1、浅谈高层建筑电气设计的节能【摘要】当今，大厦如雨后春笋般涌现，随着电器数量增多，线路设备变得更加复杂，电能消耗量也跟着更大。笔者结合自身实际工作经验，遵循电气设计节能原则，浅谈高层建筑电气设计的节能，希望起到交流与参考的作用。 关键词：高层建筑电气设计节能 中图分类号：TU97 文献标识码： A 文章编号： 引言：节能，是我国发展经济的长远战略方针，节约电能一直都是电气工程的主要话题。别称为“用电大户”的高层建筑，电气系统的节能价值是非常可观的。高层建筑的电气节能方案，应根据其建筑功能特点，遵循电气节能的原则，在电气设计过程中精心考虑，合理布局，才能设计出更好的节能电气系统来。 1.高层建筑电
2、气系统特点 电气系统分布广，楼高层数多面积大。设备多，耗电多，需要考虑设备系统分类供电。供电可靠性要求高，为了避免设备断电影响正常供电，要求保证持续供电可靠性按一级负荷设计，如一些高层饭店、办公用房的动力和照明、高层的消防泵房设备、消防电梯设备和楼道照明负荷配置两路独立电源互为备用，再者特殊的配置两个独立电源之外增加一个备用发电机组电源。 2.高层建筑电气设计节能原则 满足建筑物的功能，满足照明的照度、色温、显色指数，满足舒适性空调的温度及新风量，满足上下、左右的运输通道畅通无阻，满足特殊工艺要求。考虑实际经济效益，节能应按国情考虑实际经济效益，不是因为节能而过高地消耗投资，增加运行费用，而是
3、应该让增加的部分投资，能在较短的时间内回收节能减耗的运行费用，节约无谓消耗的能量。 3、高层建筑电气设计节能主要措施 电气系统的节能，应找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑功能无关的，考虑采取什么措施。设计中，根据各楼层负荷的具体分布情况，从负荷计算、供配电布局、提高变压利用率、无功功率补偿、高效率动力照明设备的选型多方面采取措施。 3.1 负荷的计算 电力负荷是供电设计的依据参数，对供配电系统安全可靠与经济运行起关键作用。负荷的计算方法可采用“单位指标法” （瓦/平方 2）或“需要系数法” （设备功率*数量*需要系数*同时系数） 。相比之下，前者多为方案设计所采用，若负荷分布规则均匀，前者也可
4、为初步设计所采用，通常，后者相对准确些。负荷的计算，应结合实际，力求计算出相对准确的负荷数据，为变压设备选型、电源选择、供配电系统等方案提供准确依据。 3.2 供配电电源的选择 根据高层建筑楼层负荷分布情况和负荷等级要求，合理选择供配电电源。 高层建筑的接入电源通常是 10KV 标准电压。一般情况下，负荷量在250kw 以内的层间区域，采用独立 10KV 标准电压引入负荷中心再转成220V 或 380V 供电。设计时，根据建筑物的层数和负荷量定位供电分区，分区的数量便是 10KV 回路数量。 高层建筑智能化及供电可靠性要求高，设计要求按一级负荷处理，配置两个独立电源保证事故照明及电脑、消防、电
5、梯等设备的事故用电。为此，高层建筑的接入电源采用双回路（两个独立 10KV 电源，两路互为备用）就近变压转换成 220V/380V 为一级负荷提供可靠电源。尽可能以“高压底损、线短节能”为准则，依据楼层负荷分布情况拟定供电区域，结合负荷等级的要求，精心权衡供电方式和选择相适应的供配电电源，为进一步的配电系统节能设计提供方向。 3.3 高低压配电系统的设计 高压配电系统，两个独立的 10KV 电源同时供电时，高压应采用单母线分段，自动切换，互为备用，母线分段数目，与电源进线回路数相适应，只有当供电电源为 1 主 1 备的时候，才考虑采用单母线不分段的结线。电源进线宜采用电缆进线。高压系统及低压干
6、线的配电方式，应采用放射式系统。楼层配电则可采用混合式系统。 根据负荷容量、供电距离、用电设备特点等因素合理设计供配电系统。供配电系统应简单可靠，级数不宜过多，同一电压等级的不宜超过两级，低压不宜多于三级。由公式 R=*L/S 和 P=I2R 可知，线路上的有功损耗 P 与线路长度 L、线截面 S 有很大关系。因为高层建筑电气线路纵横交错，长不下万米，所以线路上的有功损耗是相当可观的，在设计中减少线路损耗非常必要。 3.3.1 减小导线长度。线路的敷设遵循“走直少走弯，不走回头路” ，变压器或配电箱柜尽量接近负荷中心。 3.3.2 增大导线截面。若线路较长，除满足载流量、热稳定、保护的配合及电
