建筑電氣節(jié)能措施探討

鄭州市重點建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站 魏新亮 鄭宏杰

建筑電氣節(jié)能措施探討

鄭州市重點建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站 魏新亮 鄭宏杰

我國建筑能耗的總量逐年上升，在能源消費總量中所占的比例已從上世紀70年代末的10%，上升到近年的27.8%。可見，建筑能耗已成為危及社會可持續(xù)發(fā)展的一個重大問題，建筑節(jié)能已是當(dāng)前一項極為緊迫的任務(wù)。電氣能耗是建筑能耗的主要構(gòu)成之一，控制建筑電氣能耗和有效提高能源利用效率是建筑節(jié)能的重要因素。為此，國家相關(guān)部門相繼在2004年出臺了《建筑照明設(shè)計標準》（GB50034）、2005年《公共建筑節(jié)能設(shè)計標準》(GB50034)、2007年《建筑節(jié)能工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50411）一系列標準和規(guī)范。在建筑電氣設(shè)計時認真考慮并采用節(jié)能措施是實現(xiàn)電氣節(jié)能的有效途徑。

一、建筑電氣存在能源浪費的原因

1.不合理的設(shè)計導(dǎo)致能耗高。變配電及采暖、通風(fēng)、給水、排水等設(shè)備都存在設(shè)備選型和運行方式的不合理導(dǎo)致設(shè)備效率過低，能耗增加。

2.不合理的系統(tǒng)造成空調(diào)能耗高。不合理的系統(tǒng)運行方式，導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)效率過低。例如，由于系統(tǒng)不合理和缺少有效的調(diào)節(jié)手段使冷機、水泵、風(fēng)機長期在偏離高效的狀態(tài)下工作，導(dǎo)致其能源利用率不足高效工況點下的50%；停止的冷機未能及時關(guān)閉水回路，使得相連接的循環(huán)水泵只能多臺運行，水泵的能耗增加一倍；承擔(dān)能量輸送功能的風(fēng)機水泵由于設(shè)計偏大，實際上長期小溫差運行，使得風(fēng)機水泵的能耗高于正常狀況一倍或更多。

照明系統(tǒng)存在著能耗高的現(xiàn)象。照明光源、控制方式選擇的不合理導(dǎo)致照明系統(tǒng)能耗高，照明系統(tǒng)中盲目的提高照度標準，燈具或光源過多使能耗增加。

3.不合理的運行制度（控制方式）導(dǎo)致空調(diào)能耗高。不合理的運行制度導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)運行時間過長，下班后系統(tǒng)繼續(xù)運行，或部分設(shè)備持續(xù)運行，消耗大量電能。此外，由于極少部分建筑在夜間要繼續(xù)使用，導(dǎo)致整個系統(tǒng)24小時連續(xù)運行，也造成巨大浪費。

二、建筑電氣節(jié)能原則

建筑電氣節(jié)能應(yīng)以滿足要求、經(jīng)濟合理、技術(shù)先進的原則。

1.滿足建筑物的功能。即滿足照明的照度、色溫、顯色指數(shù)；滿足舒適性空調(diào)的溫度及新風(fēng)量，使得舒適衛(wèi)生；滿足特殊工藝要求，如娛樂場所的一些電氣設(shè)施的用電，展廳的工藝照明及電力用電等。

2.建筑電氣節(jié)能應(yīng)遵循經(jīng)濟合理原則，應(yīng)考慮實際經(jīng)濟效益，不能因為節(jié)能而過高地消耗投資，增加運行費用。

3.節(jié)省無謂消耗的能量，要先找出哪些地方的能量是與發(fā)揮建筑物功能無關(guān)的，再考慮采用什么措施節(jié)能。

三、建筑電氣節(jié)能措施

建筑電氣節(jié)能措施主要有：合理的供配電系統(tǒng)、建筑照明節(jié)能、建筑電氣設(shè)備的節(jié)能、提高系統(tǒng)功率因數(shù)、消除高次諧波等。

