建筑電氣節(jié)能及照明節(jié)能設計探究

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摘要：建筑節(jié)能是我國建筑業(yè)的必然發(fā)展趨勢，也是實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、打造節(jié)約型社會、緩解資源緊缺矛盾的重要舉措。對于建筑企業(yè)，如何控制電氣系統(tǒng)能耗量、降低建筑總體使用成本，是當前亟待解決的重要問題。鑒于此，文章對現(xiàn)代建筑工程的電氣節(jié)能與照明節(jié)能設計方法開展探討，以此來助力建筑企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，改善建筑節(jié)能效果。

關鍵詞：建筑電氣；照明系統(tǒng)；節(jié)能設計

0引言

電氣與照明系統(tǒng)是建筑工程的主要構(gòu)成部分，發(fā)揮著提供穩(wěn)定工作電源與營造舒適人工照明環(huán)境的重要作用。但在行業(yè)發(fā)展期間，存在著電氣照明系統(tǒng)能耗過大的問題，這也是建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展期間面臨的全新難題與挑戰(zhàn)[1]。

1建筑電氣節(jié)能設計方法

1.1供配電節(jié)能設計

（1）變配電室位置選擇。部分建筑工程的變配電室位置設定不當，因低壓配電半徑過大與輸電線路較長，產(chǎn)生較大線損量。對此，在不影響建筑功能發(fā)揮的前提下，可合理選擇變配電室位置，必要時在相同樓層內(nèi)設置多處配電室，控制線路布設長度，將低壓配電半徑控制在200m以下，從而降低理論線損電量。同時，優(yōu)先在建筑強電豎井周邊布置變配電室，如果二者間距較遠，可能出現(xiàn)電能倒送現(xiàn)象。（2）變壓器選型。變壓器常用類型包括D10型變壓器、S11型變壓器等，不同類型變壓器的空載損耗率、空載電流等性能存在差異，視建筑電氣運行需求而定。例如，從成本角度出發(fā)，可選取造價成本相對較低的D10型變壓器，其造價僅為S11型變壓器的70%～80%；從節(jié)能屬性角度出發(fā)時，則選取SBH15型變壓器，較之S11型變壓器，此類變壓器的空載損耗率降幅超過70%，但采購價格較為高昂。另外，在選擇變壓器時，要求變壓器容量超過實際使用需求，避免變壓器頻繁、長期處于滿負荷或超負荷狀態(tài)，這將加快設備老化速度、增加空載損耗量。一般情況下，將變壓器的運行負荷率控制在30%～80%，在變壓器容量較大時可采取增加變壓器臺數(shù)的設計方法，如在裝機容量值設定在2000kVA時可配置兩臺單機容量為1000kVA的變壓器，從而改善供配電系統(tǒng)節(jié)能效果。（3）導線選擇。常見導線材質(zhì)包括銅芯、鉛芯與銀芯導線，銀芯導線的價格過于高昂，鉛芯導線存在耐高溫性能差、僅可制作單根硬線、使用壽命短的局限性，而銅芯導線有著使用壽命長、屈服次數(shù)多、電阻抗小、可制作多股軟線等優(yōu)勢，可優(yōu)先選取銅芯材質(zhì)導線，這將顯著提升系統(tǒng)通電效率。在導線規(guī)格設計期間，使用公式△P=3I2R×10-3來計算線路功率損耗值（其中I為電流值，R為電阻值）[2]。隨后，根據(jù)已掌握的導線發(fā)熱條件、布設長度、電流電阻值、機械強度等信息來驗算導線截面面積的最佳值，要求零線、相線二者的截面面積保持一致，可采取提高電壓等級、加大導線截面面積的措施來減少線損量。（4）諧波治理。系統(tǒng)運行期間，輸送的交流電中夾雜少量諧波，會導致供電質(zhì)量下降，損耗一部分電能，如在諧波電流經(jīng)過導線時，產(chǎn)生趨膚反應，致使導線橫截面積縮小、送電電阻增加，線路持續(xù)釋放熱量。為解決這一問題，需要在系統(tǒng)中設置無源濾波裝置或有源式電力濾波器，起到抑制諧波、補償無功功率、控制功率因數(shù)的作用。

