浙江巨匠建筑勘察設(shè)計(jì)有限公司 張劍鋒

1 引言

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷提升，各種建設(shè)也逐漸走向完備化，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)夯實(shí)[1]。但伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境資源的破壞問(wèn)題也隨之而來(lái)。資源的肆意浪費(fèi)和不合理分配也在反向影響著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[2]。在民生建設(shè)中，建筑的建設(shè)節(jié)能問(wèn)題較為棘手。在高樓林立的城市中，建筑的能源消耗是城市的能源消耗的主要方面[3]。合理的分配和嚴(yán)格的建造標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)代解決建筑能源消耗的主要手段。

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，減少能源的浪費(fèi)和開(kāi)發(fā)新能源技術(shù)是重中之重[4]?，F(xiàn)在風(fēng)能發(fā)電、核能發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電逐漸應(yīng)用到人類的日常生活中。一些新興的葉綠素發(fā)電、淤泥發(fā)電等技術(shù)也在不斷地研究中走向成熟。民生建筑是人類生活的重要載體，建筑中的電氣節(jié)能也是當(dāng)下十分熱門的話題[5]。在此基礎(chǔ)上，本文提出了建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)中新能源技術(shù)的應(yīng)用。將新能源技術(shù)融入日常的建筑建設(shè)中，從根源解決能源的浪費(fèi)問(wèn)題。設(shè)計(jì)出更加環(huán)保、更加節(jié)能、更加經(jīng)濟(jì)的建筑，為人民提供高質(zhì)量的生活，提高人民生活的幸福指數(shù)。

2 電力新能源技術(shù)的開(kāi)發(fā)與研究

在我國(guó)目前對(duì)電能的使用中，一般使用的都是不可再生能源，例如煤炭、石油等。但是這些資源不但不能夠再生，存量不足，使用受限，而且還會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，所以在生活和生產(chǎn)中，要更多的使用電力新能源，來(lái)達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

2.1 風(fēng)能

風(fēng)能是一種存儲(chǔ)量大，可再生，并且清潔的能源資源。在電力新能源的研究中，可以通過(guò)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，來(lái)減少電能的損耗，還能夠降低對(duì)環(huán)境的污染。風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)今我國(guó)很多地區(qū)都在使用，主要是將風(fēng)能通過(guò)相關(guān)的設(shè)備轉(zhuǎn)化為機(jī)械動(dòng)能，再把機(jī)械動(dòng)能轉(zhuǎn)化電能來(lái)進(jìn)行使用。將風(fēng)能資源轉(zhuǎn)化為電能資源能夠有效緩解電能使用緊張的局面，并且能夠提高電能的利用率。

2.2 太陽(yáng)能

將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能是目前我國(guó)新能源應(yīng)用中使用最多、范圍最廣的一種方式。太陽(yáng)能的存儲(chǔ)量較大，并且也屬于清潔能源，通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能資源的使用，能夠減少電能的消耗。在電力方面，太陽(yáng)能發(fā)電的技術(shù)原理主要是依靠太陽(yáng)能電池板吸收陽(yáng)光，再輔以控制元件，最終構(gòu)成可運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電力進(jìn)行控制，從而形成良好的電力能源控制體系。在對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程中，為防止電能損耗，技術(shù)人員可將蓄電池與光伏發(fā)電相結(jié)合，以便對(duì)過(guò)剩產(chǎn)能進(jìn)行存儲(chǔ)，然后利用逆變器以及控制器等元件對(duì)上述電能進(jìn)行合理轉(zhuǎn)化與控制，保證可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)管理，達(dá)到良好的節(jié)能目的。

2.3 地?zé)崮?/h3>

地?zé)崮茉吹拈_(kāi)發(fā)，主要用于人們家庭取暖設(shè)備，可以有效節(jié)約能源的使用，然而我國(guó)在對(duì)地?zé)崮苓M(jìn)行開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，還存在較多不足之處，需要相關(guān)技術(shù)人員不斷創(chuàng)新地?zé)崮茉吹拈_(kāi)發(fā)技術(shù)。

2.4 核能

在眾多新能源中，核能源是利用效率較高的能源之一，并且具有清潔性優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際使用過(guò)程中，可以提高節(jié)能效率，達(dá)到良好的使用效果，然而迄今為止，我國(guó)對(duì)核能源的應(yīng)用都是借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，這就需要相關(guān)技術(shù)人員可以開(kāi)發(fā)出屬于中國(guó)的核能源應(yīng)用技術(shù)，并且降低應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)，減少核能源放射危害。

