)，近些年我國(guó)新建高校涵蓋了民用建筑各類型，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，可以將建筑供電負(fù)荷飛分為一、二、三個(gè)等級(jí)。高校供電負(fù)荷等級(jí)涉及范圍十分廣，重要實(shí)驗(yàn)室電源，包括生物制品、培養(yǎng)劑用電等為一級(jí)，高層教學(xué)樓客梯、主要通道照明為二級(jí)，此外還有部分建筑為三級(jí)負(fù)荷。

3　高校建筑電氣節(jié)能措施

3.1從供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)節(jié)能

現(xiàn)代高校校園建筑面積普遍較大。教學(xué)樓、實(shí)訓(xùn)中心、行政辦公樓、學(xué)生宿舍、生活區(qū)等分布較廣，用電需求、系統(tǒng)供電能力都有所不同。

線路電流無(wú)法改變，若想減少線路損耗，關(guān)鍵在減小供配電線路電阻。線路電阻R=P·L/s，因此減少線路的損耗，理論上可以選用電導(dǎo)率小的材質(zhì)做導(dǎo)線、減小導(dǎo)線長(zhǎng)度并適當(dāng)增大導(dǎo)線截面面積。為了降低配電網(wǎng)損耗，應(yīng)從接入點(diǎn)附近從電網(wǎng)中取得電源，因?yàn)樨?fù)載的功率損耗和電網(wǎng)的輸電電壓、負(fù)載電流、有功無(wú)功功率和供配電線路的距離有關(guān)。所以，當(dāng)供配電線路距離過(guò)長(zhǎng)會(huì)大大增加線損。當(dāng)輸送電壓和功率因數(shù)均保持不變的條件下，輸送距離增加10%，功率損耗隨之增大10%。我國(guó)對(duì)10kV/0.4kV配電線路規(guī)定了其合理的輸送距離和容量（見(jiàn)表1）。

表1　線路輸送距離與輸送容量

因此，高校供配電系統(tǒng)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單可靠，同一電壓等級(jí)變配電級(jí)數(shù)需少于兩級(jí)，適宜采用10/0.4kV電壓等級(jí)配電，再結(jié)合校園各區(qū)用電要求，合理確定供配電系統(tǒng)，可采用10kV電壓等級(jí)線路直接供電到負(fù)荷中心，輸送容量和距離均應(yīng)滿足上表要求。

3.2從供配電設(shè)施設(shè)備的選型節(jié)能

3.2.1變壓器的選型

變壓器的選型應(yīng)遵從以下幾個(gè)原則：

（1）準(zhǔn)確計(jì)算負(fù)荷，合理確定變壓器容量，并綜合考慮初始投資與運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，選擇容量與負(fù)荷相匹配的變壓器，并對(duì)根據(jù)負(fù)荷的分布情況、所供建筑物性質(zhì)情況、對(duì)變壓器設(shè)置位置、出線回路等作出合理設(shè)計(jì)，使其運(yùn)行于高效低耗區(qū)。

（2）選擇節(jié)能型變壓器，在選擇變壓器時(shí)候，應(yīng)選擇高效率、低損耗、抗沖擊、噪音低、節(jié)能效果好的節(jié)能產(chǎn)品。為使變壓器處于最經(jīng)濟(jì)節(jié)能運(yùn)行狀態(tài)，其負(fù)載率宜在75～85%之間，并不應(yīng)超過(guò)85%。宜選用鐵芯材料采用具有高導(dǎo)磁率的優(yōu)質(zhì)冷軋取向硅鋼片制造的變壓器，其渦流損耗與漏磁損耗低，節(jié)能效果顯著。

（3）由于校園負(fù)荷種類多，照明設(shè)備多，單相、三相設(shè)備分布廣，因此諧波及三相負(fù)荷不平衡問(wèn)題突出，根據(jù)我國(guó)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ16-2008）等相關(guān)規(guī)范，配電變壓器宜選用D，ynll接線組別的變壓器。

（4）由于高校實(shí)驗(yàn)室存在較多的大功率動(dòng)力設(shè)備，為避免此類設(shè)備工作時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)中心、教學(xué)樓等場(chǎng)所造成影響，對(duì)此類建筑物宜采用專設(shè)變壓器供電。

綜上，本著綜合考慮校園建筑的特點(diǎn)和節(jié)約成本的原則，建議選用SCB型干式變壓器。

3.2.2供配電線纜的選擇

由于校園建筑供配電系統(tǒng)線路損耗問(wèn)題嚴(yán)重，除選擇合理配電點(diǎn)以減小線路長(zhǎng)度外，選擇電阻率較小的線纜也很有必要。根據(jù)電阻值公式R=ρLS可知，線路電阻與截面成反比，對(duì)于較長(zhǎng)的線路，在滿足載流量、熱穩(wěn)定性、允許電壓降要求所選定的截面外，可適當(dāng)再加大一級(jí)導(dǎo)線的截面，這樣可延長(zhǎng)線纜的使用壽命，減少線路的損耗。將線路損耗減少以及維護(hù)費(fèi)用降低與線路截面增大所產(chǎn)生的費(fèi)用相權(quán)衡，仍不失為一技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行的設(shè)計(jì)方案。

