秦育亮

[摘 要] 在高層建筑設計中，電氣設計是重要的組成部分，而在我國人均資源和能源相對貧乏和多數(shù)高層建筑成為高能耗建筑的背景下，節(jié)能設計更是高層建筑設計的重點。分析高層建筑的耗能現(xiàn)狀和節(jié)能原則，并提出高層建筑電氣設計的可行性節(jié)能措施。

[關 鍵 詞] 高層建筑；電氣設計；節(jié)能

[中圖分類號] TU201.5 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2019）03-0188-02

隨著房地產市場的進一步推進，土地資源可謂“寸土寸金”，為有效利用土地資源，高層建筑成為新的趨勢，改善了人們居住條件，但是在設計環(huán)節(jié)，節(jié)能方面統(tǒng)籌不夠，致使很多高層建筑成為高能耗建筑。高層建筑電氣設計的安全性、可靠性和經濟性直接影響著高層建筑的安全使用和建筑能耗，這就要求在電氣設計的過程中貫穿節(jié)能的原則，還要對電氣設備進行重點選擇，從而實現(xiàn)高層建筑的整體節(jié)能。

一、我國高層建筑的耗能現(xiàn)狀

據(jù)相關資料統(tǒng)計，目前我國建筑耗能占總耗能的27.8%，是世界上同緯度國家的3倍左右。其中建筑電氣耗能占用了主要份額，包括空調、水泵、照明等設備的用電耗能。高層建筑電氣系統(tǒng)耗能主要分布在以下幾方面：

（一）電能傳輸環(huán)節(jié)的能耗較大

目前高層建筑的電能輸送主要依靠供配電導線，繁雜的輸電線路可能導致傳輸過程中有功率的大量消耗，這也是電能耗損的重要源頭。

（二）照明系統(tǒng)的能耗問題

高層建筑內的照明系統(tǒng)是耗能最為明顯的要素，主要體現(xiàn)在：照明系統(tǒng)的能源消耗情況直接影響建筑使用人群的生活和生產。配置失衡的照明系統(tǒng)不僅造成電能的浪費還會影響人們的正常生活。部分高層建筑在設計和建造過程中仍然選用的是傳統(tǒng)的照明設計理念和設備，沒有考慮到未來建筑使用人數(shù)的增加、承載量的增長等問題，在后續(xù)使用過程中逐漸暴露出匹配性能差、智能節(jié)能控制管理缺乏、照度設計不達標、能耗較大等問題。

（三）電機拖拽系統(tǒng)的能耗問題

電機拖拽系統(tǒng)相較于照明系統(tǒng)，有其智能化、人性化和服務化的一面，但卻是高層建筑電氣系統(tǒng)的另外一個“耗能大戶”。在電氣設備日常維護過程中發(fā)現(xiàn)，部分電機拖拽系統(tǒng)在運行和維護過程中存在建設方案設計不合理、智能調度自動化水平低、綜合維護費用較高等問題，使電機拖拽系統(tǒng)長期處于低效率運行狀況，是對電能資源的浪費。

二、節(jié)能的電氣設計原則

現(xiàn)如今能源缺口日益增大，推進節(jié)能減排勢在必行。因此，各行各業(yè)提出了節(jié)能減排的要求，綠色節(jié)能成為高層建筑電氣設計的焦點。為確保節(jié)能設計的有效性和針對性，應當遵循以下原則：

（一）實用性原則

電氣設計的首要原則就是實用性，否則電氣設計就毫無意義。保證高層建筑物的基本功能，比如保證建筑物照明的照度、色溫；保證空調的舒適性，比如溫度及新風量；保證運輸通道暢通無阻；保證高層建筑特殊工藝要求，比如娛樂設備的一些電氣設施的用電、辦公場所的工藝照明及特殊用電等。

（二）經濟效益的原則

經濟效益的原則關乎電氣設計的可操作性，在進行高層建筑節(jié)能設計時，應當關注節(jié)能設計的經濟型，不能只關注了電氣節(jié)能而投入巨大，致使投入與回報不成比例，應當使節(jié)能設計所帶來的投資能夠在未來幾年的電能節(jié)約中回收回來。

