高层建筑电气节能设计工作措施

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摘要:随着我国城市化进程的持续推进，城市体量迅速扩大，城市能源消耗量面临前所未有的压力，目前，能源和资源已经成为制约我国未来发展的一大关键瓶颈，工程建设行业是典型的高能耗行业，随着工程建设设计标准的升级，其能耗指标呈现出逐年下降的良好态势。本文从建筑电气的节能降耗设计角度切入，阐述建筑电气节能降耗设计的基本方法，重点从供配电过程损耗、系统节能等方面给出具体的意见，针高层建筑电气设计给出针对性的节能设计方案，从而进一步完善建筑电气的节能设计工作。

关键词:高层建筑;建筑电气;节能措施;控制系统;设计措施

当前，从单位面积的能耗指标角度分析，我国的能耗指标是发达国家的2倍以上，进入21世纪以来，我国的城镇化进程加速推进，城市人口大量增长，城市规模不断扩大，为满足城市海量人口的日常生活和居住需求，大量高层及超高层建筑如雨后春笋般拔地而起;为满足高层及超高层建筑的居住需求，建筑供配电系统成为建筑中必不可少的分项工程之一。一般情况下，建筑供配电系统可细分为照明系统和节能系统两大类，这两类同时也是节能降耗设计的关键位置。为进一步控制建筑能耗指标，国家在建筑节能方面已经陆续出台了更加严格的标准和规范，我国在建筑电气节能方面还有较大的空间和潜力，因此，有必要针对高层建筑的电气节能开展针对性分析，从而显著降低当前的建筑电气能耗水平。

1降低输配电系统线路损耗措施

从输配端分析，降低输配电线路的能耗水平是高层建筑电气节能设计的基础和关键部分，同时也是衡量高层建筑能耗标准的重要指标;目前，涉及到供配电线路降耗的常用方式主要有高电压传输、降低无功功率、控制阻值及降低线路端损耗等。1)结合建筑结构方位、负载大小、输电距离、输电线路敷设形式、用电端特点等因素，优化供配电系统的输出电压范围;此外，为了降低故障率，同等条件下应尽可能简化供配电系统，相同电压条件下的配电级数不能超过两阶。2)考虑到输电线路的电阻因素，输电线的能耗在整个系统中的占比较大，因此，应尽可能降低输电线路的电阻值。输电线路的能耗计算公式如下:ΔP=3I2R×10－3式中ΔΡ为输电线路能耗指标，kW;I为输电线路电流值，A;R为输电线路阻值，Ω。分析上式可知，在电流I恒定的条件下，电阻R与输电线长度呈正比。在实际使用过程中，假定用电端电压恒定，则输电线的电流近似恒定，因此，若想控制线路的能耗值，则必须选用低阻值输电线;导线电阻值R与导线材料特性、截面尺寸参数及导线长度相关。3)综上，建议从以下几方面控制输电线路的损耗值:①优选导线材料，尽可能选用电阻率更低的导线，成本允许的条件下尽可能使用铜芯导线;②优化供配电站布置，缩短输电距离，降低线路损耗，此外，用电端之间可增设连接线，结合不同端的负载情况，控制变压器停启，从而控制损耗;③优化线路敷设方式，尽量直线敷设，如果必须采用环形布置方式，则应使用闭式网代替开式网;④输电线截面参数应满足国标要求，建议通过比选，确定出最合理的截面积指标;⑤采用高压输配，通常情况下，电压每提升1%，对应能耗可降低15%以上。4)无功电流的存在会明显影响变压器的工作效率，进而影响用电端的电压指标，增加输电网中的能耗指标。建议采用无功补偿技术，可在保障有功功率分配足量的基础上，提高无功功率的优化配置，进而控制整个输电网的损耗规模，确保电网的输出电压满足规范要求。

2减少变压器的功率损耗措施

优先选用节能低损耗变压器能够大幅压低输电线路上的损耗值，一方面能够提高变压器的工作效率，另一方面能够大幅压缩输电成本，综合经济效益显著。在变压器选型过程中应明确以下基本原则。1)优先使用损耗指标低、工作效率高的变压器，推荐型号有S9、SL9、SC8几种，按照工作原理有干式和油浸式两种。高效变压器的钢片采用硅合成钢，同时外加45°斜向接缝，能够显著降低变压器内因铁芯涡流而导致的损耗。2)尽量使用绕阻值小的变压器，以降低绕阻上的能量损耗。在成本允许的情况下，优先使用铜线作为绕阻材料，以降低电流通过绕阻时产生的热量。高层及超高层等对防火要求级别更高的建筑，应优先选用干式变压器，常用型号有SG10、SG11、SC6几类。为了稳定输出电压，变压器应具备调压功能呢。