在進(jìn)行導(dǎo)線、電纜截面選擇時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)線路敷設(shè)環(huán)境，滿足機(jī)械強(qiáng)度要求。在確定截面時(shí)，一般采用按發(fā)熱條件，即根據(jù)線纜載流量進(jìn)行選擇，這就要求負(fù)荷計(jì)算一定要準(zhǔn)確，避免因負(fù)荷計(jì)算失當(dāng)導(dǎo)致計(jì)算電流偏差而造成浪費(fèi)。

3.3無(wú)功功率補(bǔ)償

無(wú)功電源和有功電源一樣，同樣保證著電能的質(zhì)量。電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)應(yīng)保證無(wú)功平衡，否則，系統(tǒng)電壓將會(huì)降低，功率因數(shù)也會(huì)隨之下降。負(fù)荷的有功功率保持不變的條件下，提高其功率因數(shù)，可以減少所需的無(wú)功功率，進(jìn)而減少通過(guò)供配電線路和變壓器的損耗和電能損失。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，電網(wǎng)線損約70%實(shí)在10/0.4kV配電系統(tǒng)中損耗的，而無(wú)功功率大約50%消耗在用戶方面，剩余的約50%左右消耗在電網(wǎng)損耗上，對(duì)用戶端來(lái)說(shuō)，應(yīng)就地安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。

對(duì)于高校來(lái)說(shuō)，其中大量使用單相負(fù)荷，容易造成三相負(fù)載的不平衡。由于調(diào)節(jié)補(bǔ)償無(wú)功的采樣信號(hào)取自任意一相，從而造成未檢測(cè)的兩相容易形成欠補(bǔ)償或過(guò)補(bǔ)償。對(duì)于三相不平衡以及單相配電系統(tǒng)，可以采用分相電容自動(dòng)補(bǔ)償?shù)霓k法，通過(guò)調(diào)節(jié)無(wú)功功率參數(shù)的信號(hào)，根據(jù)每相感性負(fù)載的大小和功率因數(shù)的高低進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償，不影響其他相，故不會(huì)產(chǎn)生欠補(bǔ)償和過(guò)補(bǔ)償。

3.4照明節(jié)能

3.4.1燈具選擇

場(chǎng)所的不同，燈具選擇標(biāo)準(zhǔn)也存在一定差異，具體如下：

（1）教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓、圖書館。教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓、圖書館具體可以分為兩類區(qū)域：一是功能照明區(qū)域，如：教室、實(shí)驗(yàn)室、閱覽室等等；二是非功能照明區(qū)域，如：門廳、走廊、電梯間等等。其中，功能照明區(qū)域，目前多數(shù)使用“T8直管型熒光燈+電子鎮(zhèn)流器”，據(jù)調(diào)查1盞40W與20W普通T8熒光燈光通量約分別為2500lm和1025lm，1盞28W與13W普通T5熒光燈光通量約分別為2600lm和1100lm。因此，T5熒光燈可完全替代T8熒光燈，在確保室內(nèi)照度的同時(shí)，令照明系統(tǒng)功率密度下降約25～30%，具有顯著的節(jié)能效果。因此，建議選用“T5直管型熒光燈+電子鎮(zhèn)流器”。非功能照明區(qū)域，建議選用LED燈具或是U型緊湊節(jié)能燈。

（2）食堂、學(xué)生宿舍等區(qū)域，由于此類區(qū)域照度要求不高，因此建議使用LED燈具。

（3）室外照明區(qū)域。據(jù)調(diào)查，我國(guó)不少高校在室外照明區(qū)域使用的是大功率金鹵燈，但是其發(fā)光效率偏低，能耗高。基于此，推薦使用LED泛光燈，其泛光燈發(fā)光效率達(dá)600～700lm/W，遠(yuǎn)高于金屬鹵化物燈，在滿足照度需要的基礎(chǔ)上，可減少室外照明能耗。此外，隨著清潔能源的廣泛應(yīng)用，校園道路照明燈還可選用天陽(yáng)能+風(fēng)能供電，以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)環(huán)保與節(jié)能。

3.4.2優(yōu)化照明控制方式

（1）圖書館照明系統(tǒng)控制方式。圖書館的主要功能區(qū)為閱讀區(qū)，為了保證自然光得以充分利用，需對(duì)照明系統(tǒng)配電線路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用“感光控制系統(tǒng)+紅外感應(yīng)控制系統(tǒng)”，即：靠窗閱覽區(qū)使用感光照明，可根據(jù)區(qū)域照度自動(dòng)調(diào)節(jié)燈具開(kāi)啟的數(shù)量，如圖1所示；內(nèi)部帶卡位閱覽區(qū)使用紅外感應(yīng)，若是卡位無(wú)人，則燈具自動(dòng)關(guān)閉，若是卡位有人，則會(huì)開(kāi)啟燈具，如圖2所示。

