建筑电气中的节能设计探讨

建筑电气中的节能设计探讨

曾云

南宁启迪创新科技投资有限公司 广西南宁 530200

摘要：节能设计是衡量电气设计先进性的重要指标，本文结合工作实践，重点从供配电系统节能、电缆线路节能以及电气设备节能三方面，探讨了建筑电气节能设计中的关键技术，以期实现建筑电气的安全、可靠、经济、合理运行。

关键词：建筑电气；节能；设计

我国节能减排政策从“十一五”正式提出到如今，十几年来一直在国家能源发展战略中居于首位，建筑业是我国三大能耗产业之一，其中又以电气能耗为重中之重，因此，将节能理念融入电气设计环节，既是衡量电气设计先进性的重要指标，也是建筑业可持续健康发展的必然要求。现代建筑电气设计是集电能、控制、设备、网络、通信等于一体的设计，涉及的内容及细节众多，笔者着眼于主要的电气能耗点，重点从供配电系统节能、电缆线路节能以及电气设备节能三方面进行分析探讨，以期实现建筑电气的安全、可靠、经济、合理运行。

1供配电系统节能设计要点

现代建筑普遍具有体量大、楼层高、结构复杂、功能多样化等特点，使得建筑供配电系统愈发复杂，因此，在进行供配电系统设计时，应尽可能周全地掌握建筑物的结构特征、建筑环境和品质、所需负荷量、供电距离、用电设备特点及分布情况、地区供电条件和习惯等多种因素，以保证所设计的系统充分适用于项目工程。我国电气节能目前从理论层面及实践层面都已渐趋成熟，实践中，常用的供配电系统节能措施可从如下几方面着手：合理确定电压等级和变电所位置、选取合理的需用系数进行负荷统计、减小系统谐波分量、改善三相不平衡问题、提高系统功率因数等。以上设计中，主要存在的问题是部分设计人员未能严格按照相关的电气设备设计标准进行科学优化，从而导致设计方案不科学、设计参数设置不准确以及电气系统的节能与环保性能不佳，不能很好地满足电气节能的要求。以负荷计算为例，民用建筑尤其是面积较大的建筑常用需要系数法进行负荷计算，虽然规范手册中提供了各类设备负荷需要系数，但需用系数选取不合理的问题一直长期存在，对此，在设计时应结合设计院内部数据、不同功能建筑设计特点、建筑实际使用情况以及设备工作时间的长短、设备同时运作的几率等因素进行综合考虑，以免计算偏差太大造成设备资源浪费和投资增加。又如，设计中常采用提高自然功率因数和对系统进行无功补偿两种措施来提高系统功率因数，其中110kV 及以下用户中最常用的做法是并联电容补偿，而要保证该方案的经济合理，必须确保无功功率补偿数据的准确性以及电容器数量的合理性。如某项目负荷计算所得无功功率补偿Qc=348.96Kvar，无功功率集中补偿装置采用三相BW-0.4-30-3 型电容器（单只电容无功补偿量q_c=30kVar），则电容器所需数量N≥ = =11.632，则在变电所低压母线上装设 12 套电容器最经济合理。

2电缆线路节能设计要点

电力电缆中电阻的存在，决定了电能输送过程中必然存在一定损耗，实践中供配电线路动辄数长达万米甚至几十万米以上，势必会造成大量耗损，因此，电缆线路节能也是建筑电气节能的一个重点。电缆线路节能，一是减少线路中的电阻值。由公式R=P·L/S可知，电缆电阻值（R）大小主要取决于电阻率P（与导线材质有关）、线缆长度L及线缆截面面积三个因素，故而设计时通过减少实际使用的电缆长度、增大电缆截面以及分地段设置占用较大面积的单体低压配电间等方式，实现节能目标。以增大电缆截面面积为例，如某住宅区输电线缆实际长度为 1000 米，方案1采用的导线截面为3×2.5 mm²，输电线缆电阻（1000m）=0.937Ω/km；方案2采用的导线截面为3×3.5mm²，输电线缆电阻（1000m）=0.683Ω/km。为简化计算分析过程，本文在此只考虑宅区输电线缆的实际投资造价，与输电导线截面有关的其他设计成本与费用均忽略不计。两个方案需要投入的设计成本分别如下：