1.2建筑設備節(jié)能設計

以電梯設備的節(jié)能設計為例，一方面，對于電梯轎廂內(nèi)配置的照明燈具、空調(diào)機與液晶顯示屏等用電設備，采取間隙控制與精密控制方式。依托間隙控制機制，在電梯超過一段時間處于無人呼叫狀態(tài)時自動將空調(diào)機與照明燈具切換至低功耗運行模式；依托精密控制機制，由傳感器持續(xù)監(jiān)測轎廂內(nèi)部環(huán)境的空氣質(zhì)量，在氧氣含量低于相應標準及二氧化碳濃度超過相應標準后，自動啟動換氣扇或提高設備轉(zhuǎn)速，在保證空氣質(zhì)量的前提下縮短換氣扇運行時間。另一方面，在電梯動力系統(tǒng)中建立能量回饋機制，安裝變頻器裝置與應用逆變電源技術(shù)，在電梯運行期間，持續(xù)將負載機械能轉(zhuǎn)換為直流電，對其進行二次轉(zhuǎn)換處理來形成交流電，再將電源回送至電網(wǎng)或是建筑供配電系統(tǒng)中，也可選擇增設電阻單元，將電能直接轉(zhuǎn)換為熱能進行釋放。

1.3設備智能控制設計

智能控制系統(tǒng)由傳感器、微處理器、執(zhí)行機構(gòu)組成，傳感器負責采集電流值、環(huán)境光照亮度等現(xiàn)場監(jiān)測信號，將信號上傳至微處理器進行整理分析，再向執(zhí)行機構(gòu)下達控制指令，控制變壓器、水泵、風機等終端設備，在無人工干預條件下，由系統(tǒng)自動評估電氣系統(tǒng)的實際運行需求，自動調(diào)整用電設備的運行狀態(tài)及參數(shù)，起到節(jié)能效果。以空調(diào)智能控制為例，在送風機控制線、送風道與送風口內(nèi)分別設置變頻器、壓力傳感器和風流速傳感器裝置，通過接口進行連接，由傳感器采集實時送風量、風速等參數(shù)，由系統(tǒng)根據(jù)已掌握信息，通過變頻器來調(diào)節(jié)風機轉(zhuǎn)速，起到改變送風總量的作用。與傳統(tǒng)的風量定時控制方式相比，搭建智能控制系統(tǒng)，既可以解決無法同時兼顧全部區(qū)域環(huán)境溫度要求的使用問題，還可以節(jié)省30%的空調(diào)系統(tǒng)用電量[3]。

1.4光伏發(fā)電設計

在早期節(jié)能設計方案中，以提升電能實際利用效率為設計思路，如變電室位置選擇、諧波治理等，無法解決電能自電網(wǎng)輸入時的線損問題。現(xiàn)今，隨著科學技術(shù)發(fā)展，可采取光伏發(fā)電技術(shù)提升能源利用率?？稍诮ㄖ蓓?shù)裙庹粘渥恪⒉晒鈼l件好、開闊區(qū)域中擺放太陽能光伏電池組件與控制器、蓄電池、逆變器等配套裝置，基于光電效應，光伏電池持續(xù)將所吸收的太陽光輻射轉(zhuǎn)換為電能，通過逆變單元將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，將電能接入建筑電氣系統(tǒng)中，并將多余電能儲存在蓄電池中，在日照條件較差時與夜間釋放，以此來解決光伏發(fā)電系統(tǒng)電能輸入不穩(wěn)定的問題。此外，在光伏發(fā)電設計環(huán)節(jié)，應綜合考慮建筑所處區(qū)域日照條件與平均日照時長、氣候變化、放電電流平均值與最大值、發(fā)電單元接收太陽角度等問題，判斷建筑電氣工程是否具備光伏發(fā)電技術(shù)的應用條件。

2建筑照明節(jié)能設計方法

2.1改善室內(nèi)自然采光條件

常規(guī)建筑照明節(jié)能設計方法通常以控制系統(tǒng)運行負荷、減少燈具開啟數(shù)量、安裝節(jié)能燈具設備為思路，其目的在于減少照明系統(tǒng)運行能耗，這一方法存在局限性。為取得額外節(jié)能效果，設計人員應從改善室內(nèi)自然采光條件角度著手，采取調(diào)整建筑朝向與布局結(jié)構(gòu)、增加外墻開窗面積與調(diào)整窗墻比、使用高透光性門窗材料、減少封閉式隔斷構(gòu)件數(shù)量等設計措施，充分利用自然光源，在縮短建筑照明系統(tǒng)運行時長的同時，滿足業(yè)主的實際使用需求，提高室內(nèi)環(huán)境光亮度。