1.合理的供配電系統(tǒng)。根據(jù)用電負荷容量及其分布、用電設(shè)備的特點及負荷等級，合理設(shè)計供配電系統(tǒng)，使系統(tǒng)在最佳狀態(tài)下運行，使其在運行中的損耗降至最低，實現(xiàn)供配電系統(tǒng)的經(jīng)濟運行，達到節(jié)能的目的。

（1）節(jié)能型變壓器具有損耗低、重量輕、噪音低、效率高、抗沖擊、節(jié)能顯著等優(yōu)點，能獲得相當(dāng)大的能源節(jié)約和減少溫室氣體排放。如S11型變壓器與S9型變壓器相比，空載損耗平均降低30%，空載電流平均下降70%，變壓器噪音平均下降7~10dB。因此，采用節(jié)能型變壓器存在著巨大的節(jié)能潛力。

（2）變配電室位置應(yīng)盡可能深入或接近負荷中心，低壓配電間應(yīng)靠近電氣豎井，合理分布供電網(wǎng)絡(luò)，使低壓供電半徑控制在200m以內(nèi)，減少線路成本及電壓損失，提高供電網(wǎng)絡(luò)的供電質(zhì)量及網(wǎng)絡(luò)運行的經(jīng)濟效益。

（3）根據(jù)負荷情況合理選擇變壓器容量、臺數(shù)，變壓器負載率宜為0.7~0.85，其接線應(yīng)能適應(yīng)在負荷變化時按經(jīng)濟運行原則靈活切換變壓器，使變壓器在最佳狀態(tài)下運行。力求配電系統(tǒng)三相平衡，對照明負荷、分體空調(diào)、熱水器、插座等單項負荷的配電不僅在圖面上配平，而是要從實際使用情況來判斷運行時是否真正能達到三相平衡。

（4）合理選擇供電線路的截面，在滿足允許載流量、運行電壓損失等各種技術(shù)指標前提下盡量減少線路阻抗，降低電能損耗。計算時應(yīng)同時考慮敷設(shè)方式、環(huán)境條件、計算電流等因素。

2.建筑照明節(jié)能。建筑照明節(jié)能就是在保證不降低作業(yè)面視覺要求、不降低照明質(zhì)量的前提下，力求減少照明系統(tǒng)中光能的損失，從而最大限度地利用光能。

（1）選擇合理的照度標準。《建筑照明設(shè)計標準》（GB50034-2004）規(guī)定了建筑物中各種場所的照度標準、視覺要求、照明功率密度等，照度標準是不可隨意降低的，也不宜隨便提高，要有效地控制單位面積燈具安裝功率。

（2）選擇高效節(jié)能光源。光源是照明節(jié)能的首要任務(wù)，光源的主要性能有顯色指數(shù)、使用壽命、起點性能、調(diào)光性能等。在滿足照明質(zhì)量的前提下，一般房間（場所）應(yīng)優(yōu)先采用高效發(fā)光的熒光燈（如T5、T8管）、緊湊型熒光燈及LED光源，高大車間、廠房及體育館場的室外照明等一般照明宜采用高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等高效氣體放電光源。

（3）選擇節(jié)能型鎮(zhèn)流器。節(jié)能型鎮(zhèn)流器自身功耗比傳統(tǒng)電感鎮(zhèn)流器低40%~60%，并具有無電磁干擾、不受瞬間過電壓的影響、使用壽命長等優(yōu)點，因此，合理選擇鎮(zhèn)流器對節(jié)能有一定的現(xiàn)實意義。

（4）合理選擇照明控制方式。根據(jù)照明開啟頻繁程度等特點，可采取分區(qū)控制燈光或適當(dāng)增加開關(guān)點。目前常用的控制開關(guān)有觸摸式延時開關(guān)、聲光控延時開關(guān)、紅外式延時開關(guān)等。

