龍清波

（深圳市筑道建筑工程設計有限公司南昌分公司，江西 南昌 330000）

引言

電氣設計是建筑項目在實際建設過程中的關(guān)鍵部分，建筑電氣設計的良好開展，能夠保證建筑項目中電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，進而為人們提供安全穩(wěn)定的居住和工作環(huán)境，對于建筑項目建設來說具有非常重要的作用。目前在城市化建設中，節(jié)能技術(shù)水平的逐漸提升，為建筑電氣設計優(yōu)化提供了條件和方向，對其進行充分利用，能夠從根本上促進建筑行業(yè)的進一步發(fā)展。

1 照明系統(tǒng)設計中節(jié)能技術(shù)的運用

表1 為不同燈具節(jié)能效果。第一，科學選擇光源。通常自然光的色溫為5 500 k，白熾燈的色溫在2 700 k～2 800 k 之間，日光色熒光燈的色溫數(shù)值為6 000 k。自然光源條件下，黃昏階段的色溫為8 000 k，中午色溫為17 000 k，鎢絲燈的色溫為3 200 k。在建筑照明系統(tǒng)設計中，根據(jù)建筑整體布局與不同地塊周邊情況進行光源的合理選用，例如對于廣場地坪、建筑樓梯等位置，選用熒光燈作為光源，適當調(diào)低燈具的安裝高度，保持柔和的夜間照明效果；對于樓梯間等部位，可選取金鹵燈作為光源，提高燈具發(fā)光效率與顯色效果。第二，科學選擇照明燈具。LED 燈的耗能量是白熾燈的10%，同時使用壽命提高了100 倍，每瓦光效達到了1 000 m 以上，光效是白熾燈的4 倍以上[1]。并且熒光燈具的光效在50 m/W～70l m/W 之間，電源效率為65%，而LED 燈具的光效達到了1 00l m/W～1 50l m/W，電源效率為95%。針對照明燈具的控制系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，例如引入基于DMX521協(xié)議的智能燈具控制系統(tǒng)，由上位機、DMX 解碼器、LED 燈具、DMX 信號發(fā)生器組成系統(tǒng)架構(gòu)，基于以太網(wǎng)與TCP/IP 協(xié)議進行信號發(fā)生器配置，使控制系統(tǒng)發(fā)出LED 燈具控制信號與調(diào)光信號，經(jīng)由DMX 解碼器完成信號轉(zhuǎn)譯與解碼后，返回至上位機。將DMX 解碼器接入RS485 總線，合理調(diào)節(jié)解碼器阻值，用于減少數(shù)據(jù)傳輸過程中產(chǎn)生的信號反射；將LED 燈具接至單數(shù)據(jù)總線，用于承擔終端監(jiān)控作用；上位機負責向DMX 信號發(fā)生器分配不同IP 地址，將單臺信號發(fā)生器分別與3 個解碼器連接，利用解碼器控制安裝在不同區(qū)域的LED 燈具，借助以上分布式結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對建筑照明燈具的智能控制。但是在使用LED 燈具的過程中需要注意，如果建筑電氣設計中LED 燈具的使用數(shù)量較多，則需要對其產(chǎn)生的諧波進行治理，尤其是小功率的LED 燈，運行中產(chǎn)生的諧波會增加線路能耗量，提高燈具的運行溫度，其中存在的安全隱患也會隨之上升，由此可以看出諧波治理的重要性，節(jié)能燈具的運用原理見圖1。

表1 不同燈具節(jié)能效果

2 配電系統(tǒng)中節(jié)能技術(shù)的運用

首先，在選擇電壓階段，根據(jù)用電性質(zhì)、容量以及建筑距離等因素，確定建筑的供電電壓和供電方式，選擇10 KV～110 KV 等級電壓，利用相分裂導線輸送電網(wǎng)，分散布置變壓器的位置，通過這種方式對線路的損耗情況進行控制。當前我國多數(shù)建筑電氣設計中采用10 KV 以及20 KV 電壓，隨著供電電壓的升高，電壓損失也會降低，電力輸送功率提升的同時，供電范圍也隨之拓展。例如，10 KV 電壓與20 KV 的電壓相比，20 KV 配電網(wǎng)的送電容量會增加1 倍左右，S20/S10= （√3U20Ir）/ （√3U10Ir）=2。△u20/△u10=[U102（P20R+Q20X）]/ [U202（P10R+Q10X）]=1/4；△P20/ △P10=（P2R/Un202cos2φ）/（P2R/Un102cos2φ）=1/4。通過上述公式能夠看出，20 KV 電壓和功率的損失情況，與10 KV相比減少了75%左右。

其次，加強諧波治理。采用有源諧波治理方法，諧振頻率的計算公式為f=1/[2π√(LC)]，其中f 為頻率，單位為赫茲(Hz)；L 為電感，單位為亨利(H)；C 為電容，單位為法拉(F)，簡諧波公式是：t＝1/v。

再次，采用LED 驅(qū)動電路及PWM調(diào)光方案。為有效提升建筑照明系統(tǒng)中LED 燈具的調(diào)光精度，選用AC 模塊、EMI 濾波、整流器、功率因數(shù)校正模塊組成HV9910B LED 驅(qū)動電路，支持在8～450 VDC 范圍內(nèi)以定頻率或定關(guān)斷時間兩種方式運行。在精確調(diào)光方案設計時尚，將驅(qū)動電路芯片外接電阻設為Rr，繼電器開關(guān)參數(shù)設為k，則LED 驅(qū)動電路的工作周期計算公式為：