7、压损失所选定的截面外，可适当加大一级导线截面。 3.3.3 采用竖井母干线联接，每层楼竖井设配电小间，设置配电箱及配套自动空气开关从竖井母干线取得电源。按层数分区供电，将变压器分散设在地下层、中间层或顶层。 4.1 提高功率因数 无功能量在电路上来回传送，无功电流会使能量在线路上产生损耗，造成电能的浪费。功率因数的提高主要有以下两种方式： 4.1.1 提高自然功率因数 高层建筑中，因根据电气设备的功率和耗电因数，在设计中应合理选择动力设备起到减少线路感抗的作用，如荧光灯应选择高次谐波系数低于 15%的电子镇流器；采用电感镇流器的气体放电灯并单灯安装电容器；选择电动机的经常负荷不低于额定容量的
8、40%；变压器负载率宜在75%85%之间。 4.1.2 采用人工补偿无功功率 大功率动力设备采用电容器装置补偿，减少线损和电压损失。应就地平衡补偿，低压、高压部分的无功功率应由对应低压、高压电容器各自补偿。功率因数按应补偿到 0.90.95，无功补偿应采用集中补偿方式。为降低变压器容量，应采用干式移相电容器，集中装设在低压侧，与配电屏放在一起。 5.1 主要设备的选型 选用安全可靠、节能环保的供配电元件设备。 6.1 变电所位置、容量和台数 变电所应尽量靠近负荷中心，以缩短低压供电半径，降低电能损耗，减少电压损失。变压器长期工作的负载率不宜大于 85%。变压器的容量和台数选择，应根据负荷实际情
9、况，综合考虑投资和年运行费用，对负荷合理分配，选取容量与电力负荷相适应的变压器，使其工作在高效低耗区间。由变压器的有功损耗公式：TK（空载损耗+负载损耗）可知,在选择变电设备时，应考虑负荷的周期性、季节性，采用两台有容量差异的变压器。如季节变换时，两台变压器相互切换使用，实现经济运行减少由于轻载运行造成的不必要电能损耗。 7.1 电气照明设计 选用高光效电光源，可以取得节能的明显效果。在不降低作业面视觉要求，不降低照明质量的前提下，力求减少照明系统中电能的损失，从而最大限度地利用光能。 7.1.1 光源选用 合理选择灯具的配光，以提高利用系数。满足各种场所的照度标准、视觉要求和照明功率密度等标
10、准的情况下，有效地控制单位面积灯具安装功率，同等照明质量的前提下，选用高光效、显色性好的光源及配光合理、安全高效的灯具。如办公室、房间、会议室等应优先采用三基色T8、T5 细管径直管荧光灯，又如门厅、走廊等场所采用紧凑型荧光灯(如“H”、 “U”、 “D”型等) 替代普通的白炽灯，达到节约能源的目的。 工程实践证明，单位面积的荧光灯比白炽灯节约电能 3075W/m2，节约是相当可观的。 7.1.2 改进灯具控制方式 采用根据照明使用特点可采取分区控制灯光或适当增加照明开关点；还可以利用智能建筑控制系统，根据同一区域不同用途的需要，对灯具进行合理的、人性化的控制，在需要时自动开启。考虑各种节能型
11、开关或装置也是一种行之有效的节电方法。 7.1.3 充分利用自然光 在设计中根据建筑物的开窗位置，合理对灯具进行分区布置。做到充分合理地利用自然光使之与室内人工照明有机地结合，从而大大节约人工照明电能。 8.1 电梯 高层建筑的主要是客梯、观景梯、消防梯等，由于其运行的频率高，用电量大。目前最好的节能电梯型号可以节约用电 50%，一般的节能电梯可以节能是 30-40%。其节能技术主要体现在两个方面，一是拖动系统采用变频技术，二是驱动系统为永磁同步无齿轮曳引技术。电梯变频技术相对于普通的异步电动机而言可节省 25%的电能，永磁同步曳引技术可以节省约 30%的电能。模拟测试结果显示，在同等时间内电
12、梯运作次数越多，所节省的电能也就越多，能量最高节约可达 70%。 目前国内一些电梯品牌在节能效果以及安全运行尚未成熟，设计人员的任务是要确定电梯台数和决定电梯功能，至于电梯的配置，和土建密切相关，需要电气设计人员与总建筑师或总体交通设计人员共同研究，根据投资的经济效益与节能进行衡量比对才能确定。 9.结论 高层建筑的节能潜力很大，节约电能在电气设计的每个环节都有相应的技术措施，广大电气设计人员在设计过程中应精心考虑。在选用节能的新设备时，应具体了解其原理、性能、效果，从技术、经济上进行方案比较，拿出一套符合各种技术指标，行之有效而又切实可行的节能措施，再选定节能设备，以达到真正节能的目的。 参考文献： 1李海安，黎文安。实用建筑电气技术M.北京：水力水电出版社，1996. 2陈一才。高层建筑电气设计手册M.北京：建筑工业出版社，1992. 3戴瑜兴，黄铁兵。民用建筑电气设计数据手册S.
