超高層建筑電氣設(shè)計(jì)節(jié)能探究

陳曉盟　李坦

摘要：隨著中國(guó)城市化進(jìn)度的突飛猛進(jìn)，超高層建筑的數(shù)量也在急劇增加。由于超高層建筑樓層多、人員密集、負(fù)荷相對(duì)較大，對(duì)于電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能要求更高。

關(guān)鍵詞：超高層;電氣設(shè)計(jì);節(jié)能技術(shù)

超高層電氣設(shè)計(jì)原則主要包括節(jié)能性和安全可靠性。

針對(duì)節(jié)能性原則而言，隨著發(fā)展與生態(tài)之間的矛盾日益激烈，環(huán)保節(jié)能已經(jīng)成為我國(guó)社會(huì)發(fā)展的方向和趨勢(shì)，因此超高層建筑電氣設(shè)計(jì)也需要遵循節(jié)能原則。除節(jié)能建筑表面上減少電能外，燈具可以采用節(jié)能熒光燈，水泵、空調(diào)風(fēng)機(jī)等可以采用合理的變頻控制設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高節(jié)能效果。

而針對(duì)安全可靠性原則來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅需要注意電氣安全，而且還需要保證建筑物供電的可靠性。優(yōu)先考慮將電氣系統(tǒng)變配電房設(shè)置在樓宇中央的位置，以減少電量的損耗。同時(shí)還可以設(shè)置柴油發(fā)電機(jī)組，保障整棟建筑的持續(xù)供電。

1 建筑變配電房設(shè)置節(jié)能原則

1.1 變配電房位置的選擇：建筑高度高是超高層建筑最主要的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員必須重點(diǎn)考慮電氣設(shè)計(jì)的供電半徑。低壓出線(xiàn)柜到末端配電箱的最佳長(zhǎng)度應(yīng)該控制在120米以?xún)?nèi)，最遠(yuǎn)不宜超過(guò)150米，同時(shí)還需滿(mǎn)足壓降的要求。150米以上的超高層建筑宜在上部避難層設(shè)置相應(yīng)變配電房供150米以上建筑用電，以控制供電距離，減少線(xiàn)纜上的損耗。因此避難層除應(yīng)滿(mǎn)足避難區(qū)域面積、設(shè)備機(jī)房等條件外，還應(yīng)考慮變配電房設(shè)置的條件。

1.2 變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行：分析計(jì)算變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，常用的技術(shù)參數(shù)有四個(gè)：空載電流、空載損耗、短路電壓及短路損耗?？蛰d損耗及短路損耗主要反應(yīng)變壓器的有功損耗，空載電流及短路電壓反應(yīng)變壓器的無(wú)功損耗。根據(jù)變壓器有功損失和損失率的負(fù)載特性，當(dāng)變壓器的銅損耗等于鐵損耗時(shí)，變壓器的損失率達(dá)到最低。一般變壓器的鐵損耗/銅損耗=1/4～1/3之間，由于變壓器的鐵損耗是由設(shè)備出廠(chǎng)確定，我們可以通過(guò)調(diào)整負(fù)載使銅損耗盡可能的等于鐵損耗，最低損失率大體發(fā)生在變壓器負(fù)載率為0.5～0.6時(shí)。因此負(fù)荷計(jì)算選擇變壓器時(shí)，應(yīng)將變壓器的負(fù)載率盡可能控制在0.5～0.6?？紤]到變壓器實(shí)際運(yùn)行時(shí)計(jì)算有功負(fù)荷會(huì)有所下降，在工程設(shè)計(jì)中變壓器負(fù)載率一般會(huì)控制在0.65～0.85。

1.3 變壓器的選擇：在滿(mǎn)足國(guó)家規(guī)范及供電行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，優(yōu)先選用節(jié)能型變壓器（如：SCR（B）H13等型），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)能顯著特點(diǎn)。

2 建筑物設(shè)備的節(jié)能原則

在超高層建筑中主要用電設(shè)備包括：通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、建筑物能耗監(jiān)測(cè)及建筑設(shè)備監(jiān)控管理系統(tǒng)等。

