摘要：綜合性建筑如大型寫字樓、商業(yè)大廈及大型購物場所等結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，電氣功能要求比較高，包括大量的動力設(shè)備、電氣設(shè)備、復(fù)雜的照明系統(tǒng)以及完善的消防安全系統(tǒng)。電氣設(shè)備及線路節(jié)能設(shè)計分析

　　關(guān)鍵詞：節(jié)能；電氣設(shè)計；高層；

　　Abstract: The comprehensive construction such as large office buildings, business buildings and large shopping sites of the structure is complex, electrical function demand is higher, including a large number of power equipment, electrical equipment, complicated lighting system and improve the fire control safety system. Electrical equipment and circuit energy saving design analysis

　　Keywords: energy efficient; Electrical design; Top;

　　中圖分類號：TE08   文獻標(biāo)識碼：A    文章編號：

　　在進行高層建筑的電氣設(shè)計時，通常會參考電力負荷曲線，通過詳細的計算決定設(shè)計的方法，使得負荷曲線盡量平坦，減少閑置設(shè)備、閑置容量，使功率得到最大的利用，減少浪費。

　　1. 變壓器

　　1) 通常建筑用電負荷相當(dāng)大，并且都是長年運行，變壓器的長期損耗很大。一般綜合性建筑都有單獨的配電房，出于節(jié)能考慮，配電房盡量位于負荷的中心，也便于提高供電質(zhì)量。變壓器是配電房里重要的耗電設(shè)備，主要包括空載損耗和負載損耗，空載損耗取決于變壓器的制造等因素，稱為鐵損; 負載損耗取決于二次繞組的銅損。變壓器的容量選擇很關(guān)鍵，既要根據(jù)建筑物的性質(zhì)、重要性來確定，也要根據(jù)日常總用電量來確定。

　　2) 電力負荷分析與計算。電力負荷分析主要從建筑物的規(guī)模、功能著手，考慮建筑物負荷的級別、服務(wù)對象、建筑物所處的位置、所在地區(qū)的氣候條件和社會條件以及建筑物未來的發(fā)展規(guī)劃等方面。電力負荷的計算方式主要有負荷密度法、單位指標(biāo)法及需求系數(shù)法等。在綜合性建筑的電氣設(shè)計中，通常采用需求系數(shù)法進行計算，用負荷密度法、單位指標(biāo)法進行。

　　計算的復(fù)核與校正。需求系數(shù)法計算公式為：

　　P = KePe，Q = P tan φ，S = P/cos φ

　　從節(jié)能角度探討綜合性建筑的電氣設(shè)計方法

　　式中，P 為用電設(shè)備有功功率，kW; Q 為用電設(shè)備無功功率; S 為用電設(shè)備視在功率，kV·A;

　　Pe 為用電設(shè)備容量，kW; Ke 為用電設(shè)備的需求系數(shù); tan φ 為最大負荷的加權(quán)平均功率因數(shù)。

　　3) 變壓器容量的確定。建筑物的電力負荷 P確定后，建筑物的總裝機容量 S 可以用下面的公式來確定

　　式中，P 為建筑物的電力計算負荷; cos φ2 為補償后的平均功率因數(shù); β 為變壓器的負荷率，一般不小于 0. 9。在滿足需求的情況下，根據(jù)公式確定損耗小的節(jié)能型變壓器。

　　4) 變壓器損耗與建筑物負荷率的關(guān)系。以單臺變壓器為例，變壓器的效率用下式表示

　　式中，η 為變壓器的效率; Pz 為變壓器的輸出功率; Po 為變壓器空載有功損耗; Pk 為變壓器額定電流時的負載損耗; β 為變壓器的負荷率; 假設(shè)忽略了一次側(cè)銅損。

　　實踐數(shù)據(jù)得知變壓器的負荷率在 0. 5 左右時效率最高，然后隨著變壓器負荷率的增加，變壓器的效率逐漸降低。因此，變壓器的負荷率過高也會增加電能損耗。由于現(xiàn)在綜合性建筑物中的非線性負載日益增多，電力系統(tǒng)中的諧波分量增加，也就增加了變壓器的負荷，而由諧波電流增加的這部分諧波負荷在負荷計算時無法準(zhǔn)確計算，另外設(shè)計中又要考慮長期發(fā)展而預(yù)留一定裕量。這些因素都不允許將變壓器的負荷率取得過高，通常變壓器負荷率在 65% ～80% 之間比較合適。

　　2. 線路的最優(yōu)化選擇

　　供電線路的選擇。綜合性建筑物的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，動力、照明、消防及空調(diào)通風(fēng)等的線路數(shù)量龐大，因此在設(shè)計階段做好線路的節(jié)能計算是非常必要的。減少線路的損耗可以從以下三個方面考慮: ①提高功率因數(shù)。②減少供電系統(tǒng)的無功功率。③減少導(dǎo)線電纜中的電阻。從節(jié)能的觀點來看，供電線路的節(jié)能最優(yōu)選擇實際是一個初始投資和導(dǎo)線長期損耗的函數(shù)。增加導(dǎo)線的截面

　　積可以減少損耗，但是要增加初始投資; 減少導(dǎo)線截面積會增加線路的長期損耗，但初始投資會減少，在二者之間尋求一個平衡，就是線路節(jié)能的最優(yōu)選擇。

　　通電線路的節(jié)能分析可以由下面的公式給出

　　M = M1 + M2

　　式中，M 為線路的總費用; M1 為電纜、線路的投資費用; M2 為線路長期的損耗費用，由電流大小、運行時間和電纜的壽命等組成。對電氣設(shè)備，應(yīng)該按照正常的工作條件來選擇型號。電氣設(shè)備的安裝地點、工作環(huán)境和使用要求都會影響能量的損耗，因此對電氣設(shè)備型號的選擇必須考慮上面的因素，用短路電流的熱效應(yīng)和電動力效用來校驗電器設(shè)備的穩(wěn)定性，在保證安全、保證使用的前提下減少設(shè)備的電能損耗。