方案1：F₁=输电线缆单价×输电线缆长度=3500元/km×1km=3500元；

方案2：F₂=输电线缆单价×输电线缆长度=3900元/km×1km=3900元。

相关电气设备的总体能耗为：D=该住宅区用电客户年度电能消耗量×该住宅区的实际电价=ΔA（kWh）×0.7612。式中，ΔA=3·I_js²·R_O·L·T·10^-3（kWh），其中，R_O为输电线缆电阻，L为输电线缆长度，I_js为电流参数，T为居民年用电最大负荷小时数（统一采用8h）。则两个方案的电能损耗为：

方案1：D₁=ΔA（kWh）×0.7612=3×7.52²×0.937×1×3000（365d×8h）10^-3×0.7612=363元；

方案2：D₂=ΔA（kWh）×0.7612=3×7.52²×0.683×1×3000（365d×8h）10^-3×0.7612=265元。

由上分析可见，在采用1000 米长输电线缆情况下，方案2比方案1的节能效果更好。

3电气设备节能设计要点

现代建筑用电设备较多，但节能改造的空间也非常大，实践中可根据各电气设备的运行特点，分析其能耗产生的主要原因，在此基础上合理选择设备型号、数量并调整控制方案，从而达到节能目的。本文重点探讨变压器的节能设计。变压器在现代建筑中的使用数量非常庞大，尤其是一些建筑综合体或是超高层建筑，变压器的使用量可达十几台，因此，对变压器进行合理的节能设计，可以收到非常好的效果。实践中，变压器节能控制较为繁琐，在此只做简单分析。方法一，采用新型的节能变压器，如浸油式或干式的SC8、S9、SC11 型号等，都是实践证明节能效果较好的推荐型号。方法二，通过变压器的经济运行达到降低损耗的目的，简单来说就是鼓励低谷用电、压低高峰用电。方法三，根据建筑实际使用情况合理优化变压器台数和容量。如，某商住楼用电负荷分级具体为：一级负荷：消防用电、电梯用电、排烟设备用电、排污泵及生活水泵用电，应急照明、值班照明、警卫照明、障碍照明；二级负荷：楼梯过道照明用电、地下车库照明、商场照明用电等；三级负荷：住宅内部用电设备。根据以上情况，变压器变压器台数、容量选择如下：①变压器变压器台数确定。鉴于一、二级重要负荷设备数量较多，故为保证供电的可靠性和安全性，设计采用2台变压器。②变电所主变压器容量选择。经负荷计算，本项目总视在计算负荷为1207.26kW（cos=0.913），其中一、二级的视在计算负荷为445.2kW（cos=0.913）。设计中给出了两个方案：方案1为2×800kVA变压器；方案2为1×1250kVA+1×500kVA变压器。负载率是变压器选择的主要依据，本设计中负载率的取值范围为 0.7～0.8，因该建筑为商住楼，白天住宅户用电负荷较小，方案2中的1250kVA变压器无异于“大马拉小车”，而方案1中2台 800kVA变压器正常运行时负荷率为 75%，负载分配较平衡，性价比更高，故而从节能角度选用2台800kVA变压器更为合理。

总之，加强建筑电气节能设计，在保证电气结构设计满足建筑物基本功能以及大众居住要求的基础上，切实做到尽可能地降低大面积的无效能耗和耗损，提高能源利用率，对构建节约型社会意义深远，也是值得我们业内同仁不断研究与探索的重要课题。本文结合以往设计经验和工作实践，围绕建筑电气节能技术要点和实际案例的电气节能设计，提出一些建议和看法，所得结论和观点不足之处敬请批评指正。

参考文献：

[1]申茂磊.建筑电气节能技术研究[D].郑州大学工程硕士论文，2014.

[2]刘扬.浅谈建筑电气设计中节能技术措施[J].科研，2016（3）：23-24.

[3]程红娟.建筑电气供配电系统节能设计研究[J].科技传播，2018(2)：180.