建筑电气的节能设计分析

建筑电气的节能设计分析

侯睿

（中冶华天南京电气工程技术有限公司江苏省南京市）

摘要：目前全球能源危机和环境污染问题日益严重，中国作为最大的发展中国家，这一问题尤为突出，国家正采取一系列措施改善这种情况，绿色建筑作为一个新兴的概念，应用在建筑内能够起到节能和减少排放的作用，在全球范围内越来越受到推崇。中国在政策上大力推动绿色建筑的发展，绿色建筑对缓解能源紧张和环境保护有着重要作用。

关键词：合理规划，建筑光伏发电系统，照明系统节能设计，绿色照明节能，变压器运行方式选择，能耗监测管理系统，能耗管理

引言

随着社会现代化发展和科技进步，人们的生活越来越依赖能源，而由此带来的副作用是能源供给紧张和环境污染。在我国，建筑的能耗占总能耗的1/3[1]，因而绿色建筑的概应运而生，其可以有效地缓解能源消耗和环境污染的问题。绿色建筑是指在建筑的整个生命周期内，消耗的资源（如能量，土地，水，材料）尽量少，起到节能和环保的目的，为人们提供健康舒适的工作、生活空间，使得人与居住环境和谐共处[2]。因此，在绿色建筑中，在不影响甚至提高生活、工作质量的前提下，减少电能消耗，采用绿色能源是绿色建筑电气设计阶段的核心任务。

1、供配电系统合理规划

设计前应先了解项目所处的自然地理条件，依据绿色建筑的设计评分要求，合理规划建筑内部供配电系统布局，在符合国家标准的条件下，对配电系统制定合理的规划，确定合理的系统容量，电压等级，从全局上对项目的节能设计有一定把握。

1.1系统三相平衡

建筑内的照明、插座回路大部分为单相回路，也是配电系统三相不平衡负荷的主要来源，其衡量指标用不平衡度来表示，根据电能质量三相电压不平衡标准要求规定，电网运行时引起的负序电压不平衡度要小于2%，短时间不超过4%，公共连接点上的每个接入点造成该点负序电压不平衡度小于1.3%，短时间不超过2.6%。三相不平衡时，在回路中会产生零序电流，采用有中性线配电系统时，会在中性线上流过不平衡电流，在输电线路上产生线损。同时，会使变压器长期运行在三相不对称状态，造成变压器内的零序电流增大，导致变压器发热损耗增大，当零序电流过大，有可能损坏变压器。对于线路中的异步电动机，负序电压在定子中产生的旋转磁场与正序电压产生的旋转磁场相抵消，降低了电动机的机械输出功率，并产生较大的能量损耗，严重的会导致电动机发热，绝缘老化加快。

2、建筑光伏发电系统

光伏发电原理是利用半导体材料的光伏效应把太阳能转换成电能的形式[3]。建筑光伏发电系统可分为BIPV（Buildingintegratedphotovoltaic）建筑光伏一体化和BAPV（Buildingattachedphotovoltaic）光伏系统附着在建筑两种形式，太阳能发电组件融合到建筑幕墙、屋顶的技术，结合美观，安全，实用等因素，实现了在建筑内产生电能提供使用或发电上网的功能，是未来绿色能源应用技术发展的趋势[13]，近年来光伏发电发展迅猛光伏组件的成本日益降低，2004年并网光伏组件在欧洲的成本约为5欧/Wp（峰瓦，指光伏组件方阵，在标准测试条件下的额定最大输出功率），预计到2020年将小于1欧/Wp，2030年将小于0.5欧/Wp。技术的进步和成熟以及生产成本的降低使得光伏系统大规模的民用化成为可能。我国2/3国土面积的平均日辐射总量在3000~8000MJ/m2之间，日照时间超过2200h，相当于110~280kg/h标准煤的热值。规划到2020年，全国将建成20000个屋顶光伏发电项目，装机容量达到100万kW。太阳能因其没有一次能源污染、噪音，成熟的技术和高经济收益受到了政府和业主开发商的青睐，发展势头良好。

