阮春海

（廣東省建筑設(shè)計研究院有限公司，廣東廣州510010）

0 前言

現(xiàn)代社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，無論是生產(chǎn)端還是消費端，人們對電力的需求不斷增加，推動電力消費的持續(xù)增長。在建筑電氣的設(shè)計中，許多設(shè)計者只關(guān)注滿足用戶的用電需求，而對建筑電氣的節(jié)能設(shè)計重視程度不足，一定程度上增加了用電能耗。目前，中國的電力能源類型主要火電、水電、風(fēng)電、核電及太陽能發(fā)電，其中，火電占大部分，火電屬于化石能源，生產(chǎn)時會產(chǎn)生大量二氧化碳。無論是從國家“碳中和”的戰(zhàn)略出發(fā)，還是從節(jié)約用戶用電費用的角度出發(fā)，建筑電氣的節(jié)能設(shè)計都是急需且必要的，因此，建筑電氣設(shè)計必須貫徹節(jié)能原則并提出可操作性方案。

1 節(jié)能原則

建筑電氣設(shè)計中，應(yīng)該始終考慮到有效利用電力的原則，兼顧考慮社會因素、經(jīng)濟因素及環(huán)境因素，以成熟的理論技術(shù)以及豐富的工程經(jīng)驗作為支撐，進而實現(xiàn)電力利用的最大化，最終減少電能消耗、提高電能使用效率。因此，建筑電氣節(jié)能設(shè)計原則主要是實用、經(jīng)濟、節(jié)約能源。

1.1 實用性

實用性主要是指工程師在節(jié)能設(shè)計時不能忽略建筑的使用功能，節(jié)能設(shè)計應(yīng)同時滿足人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活以及節(jié)能的需要。比如在進行建筑照明設(shè)計時，在滿足照明功率密度的節(jié)能要求下，應(yīng)同時考慮不同場所的照度、色溫、均勻度及顯色性等要求。

1.2 經(jīng)濟性

經(jīng)濟性是建筑電氣設(shè)計中不可缺少的原則。節(jié)能與投資存在密切聯(lián)系，節(jié)能可能帶來初始投資的增加，降低業(yè)主的投資意愿，但其效益可能主要體現(xiàn)在項目的日后運營上。因此，在進行節(jié)能設(shè)計時，應(yīng)充分比較不同方案，綜合分析初始投資與日后運營的費用，給出最優(yōu)的節(jié)能方案。

1.3 節(jié)約能源

節(jié)約能源是建筑電氣節(jié)能設(shè)計的最終目標(biāo)。在設(shè)計階段需對建筑進行負(fù)荷及能耗分析，并采取相應(yīng)的節(jié)能措施來提高能源利用效率、減少能源浪費。

對于能源消耗與建筑物功能沒有關(guān)聯(lián)的地方，應(yīng)考慮采取相應(yīng)的技術(shù)措施來減少能源使用量。如設(shè)備自身的損耗、供電線路損耗，可通過采用節(jié)能型設(shè)備減少損耗、合理設(shè)置變電所及電氣豎井位置減少供電線路損耗。

對于建筑物需要使用的能源，可通過采取先進的用能管理措施，如建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS）、智能照明控制系統(tǒng)、建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)等智能化系統(tǒng)實現(xiàn)機電設(shè)備的節(jié)能運行、提高用能效率。

2 節(jié)能措施

本著以上三方面原則，主張的節(jié)能措施主要有六方面。分別是供配電系統(tǒng)節(jié)能、照明節(jié)能、線路節(jié)能、機電設(shè)備控制系統(tǒng)節(jié)能、變壓器節(jié)能、利用可再生資源。

2.1 供配電系統(tǒng)節(jié)能

建筑供配電系統(tǒng)為了達到節(jié)能的要求，應(yīng)強調(diào)整體平衡，根據(jù)建筑用電的整體情況，結(jié)合建筑電氣工程的特點、建筑用電需求和未來的規(guī)劃發(fā)展，進行科學(xué)有效的設(shè)計：

（1）根據(jù)建筑分區(qū)及業(yè)主管理需求設(shè)置不同的變電所，變電所位置應(yīng)盡量靠近各區(qū)域負(fù)荷中心。根據(jù)變電所分區(qū)合理規(guī)劃電氣豎井位置，電氣豎井的位置也應(yīng)盡量位于負(fù)荷中心。

