黃烴隆 劉合良

淺談建筑電氣節(jié)能措施

黃烴隆1劉合良2

（1. 南寧鐵路局，南寧 530000；2. 中國電子系統(tǒng)技術有限公司，北京 100040）

低碳環(huán)保，節(jié)能減排已成為全社會的共識，而我國建筑能耗大，約占全國能源消費總量20%，建筑節(jié)能勢在必行。建筑電氣節(jié)能作為建筑節(jié)能中重要的組成部分，電氣節(jié)能潛力巨大。本文對我國建筑電氣節(jié)能現(xiàn)狀和設計中重要的可節(jié)能環(huán)節(jié)進行簡要的分析，并提出節(jié)能設計措施，為廣大建筑電氣設計工作者提供設計參考，以推進建筑電氣節(jié)能事業(yè)的發(fā)展。

現(xiàn)狀；綠色建筑；建筑電氣；節(jié)能改造

1 我國建筑應用電氣節(jié)能技術現(xiàn)狀

“十二五”期間，全國建筑能耗約占全國能源消費總量的20%。隨著生活水平的提高，建筑能耗還在持續(xù)上升。

目前工程設計中，基本上能夠按照規(guī)范要求，滿足電氣節(jié)能。但對于中小型公共建筑和小居住區(qū)住宅建筑，初期投資資金較少，很少進行節(jié)能專篇設計。建筑電氣設計主要存在以下幾個方面的問題：①沒有綜合考慮用電負荷區(qū)域分布，季節(jié)分布情況，造成初期投入大，變壓器損耗高；②少有對建筑內大功率設備（如中央空調系統(tǒng)、風機、水泵等）進行能耗監(jiān)控，控制技術節(jié)能水平也不高，如電梯、水泵沒有采用節(jié)能控制技術；③項目中沒有充分考慮分析設備容量，前期估算與后期設計相差較大，造成變壓器、電纜選材浪費，增加投資；④照明設計僅滿足使用的需求，節(jié)能設計未充分考慮；⑤少有關于應用可再生能源的設計，無法滿足《公共建筑節(jié)能設計標準》的要求。

2 綠色建筑

綠色建筑是指在全壽命期內，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材）、保護環(huán)境、減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑[2]。從綠色建筑的概念可知，最大限度地節(jié)約資源給建筑的綠色設計指明了方向，單就建筑電氣來說，需要對設備進行優(yōu)選及控制，對電氣各系統(tǒng)智能化水平也有較高的要求。建筑電氣設計應該充分采用合理經濟的供配電及智能化系統(tǒng)，同時運用高效的節(jié)能技術，為綠色建筑提供保障。

2.1 供配電系統(tǒng)節(jié)能設計

變電站宜設置在負荷中心，減小供電距離，最大限度降低線路損耗。原則上變電站至末端配電箱最長供電距離約250m。

盡可能減少變壓器臺數(shù)，區(qū)分照明負荷、一般動力負荷和容量較大季節(jié)性用電負荷，針對后者合理設置專用變壓器供電，以降低損耗。

變電站高低壓側集中設置無功功率補償，采用固定和自動投切相結合的方式，要求低壓側功率因數(shù)在0.9以上。

對于功率較大的非線性負荷，會產生諧波電流，產生諧波損耗，同時危害公用電網，影響供電質量。所以諧波治理也是電氣節(jié)能的需要?？刹扇∫种浦C波的措施，即安裝無源吸收諧波裝置、有源吸收濾波器裝置、無源有源復合濾波吸收裝置、靜止無功發(fā)生器（SVG）。

2.2 變壓器節(jié)能設計

據相關資料統(tǒng)計，我國10kV變配電系統(tǒng)中，變壓器的能耗占該系統(tǒng)損耗80%以上，故變壓器的節(jié)能對整個供配電系統(tǒng)的節(jié)能至關重要。變壓器屬于電機，它的節(jié)能實際上就要減少其有功功率損耗、提高效率。而變壓器有功功率損耗包括空載損耗和負載損耗，即