（三）技術先進原則

電氣設計要有前瞻性、創(chuàng)新性，確保高層建筑長期使用。設計中要采用最新工藝、先進技術，淘汰老式的設備和高耗能低產出的設計，使建筑節(jié)能最大化，達到技術先進的綠色節(jié)能。電氣節(jié)能設計應當將減少電能浪費作為著眼點，在明確建筑物功能的基礎上，研究采取何種技術先進的技術、工藝、設備能夠達到節(jié)能效果，如合理設計節(jié)能型供配電系統(tǒng)減少電能傳輸過程中所產生的有功損耗、采用先進的照明設施降低數(shù)量多、使用面廣的照明設施引發(fā)的電能消耗。

三、高層建筑的電氣設計的可行性節(jié)能措施

（一）優(yōu)化供配電系統(tǒng)的節(jié)能設計

供配電系統(tǒng)是高層建筑的“心臟”，可以說是高層建筑電氣設計的核心，一個設計合理，優(yōu)化節(jié)能的供配電系統(tǒng)重要性不言而喻。為確保供配電系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下運行，設計時要統(tǒng)籌考慮用戶的負荷性質、用電容量、工程特點、系統(tǒng)規(guī)模。

1.合理選擇變電所位置

高層建筑電力負荷即為分散，而電力負載又分為對稱負載和非對稱負載，兩種負荷選取變電所的位置原則有所不同。對稱負荷要按照“中心點”和“對稱共圓對稱”原則選取變電所。所謂“中心點”是指對稱負荷繞中心點轉過180°后都能回到別的負荷的位置上；所謂“對稱共圓對稱”原則是指同一平面負荷群中各負荷大小相等相位間距120°于同一個圓的圓周上，那么圓心即為中心。變電所究竟設置在高層建筑的何處，不僅需要考慮樓層高低、負荷對稱與否、施工方便、經濟等因素，還應當注重日常維護和使用因素。

2.減少高層建筑電氣線路上的能量損耗

高層建筑電纜線路使用量大，電纜線路的能量損耗總量巨大，因此采用多種措施減少電纜線路的能量損耗對高層建筑的節(jié)能尤為重要。減少線路損耗有三大因素：（1）線路截面是否合理。根據(jù)電阻定律，導線阻值與橫截面積成反比，故要增大線路截面；（2）線路材質即電阻率是否合理，銅質導線是經濟范圍內電阻率最合適的導線，應將鋁質導線換成銅質導線；（3）導線的長度要盡可能短，根據(jù)電阻定律，導線阻值與長度成反比，所以在布線時要橫平豎直，不走回頭線，盡可能減少導線的長度。由電纜的載流表可以看出，同樣截面的YJV電纜比VV電纜載流量高15%～20%，所以在設計中要盡量選用YJV型號的電纜。

（二）照明設備的合理布置

我國每年照明用電約占全社會用電的五分之一?！案淖円粋€燈泡，同時改變我們的思維方式，我們就可以改變整個世界?！币槐K燈或許微不足道，但積少成多的能量讓我們不容忽視。同樣，照明設備的耗能也是高層建筑耗能的重要組成部分。要在保證不滿足高層建筑日常運行需求，不降低照明質量的條件下，最大限度地減少照明設備的耗能，綠色、高效地使用照明用電。節(jié)能設計要以下幾個方面入手。

1.合理利用自然光

隨著經濟社會的發(fā)展，人們對能源和環(huán)境保護的觀念日益加深，自然光作為最環(huán)保的光源如何最大限度地利用意義重大?？拷彝獾拇髲d和房間應增大門窗面積，使用透光率高的玻璃。在高層建筑內引入自動調節(jié)裝置。目前應用的方法主要有：（1）導光管法；（2）采光隔板；（3）反射高窗；（4）棱鏡窗。