圖1　感光控制系統(tǒng)

圖2　紅外感應(yīng)控制系統(tǒng)

（2）教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓照明系統(tǒng)控制方式。教學(xué)樓、實(shí)驗(yàn)樓主要功能區(qū)為教室與實(shí)驗(yàn)室，建議對(duì)其照明系統(tǒng)配電線進(jìn)改造，使用與教學(xué)課時(shí)相關(guān)聯(lián)的“定時(shí)控制+感光控制”；對(duì)于實(shí)習(xí)室，容易出現(xiàn)學(xué)生數(shù)量少而教室照明燈全開(kāi)的情況，出現(xiàn)照明能耗嚴(yán)重的問(wèn)題，建議使用“定時(shí)控制+計(jì)數(shù)照明”控制系統(tǒng)，合理控制燈具數(shù)量。

（3）教師辦公樓照明系統(tǒng)控制方式。教師辦公樓主要功能區(qū)為辦公室，多數(shù)采用的是群控方式，無(wú)法根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)燈具開(kāi)啟數(shù)量，導(dǎo)致電能的浪費(fèi)。對(duì)此，可使用分區(qū)控制系統(tǒng)，以控制燈具開(kāi)啟數(shù)量，實(shí)現(xiàn)照明能耗的有效降低。

（4）食堂、學(xué)生宿舍照明系統(tǒng)控制方式。食堂、學(xué)生宿舍人員的停留時(shí)間和人數(shù)比較固定，只需采用傳統(tǒng)分區(qū)手動(dòng)控制，加強(qiáng)運(yùn)行管理即可實(shí)現(xiàn)照明能耗的降低。

3.5加強(qiáng)可再生能源的利用

我國(guó)地處北半球，南北從北緯4～52.5°，東西自東經(jīng)73～ 135°。全國(guó)各地的年太陽(yáng)輻射總量為931～2334kWh/m，中值為1633kWh/m，太陽(yáng)能資源豐富，應(yīng)予以充分利用。

（1）自然光光導(dǎo)照明。該照明裝置自20世紀(jì)80年代末得以流行，主要是利用采光裝置聚集室外自然光線并導(dǎo)入系統(tǒng)內(nèi)部，經(jīng)由特殊導(dǎo)光裝置強(qiáng)化和高效傳輸后，由系統(tǒng)底部漫射裝置將自然光線均勻?qū)胧覂?nèi)任何需要光線的地方，可完全電能照明，是一種綠色健康、節(jié)能環(huán)保的新型照明產(chǎn)品。從黎明到黃昏，甚至是雨天或陰天，該照明系統(tǒng)導(dǎo)入室內(nèi)的光線都十分充足。當(dāng)前，我國(guó)已掌握此技術(shù)，在上海同濟(jì)大學(xué)、清華大學(xué)節(jié)能示范樓等項(xiàng)目中均取得了成功應(yīng)用。

（2）太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)。太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)主要組成部分包括太陽(yáng)能光伏電池組件、控制器、蓄電池、逆變器、燈具等等，根據(jù)運(yùn)行方式可將其分為獨(dú)立系統(tǒng)與并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。其中，獨(dú)立系統(tǒng)白天太陽(yáng)能發(fā)電多余部分使用蓄電池進(jìn)行儲(chǔ)存，在滿足夜間用電需求同時(shí)，還可作為災(zāi)害時(shí)期后備電源；并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)白天太陽(yáng)能發(fā)電可送回電網(wǎng)，夜間使用，不足部分由電網(wǎng)提供。選用太陽(yáng)能光伏電源系統(tǒng)時(shí)，需充分考慮工程所在地的太陽(yáng)能資源狀況與工程投資情況，年日照時(shí)數(shù)若是小于2200h則不宜采用。

4　結(jié)語(yǔ)

總之，為了提升高校建筑電氣系統(tǒng)的節(jié)能效果，設(shè)計(jì)人員在開(kāi)展電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作時(shí)，不但要分析電氣系統(tǒng)裝置的節(jié)能效果，同時(shí)也需要分析其經(jīng)濟(jì)性、安全性以及可靠性，選用高效系統(tǒng)設(shè)備，科學(xué)制定供配電方案，在提升其環(huán)保節(jié)能性的同時(shí)，獲取更多的經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益。

[1]陳健弘，韓寧，楊波.建筑電氣節(jié)能技術(shù)與方案若干問(wèn)題的探討[J].電氣應(yīng)用，2013（02）：156～157.

[2]許煒.建筑電氣節(jié)能措施探討[J].湖南農(nóng)機(jī)，2012，38（11）：250～251.

[3]張紹秋.建筑電氣技術(shù)節(jié)能措施的探討[J].河北企業(yè)，2012（10）：83～85.

TU85

A

1673-0038（2015）48-0109-03

2015-11-12

王璽（1984-），男，漢族，中級(jí)建筑電氣工程師，碩士，主要從事建筑電氣建筑管理工作。