3 基于新能源技術(shù)的建筑電氣節(jié)能的設(shè)計(jì)

新能源技術(shù)為建筑節(jié)能提供了新方向，要充分利用新能量技術(shù)進(jìn)行電氣節(jié)能設(shè)計(jì)可以從調(diào)整建筑節(jié)能設(shè)備、控制節(jié)能功率因數(shù)以及設(shè)計(jì)節(jié)能供電模式等三方面進(jìn)行，展開(kāi)分析如下：

3.1 調(diào)整建筑節(jié)能設(shè)備

近年來(lái)，設(shè)備是否節(jié)能已經(jīng)成為消費(fèi)者選擇設(shè)備的條件之一，節(jié)能設(shè)備能夠通過(guò)合理調(diào)整自身功能，避免非必要性資源損耗，并且技術(shù)難度相對(duì)較低，發(fā)展空間更大，常見(jiàn)的節(jié)能設(shè)備調(diào)整包括系統(tǒng)調(diào)整、風(fēng)機(jī)水泵調(diào)整等。

3.1.1 空調(diào)系統(tǒng)

空調(diào)設(shè)備作為電能消耗較大的設(shè)備，隨著建筑內(nèi)空調(diào)設(shè)備應(yīng)用率的增加，其電氣資源消耗量也持續(xù)增加，改進(jìn)空調(diào)系統(tǒng)降低資源消耗，已經(jīng)成為空調(diào)加工企業(yè)研究的重要課題，要保障空調(diào)系統(tǒng)具備節(jié)能屬性，需要結(jié)合建筑特點(diǎn)以及空調(diào)自身特點(diǎn)來(lái)對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行整體改造與優(yōu)化。最重要的是應(yīng)要確保選用節(jié)能型空調(diào)，同時(shí)采用有效的保溫隔熱措施，對(duì)冷熱計(jì)量裝置參數(shù)進(jìn)行合理設(shè)置，以便實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。對(duì)于建筑的整體空調(diào)進(jìn)行節(jié)能改造，需要從細(xì)節(jié)入手，對(duì)電箱、電線、控制儀、變頻器等進(jìn)行全面改造，通過(guò)選用損耗小，效能高的零配件，保障空調(diào)的整體性能。除水泵部分，尤其需要注意冷卻塔散熱風(fēng)機(jī)部分的改造，選用Pt100的溫度傳感器，四芯屏蔽線等進(jìn)行全面整改。此外，還需參考冷熱負(fù)荷實(shí)際數(shù)值合理選擇空調(diào)機(jī)組，盡量實(shí)現(xiàn)所選機(jī)組能與負(fù)荷指標(biāo)相切合，防止出現(xiàn)裝機(jī)容量浪費(fèi)的情況。

3.1.2 風(fēng)機(jī)水泵

在對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)在充分考慮負(fù)荷特性的基礎(chǔ)上選用符合國(guó)家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)且節(jié)能減排型的電動(dòng)機(jī)。受風(fēng)量、流量等相關(guān)因素影響，風(fēng)機(jī)、水泵的負(fù)荷并不是一成不變，因此其電動(dòng)機(jī)通常會(huì)采用一用一備或兩用一備，同時(shí)需在就近設(shè)備室內(nèi)安裝配電箱，如此一來(lái)，既能減低線損，又方便技術(shù)人員后期操作。當(dāng)電機(jī)、水泵設(shè)備功率處于15kW 以下時(shí)，可對(duì)設(shè)備進(jìn)行直接啟動(dòng)；若功率大于15kW，此時(shí)便為負(fù)載狀態(tài)，需運(yùn)用變頻控制柜發(fā)出所有控制信號(hào)，電動(dòng)機(jī)根據(jù)所發(fā)信號(hào)對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，若出現(xiàn)故障，則可切換至備用設(shè)備。

3.2 控制節(jié)能功率因數(shù)

