解析高層樓宇建筑電氣節(jié)能技術

劉宇

深圳市市政設計研究院有限公司 廣東 深圳 518029

在城市化發(fā)展進程中，高層建筑的數(shù)量越來越多，高層建筑的高能耗也成為了建筑施工和使用中需要解決的重要問題，節(jié)能環(huán)保理念受到了人們的廣泛關注，電氣系統(tǒng)和設備的運行是保證高層建筑能夠正常使用的基礎，但電氣設備在建筑的能源消耗中占據(jù)非常大的比例，電氣系統(tǒng)中的供電線路和配電變壓器等設備能源消耗巨大，需要在電氣設備中使用節(jié)能技術以降低能耗。

1 高層建筑照明系統(tǒng)的節(jié)能技術

照明系統(tǒng)的節(jié)能技術是高層建筑的電氣節(jié)能技術的重要組成部分，高層建筑的照明系統(tǒng)會消耗大量的能源，需要將節(jié)能技術應用到照明系統(tǒng)中，以減少照明系統(tǒng)的能源消耗，需要從以下幾個方面應用照明系統(tǒng)的節(jié)能技術：第一，將太陽光用于高層建筑的照明。充分利用太陽光可以有效降低電氣系統(tǒng)的能源消耗，應重點對窗戶進行設計，通過擴大窗戶面積、添加側窗和天窗等方法增加太陽光在高層建筑中的照射范圍。第二，高層建筑應當選擇光效合適的燈具，在太陽光的照射范圍內(nèi)可以使用光效較暗的燈具，在太陽光照射不到的門廳和走廊以及沒有窗戶的房間應使用亮度較大的燈具。第三，高層建筑照明系統(tǒng)的節(jié)能設計應當制定科學的電氣系統(tǒng)照明方案，高層建筑的照明設備應根據(jù)實際需求進行合理搭配，可以使用兩種以上的混光照明組合系統(tǒng)，表1是常用的混光照明搭配的參數(shù)說明，燈照效率最低的是白熾燈和熒光汞燈的混合搭配，燈照效率最高的是高壓鈉燈和鈧系金屬鹵化物燈的混合搭配形式。對于節(jié)能照明系統(tǒng)的應用，可以在門廳和大堂等發(fā)開放空間使用多種燈光的組合方式，利用預先編程控制系統(tǒng)對空間的照明進行調控。對于廣告照明和景觀照明等可以使用泛光照明的方式，并且在不同時間段對亮度進行調整，在整體上降低照明的能耗。

表1 高層樓宇建筑照明常見混光搭配性能參數(shù)表

2 高層建筑供配電系統(tǒng)的節(jié)能技術

2.1 高壓和低壓配電系統(tǒng)節(jié)能設計

高層建筑的高壓配電系統(tǒng)的節(jié)能設計應當將高壓配電所安排在電源和負荷中心附近，方面進出線、安裝和移動。通常會在高層建筑中配備兩個至三個配電所，通過放射式的接入方式連接配電室來降低電能損耗。在選擇一次和二次的接線設備時應根據(jù)供配電需求進行優(yōu)化設計。高層建筑的高壓配電系統(tǒng)可以使用分段供電的方式，如果其中一路的設備出現(xiàn)故障導致停電，可以將另一路供電設備當做備用并為高層建筑繼續(xù)供電。在高層建筑的低壓配電系統(tǒng)節(jié)能技術中，主要的運行方式就是單母線分段供電方式。為了盡量減少供配電對線路的損害和能源的消耗，可以盡量縮短供電線路的長度和供電距離，增強高層建筑配電系統(tǒng)的節(jié)能性。在高層建筑的低壓配電系統(tǒng)應用中往往會使用電纜連接的方式，很多工程都會按照上下兩層的安裝方式，而且在低壓變壓器的側出線部位可以使用一塊過渡銅排并用螺栓進行連接，以實現(xiàn)減小電阻的目的。