2.高效節(jié)能光源和燈具的選用

高效節(jié)能電光源、高效節(jié)能燈具和照明控制設備等照明節(jié)能新技術產品使用在高層建筑中，可以降低照明負荷，提高點能使用率，減少對環(huán)境污染。傳統(tǒng)的白熾燈結構簡單、價格低廉、使用維修方便，但發(fā)光效率低。而節(jié)能燈作為新一代比較理想的節(jié)能光源：（1）比白熾燈省電；（2）節(jié)能燈壽命較長，一般有效壽命是3000～6000小時；（3）節(jié)能燈的發(fā)光顏色比白熾燈更接近日光，光色好，且發(fā)光柔和。

門廳、走廊等場所采用采用小型的球形燈，方形的吸頂燈。在燈具選用時應注意選用配光合理、效率高、利用系數(shù)高的燈具，優(yōu)先選用開啟式直接照明燈具。選用分布式照明，分布式照明初期投資較多，但由于燈具使用壽命長，電能節(jié)省，長時間使用費用降低。

3.合理選用節(jié)能電器附件

一方面，節(jié)能電感鎮(zhèn)流器和電子鎮(zhèn)流器做為典型的節(jié)能電器附件，自身功耗低，可使燈的總輸入功率下降20%；另一方面，為升高線路的功率因數(shù)，可在感性負載兩端并聯(lián)適當電容?？稍诿刻谉艟呱喜⒙?lián)一個電容器進行補償，將傳統(tǒng)日光燈功率因數(shù)均提高到0.9以上，這樣可使線路中總電流、視在功率以及無功功率都有所下降。節(jié)電器可優(yōu)化照明和動力類電器，節(jié)能電器可清除電力垃圾，電子節(jié)能器自帶保險裝置更安全，因此要合理選用節(jié)能電器附件。

（三）建筑電氣設備的節(jié)能

1.空調系統(tǒng)的節(jié)能

高層建筑空調系統(tǒng)的能耗所占比例較高，系統(tǒng)節(jié)能潛力巨大。傳統(tǒng)空調系統(tǒng)的設計，僅考慮安全指標，冷熱源系統(tǒng)、能量輸配系統(tǒng)的容量都大于實際需求，既投入巨大又不環(huán)保節(jié)能。其主要內容包括：水源充足的地方要廣泛采用水冷冷水機組，推廣使用熱泵型機組；供回水溫差的提高，低流速流體的廣泛采用可降低輸送系統(tǒng)的節(jié)能；新風熱回收技術。采用熱回收技術，利用排風對新風進行預熱（或預冷），節(jié)約空調能耗。如夏季回收排出空氣中的冷量，再把室外的熱空氣預冷后送入室內；冬季回收排出空氣的熱量，再把室外的熱空氣預熱后送入室內，從而減少能量的損失，降低了空調制冷制熱空氣的能耗。

2.電梯

電梯在高層建筑中應用廣泛，根據(jù)統(tǒng)計，電梯的用電量占建筑總用電量的四分之一以上，高于照明等用電量。優(yōu)化電梯電力拖動系統(tǒng)，進行水泵調速和變頻器調速，可提高負載運行效率，以達到節(jié)能的目的。通過能量回饋器合理回收利用負載的機械能，回饋給電網供其他負載使用，也可節(jié)約電能。電梯的節(jié)能效果與電梯功率、運行速度、使用頻率、平衡系統(tǒng)有關，節(jié)能時要綜合考慮。

綜合以上分析，高層建筑節(jié)能應在設計中精心考慮，本文分析了我國高層建筑耗能現(xiàn)狀，并從優(yōu)化供配電系統(tǒng)、有效設置高層建筑照明設施、建筑電氣設備的節(jié)能提出了可行性舉措。相信通過多措并舉，把綠色節(jié)能的理念落實到高層建筑的各個方面，定能改變我國高層建筑高耗能、單位面積能源利用率低的現(xiàn)狀，推動我國節(jié)能減排事業(yè)，進一步助力我國建筑行業(yè)的綠色發(fā)展，健康發(fā)展。

參考文獻：

[1]郭莉莉.建筑能耗現(xiàn)狀及節(jié)能潛力[J].鐵道工程學報，2006（4）.

[2]李卓昆.建筑電氣照明系統(tǒng)的節(jié)能設計[J].山西建筑，2011（5）.

編輯 陳鮮艷