3.建筑電氣設(shè)備選擇及運行中的節(jié)能。將能耗大的用電設(shè)備改為節(jié)能設(shè)備。由于建筑電氣中的電動機都是與暖通、給排水、建筑等工種的設(shè)備配套的，因此建筑運行設(shè)備中主要考慮電動機選擇及其運行中的節(jié)能。由于電動機額定功率因數(shù)一般都不超過0.8，故會產(chǎn)生無功損耗，這不但使用電損耗加大，還會導(dǎo)致電源電壓降低。解決的辦法是增加新型功率因數(shù)補償電容器，采用無功補償?shù)霓k法降低電能損耗。運行中盡可能減少電機輕載和空載運行，采用變頻的方式，自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使其與負載變化相適應(yīng)，可提高電機在輕載時的效率，達到節(jié)能的目的。在設(shè)備控制中應(yīng)采用建筑電氣設(shè)備自動化系統(tǒng)（BAS或BA系統(tǒng)），節(jié)能效率可達10%~30%，減少無謂能耗。

4.提高系統(tǒng)功率因數(shù)。提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少無功在線路上傳輸，以達到節(jié)能的目的。首先應(yīng)提高設(shè)備的自然功率因數(shù)，以減少對超前無功的需求；其次采用電容器補償以提高功率因數(shù)。一般采用在變壓器低壓側(cè)集中補償?shù)霓k法，對容量較大、負荷平穩(wěn)且經(jīng)常使用的用電設(shè)備，無功負荷宜單獨就地補償。用戶終端就地補償可使線路損率減少20%，同時減少電壓降，改善電源質(zhì)量。

5.消除高次諧波。消除高次諧波，降低系統(tǒng)的無功損耗，是電氣節(jié)能的一個途徑。配電系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)在多個環(huán)節(jié)考慮諧波產(chǎn)生的影響。如保護接地采用TN-S制，可防止諧波引起的中性點點位升高；變壓器繞組采用Dyn11可抑制3次諧波；選擇中性線及相同截面的相線是為了解決諧波引起的中性線電流的增大。選擇諧波指標符合要求的電力、電子設(shè)備，特別是容易產(chǎn)生諧波的設(shè)備，如UPS、EPS電源、變頻器、軟啟動器、大型調(diào)光設(shè)備、醫(yī)療檢查設(shè)備等。根據(jù)實際情況選擇，合理選擇濾波設(shè)備（有源、無源），并將其設(shè)置在恰當(dāng)?shù)牟课唬ㄖ鞲删€或干擾源處）。

四、電氣節(jié)能新技術(shù)展望

隨著科技的發(fā)展及電氣工作者對節(jié)能技術(shù)的深入研究，一些節(jié)能新技術(shù)不斷涌現(xiàn)并逐漸得到應(yīng)用。供配電系統(tǒng)中節(jié)能技術(shù)有：S11節(jié)能變壓器、Y2高效電動機、消除高次諧波裝置、無功補償電容裝置、浪涌吸收裝置、克服三相不平衡裝置、各種調(diào)速節(jié)能裝置等；建筑設(shè)備綜合監(jiān)控系統(tǒng)；一些單項技術(shù)：照明總線控制技術(shù)、空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能自動控制裝置、電梯群控裝置、電能管理裝置等；在綜合利用能源中，太陽能光伏電源系統(tǒng)也逐漸應(yīng)用于我們的生活中。隨著這些新技術(shù)不斷應(yīng)用及改進，其技術(shù)也將愈加完善和成熟，必將在電氣節(jié)能領(lǐng)域起到更大的作用。

建筑電氣節(jié)能潛力巨大，且建筑電氣節(jié)能過程貫穿于項目的決策、設(shè)計、施工、運行等整個周期。對于電氣工作者而言，應(yīng)精心考慮設(shè)計方案，選用先進的設(shè)計技術(shù)。在選用節(jié)能的新設(shè)備、新材料上，應(yīng)從技術(shù)、經(jīng)濟、施工可行性等方面進行比較后，再選定高效節(jié)能設(shè)備（材料）。在后期設(shè)備運行中，應(yīng)加強運行制度、人員培訓(xùn)教育、設(shè)備更新維護等方面的管理工作，以達到真正節(jié)能的目的。