式中，Db為變壓器有功損耗；o為變壓器空載損耗；k為變壓器負載損耗；為變壓器負載率。

式中的o空載損耗又稱鐵損，是定值，一般只與鐵心的材質、制造工藝有關，與負載無關，正比于鐵心重量、鐵心磁通密度。

因此，變壓器首選節(jié)能型的，如高磁通密度的優(yōu)質冷軋晶粒取向硅鋼片和非晶合金材質節(jié)能變壓器。與老產品比較，節(jié)能型變壓器具有低損耗、輕質量、高效率、抗沖擊等優(yōu)點。

式中的k負載損耗又稱銅損，是一、二次繞組流過額定電流時所產生的損耗，故應該選用損耗低的銅心繞組變壓器。結合經濟性和后期擴容考慮，本文認為負載率應設計在0.8左右。同時應該考慮用電負荷隨時間隨季節(jié)變化情況而設置變配電系統(tǒng)，如對夏季、空調等隨季節(jié)變化規(guī)律的負荷采用一大一小變壓器組進行合理的投切運行，以達到最大節(jié)能的目的。

下面將10kV/800kV·A的S9油浸式變壓器與同容量非晶合金變壓器進行節(jié)能性能比較，負載率為0.75，變壓器運行按24h，350天/年，電費單價按0.8元/kW·h。

由表1可知，相比于S9系列變壓器和SCB10系列變壓器，非晶合金變壓器運行約3年達到投資回收，使用期節(jié)約效果相當可觀。對于大容量、高負載率的變壓器，節(jié)能更加明顯，投資回收年限更短，因此國家才會大力推行節(jié)能型變壓器。本文認為，在變壓器選擇設計中，應該優(yōu)選非晶合金變壓器和S13型及以上節(jié)能配電變壓器。

表1 10kV/800kV·A幾種常用類型變壓器節(jié)能比較

2.3 建筑內大功率設備節(jié)能設計

建筑中大功率設備主要有中央空調、風機、水泵和電梯等，它們歸根結底都是電動機，故大功率設備的節(jié)能實質上就是電動機的節(jié)能，即

式中，為電動機效率；1為電動機輸入功率；al為電動機總損耗。

電動機總損耗包括鐵損、銅損、機械損耗和附加損耗。電動機的節(jié)能就是減小各個損耗，提高效率，需要從電動機的選擇和控制方面采取措施。

1）電動機的選擇

近年來，電動機行業(yè)采用新理論、新結構、新材料、新工藝等一系列先進的措施，研制出各種高效節(jié)能的電動機。國家也出臺了相應的標準GB 18613—2012 《中小型異步三相電動機能效限定值及能效等級》。該標準將電動機效率分成3個等級，即3級（能效限定值）、2級（目標能效限定值）和1級，其中1級能效最高。設計時選用電動機能效必須達到3級及以上，如YX3系列電動機或者更高效能電動機。同時還應該注意電動機的容量選擇，容量留有適當裕值，但也要避免“大馬拉小車”。大功率異步電動機功率因數(shù)小，應采取就地補償，提高功率因數(shù)，降低線損。

2）電動機的控制

電動機一般采用恒速運轉，這樣的方式使得電動機的效率很低。建筑中風機、水泵類設備也是采用各種閥門來調節(jié)流量，這種方法相對簡單，但卻耗能較大，同時也會損害電動機，增加設備維護費用，縮短設備使用壽命。

隨著電力電子技術和微機控制技術的發(fā)展，軟起動器得到了廣泛的推廣。它不僅可以在起動時調節(jié)電動機的電壓，使電動機有良好的起動性能，而且在突然停機和負載變化時也能自動調節(jié)電壓，使電動機運行在最佳狀態(tài)，達到節(jié)能目的。