在節(jié)能設(shè)計(jì)中，需要控制節(jié)能功率因數(shù)，在保障設(shè)備效果的同時(shí)，盡量實(shí)現(xiàn)節(jié)能。在控制節(jié)能功率因數(shù)上，可以分四步進(jìn)行。首先，應(yīng)將功率因數(shù)作為建筑電氣設(shè)備選擇的要點(diǎn)，從而推動(dòng)整體電氣系統(tǒng)的功率因素得到有效提高，使設(shè)計(jì)方案具備調(diào)節(jié)自然功率的優(yōu)勢(shì)，提高電氣設(shè)計(jì)的節(jié)能性；其次，對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行方式進(jìn)行有效控制，避免選用無(wú)功功率較大的電氣設(shè)備，最大限度減少電氣系統(tǒng)中存在的無(wú)功功率，持續(xù)優(yōu)化電氣設(shè)備組件，通過(guò)選用低耗材質(zhì)，保障電氣的高效傳輸；再次，對(duì)設(shè)備類型進(jìn)行合理選擇，一般來(lái)說(shuō)，設(shè)備選型與功率因數(shù)息息相關(guān)，如果想要提升電氣系統(tǒng)的功率因數(shù)，就必須對(duì)設(shè)備類型采取全面把握，盡可能使所有建筑電氣設(shè)備的節(jié)能特性都能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，才能降低由電氣設(shè)備所致的耗功率；最后；對(duì)用電設(shè)備進(jìn)行合理調(diào)控，通常來(lái)講，電力設(shè)備使用不規(guī)范是造成電能消耗的主要元兇之一，是以使用科學(xué)調(diào)控方法以保障用電設(shè)備的規(guī)范使用，是一種提升電能利用率的有效途徑。

3.3 設(shè)計(jì)節(jié)能供電模式

在建筑中，電力資源的消耗不僅路徑較多，而且一旦設(shè)計(jì)不合理即會(huì)出現(xiàn)非必要性消耗，因此做好節(jié)能供電設(shè)計(jì)，能夠節(jié)省可觀的電力資源。采用節(jié)能供電模式是在節(jié)能理念的基礎(chǔ)上，對(duì)供電設(shè)備進(jìn)行全方位的整改。

建筑電氣設(shè)備的總裝機(jī)容量為：2465kW，其中900kW 為一級(jí)用電負(fù)荷設(shè)備；1565kW 為三級(jí)用電負(fù)荷設(shè)備，地下車庫(kù)內(nèi)設(shè)10kV 配電室1座，分段母線設(shè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，由不同母線段放射式配電至對(duì)應(yīng)的變壓器。10/0.4kV 變配電室內(nèi)設(shè)置2臺(tái)變壓器，當(dāng)一組變壓器中的任何一臺(tái)變壓器發(fā)生故障而無(wú)法運(yùn)行，與其聯(lián)絡(luò)的另一臺(tái)變壓器可以承擔(dān)其所有一級(jí)、二級(jí)負(fù)荷。

以年運(yùn)行費(fèi)用為主要參考因素，比較選用非晶合金干式變壓器和SC（B）9型干式變壓器的年運(yùn)行費(fèi)用。按單臺(tái)變壓器計(jì)算負(fù)荷850kVA，功率因數(shù)cosΦ=0.9，售電單價(jià)0.7元/kWh，通過(guò)分析對(duì)比，得出詳細(xì)結(jié)果如表1所示。

表1 變壓器節(jié)能對(duì)比表

由表1可知，在應(yīng)用非晶合金干式變壓器的情況下，年運(yùn)行費(fèi)用可降低至40%左右，節(jié)省率高，而且運(yùn)行成本并未明顯增加。利用非晶合金干式變壓器不僅經(jīng)濟(jì)效益高，能夠降低建筑電能費(fèi)用，又能在節(jié)約資源方面發(fā)揮積極作用，符合國(guó)家所倡導(dǎo)的綠色、可持續(xù)發(fā)展需求。而且其具備廣泛應(yīng)用的條件。此外，對(duì)于低壓配電柜出現(xiàn)回路以及特定（單體容量超過(guò)75kW）電動(dòng)機(jī)回路都裝置有功電能表，為后續(xù)成本管理及核算工作的有序開(kāi)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4 實(shí)驗(yàn)及效果分析

要進(jìn)一步了解采用節(jié)能技術(shù)的節(jié)能效果，需要從實(shí)際出發(fā)，通過(guò)全面分析已經(jīng)采用的設(shè)備及技術(shù)了解電氣節(jié)能技術(shù)的發(fā)展方向以及新能源技術(shù)的應(yīng)用辦法。

4.1 實(shí)例簡(jiǎn)介

以光伏新能源技術(shù)為例，建筑設(shè)計(jì)總裝機(jī)容量為97.265kWp，光伏設(shè)備都安裝于建筑位面，且安裝斜角為24°，安裝方向?yàn)檎稀?/p>