3电动机节能设计措施

电机在高层建筑中的应用非常普遍，尤其在通风系统和电梯升降系统中。据不完全统计，电机能耗占高层建筑各类电气设备总能耗量的比重超过65%，因此，做好电机设备的节能降耗对于优化整个建筑内的电气节能降耗工作具有决定性意义。1)合理选定电机类型。若想提高电机的能耗，就必须提高电机有效功率的占比，故应先确定电机的装机容量，本着高效节能的基本原则，应选取容量达标的高效电机，对于异步电机，转子应优先使用鼠笼型。2)选用变频电机。随着电机频率控制技术的快速发展，变频电机已成为节能电机的典范，变频电机在传统恒频电机基础上增加了闭环频率控制系统，当外部负载响应变化时，电机可根据负载工况调整转速，以实现负载与转速的实时匹配。建筑电气领域使用的变频电机通常采用SCR(晶闸管)和GTR两种变频系统。3)无功补偿技术。当电机的电感指标过大时，会影响输电网的电压稳定性，输电网电压变化会反作用于电机，进而影响电机的工作效率。故可使用无功补偿技术提高输电网的功率因子值，具体可通过增设滤波设备或并联电容予以改善。

4照明的节能设计措施

照明系统是高层建筑中不可或缺的重要电气组成部分，在进行建筑电气照明设计过程中，必须充分考虑建筑的结构及采光特点，做好节能设计，广泛采用玻璃、采光井等设施发挥天然光源的照明作用，从而分担室内电气照明负载，进而达到建筑照明的节能降耗目的。1)广泛推广节能光源的普及应用:①照明设施应实现节能灯具100%覆盖，节能灯不仅亮度好、能耗低且安装维护便捷，具备广泛推广应用的基础;②根据场所特点和照明需求，选择不同类型的节能灯具，如果照明场所对灯光的失真度、亮度、色彩等要求没有严格要求，则可优先选用成本低廉的钠灯，钠灯的节能效率较高，色彩偏暖，显色指数不超过60，完全能够满足公共区域的照明需求;③为满足大型场馆内的照明需求，应优先选用高亮度钠灯，或可在场所内配合一定比例的汞灯，以提高照度;④对于火车站、机场、汽车站等特殊公共场合，为满足灯光的保真度，应优先选用失真度小、显色指数更高的卤素灯;⑤目前，国内在建筑照明灯具的选择方面更趋科学、合理，能够根据不同场合的功能特点选择不同类型的光源，但与发达国家相比，二者的匹配性还存在一定的差距。2)科学选取照明方式:①以建筑结构的功能定位为基准，科学选取照明方式，常用的照明组织形式有一般形式、组合形式及局部形式三大类;②光源类型方面应优先选择寿命长、能耗低的光源;③做好光源与组合方式的相互协调配合，充分发挥光源性能，进而控制单位面积内的能耗指标;④常规的工民建室内照明可使用发光效果更好，能效更低的LED灯，室外公共照明则可使用高低压钠灯或卤素灯等气体光源。3)优化灯光照明的控制端:从建筑照明节能的全过程角度分析，除了做好照明光源选取、照明组织形式优化等工作外，还应优化照明的控制端，通过科学控制，达到节能降耗的目的。优化灯光照明的控制主要有以下方法:①改变统一化的控制方式，根据场所内的功能分区情况，实现分区差异化控制，此外，应结合天然光线的亮度变化情况，动态调整室内照明设施的亮度，保证照明控制系统能够在特点的时间和特定的区域点亮;②广泛推广节能开关的使用，例如，可在宾馆、酒店等公共场所设置钥匙开关，在客卧室等区域布置亮度可调节开关;③楼梯间、廊道等自然采光充分的地区，应布置声控开关。

5未来电气设计节能设计的展望

1)在今后的建筑电气节能化设计及改造实践中，关键要聚焦新技术、新材料、广泛推广新能源，充分利用好太阳能、风能等可再生能源;此外，应充分考虑建筑结构墙体的保温性能，通过加强建筑结构密封性以间接降低通风制冷、制热设备的能耗量。2)在建筑结构的电梯升降系统中应广泛推广智能控制系统，加强智能化设计水平。例如，在大型公共场所的电动步梯上增设自动休眠系统，在无人或人员较少的情况下，步梯可保持低功率运行，一旦人流量达到触发值，则步梯可自动进入全负载状态;对于布置有多个直梯的建筑，可依靠智能系统调控运行状态，从而达到电梯节能降耗的目的。3)加速输电线路主材的更新换代频率，广泛推广新材料的应用普及程度，切实降低电能在传输过程中的损耗量。4)在建筑电气各类部件的选择应用过程中，应尽可能选用绿色、低碳材料，降低部件在制造和使用过程中对外界环境的污染程度。

6结论

综上所述，伴随我国城市化进程的持续推进，大量人口涌入城市，城市能源消耗量面临前所未有的压力，为实现建筑电气的低耗、可持续发展，建筑电气的节能降耗设计理念逐步深入人心，这对实现建筑电气的节能降耗目的无疑是至关重要的一步。因此，在开展建筑电气的设计及施工过程中，必须以建筑结构的特点为基础，以降低能耗为基本原则，通过输配电系统的节能降耗设计、照明系统的优化配置等方式，切实达到建筑电气节能降耗的既定目标要求;此外，还应持续加强新材料、新工艺的研发支持力度，提出新的节能降耗设计方案，以最大程度发挥建筑电气节能效果。相信在不远的将来，随着全社会节能降耗意识的不断深化，建筑电气的节能降耗效果和益处还将进一步凸显。

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作者:许冰冰 单位:福建建工集团设计分公司