陳朝煜

建筑電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用研究

陳朝煜

(福建省機(jī)電建筑設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350011)

分析了建筑電氣的節(jié)能現(xiàn)狀，深入探討了其重要性和關(guān)鍵內(nèi)容層面，并從建筑設(shè)備、照明及配電系統(tǒng)等方面，提出有效的設(shè)計(jì)方法。

建筑電氣設(shè)備；節(jié)能技術(shù)；應(yīng)用

0 引言

隨著我國建筑行業(yè)的持續(xù)、飛速發(fā)展，節(jié)能在建筑電氣設(shè)計(jì)中所發(fā)揮出的作用也越發(fā)重要。在建筑電氣設(shè)備設(shè)計(jì)過程中，采取有效的節(jié)能措施，能夠在較大程度上實(shí)現(xiàn)能量損耗的減少。因此，分析與考量各種節(jié)能因素，運(yùn)用先進(jìn)的軟件、硬件設(shè)計(jì)方法與技術(shù)及具有較高使用效率的節(jié)能設(shè)備，遵循合理節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，能為人們提供舒適、綠色、健康的生存環(huán)境。

1 電氣節(jié)能現(xiàn)狀分析

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)健的發(fā)展，能源問題作為當(dāng)前影響社會(huì)發(fā)展的重點(diǎn)問題，已引起社會(huì)的關(guān)注及政府部門的高度重視。隨著國家對(duì)能源需求量的持續(xù)增大，各類能源存在供不應(yīng)求狀況；另外，能源浪費(fèi)狀況十分多見。依據(jù)相關(guān)調(diào)查可知，建筑能耗占社會(huì)總能耗的比例達(dá)45%，且呈現(xiàn)出逐年上升趨勢。與西方發(fā)達(dá)國家相比，我國建筑能耗仍落后3～4倍[1]。因此，基于設(shè)計(jì)人員層級(jí)來考量，在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)將建筑節(jié)能需求及所需條件考慮在內(nèi)，此點(diǎn)尤為必要，具有運(yùn)用可行性。

社會(huì)對(duì)建筑節(jié)能認(rèn)知、認(rèn)識(shí)及關(guān)注的日益提升，管理工作不斷加強(qiáng)，技術(shù)研究不斷深化，節(jié)能理念越發(fā)受到社會(huì)的高度重視，這些均可使建筑節(jié)能得到廣泛推廣，為建筑節(jié)能深層次運(yùn)用創(chuàng)造了廣泛而又優(yōu)越的外部條件。但諸多建筑節(jié)能設(shè)備規(guī)定及規(guī)范仍然未能將電氣節(jié)能劃歸在內(nèi)，許多人認(rèn)為建筑節(jié)能乃是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、空間及采暖的范疇，與其它專業(yè)無關(guān)。電氣節(jié)能無需過多在意。即便是一些省級(jí)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，也僅僅對(duì)采暖通風(fēng)空調(diào)進(jìn)行例行性的控制與監(jiān)測，而對(duì)于電氣節(jié)能則缺少實(shí)際操作措施及各類指導(dǎo)工作。現(xiàn)實(shí)中，電氣節(jié)能乃是一項(xiàng)十分復(fù)雜而又艱巨的工作，如若不對(duì)其進(jìn)行綜合、全面及系統(tǒng)化的分析與實(shí)施，則必然會(huì)導(dǎo)致新的能源產(chǎn)生巨大的浪費(fèi)。

2 電氣節(jié)能措施及重要性分析

在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，電氣節(jié)能措施均有所運(yùn)用與體現(xiàn)。比如：在建筑配電系統(tǒng)當(dāng)中，依據(jù)負(fù)荷計(jì)算，合理選擇變壓器數(shù)量，另經(jīng)計(jì)算得出恰當(dāng)?shù)淖儔浩魅萘?；?duì)滿足照明節(jié)能指標(biāo)、照明標(biāo)準(zhǔn)及照明光源進(jìn)行合理選擇；對(duì)空調(diào)與照明相應(yīng)節(jié)能，實(shí)施全面、綜合、整體性的控制，針對(duì)諸如庭院照明及公共照明而言，在設(shè)置光控開關(guān)上，需單獨(dú)設(shè)置；空調(diào)系統(tǒng)需選用變頻控制或智能控制；對(duì)于電梯設(shè)備，則需采用群控方式；針對(duì)自動(dòng)扶梯而言，可酌情選擇先進(jìn)的節(jié)電感應(yīng)控制。