2.2 變配電所的節(jié)能設計和變配電系統(tǒng)的監(jiān)控

高層建筑變配電所的節(jié)能設計會隨著樓層的增多和變配電所功能需求的增多而變得更加復雜和困難，可以將變配電所和用電量較大的消防水泵房、空調房等合理安排到同一個樓層中，方便對變配電所和變配電系統(tǒng)進行集中管理和統(tǒng)一調配。在變配電系統(tǒng)的監(jiān)控過程中，對電力設備進行監(jiān)控可以及時了解變配電系統(tǒng)在運行中出現(xiàn)的故障和問題，對供配電的異常情況進行預警。變配電監(jiān)控系統(tǒng)還能通過實時的監(jiān)控對設備的運行情況進行統(tǒng)計和分析，監(jiān)測各項設備的能源消耗量，對于能耗較大的設備進行調整、更換和優(yōu)化。以某工程項目的供配電設計為例，該項目將大面積的商業(yè)設計成變電所直接配電和單獨進線的形式，將影院分成幾個獨立單元后變電所直接分開供電，將每個樓層的公共空間使用樹干式配電方式，通過不同的供配電設計最大程度避免能源的浪費。

2.3 供配電線路節(jié)能設計

高層建筑供配電系統(tǒng)的供配電線路的節(jié)能設計應當注意導線的選擇、電線的長度和導線的截面等。在選擇供配電線路的導線時，需要按照節(jié)能的原則選擇電導較小的導線。為保證導線的輸電性能，經(jīng)常會使用銅導線，但銅導線的成本過高，在節(jié)約資源的理念下不適宜大范圍使用，可以將銅導線用于一類和二類高層建筑的供配電系統(tǒng)中，三類高層建筑可以使用濾芯導線。在供配電線路的輸電線長度選擇上，應當盡量將變電所靠近負荷中心處并將低壓配電室靠近強電豎井以縮短輸電線的長度，減少電能的消耗和增加節(jié)能效果。在導線截面的選擇上應當根據(jù)基本載流量和電壓量等情況盡可能選擇大一級的界面電纜[1]。

2.4 配電變壓器節(jié)能技術

高層建筑供配電系統(tǒng)的配電變壓器節(jié)能技術應當考慮到節(jié)能變壓器的選擇、優(yōu)化和負荷。高層建筑電氣系統(tǒng)在選擇新型節(jié)能變壓器的時候，應當具備自動調壓器，對電壓狀況進行實時監(jiān)測，并根據(jù)變壓器的調節(jié)功能實現(xiàn)電壓穩(wěn)定輸出的目標，增加高層建筑供電的穩(wěn)定性和供電質量。配電變壓器在優(yōu)化設計的過程中應考慮有功功率和無功功率相結合的節(jié)能設計，在多個變壓器中選擇節(jié)能效果最好的并列運行和交替運行等運行方式，讓配電變壓器在優(yōu)化設計中實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標。在對配電變壓器的三相負荷進行優(yōu)化設計的過程中應當注意三相負荷的平衡，配電變壓器三相負荷很容易因為不平衡增加電能損耗，為了保證三相負荷的平衡，需要在電氣系統(tǒng)的設計和運維階段對變壓器的三相負荷進行實時監(jiān)測和分析，確保配電變壓器的穩(wěn)定性和節(jié)能性[2]。