2.1 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)：在超高層建筑中，中央空調(diào)系統(tǒng)電能消耗約占建筑物總電能消耗的50%，且空調(diào)負(fù)荷屬于季節(jié)性負(fù)荷，采用獨(dú)立變配電房供電更加合理和節(jié)能;中央空調(diào)系統(tǒng)中冷凍主機(jī)、冷凍泵、冷卻泵等宜采用變頻設(shè)備，能隨季節(jié)氣溫變化自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)載從而降低輸出有功負(fù)荷達(dá)到節(jié)約電能的效果。

2.2 給排水系統(tǒng)：給水系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)水箱不同液位的監(jiān)測(cè)自動(dòng)控制啟停給水泵，避免水資源的浪費(fèi)。另外可以設(shè)置恒壓變頻給水系統(tǒng)控制，由壓力測(cè)量變送器測(cè)量水管出口壓力，控制水泵的啟停，調(diào)節(jié)給水泵的轉(zhuǎn)速，以保持供水壓力的恒定。

排水系統(tǒng)可以根據(jù)集水井高低液位，超高、超低狀態(tài)報(bào)警，自動(dòng)控制相應(yīng)排水泵的啟停，監(jiān)視水泵的運(yùn)行、故障及手/自動(dòng)狀態(tài)。

2.3 電梯系統(tǒng)：電梯采用群控控制方式，控制電梯運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警、樓層顯示。當(dāng)人員流動(dòng)量不大時(shí)，將閑置客梯停止運(yùn)行，關(guān)閉燈和風(fēng)扇、限速運(yùn)行，進(jìn)入節(jié)能運(yùn)行狀態(tài);當(dāng)人員流動(dòng)量增大，陸續(xù)啟動(dòng)閑置客梯;電梯宜選用無(wú)齒輪電梯、能源再生電梯等高效節(jié)能電梯。

2.4 建筑物能耗監(jiān)測(cè)及建筑設(shè)備監(jiān)控管理系統(tǒng)：

2.4.1 能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是對(duì)公共區(qū)域分項(xiàng)能耗計(jì)量裝置，采用遠(yuǎn)程傳輸?shù)仁侄渭皶r(shí)采集能耗數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)區(qū)域能耗在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)分析功能的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)。其中，分類(lèi)能耗主要是指如：用電量、用水量、用氣（汽）量等。分項(xiàng)能耗是指根據(jù)各類(lèi)能源的主要用途劃分進(jìn)行采集和整理的能耗數(shù)據(jù)，例如，電量分項(xiàng)能耗應(yīng)當(dāng)包括：照明插座用電、空調(diào)用電、動(dòng)力用電、特殊用電。

2.4.2 在各變配電所低壓配電柜內(nèi)各個(gè)用電主（備）回路設(shè)計(jì)量點(diǎn)。在地下室及各單體樓層內(nèi)動(dòng)力、照明、水泵、電梯等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置總配電箱計(jì)量點(diǎn)，預(yù)留通訊端口。

2.4.3 能耗數(shù)據(jù)采集方式包括人工采集方式和自動(dòng)采集方式。通過(guò)人工采集方式采集的數(shù)據(jù)包括建筑基本情況數(shù)據(jù)采集指標(biāo)和其它不能通過(guò)自動(dòng)方式采集的能耗數(shù)據(jù)，如建筑消耗的煤、人工煤氣等能耗量。通過(guò)自動(dòng)采集方式采集的數(shù)據(jù)包括建筑分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)和分類(lèi)能耗數(shù)據(jù)，由自動(dòng)計(jì)量裝置實(shí)時(shí)采集，通過(guò)自動(dòng)傳輸方式實(shí)時(shí)傳輸至數(shù)據(jù)中心。

2.4.4 數(shù)據(jù)中心接收并存儲(chǔ)其管理區(qū)域內(nèi)監(jiān)測(cè)建筑的能耗數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行處理、分析、展示和發(fā)布。

2.4.5 能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備、測(cè)控單元為基本工具，為公共建筑的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、開(kāi)關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)及遠(yuǎn)程管理與控制提供了基礎(chǔ)平臺(tái)。它可以和檢測(cè)、控制設(shè)備構(gòu)成任意復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。