上述措施的投入使用，雖然增加了設(shè)備的投資，但產(chǎn)生的實(shí)際效益與節(jié)能需求，卻明顯高于所投入的成本。另外，這些設(shè)備具有較長的使用年限，應(yīng)用范圍也比較寬泛，比如針對(duì)大型公建項(xiàng)目，在選擇機(jī)組類型時(shí)，需準(zhǔn)確計(jì)算各個(gè)設(shè)備的用電量，然后將各個(gè)設(shè)備進(jìn)行匯總，得出總體的用電量，為方案確定的關(guān)鍵要素。當(dāng)前，在審查設(shè)計(jì)施工圖過程中，電氣節(jié)能已經(jīng)是一個(gè)關(guān)鍵性的審查環(huán)節(jié)，伴隨各種措施與規(guī)范不斷健全與完善，在審查深度方面也將會(huì)不斷深入。因此，各種節(jié)能措施的盡早應(yīng)用，是當(dāng)今能源社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。

3 電氣節(jié)能設(shè)計(jì)關(guān)鍵內(nèi)容

3.1 供配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

(1)合理布置供配電系統(tǒng)，減少線路損耗[2]

首先，在方案設(shè)計(jì)的初始階段，需將配電小間及變配電室的位置予以綜合考慮，不僅要將供電半徑考慮在內(nèi)，而且還要將線路的長度盡可能縮短；除此之外，在線路具體的布線環(huán)節(jié)，需盡量走直線，減少導(dǎo)線長度，減少能源運(yùn)輸途中的損耗。其次，針對(duì)低壓線路來考量，減少回線路電損。最后，針對(duì)高層建筑，在搭配與之對(duì)應(yīng)的低壓配電室時(shí)，需做到與豎井相靠近，且由低壓配電室提供所需要的各種豎井干線，避免線路返送，盡可能讓線路往前送。

(2)針對(duì)供配電系統(tǒng)技術(shù)而言，選擇切實(shí)有效的配電方案

對(duì)于建筑中諸如空調(diào)等具有相應(yīng)季節(jié)性的設(shè)備，需為其專門配置專用型的變壓器，由同一臺(tái)變壓器負(fù)責(zé)不同時(shí)間或季節(jié)的負(fù)荷，能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器容量的降低；針對(duì)采用一些具有季節(jié)性負(fù)荷的線路，則可通過共用干線的方式，實(shí)現(xiàn)電阻及線路的減少，運(yùn)用相同大小的干線截面?zhèn)魉洼^小的電流，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)線路損耗的減少；針對(duì)變壓器數(shù)量與容量之間的配合，則需對(duì)其開展針對(duì)性的計(jì)算與比較，全面、細(xì)致、綜合化地計(jì)算出變壓器的初投資。另外，還需選擇較為妥善的負(fù)載率，通常情況下，選擇75%～85%最為合宜[3]。

(3)選擇合適的線纜截面及節(jié)能產(chǎn)品

本文擬通過介紹生物質(zhì)顆粒燃料及其特性，綜述國內(nèi)外生物質(zhì)顆粒燃料成型機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)比分析國內(nèi)環(huán)模顆粒成型機(jī)和平模顆粒成型機(jī)的性能和應(yīng)用，探討國內(nèi)外生物質(zhì)顆粒燃料成型技術(shù)及設(shè)備存在的問題，并提出我國生物質(zhì)顆粒燃料設(shè)備及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方向。

針對(duì)一些在供電質(zhì)量方面要求比較高的工程項(xiàng)目，不僅需選用一些能夠達(dá)到有載調(diào)壓的、低損耗節(jié)能的變壓器設(shè)備，而且還需選擇較低消耗且較小噪音的接觸器。結(jié)合建筑需要，還要合理挑選導(dǎo)線截面。

如若線路較長，除了需要與電壓損失、保護(hù)的配合、熱穩(wěn)定及載流量所選定的界面相滿足之外，還要外加一級(jí)導(dǎo)線截面與每日所需要的相應(yīng)工作時(shí)長相結(jié)合，然后對(duì)此進(jìn)行深入、詳細(xì)的計(jì)算。如果把A作為增加的費(fèi)用，由于節(jié)約能耗而減少的年運(yùn)行費(fèi)用為B，那么A/B便是回收年限。若回收年限為幾個(gè)月或1年～2年，則應(yīng)加大一級(jí)導(dǎo)線截面。通常，在導(dǎo)線截面取值上，以小于7mm2為宜，在長度上，不得高于100m，這樣通過增加線路一級(jí)截面，便能較好地滿足上述條件。

(4)多選用平衡三相負(fù)荷，提升設(shè)備功率因數(shù)

多選用平衡三相負(fù)荷，提升設(shè)備功率因數(shù)，選擇適當(dāng)容量及合適地點(diǎn)，對(duì)其實(shí)施無功補(bǔ)償；除此之外，在選用同步電動(dòng)機(jī)時(shí)，需選擇具有比較高功率因數(shù)的；在熒光燈選擇時(shí)，需選用的電子鎮(zhèn)流器，在高次諧波系數(shù)上需<15%；所選用的氣體放電燈需帶有電感鎮(zhèn)流器，在單燈上還要安裝有電容器，這些均可提高自然功率因數(shù)，使其維持在0.85～0.95。減少系統(tǒng)高、低壓線路傳輸?shù)某盁o功功率。