（2）優(yōu)化配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，大容量設(shè)備采用放射式為主的供電方式，均勻分布的負(fù)荷采用樹干式配電。大容量用電回路采用母線槽供電，提高干線供電能力、簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

（3）采用建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)，對照明、空調(diào)、電力、給排水等不同類型的設(shè)備進行分項計量，實時監(jiān)控各系統(tǒng)電能消耗情況。

2.2 照明節(jié)能

在建筑電氣節(jié)能設(shè)計時，不能忽視建筑物的照明節(jié)能設(shè)計。根據(jù)筆者的工作經(jīng)驗，一般民用建筑中照明用電總量較大（用電量僅次于空調(diào)用電）。照明節(jié)能設(shè)計就是要滿足用戶照明需求的同時，降低電能損耗。在設(shè)計中可采取以下照明節(jié)能措施：

（1）充分利用自然光作為照明方式，自然光是成本最低、需要能耗最小的照明節(jié)能方式，照明節(jié)能設(shè)計應(yīng)充分利用自然光。在建筑設(shè)計的方案階段，應(yīng)充分與建筑專業(yè)、業(yè)主協(xié)調(diào)溝通，充分利用自然光。

（2）在現(xiàn)有建筑中，傳統(tǒng)光源主要為白熾燈、熒光燈、金鹵燈、高壓鈉燈，隨著照明光源技術(shù)的發(fā)展，LED等新型光源也在漸漸走進大眾視野。在建筑用電的節(jié)能設(shè)計中，光源的選擇要滿足場所的需要，不同的場所對光源的選擇不同。相對傳統(tǒng)光源，LED光源具有光效高、壽命長、色溫豐富、可調(diào)節(jié)性強等優(yōu)勢，可較好適應(yīng)不同場所的照明需求。盡管LED光源的初始投資較高，但從長遠來看，其綜合效益高于傳統(tǒng)光源。

（3）采用直接照明為主的照明方式。

（4）對燈具進行分區(qū)、分組控制，同時可采用照度傳感器、人體感應(yīng)傳感器、定時開關(guān)等技術(shù)手段對燈具進行自動控制，實現(xiàn)照明系統(tǒng)的節(jié)能運行。照度傳感器可根據(jù)照明區(qū)域自然光情況自動開關(guān)燈具或調(diào)節(jié)燈具照度；在平時人員較少經(jīng)過的區(qū)域采用人體感應(yīng)開關(guān)，可減少該區(qū)域燈具的開啟時間、節(jié)約用電；定時開關(guān)可防止管理人員失責(zé)在建筑非營業(yè)時間大量開啟燈具，造成電能浪費，同時也可提高建筑運營效率。

在實際應(yīng)用中，需要將各種燈具與光源相匹配，所以在照明設(shè)計中，要選擇光照可控性強、效率高的燈具。對于不同的房間面積和高度，可以通過計算房間空間比RCR（Room Cavity Ratio），確定廣角、中角、窄角燈具的選擇，并根據(jù)房間的天花板、墻壁、地面的反射系數(shù)，確定燈具的利用系數(shù)來實踐更科學(xué)的照明設(shè)計[1]。根據(jù)精確計算出的RCR值，確定燈具的使用方法，使用合適的燈具可以提高光的利用率，節(jié)約能源。

當(dāng)選用熒光燈、金鹵燈或高壓鈉燈時，需配套選擇鎮(zhèn)流器。市場上有各種類型的鎮(zhèn)流器，不同鎮(zhèn)流器所消耗的功率不同，因此在設(shè)計時需要對其進行仔細(xì)考察和合理選擇。建議采用節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器或電子式鎮(zhèn)流器。

2.3 線路節(jié)能

建筑物的正常使用離不開電能傳輸，所以電路線路損耗是不能避免的，一般來說，供電線纜的電壓等級、截面密切影響電能傳輸能力的大小。建筑電氣工程中線路十分復(fù)雜，一般工程的線路總體長度超過10000m，更大規(guī)模的工程更是難以估計。當(dāng)供電線路設(shè)計不合理時，可能造成巨大的電能損耗。設(shè)計上可以采取以下措施降低供電線路損耗：