2.5 電動(dòng)機(jī)的節(jié)電措施：

交流電動(dòng)機(jī)通過(guò)控制其端電壓、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)、傳動(dòng)效率節(jié)能。直流電動(dòng)機(jī)通過(guò)控制其輸出轉(zhuǎn)矩、電壓、速度節(jié)能。

異步電動(dòng)機(jī)采用調(diào)壓節(jié)能措施時(shí)，需經(jīng)綜合功率損耗、節(jié)約功率計(jì)算及啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、過(guò)載能力的校驗(yàn)，在滿(mǎn)足機(jī)械負(fù)載的條件下，使調(diào)壓的電動(dòng)機(jī)工作在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍內(nèi)。在安全、經(jīng)濟(jì)合理的條件下，異步電動(dòng)機(jī)宜采取就地補(bǔ)償無(wú)功功率，提高功率因數(shù)，降低線(xiàn)損。

在新建項(xiàng)目中，應(yīng)選擇高效節(jié)能的電動(dòng)機(jī)。當(dāng)系統(tǒng)短路容量或變壓器容量相對(duì)較小時(shí)，大容量交流異步電動(dòng)機(jī)宜采用恒頻變壓軟啟動(dòng)器啟動(dòng)，改善啟動(dòng)特性。在電動(dòng)機(jī)空載或輕載時(shí)可根據(jù)功率因數(shù)的大小，控制導(dǎo)通角，提高功率因數(shù)，達(dá)到節(jié)電效果。

3 建筑物照明設(shè)備的節(jié)能原則

3.1 照明設(shè)計(jì)節(jié)電的方法有：

3.1.1 減少點(diǎn)燈時(shí)間。加強(qiáng)管理工作，在無(wú)人使用時(shí)，應(yīng)能及時(shí)關(guān)燈;增設(shè)照明燈的開(kāi)關(guān)，每個(gè)照明開(kāi)關(guān)控制燈的數(shù)量不要過(guò)多;應(yīng)盡量采用調(diào)光器，定時(shí)開(kāi)關(guān)、節(jié)電開(kāi)關(guān)等控制電氣照明;室外景觀(guān)照明系統(tǒng)為防止白天亮燈，可采用光電控制器代替照明開(kāi)關(guān)。

3.1.2 減少供電線(xiàn)路的損失。照明電源線(xiàn)路應(yīng)盡量采用三相四線(xiàn)制供電，來(lái)減少電壓損失，三相照明負(fù)荷應(yīng)盡量對(duì)稱(chēng);選擇功率因數(shù)高的鎮(zhèn)流器，以減小線(xiàn)路損失;應(yīng)當(dāng)使電氣照明的工作電壓保持在允許的電壓偏移范圍之內(nèi)，在采用氣體放電光源較多的場(chǎng)所，應(yīng)采用補(bǔ)償電容提高功率因數(shù)。

3.1.3 采用高效光源、燈具。按工作場(chǎng)所的條件，采用不同種類(lèi)的高效光源：不宜采用效率低于70%的燈具，一般裝有遮光柵格的燈具效率不宜低于55%;合理選用非對(duì)稱(chēng)光分布燈具改善視覺(jué)條件，獲得較高的效能;選用變質(zhì)速度較慢的材料，以減少光能衰減率。

3.1.4 選用合理的照明方案。當(dāng)條件允許時(shí)，在有空調(diào)設(shè)施的房間應(yīng)采用照明空調(diào)組合系統(tǒng);根據(jù)使用場(chǎng)所的不同，分區(qū)設(shè)置一般照明和混合照明。應(yīng)嚴(yán)格控制照明用電指標(biāo)，優(yōu)選光通利用系數(shù)較高的照明設(shè)計(jì)方案，不允許采取降低推薦照度來(lái)節(jié)能。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，在超高層建筑電氣系統(tǒng)中，最為核心的節(jié)能部分就是變配電房位置選擇、空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行、照明系統(tǒng)控制等。通過(guò)對(duì)以上這些方面的合理設(shè)計(jì)和選擇，才能有效節(jié)約電能的損耗。

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