　　照明系統(tǒng)的設(shè)計

　　綜合性建筑物使用面積大，有不同的功能區(qū)，照明的類別比較復(fù)雜，通常有工作區(qū)、走廊過道、消防通道和洗手間等地方的照明，因此照明系統(tǒng)的節(jié)能措施是考核建筑物照明設(shè)計是否合理的重要指標(biāo)。通常照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計從兩方面著手:①降低照明裝置的單位耗電率。②在設(shè)計階段采取節(jié)電措施減少不必要的損耗。

　　3. 充分利用自然光源

　　照明的節(jié)能除了優(yōu)化燈具設(shè)計和照明控制系統(tǒng)外，如何最大程度地利用自然光源，確定采光方式，將自然光和人工照明結(jié)合起來是一個關(guān)鍵的問題。自然光的利用分兩方面: 一是室內(nèi)引入陽光，提高白天進入陽光的利用率; 二是充分利用光能的轉(zhuǎn)換，白天積蓄能量，晚上供應(yīng)燈具照明使用。室內(nèi)燈具可以采用太陽能蓄電池系統(tǒng)。這兩方面都涉及到初始投資和長期電能節(jié)約的問題，從能源節(jié)約角度看是很有必要的。選用高效的燈具，在不同的工作場所采用不同的照明燈具。

　　4. 合理確定照明方式

　　對房間等區(qū)域的照明，可以采用小功率的照明設(shè)施完成預(yù)定的照明功能，來減少照明損耗。通常有幾個方面的措施: 采用適當(dāng)?shù)姆瓷湎禂?shù)高的飾面，增加亮度; 限制照明范圍，由于照明范圍的大小可以很大程度地影響工作面的照度，因此需要合理布置照明設(shè)備，根據(jù)照度決定工作區(qū)。例如: 文件資料室可以采用低照度照明; 一般辦公室、休息室采用中等照度照明; 設(shè)計工作室等采用高照度照明; 在走廊等區(qū)域可以在允許的情況下借助其他照明措施。

　　具體的照明設(shè)置措施如下: ①對洗手間、走廊和樓梯間等可以通過定時智能開關(guān)自動照明，感應(yīng)到有人員時燈亮，在人員離開時可以自行斷電。②采用調(diào)光開關(guān)，可以調(diào)整燈具的亮度。③燈具應(yīng)該有獨立的開關(guān)分別控制。

　　動力設(shè)備的節(jié)能設(shè)計

　　在綜合性建筑中，動力設(shè)備的節(jié)能主要考慮水泵和風(fēng)機，例如某星級酒店中水泵的能耗占總能耗的 30%，因此對風(fēng)機和水泵采取節(jié)能措施是十分必要的。

　　5. 變頻調(diào)速的節(jié)能原理

　　對動力設(shè)備的節(jié)能分析，關(guān)鍵考慮電動機的調(diào)速方式，以水泵為例，調(diào)速問題主要是減速問題。

　　根據(jù)風(fēng)機的比例定律，對于風(fēng)機和泵，流體流量與轉(zhuǎn)速的一次方成正比，即

　　q/qe = n/ne

　　功率與轉(zhuǎn)速二次方成正比，即

　　H/He = ( n/ne) 2

　　功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比，即

　　p/pe = ( n/ne) 3

　　式中，q、n、H 和 p 分別表示流量、轉(zhuǎn)速、揚程和功率。

　　由上面的公式可以分析得出: 當(dāng)轉(zhuǎn)速減小時，電動機的功率將以其三次方的速率下降，因此變頻調(diào)速的節(jié)電效果顯著。如果流量由 100% 降低到 70%，則轉(zhuǎn)速相應(yīng)降到 70%，壓力降到 49%，而電 動 機 的 功 率 降 到 34. 3%，即 節(jié) 約 電 能65. 7% ，節(jié)能效果顯著。

　　6. 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)

　　現(xiàn)代綜合性建筑物中，由于工作性質(zhì)的需要，空調(diào)系統(tǒng)是必須配備的設(shè)備，滿足建筑物的溫度調(diào)節(jié)和通風(fēng)功能。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計在滿足室內(nèi)舒適度的前提下，改變室內(nèi)溫度和濕度條件，根據(jù)需要進行通風(fēng)工作。例如，夏天溫度可以控制在 26℃左右。通風(fēng)系統(tǒng)在冬、夏取最小的新風(fēng)量，過渡季節(jié)采用全新風(fēng)。配備檢測室內(nèi)溫度成分的儀器，決定通風(fēng)量的大小。合理布置通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的安裝位置，減少系統(tǒng)的阻力，運用智能控制系統(tǒng)，使得通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟運行，實現(xiàn)最大的節(jié)能效果。

　　7.結(jié)束語

　　綜合性電氣設(shè)計由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各項功能完善，因此對節(jié)能化設(shè)計就顯得尤為重要，從以下三方面來考慮：

　　1) 采用節(jié)能設(shè)計方法。從設(shè)計角度，通過精確的計算，對整個電氣系統(tǒng)做合適的估計，在滿足使用的前提下，不做超過使用要求的設(shè)計。

　　2) 采用新技術(shù)。對電氣系統(tǒng)的各個部分，評估初始投資和運行期的損耗與維修費用，盡可能采用新的成熟的技術(shù)，最終達到節(jié)能的目的。

　　3) 采用新材料。例如可以采用太陽能燈具，電源可以采用太陽能光伏系統(tǒng)。