郭合玉

（太原理工大學建筑設計研究院有限公司，山西太原 030024）

0 引言

當前，經(jīng)濟的高速發(fā)展與能源緊缺的國情之間的矛盾日益凸顯，因此政府提出節(jié)能減排，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的口號。電力作為現(xiàn)代社會最基礎、最普及的能源，已經(jīng)根植于人們的日常生活，電力能源在建筑行業(yè)的應用為人們提供了方便舒適的生活環(huán)境，電梯、空調(diào)、照明、通風以及各種家用電器大大地改善了人們的生活水平，同時也產(chǎn)生了越來越大的電力需求，不合理的電能使用造成了大量的能源浪費。綠色建筑電氣設計中節(jié)能措施的應用能夠很好地實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，降低能源消耗。

1 民用綠色建筑電氣設計現(xiàn)狀

民用綠色建筑的電氣設計，是指根據(jù)一定的建筑電氣設計規(guī)范和規(guī)律，對民用綠色建筑進行電氣網(wǎng)絡設計和布局，以實現(xiàn)人們?nèi)粘Ｉ畹碾娏π枨鬄槟繕恕Ｃ裼镁G色建筑電氣設計不僅應嚴格遵守建筑電氣設計的相關規(guī)范和要求，而且也應該滿足業(yè)主對相關功能的要求同時應考慮到施工方具體情況。節(jié)能電氣的設計就是采用新技術、新方法優(yōu)化建筑電力系統(tǒng)，以降低網(wǎng)損，提高電能使用效率。

當前我國處于城鎮(zhèn)化建設的高速發(fā)展時期，建筑物高度不斷刷新，城市面積不斷擴大，加上各種新型用電設備對已有建筑電力系統(tǒng)的影響，使建筑電網(wǎng)產(chǎn)生巨大消耗和浪費。對建筑電氣設計問題不斷總結(jié)和改善，推廣節(jié)能設計，實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展[1-3]。

2 民用綠色建筑電氣設計節(jié)能原則

2.1 基礎性

民用綠色建筑電氣節(jié)能設計應能滿足人們對于照明、空調(diào)、電梯等一些最基本用電需求，同時對于特或高層建筑應該實現(xiàn)其消防用電、應急用電的需求。

2.2 適用性

考慮到建筑電力系統(tǒng)的供電可靠性、電能質(zhì)量以及用電設備的負荷等實際情況，不斷優(yōu)化建筑電氣節(jié)能設計，在保證其正常運行動力的前提下盡量實現(xiàn)節(jié)能，減少電能浪費。

2.3 經(jīng)濟性

經(jīng)濟性是節(jié)能建筑電氣節(jié)能設計必須遵從的原則，也是一切節(jié)能設計的出發(fā)點。不能為了節(jié)能設計而盲目增加節(jié)能投資成本，或增加建筑運行成本，使民用綠色建筑節(jié)能設計本末倒置。

3 民用綠色建筑電氣設計具體節(jié)能措施

3.1 合理配置變壓器容量

變壓器運行所產(chǎn)生的能耗費用占電力系統(tǒng)電費中比例較大，因此應選用節(jié)能經(jīng)濟性變壓器，如圖1所示的干式變壓器。然而，變壓器的選型，不能簡單地通過變壓器的負荷率來選擇變壓器。在建筑電氣設計規(guī)劃初期，應綜合考慮到當?shù)毓╇姴块T相關要求、建筑負荷等實際情況，按照最佳經(jīng)濟運行條件和費用來選擇變壓器型號、數(shù)量、容量等。在實際運行中，變壓器的負荷率應保持在合理的范圍內(nèi)，變壓器的負荷率一般保持在80%~85%之間最為合適，這樣才能最大限度地減少變壓器的有功功率損耗及空載損耗。

圖1 干式變壓器

3.2 合理的配電系統(tǒng)設置

合理的配電系統(tǒng)就是合理設計建筑電力系統(tǒng)網(wǎng)絡，首先就是在設計配電網(wǎng)絡的時候，配電室必須接近負荷中心，這樣才能保證建筑中電氣負荷距離供電中心保持在合適的范圍內(nèi)，使整個建筑電力系統(tǒng)的網(wǎng)損在允許值范圍內(nèi)。

在合理的配電系統(tǒng)設置時應遵循簡單可靠的原則，在同一配電系統(tǒng)內(nèi)，電力系統(tǒng)變壓等級不超過兩級，這樣才能減少因變壓級數(shù)過多而增加能耗。同時根據(jù)電力系統(tǒng)能耗公式Q=U2/R可知電壓等級越高越高電力系統(tǒng)能耗越低，因此在一般民用綠色建筑電氣設計中選用兩相220V和三相380V電壓等級。而對于大型中央空調(diào)等電壓等級為6kV或者10kV。