在驅(qū)動電路運行過程中，基于峰值電流控制模式進行MOSFET 開關(guān)狀態(tài)控制，在驅(qū)動電路內(nèi)設有電流檢測電路，當LED 電流經(jīng)過采樣電阻時產(chǎn)生的電壓超出250 mV 限值后，驅(qū)動電路將自動關(guān)斷開關(guān)，借此實現(xiàn)電路的恒流控制功能[2]。其中在MOSFET 開關(guān)的工作頻率設計上，將開關(guān)頻率設為f，直流電壓經(jīng)由整流模塊與功率因素校正后表示為VDC，燈具串聯(lián)輸出電壓為Vo、工作電流為Io，續(xù)流二極管正向?qū)▔航禐閂d,電感值為L，則由此建立以下關(guān)系式：

考慮到LED 串聯(lián)電路的電流可能存在30%的紋波，因此在開關(guān)電路設計中電感的計算公式為：

將上述電路設計參數(shù)進行匯總后，根據(jù)MOSFET開關(guān)頻率保持不變情況下電感量與工作電流紋波成反比的關(guān)系，可推斷出在電感量保持不變的情況下，通過提高MOSFET 開關(guān)頻率可有效減小LED 工作電流紋波，實現(xiàn)驅(qū)動電路的優(yōu)化設計。

最后，變壓器節(jié)能控制，變壓器在實際運行中會產(chǎn)生損耗，主要為空載損耗以及負載損耗兩部分內(nèi)容，其中空載損耗出現(xiàn)的主要原因為變壓器中鐵芯的損耗，鐵芯材料磁化率和渦流損耗越小，節(jié)能效果越好，能夠有效降低變壓器空載損耗量?？蛰d損耗計算公式為：Q0≈SrT×I0%/100。負載損耗出現(xiàn)的主要原因為，負載電路繞組時產(chǎn)生的損耗，負載電流在繞組過程中產(chǎn)生渦流損耗，同時在繞組金屬的外部位置產(chǎn)生雜散損耗，其計算公式為Qk≈SrT×Uk%/100。在對其進行控制設計的過程中，對變壓器的型號、負載率以及容量等進行充分研究，還可以利用大數(shù)據(jù)技術(shù)以及信息技術(shù)，建立變壓器綜合評價體系，設定評價指標和權(quán)重計算，其中包括變壓器的運行費用、負載性質(zhì)以及運行要求等指標，通過這種方式提高變壓器選擇的科學性和有效性。

從表2 中能夠看出，非晶合金鐵芯變壓器的損耗量較小，其在實際運用中具有較大的節(jié)能優(yōu)勢。對于建筑電氣設計來說，非使用期間其均處于低負荷狀態(tài)，采用非晶合金鐵芯變壓器的節(jié)能效果較高。雖然該種類型變壓器的成本較高，但是在運行3-5 年之后，便能夠收回增加的投入成本，加上多數(shù)建筑的使用年限在20 年以上，因此使用非晶合金鐵芯變壓器無論是在經(jīng)濟價值還是節(jié)能價值中，都具有較大的優(yōu)勢[3]。高效的變壓器能夠提高建筑電氣設計的節(jié)能水平，其中S13 變壓器參數(shù)與三項非晶合金鐵芯變壓器參數(shù)見表3、表4。

表2 不同材料鐵芯變壓器性能

表3 S13 變壓器參數(shù)

表4 三項非晶合金鐵芯變壓器參數(shù)

3 智能節(jié)能技術(shù)在建筑電氣設計中的應用

第一，電動機控制。當前YX2 電動機設備的運用范圍較廣，并且其在實際運用中具有非常明顯的經(jīng)濟效益，尤其是功率在200 kw以上的公共建筑用電設備中，同時對電動機進行變頻調(diào)試[4]。交流- 交流調(diào)速模式中，平均帶電為25%～55%，而交流- 直流- 交流調(diào)速模式中，節(jié)能頻段為5～40 hz，節(jié)能率為25%～50%。

第二，電能系統(tǒng)管理。在電機選型環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，以55 kw電機為例，其節(jié)能效果與普通電機相比高出15%，電費每度0.5 元的情況下，使用該電機1 年就能夠收回電機成本[5]。

第三，引入樓宇自動控制系統(tǒng)，采用BMS 架構(gòu)進行管理系統(tǒng)設計，采用網(wǎng)絡與信息集成模式，經(jīng)中控系統(tǒng)主機與上位機進行樓宇控制、消防報警、安保系統(tǒng)的集成設計，對于建筑排風、給排水、照明及電力計量系統(tǒng)分別配置獨立DDC 控制器，設置控制點數(shù)＜120 點，并基于工業(yè)標準協(xié)議進行數(shù)據(jù)交換，支持對ActiveX、DDE、ODBC、API 等多種技術(shù)的無縫銜接，實現(xiàn)聯(lián)動控制功能。

4 結(jié)論

綜上所述，將節(jié)能技術(shù)與建筑電氣設計相互結(jié)合，能夠提高建筑電氣設計的有效性和穩(wěn)定性，并且與當今綠色節(jié)能環(huán)保的理念相符合，這也是今后建筑電氣設計的主要發(fā)展方向。在此過程中，建筑電氣設計人員需要從各項環(huán)節(jié)入手，將節(jié)能技術(shù)應用在其中，通過這種方式增強建筑電氣設計節(jié)能效果的同時，提高建筑項目的經(jīng)濟效益，促進建筑電氣設計逐漸向著綠色節(jié)能的方向發(fā)展。