2.2選用新型節(jié)能照明設備

在照明設備選型環(huán)節(jié)，首先，確定燈具種類。從功耗、整體光效、省電效果、流明值、使用壽命、采購價格等多個維度進行綜合考慮，優(yōu)先選用LED燈、低壓熒光燈、高壓鈉燈等新型節(jié)能燈具來取代白熾燈，這類燈具的節(jié)能效果普遍提升10%以上，節(jié)能效果顯著。其次，確定燈具型號。以熒光燈為例，對比分析粗/細管熒光燈與長/短管熒光燈的光通量、綜合能效、光源光效、功率等參數(shù)，優(yōu)先選取細管熒光燈中的長管熒光燈，較之短管熒光燈，這類燈具的光效提升17%、使用壽命多出5000h、綜合能效提升45%。最后，確定燈具附件種類。以鎮(zhèn)流器選型為例，在照明系統(tǒng)配置T8管36W直管熒光燈的前提下，配置電子鎮(zhèn)流器來取代電感鎮(zhèn)流器，電子鎮(zhèn)流器的光效比為1.25，自身功耗為3～5W，而電感鎮(zhèn)流器的光效比僅為1，自身功耗為8～9W。同時，盡可能在照明系統(tǒng)中配置能效因數(shù)較高的鎮(zhèn)流器裝置，以提升電光轉(zhuǎn)換效率，取得額外節(jié)能效果[4]。

2.3照明控制設計

在建筑照明控制設計環(huán)節(jié)，可采取照明分區(qū)控制、定時控制、智能啟?？刂迫椃椒?，根據(jù)實際照明需求來提供照明效果。（1）照明分區(qū)控制方法。將照明系統(tǒng)拆分為應急照明、走廊樓梯照明、室內(nèi)照明、功能性照明四部分，分別設定各部分的光照強度、開啟時間等參數(shù)指標要求。例如，在白晝期間與室內(nèi)自然采光條件較佳時完全關閉室內(nèi)照明系統(tǒng)，在出現(xiàn)主電網(wǎng)電路切斷與建筑火災等突發(fā)情況時啟動應急照明系統(tǒng)，根據(jù)使用需求在特定時間段或全天候開啟障礙景觀等功能性照明系統(tǒng)，根據(jù)人嘴發(fā)出的控制信號聲來自動啟動走廊樓梯照明系統(tǒng)中的聲控燈具。（2）定時控制方法。根據(jù)業(yè)主使用需求，預先在建筑照明系統(tǒng)中導入控制方案，在到達特定時間段后，由系統(tǒng)自動啟動或關閉各區(qū)域的照明設備，可以額外采取手動方式來開啟、關閉照明燈具。（3）智能啟?？刂品椒ā榻鉀Q自動控制系統(tǒng)的控制精度低、區(qū)域控制時間無法調(diào)整、無法判斷實時照明需求的問題，在照明系統(tǒng)中安裝若干傳感器與PLC裝置，通過總線將輸入、輸出、系統(tǒng)單元接入計算機系統(tǒng)中加以集中管理，由傳感器采集現(xiàn)場監(jiān)測信號，將信號進行預處理后上傳至PLC裝置，由裝置執(zhí)行數(shù)據(jù)掃描、運算分析、指令輸出等操作，根據(jù)實際照明需求來調(diào)整控制方案內(nèi)容，包括各區(qū)域照明燈具啟閉數(shù)量、開啟時間段、照明負荷、室內(nèi)環(huán)境光照亮度等。

3結(jié)束語

綜上所述，為促進我國建筑業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，充分體現(xiàn)節(jié)能減排戰(zhàn)略思想，建筑企業(yè)與從業(yè)人員需要對建筑節(jié)能設計開展深入研究，全面掌握建筑電氣工程與照明系統(tǒng)的節(jié)能設計方法，樹立清晰的設計思路，根據(jù)工程實際情況來制定科學、合理的建筑節(jié)能設計方案。

參考文獻：

[1]袁紅.基于傅里葉變換的居民建筑電氣諧波檢測仿真[J].計算機仿真,2019,36(10):112-115.

[2]孫垚,蔡彬峰,鄭國平,等.隧道照明燈具安裝方式及參數(shù)節(jié)能影響研究[J].地下空間與工程學報,2020,16(S1):389-395,402.

[3]陳炎,王錫淮,肖健梅.基于粒子群優(yōu)化的電氣自動節(jié)能控制器設計[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2018,41(2):68-70,74.

[4]張鋮.照明節(jié)能技術(shù)在建筑電氣工程中的應用[J].光源與照明,2021(3):16-17.

作者:魏世穎 單位:山東華邦建設集團有限公司