3、照明系统节能设计

在我国，建筑内用于照明的电能占建筑电能消耗的20%~40%，占总用电量的12%左右。照明的灯具，控制管理方式和设计方面都存在大量的浪费现象，在节电领域有大量的潜力。在绿色建筑电气设计阶段，采用绿色照明系统已成为势在必行的方向。GB50034-2013《建筑照明设计标准》中对各区域照度和照明功率密度（LPD）做出了要求，在保证照明质量的前提下，降低建筑内的照明功率。从照明光源的选择，灯具选型，控制系统和安装位置入手，探讨设计解决方案。

4、绿色照明节能效果评估

绿色建筑中的照明设计从控制方法和光源的选择上进行了优化，两者分别从照明灯具开启的时长和照明电器的用电功率方面做出了节能改进。对于照明利用时间小于30%的区域，设计自动控制开关；办公室、会议室采用分区控制，最大限度利用自然光照明。采用智能照明控制系统后节省的能量可以表示为：全部照明时间×照明灯具功率-有效照明时间×照明灯具功率-照明控制系统功率×系统开启时间。建筑内部不同区域不同时段照明利用率有较大差异，公共场所如：门厅、走廊、电梯间可以根据建筑内部人员的数量和流动量统计出需要开灯的时间长度；而停车库、停车位只有在上下班时间照明的利用率较高。

5、变压器运行方式选择

建筑中变压器的运行方式有单台独立运行，并列运行。变压器单台运行方案的建造成本较低，但运行不灵活，在负荷变动大的情况下，很难做到大部分时段变压器运行在经济运行区，适用于峰值负荷较大且负荷波动大的建筑内。多台变压器并列运行的建造成本较高，且经济运行控制复杂，需要在多台并联的变压器中找到最佳组合方式，如在低负载时用一台变压器供电，在高负载时采用多台并联运行，根据变压器的参数，负载变化趋势，选择合适的并联台数，尽量使变压器工作在经济运行区域。

6、能耗监测管理系统

建筑能耗管理系统已经广泛应用于大型建筑中，但其功能往往仅限于单纯的能耗计量，其分项、分类不够精细，不能对建筑的节能运行提供有效数据支持。绿色建筑的能耗监测管理系统需要为能源管理者提供详细、可靠的能源消耗数据并作出初步的统计结果和图形分析。并且该系统可以对建筑内能源供应改进提供依据，在管理实践中不断完善分配调度，最终达到系统化、自动化和高效化的目标。

7、能耗管理的作用

公共建筑中对能源管理的疏忽，没有做到合理规划是造成能源不必要的浪费的重要原因，在此背景下，建筑的能耗监测管理系统近年来在全球各地发展迅速，通过能耗检测及能耗评估，能够快速准确地找到建筑电能运行过程中不合理的地方，并提出改进方案，提高电能的使用效率。其中，数据采集监控、能耗分类、分项计量是该系统不可或缺的环节。系统通过安装在绿建内的分项计量装置，随时采集监控建筑内的电能使用情况，对采集的各项、各类能耗情况做出对比分析，做出统计报告，显示出来，为建筑电气设备的能耗管理提供数据支持，通过大数据统计对比，找出电能运行上的缺陷，为电能的有效利用、管理、改造和定制新的节能方案提供精确可靠的数据服务信息。

结束语

随着绿色建筑的推广，节能减排措施应用在电气设计阶段变得越来越常见。市场上应用于建筑内的节能、发电产品相当丰富，如何合理安排、取舍成为电气设计阶段一个重要课题。本文针对现阶段较为成熟的可再生能源发电技术、建筑节能技术，应用于绿色建筑的电气设计中，对建筑电气的节能作用有较大的参考价值。

参考文献：

[1].清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.P10-31

[2].GB/T50378-2014，绿色建筑评价标准[S].

[3].陈赟.风力发电和光伏发电并网问题研究[D].上海：上海交通大学，2009.