（1）適當(dāng)提高市政供電電壓水平，有條件的建筑優(yōu)先采用20kV/35kV供電。在同樣的計算負(fù)荷下，線路的有功損耗與供電電壓的平方成反比，提高線路電壓還可縮小供電電纜的截面。因此，適當(dāng)提高線路供電電壓具有明顯的經(jīng)濟、節(jié)能效益。

（2）優(yōu)先采用銅芯導(dǎo)體。銅芯導(dǎo)體的電阻率比鋁要低，其線路損耗相對鋁導(dǎo)體低。

（3）合理規(guī)劃變電所及電氣豎井的位置，縮短線路長度。設(shè)計中還要合理規(guī)劃電纜橋架路由，電纜敷設(shè)時應(yīng)遵從”最短路徑”原則、避免電纜迂回敷設(shè)。

（4）根據(jù)經(jīng)濟電流密度選擇導(dǎo)體截面[3]。

（5）平衡三相負(fù)荷。建筑中單相負(fù)荷較多，比如照明、插座、弱電設(shè)備及末端空調(diào)設(shè)備等大多數(shù)均為單相設(shè)備，當(dāng)配電系統(tǒng)中三相不平衡程度較大時，供電干線中N線電流較大、N線線路損耗較大。因此，在設(shè)計時應(yīng)盡量減少供電干線中N線的電流，因此需盡量平衡三相負(fù)荷。

（6）做好諧波治理措施。當(dāng)建筑中電力電子設(shè)備較多時，容易產(chǎn)生包括三次諧波在內(nèi)的一系列諧波，當(dāng)三次、九次等諧波含量較大時，供電系統(tǒng)中N線電流也較大（其值甚至?xí)^相線），因此對該部分設(shè)備建議采取有源濾波措施，就地處理該部分諧波，減少N線的電流。

2.4 機電設(shè)備控制系統(tǒng)節(jié)能

通過設(shè)計合理的機電設(shè)備控制系統(tǒng)，可在滿足使用需求的基礎(chǔ)上，降低機電設(shè)備的用電能耗。設(shè)計上可以采取以下措施：①同一區(qū)域裝有多臺電梯的采用電梯群控系統(tǒng)；②負(fù)荷變化情況較頻繁的機電設(shè)備（如生活水泵、冷凍水泵、空調(diào)器等）可采用變頻控制方式；③采用建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)（BAS），通過實時監(jiān)控各類機電設(shè)備并通過監(jiān)控主機進行實時運算，實現(xiàn)機電系統(tǒng)的最優(yōu)運行、節(jié)約用電能耗。

2.5 變壓器節(jié)能

變壓器作為配電系統(tǒng)的基本設(shè)備，變壓器的容量、數(shù)量和運行方式對建筑物內(nèi)的電能損耗也有很大影響。當(dāng)季節(jié)性或沖擊性負(fù)荷使電能質(zhì)量明顯下降時，當(dāng)季節(jié)性負(fù)荷的變化難以調(diào)節(jié)，可以安裝特殊的變壓器，允許變壓器自由切換，實現(xiàn)經(jīng)濟效益，并減少因輕負(fù)荷運行進行補救措施和電能損耗[4]。

設(shè)計上應(yīng)優(yōu)先采用節(jié)能型變壓器。另外，當(dāng)建筑存在較大的季節(jié)性負(fù)荷時，可為這部分負(fù)荷專設(shè)變壓器供電，在非季節(jié)時間可停止變壓器的運行、減少變壓器損耗。

2.6 利用可再生資源

我國擁有廣闊的可再生能源，如風(fēng)能、太陽能、海洋能等。其中，太陽能與建筑的結(jié)合應(yīng)用最廣泛。舉例如下：①在建筑外立面設(shè)置太陽能板及光伏發(fā)電系統(tǒng)，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能。另外，太陽能板也可吸收外部熱量、降低室內(nèi)溫度；②采用太陽能熱水器、太陽能路燈等設(shè)備，降低設(shè)備用電能耗。

3 結(jié)語

建筑用電的節(jié)能設(shè)計有很大的發(fā)展?jié)摿?。?jù)有關(guān)方面估計，如果國家政府要求的相關(guān)節(jié)能措施得到落實，將產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益、社會效益，還可降低國家的電力建設(shè)投資。因此，建筑電氣設(shè)計工程師應(yīng)在滿足人民需求的前提下，提出有效可行的節(jié)能措施，這是每個建筑電氣工程師不可推卸的責(zé)任。