電動機運行時采用交流電機調速節(jié)電技術也是節(jié)能的一大措施。變頻調速技術，在負載下降時，自動調節(jié)電動機轉速，智能的尋求最佳運行狀態(tài)，特別是保障輕載時的效率，達到節(jié)能效果[3]。因此，應該根據工程實際，選用合適的變頻調速裝置。

2.4 照明節(jié)能設計

因建筑照明耗能會占到建筑耗能的25%～30%，所以照明節(jié)能空間很大。在滿足建筑用途、使用舒適的前提下，照明設計應從如下幾個方面進行節(jié)能設計。

1）選用高效節(jié)能光源

按照場所選用不同類型的高效節(jié)能光源、節(jié)能燈具，滿足現(xiàn)行國家標準規(guī)范GB 50034—2013《建筑照明設計標準》的要求，特別是對照明功率密度（LPD）的限值，如一般室內場所，優(yōu)先選用T5熒光燈或LED燈；高大空間（如廠房、球館等）選用高效的金屬鹵化物燈或大功率LED燈。同時配合采用低耗的電子鎮(zhèn)流器或節(jié)能電感鎮(zhèn)流器，單燈功率因數(shù)低于0.9時采用電容器進行無功就地補償。

燈具外罩，除裝飾外，應優(yōu)先采用直射型燈具或高光通、反射透射系數(shù)高的高效燈具。

2）節(jié)能控制設計

按燈具的布置進行有效控制，充分利用自然光，同時考慮到工作區(qū)域的需要進行混合控制。設計時應適當增加控制開關，以便管理，更加高效的節(jié)能。對于大面積場所，應該采取分支回路控制方式，根據班制和人員停留時間控制燈具亮滅。公共場所，盡可能采用定時開關、聲光控制開關等節(jié)電方式控制。對于大型的公共區(qū)域，宜設智能照明控制系統(tǒng)。

2.5 電氣建筑能耗監(jiān)測設計

電氣建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)對建筑使用中的電力實施分項計量，實現(xiàn)對建筑內所有的電力消耗進行檢測，一方面，通過分析能耗監(jiān)控數(shù)據，及時發(fā)現(xiàn)電力浪費現(xiàn)象，并改變控制策略節(jié)約電力資源；另一方面，通過長期的對各機電設備能耗監(jiān)控數(shù)據，分析其使用狀況，通過計算確定經濟使用壽命，適時更換設備，降低綜合成本。

3 結論

綜上所述，建筑電氣的節(jié)電勢在必行。節(jié)電手段多種多樣，只要在設計時精心做好分析，采取合理的措施，合理選用節(jié)能設備，并通過電力能耗計量進行分析、采取合適的控制策略，就一定能達到最大化節(jié)能的目的。

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[7] 馬韜, 朱志芹, 邱清泉, 等. 1250kV·A三相高溫超導變壓器的系統(tǒng)集成與試驗[J]. 電工技術學報, 2016, 31(21): 188-195.

Introduction to Building Electrical Energy Saving Measures

Huang Tinglong1Liu Heliang2

(1. Nanning Railway Administration, Nanning 530000; 2. China Electronic Systems Technology Co., Ltd, Beijing 100040)

Low carbon environmental protection, energy conservation and emissions reduction has become the consensus of the whole society, and building energy consumption in our country, which accounts for the total energy consumption by 20%, building energy conservation is imperative. Building electric energy conservation as the important component of building energy efficiency, electric energy saving potential is tremendous. In this paper, based on present status and important in the design of building electrical energy saving can be made a brief analysis of energy-saving links and energy saving design measures are proposed, for the majority of building electrical design workers provide design reference, and promote the development of building electrical energy saving.

the status quo; green building; building electric; energy saving reconstruction

黃烴?。?989-），男，廣西南寧人，本科學歷，助理工程師，主要從事建筑電氣設計方面工作。