無功補(bǔ)償裝置，需盡量做到就地安裝，將其就地補(bǔ)償優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，能夠在一定程度上，減少線路無功傳輸，最終達(dá)到節(jié)能效果。當(dāng)前，從民用建設(shè)節(jié)能設(shè)計(jì)角度來考量，低壓側(cè)相應(yīng)集中補(bǔ)償仍是比較常用且性能可靠的變壓器。此種做法在某種程度上，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)無功傳輸減少，但基于用戶而言，變壓器低壓母線經(jīng)連接線路，被輸送至各用戶點(diǎn)，在此過程中所進(jìn)行的無功傳輸，在一定程度上不能發(fā)生較大程度改變。因此需選擇一個(gè)比較穩(wěn)妥位置，設(shè)置符合實(shí)際需要，且配合建筑使用的補(bǔ)償裝置，以此實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)的最大化提升。而在空調(diào)主機(jī)等設(shè)備附近，則可依據(jù)實(shí)際需要設(shè)置專用性的變配電所，將其當(dāng)作集中補(bǔ)償之用。

若電動(dòng)機(jī)負(fù)荷穩(wěn)定，可在原地進(jìn)行補(bǔ)償，如若存有較大幅度的變動(dòng)，電機(jī)端的電壓也會(huì)與之對(duì)應(yīng)變動(dòng)，電容器在未完全放完電的狀況下，又開始充電會(huì)造成電容器出現(xiàn)無用電流，造成電機(jī)有過電壓狀況，損壞電器設(shè)備[4]。所以針對(duì)諸如自動(dòng)步行道、自動(dòng)扶梯及電梯等設(shè)備，對(duì)于斷續(xù)負(fù)載等無需在電動(dòng)機(jī)端，安裝補(bǔ)償電容器。如星三角起動(dòng)的異步電動(dòng)機(jī)也不能在電動(dòng)機(jī)端加裝補(bǔ)償電容器，因?yàn)樗趩?dòng)過程中有開路閉路瞬時(shí)轉(zhuǎn)換，使電容器在放電瞬間又充電，也會(huì)使電機(jī)因過電壓而損壞。

針對(duì)諧波抑制或消除措施而言，可在無功補(bǔ)償處，專門設(shè)置電抗器。在電抗器的選擇上，可選用電抗系數(shù)為5.5%的，當(dāng)調(diào)諧頻率為214Hz時(shí)，可有效吸收50%～60%諧波。另外，選用壓敏斷路技術(shù)等，能夠?yàn)檫\(yùn)行穩(wěn)定、安全，提供充足保證[5]。

3.2 照明節(jié)能設(shè)計(jì)

對(duì)于市場上的白熾燈而言，其便宜且安裝方便，具有最高的顯色指數(shù)，光色好，但具有比較低的發(fā)光率，不節(jié)能。因此，在部分住宅內(nèi)聲光控場所及局部藝術(shù)照明才使用。高壓鈉燈與低壓鈉燈具有最高的發(fā)光率，但因光色偏暖，色溫低，顯色指數(shù)僅為40～60時(shí)，具有較大的顏色失真度，在廣場照明或路燈中較為多用。高顯色性鈉燈的顯色指數(shù)在60時(shí)，可與汞燈組合使用，在體育館及工廠內(nèi)較多使用。而對(duì)于具有很高發(fā)光率的金屬鹵化物燈而言，即稀土金屬熒光燈、三基色熒光燈等，因具有較廣的色溫范圍，即3 000K～45 000K，高顯色指數(shù)，通常達(dá)80～95，顏色失真度小，不僅在展廳、商場等場所可運(yùn)用之外，還能在碼頭的候船室及候車廳等場所廣泛應(yīng)用。通常，稀土金屬熒光燈，可用于寫字樓等場所的照明。

(2)建筑物盡可能選用自然采光

與室外相近的部分，需開大門窗，所選用的玻璃門窗需具有較好的透光率，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)自然光充分利用的目的。對(duì)具有比較大空間的場所，如大廳、商場及教室等，在設(shè)計(jì)燈具時(shí)，可與外窗平行，且進(jìn)行分級(jí)分區(qū)控制。充分考慮靠窗的自然光，達(dá)到節(jié)能目的。對(duì)于自然光照明部分，可依據(jù)相關(guān)照度標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行現(xiàn)場照度檢測，合理設(shè)置開關(guān)點(diǎn)，以此來調(diào)節(jié)燈光，使燈具燈光控制更為節(jié)能、方便與靈活。