3.3 適當提高配電系統(tǒng)的功率因素

功率因素是有功功率和總功率的比值，在建筑電力系統(tǒng)中傳輸?shù)目偰芰考从泄β适枪潭ú蛔兊?，但是在民用綠色建筑電氣設備的運行中會產(chǎn)生滯后的無功電流，特別是電動機這類設備會產(chǎn)生較大的無功電力從而增加無功損耗，無功功率越大，電能損耗也就越大。裝設有電動機的大功率用電設備例如風機、空調(diào)系統(tǒng)、電梯等都會產(chǎn)生較大的無功損耗，對此一般在配電系統(tǒng)中裝設無功補償裝置。民用綠色建筑中通過靜電電容器補償，電容器可以產(chǎn)生超前的無功電流，用于抵償用電設備中滯后無功電流或者使其保持在一定范圍內(nèi)，達到降低無功損耗的目的。同時也可以采用自然因素較高的燈具等。

3.4 合理控制線路電能損耗

在民用綠色建筑電力系統(tǒng)中，導線的無序、不合理規(guī)劃產(chǎn)生了較大的電能損失。對于導線的選擇，應選用電導率比較大的銅線，相對于鋁線而言，銅線導電率高、耐腐蝕、更安全。在線路敷設過程中，應盡量減少線路距離。對于較多分散的小負荷，可以進行合并供電，這樣可以減少導線距離，增大導線橫截面積，從而降低網(wǎng)損。選用橫截面積較大的導線，雖然一定程度增加了投資，但是長遠來看，更能降低網(wǎng)速，更具有經(jīng)濟性。

3.5 改善民用綠色建筑照明節(jié)能

根據(jù)民用綠色建筑電氣設計的特點，可以合理規(guī)劃建筑照明的選型和控制方式。白熾燈的使用壽命一般為1000h左右，而節(jié)能燈的使用壽命是白熾燈的兩倍，并且照度更大于同功率白熾燈。隨著電力電子技術的發(fā)展，新型LED燈具表現(xiàn)出更高的照明效率，更多組合樣式以及更多應用場所。因此，新型節(jié)能燈具替代白熾燈，可以更好地改善燈光的柔和度，更具有高效率低耗能。同時，改善照明控制方式也能提高照明系統(tǒng)的工作效率，節(jié)約電能，減少設備維護費用。節(jié)能型燈具如圖2所示。例如，對于面積較大的場所采用多燈一控方式，而對于樓梯、走廊、公共通道等采用定時控制或聲控燈方式，這樣可以合理控制使用時間，減少電能損耗。對于新興住宅樓或者辦公大樓也可以采用智能控制方式，對于不同建筑，不同區(qū)域?qū)嶋H情況的不同采用光、聲等多模式結(jié)合的新興控制方式，使電氣設計更科學合理、高效節(jié)能。

圖2 節(jié)能型燈具

3.6 大功率用電設備的電氣設計

空調(diào)和電梯是一般民用綠色建筑的大功率用電設備，對于民用綠色建筑的空調(diào)系統(tǒng)一般有中央空調(diào)系統(tǒng)和分體式空調(diào)，中央空調(diào)系統(tǒng)可以通過樓宇智能控制系統(tǒng)，合理控制其運行時間和運行方式而達到節(jié)能的目的。而對于分體式空調(diào)，一般其插座設計位置較高，僅用遙控器無法斷開電源；而辦公場所的分體式空調(diào)通過樓層照明電源斷電，因此空調(diào)系統(tǒng)長時間待機狀態(tài)不僅消耗了大量電能而且也是重大的火災安全隱患。對此問題，一般設置獨立開關控制、設置專門的配電線路。

電動機是電梯的動力系統(tǒng)，一般電動機的參數(shù)和規(guī)則都在出廠之前進行設置，因此提高電梯的使用效率和功率因素都可以大大降低電動機能耗。除了利用無功補償裝置降低電動機無功損耗之外，還可以盡量減少電動機的輕載負荷，例如采用變頻技術控制，從而提高電動機效率達到節(jié)約電能的效果。

3.7 合理使用自然資源

隨著政府對節(jié)能減排及清潔能源利用政策出臺，風能、光伏等清潔能源在建筑節(jié)能設計中的利用有很大前景。其中建筑物與光能的有效結(jié)合已取得良好運行模式，利用光能進行采光取暖，光伏發(fā)電設備建成分布式電源等均是光能與建筑結(jié)合的有效利用方式。民用綠色建筑采用光伏能源亦可獲得國家相關政策補貼，長遠來看也可降低建筑物能耗，實現(xiàn)節(jié)能減排。

4 結(jié)語

隨著時代的發(fā)展，民用綠色建筑設計的節(jié)能措施具有很大的潛力。在民用綠色建筑的節(jié)能設計中通過合理配置變壓器和配電系統(tǒng)，優(yōu)化線路設計，改善照明系統(tǒng)，提高大功率用電效率等節(jié)能措施能有效降低建筑電氣的能耗，具有很強的實用性。