3 高層建筑電梯系統(tǒng)的節(jié)能技術

3.1 電梯拖曳系統(tǒng)的節(jié)能技術

電梯拖曳系統(tǒng)的節(jié)能設計的技術要點是電梯拖曳系統(tǒng)的IGBT功能模塊設計。在電梯拖曳系統(tǒng)的實際應用中可以將電梯分成交流電梯、直流電梯和液壓電梯。通常，普遍使用的變頻器常用零部件是二極管，二極管可以實現(xiàn)交流電到直流電的轉換，而IGBT功能模塊則能夠將直流電轉換成為交流電，將交流電用于電氣系統(tǒng)的交流電動機中。普通的變頻器二極管無法使電能進行雙向流動，而IGBT模塊作為整流橋，能夠使電能實現(xiàn)雙向流動。在能量雙向流動的同時，DSP芯片還可以將多余的能量傳送回電網(wǎng)之中，使電梯拖曳系統(tǒng)更加節(jié)能。電梯拖曳系統(tǒng)的節(jié)能原理體現(xiàn)在電梯拖曳的運行過程中，電梯拖曳發(fā)電中產(chǎn)生的能量可以輸送到直流母線中，直流母線的能量越多，就會產(chǎn)生越高的電壓，如果電壓高于標準值，直流電就可以轉變?yōu)榻涣麟?，在進行調整后可以將交流電再送回到交流電網(wǎng)之中，實現(xiàn)電能的轉換和節(jié)能的目的。

3.2 電梯控制系統(tǒng)的節(jié)能技術

電梯控制系統(tǒng)的節(jié)能設計應當使用變頻調速的電梯控制方法，變頻調速的控制器應根據(jù)系統(tǒng)的實際功能要求合理安裝到高層建筑的電梯控制系統(tǒng)里，使電梯控制系統(tǒng)能夠平衡電機能量的輸入和輸出，進而使電梯控制系統(tǒng)的功率得到增加，在整體上降低電梯使用中的能源消耗。接著，對高層建筑電梯控制系統(tǒng)的運行進行分析，對具有節(jié)能性的群控電梯控制系統(tǒng)進行設計，可以增加高層建筑電梯的使用率，避免電梯在人數(shù)較少或者無人的情況下運行，通過完善電梯控制系統(tǒng)以實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標。電梯控制系統(tǒng)在實際使用中有很強的節(jié)能性，電梯轎廂的運行命令和信號指示燈等是互相關聯(lián)的，在自動運行時可以按照信號決定運行的方向，實現(xiàn)穩(wěn)定運行[3]。

4 太陽能和風力發(fā)電的電氣節(jié)能技術

太陽能和風能在新能源電氣節(jié)能系統(tǒng)起著非常重要的作用。在太陽能電氣節(jié)能技術的應用中，太陽能熱水器被廣泛應用于高層建筑中，采暖電氣節(jié)能技術也得到了推廣和使用，在高層建筑的應用中有著非常好的節(jié)能效果。太陽能的集熱系統(tǒng)設計應當按照太陽能和建筑一體化的原則進行設計，充分考慮太陽能集熱系統(tǒng)對高層建筑的影響。在實際的施工中，應將太陽能集熱系統(tǒng)的設備在高層建筑的樓頂坡屋面上進行安裝，滿足高層建筑的熱水供應需求。例如，泉州市的“中遠名城”住宅小區(qū)的涼棚式太陽能設計打造了全新的太陽能住宅，應用了太陽能熱水系統(tǒng)并實現(xiàn)了熱水系統(tǒng)的建筑內(nèi)循環(huán)，大大減少了其他能源的消耗量。在風力發(fā)電電氣節(jié)能技術的應用中，風能因其可再生的特性而成為高層建筑電氣節(jié)能技術的主要節(jié)能資源。將風能應用于高層建筑中不僅可以縮短電能輸送的時間和距離，還可以在高層建筑中直接被使用。建筑的新能源電氣節(jié)能技術可以根據(jù)建筑施工情況使用風能和光能互補的供電系統(tǒng)，風能同太陽能一樣，都具有非常強的節(jié)能環(huán)保特點，風力發(fā)電的電氣節(jié)能技術可以幫助高層建筑減少大量的能源消耗并提高建筑的使用效能和經(jīng)濟效益。

結論

高層樓宇建筑電氣節(jié)能技術的應用能夠有效降低高層建筑在日常使用和維護中的能耗，還能保證高層樓宇建筑的各個系統(tǒng)和設備都能夠高效、穩(wěn)定、安全運行，高層建筑在設計和施工中應當加強對電器節(jié)能技術的研究和應用，以減少能源的浪費和提高資源的利用率，增加高層樓宇建筑的節(jié)能效果和經(jīng)濟效益。