3.3 建筑設(shè)備的電氣節(jié)能

重要建筑物或者具有較大規(guī)模的建筑物，可運(yùn)用樓宇自控系統(tǒng)，監(jiān)控電動(dòng)機(jī)、給排水及空調(diào)等，以此達(dá)到節(jié)能效果；給排水系統(tǒng)及空調(diào)系統(tǒng)，則需重點(diǎn)配合給排水及暖通專業(yè)施工，從中獲取更加合理的控制方案。在選擇設(shè)備時(shí)，對(duì)諸如水泵、變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)及節(jié)能型電動(dòng)機(jī)等進(jìn)行合理運(yùn)用，至此，方能最大化呈現(xiàn)節(jié)能效果。對(duì)于變頻風(fēng)機(jī)，通過變頻調(diào)節(jié)送風(fēng)量，即可實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)電耗的大幅節(jié)約。

電梯可專門設(shè)置節(jié)能控制模式，將節(jié)電感應(yīng)控制設(shè)置在自動(dòng)扶梯上。將帶一氧化碳自動(dòng)探測器的相應(yīng)誘導(dǎo)風(fēng)機(jī)安裝在車庫內(nèi)，對(duì)于所采用的全空氣空調(diào)系統(tǒng)，則可布設(shè)二氧化碳傳感器，依據(jù)建筑現(xiàn)場實(shí)際狀況，調(diào)整風(fēng)量，使之符合所需。運(yùn)行時(shí)，便可減少耗能。除減少電容器無功損耗外，還需要減少空載運(yùn)行及電機(jī)輕載。因?yàn)樵诖藸顩r下，電機(jī)往往效率低，耗能與負(fù)載的下降，通常并非正比關(guān)系。選用變頻調(diào)速器降低負(fù)荷時(shí)，選擇變頻方式對(duì)轉(zhuǎn)速自動(dòng)調(diào)節(jié)，促使其適應(yīng)于負(fù)載的變化，實(shí)現(xiàn)電機(jī)在輕載狀態(tài)下相應(yīng)效率的提高，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

但此設(shè)備價(jià)格往往較高，所以在實(shí)際應(yīng)用過程中，通常會(huì)受到相應(yīng)限制。軟起動(dòng)器為另外一種方式，此種節(jié)能方式主要是依據(jù)啟動(dòng)時(shí)間調(diào)節(jié)可控硅導(dǎo)通角，以此來控制電壓。因電壓能夠進(jìn)行連續(xù)性調(diào)節(jié)，所以啟動(dòng)比較平穩(wěn)。當(dāng)完成啟動(dòng)后，則可在全壓狀態(tài)下投入運(yùn)行。此種節(jié)能方式不僅能夠在頻繁啟動(dòng)的設(shè)備中予以運(yùn)用，而且還可用在電動(dòng)機(jī)容量比較大的設(shè)備上。另外，可在附近用電設(shè)備對(duì)于電壓具有較高要求的場合使用。由于其自啟動(dòng)至投入運(yùn)行，在電力變化幅度上不會(huì)大于3倍，能夠?qū)㈦娋W(wǎng)電壓的波動(dòng)維持在固定范圍內(nèi)。但它所選用的是一種可控硅調(diào)壓，這便造成正弦波在導(dǎo)通上比較缺乏，所以它要求具有比較完善的通風(fēng)措施，還需強(qiáng)化散熱措施；在價(jià)格方面，其較變頻器便宜，當(dāng)前被廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域中。

4 結(jié)語

總而言之，建筑電氣設(shè)計(jì)作為整個(gè)建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中的重要構(gòu)成，其節(jié)能設(shè)計(jì)效果好壞，則會(huì)對(duì)建筑節(jié)能效果的發(fā)揮起到?jīng)Q定作用。建筑電氣節(jié)能乃是與每個(gè)節(jié)能設(shè)計(jì)者密切相關(guān)的設(shè)計(jì)領(lǐng)域。在對(duì)人們生活、工作不造成影響的狀況下，對(duì)其實(shí)施合理的電氣節(jié)能，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)我國總電能消耗的減少，而且還可減少能源浪費(fèi)，為國家節(jié)省大量能源花銷。因此，在建筑電氣設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義與積極作用。

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Energy saving technology and its application in building electrical design

CHENChaoyu

(Fujian mechanical and electrical architectural design and Research Institute,Fuzhou 350011)

This paper first analyzed the status quo of the construction of electrical energy saving, and made in-depth study in its importance and the key content . Finally in order to provide reference for relevant application studying it put forward the effective design methods from the construction equipment.

Building electrical equipment; Energy saving technology; Application

陳朝煜(1970.10- )，男，高級(jí)工程師。

E-mail:chency98@126.com

2016-12-02

TU855

A

1004-6135(2017)04-0093-03