4.2 節(jié)能效果分析

項(xiàng)目采用非晶合金干式變壓器，通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)算，與傳統(tǒng)變壓器相對(duì)比，節(jié)能型變壓器的空載及負(fù)載損耗均減少一半以上，且將變壓器負(fù)載率控制在85%以下，而項(xiàng)目實(shí)際變壓器負(fù)載率大約為72%，如此一來(lái)，變壓器就始終處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)一步降低了其功率損耗，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的共贏。對(duì)低壓側(cè)安設(shè)并聯(lián)電容器無(wú)功補(bǔ)償裝置，從而提升整體功率因數(shù)，而且此類無(wú)功補(bǔ)償方式具有成本低、占地面積小以及安裝維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。關(guān)于電纜截面選擇方式，除了要考慮技術(shù)條件外，還應(yīng)考慮到經(jīng)濟(jì)條件，即在項(xiàng)目中需兩者兼顧，從中選取最大者。假設(shè)電纜使用年限為30年，總長(zhǎng)度為30km，按上述數(shù)據(jù)計(jì)算，可節(jié)省大約35%的線損，一年約能減少損耗589kW，節(jié)省147kWh 左右的電量，按發(fā)熱條件選型與經(jīng)濟(jì)電流選型不同，下表2對(duì)其具體效益進(jìn)行分析。

表2 電纜線芯導(dǎo)體經(jīng)濟(jì)選型的效益分析

從表2可以看出，電纜線芯導(dǎo)體經(jīng)濟(jì)選型的效益不僅體現(xiàn)在費(fèi)用一方面，運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)的增加在無(wú)形中也實(shí)現(xiàn)成本的降低以及效益的提升。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)中根據(jù)冷熱負(fù)荷實(shí)況合理選用了空調(diào)機(jī)組，由此便能降低15%左右的能耗，同時(shí)風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備也采用當(dāng)下節(jié)能、變頻等技術(shù)，又降低大約30%的能耗。此外，選用的電梯系統(tǒng)也具備能量回饋功能，再加上電梯全控節(jié)能控制措施，相較于傳統(tǒng)的電梯系統(tǒng)，此種電梯系統(tǒng)約能節(jié)省10%～40%的能耗。以上種種措施的實(shí)施，對(duì)實(shí)現(xiàn)建筑電氣的節(jié)能減排均具有重大意義。

在建筑電氣節(jié)能改造后的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，可以利用能源監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)對(duì)建筑能耗進(jìn)行監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)，并與改造前的建筑作充分對(duì)比，可得出下列具體數(shù)據(jù)。詳細(xì)見(jiàn)表3。

表3 某建筑改造前后全年總耗電統(tǒng)計(jì)

對(duì)本次建筑的改造方案具體如下：其一，在符合中心位置設(shè)立0.4kV 的變電所，且有效縮短了低壓線路的長(zhǎng)度，不僅可以減少電纜成本投入，同時(shí)還能降低由于線路傳輸而導(dǎo)致的電能損耗；其二，裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置，對(duì)供配電系統(tǒng)中的無(wú)功功率進(jìn)行合理控制；其三，采用非晶合金干式變壓器，并通過(guò)節(jié)能變壓器將負(fù)載率降低至85%以下，使變壓器能切實(shí)發(fā)揮自身作用，獲得更好的應(yīng)用成果；其四，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)水泵設(shè)備進(jìn)行合理改造，例如：合理選擇空調(diào)機(jī)組，運(yùn)用帶有能量回饋功能的電梯，運(yùn)用節(jié)能型設(shè)備；其五，運(yùn)用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)建筑電氣進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步推動(dòng)建筑節(jié)能的實(shí)現(xiàn)；其六，將新型太陽(yáng)能發(fā)伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于建筑電氣設(shè)計(jì)中，每年可節(jié)約電能708854kWh，約70.88萬(wàn)度電。綜上所述，該建筑的節(jié)能效果是非?？捎^的。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)利用新能源技術(shù)對(duì)建筑的電氣節(jié)能進(jìn)行改造，對(duì)建筑的設(shè)備進(jìn)行了節(jié)能配置，同時(shí)控制建筑節(jié)能功率因數(shù)，提高能源利用效率，然后設(shè)計(jì)出建筑的節(jié)能配電系統(tǒng)，從而有效提高建筑的電氣節(jié)能效果。但由于時(shí)間的限制，沒(méi)能對(duì)本文的方法進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，還需在今后的應(yīng)用中不斷完善。