摘要：綜合性建筑如大型寫字樓、商業大廈及大型購物場所等結構比較復雜，電氣功能要求比較高，包括大量的動力設備、電氣設備、復雜的照明系統以及完善的消防安全系統。電氣設備及線路節能設計分析

　　關鍵詞：節能；電氣設計；高層；

　　Abstract: The comprehensive construction such as large office buildings, business buildings and large shopping sites of the structure is complex, electrical function demand is higher, including a large number of power equipment, electrical equipment, complicated lighting system and improve the fire control safety system. Electrical equipment and circuit energy saving design analysis

　　Keywords: energy efficient; Electrical design; Top;

　　中圖分類號：TE08   文獻標識碼：A    文章編號：

　　在進行高層建筑的電氣設計時，通常會參考電力負荷曲線，通過詳細的計算決定設計的方法，使得負荷曲線盡量平坦，減少閑置設備、閑置容量，使功率得到最大的利用，減少浪費。

　　1. 變壓器

　　1) 通常建筑用電負荷相當大，并且都是長年運行，變壓器的長期損耗很大。一般綜合性建筑都有單獨的配電房，出于節能考慮，配電房盡量位于負荷的中心，也便于提高供電質量。變壓器是配電房里重要的耗電設備，主要包括空載損耗和負載損耗，空載損耗取決于變壓器的制造等因素，稱為鐵損; 負載損耗取決于二次繞組的銅損。變壓器的容量選擇很關鍵，既要根據建筑物的性質、重要性來確定，也要根據日常總用電量來確定。

　　2) 電力負荷分析與計算。電力負荷分析主要從建筑物的規模、功能著手，考慮建筑物負荷的級別、服務對象、建筑物所處的位置、所在地區的氣候條件和社會條件以及建筑物未來的發展規劃等方面。電力負荷的計算方式主要有負荷密度法、單位指標法及需求系數法等。在綜合性建筑的電氣設計中，通常采用需求系數法進行計算，用負荷密度法、單位指標法進行。

　　計算的復核與校正。需求系數法計算公式為：

　　P = KePe，Q = P tan φ，S = P/cos φ

　　從節能角度探討綜合性建筑的電氣設計方法

　　式中，P 為用電設備有功功率，kW; Q 為用電設備無功功率; S 為用電設備視在功率，kV·A;

　　Pe 為用電設備容量，kW; Ke 為用電設備的需求系數; tan φ 為最大負荷的加權平均功率因數。

　　3) 變壓器容量的確定。建筑物的電力負荷 P確定后，建筑物的總裝機容量 S 可以用下面的公式來確定

　　式中，P 為建筑物的電力計算負荷; cos φ2 為補償后的平均功率因數; β 為變壓器的負荷率，一般不小于 0. 9。在滿足需求的情況下，根據公式確定損耗小的節能型變壓器。

　　4) 變壓器損耗與建筑物負荷率的關系。以單臺變壓器為例，變壓器的效率用下式表示

　　式中，η 為變壓器的效率; Pz 為變壓器的輸出功率; Po 為變壓器空載有功損耗; Pk 為變壓器額定電流時的負載損耗; β 為變壓器的負荷率; 假設忽略了一次側銅損。

　　實踐數據得知變壓器的負荷率在 0. 5 左右時效率最高，然后隨著變壓器負荷率的增加，變壓器的效率逐漸降低。因此，變壓器的負荷率過高也會增加電能損耗。由于現在綜合性建筑物中的非線性負載日益增多，電力系統中的諧波分量增加，也就增加了變壓器的負荷，而由諧波電流增加的這部分諧波負荷在負荷計算時無法準確計算，另外設計中又要考慮長期發展而預留一定裕量。這些因素都不允許將變壓器的負荷率取得過高，通常變壓器負荷率在 65% ～80% 之間比較合適。

　　2. 線路的最優化選擇

　　供電線路的選擇。綜合性建筑物的結構比較復雜，動力、照明、消防及空調通風等的線路數量龐大，因此在設計階段做好線路的節能計算是非常必要的。減少線路的損耗可以從以下三個方面考慮: ①提高功率因數。②減少供電系統的無功功率。③減少導線電纜中的電阻。從節能的觀點來看，供電線路的節能最優選擇實際是一個初始投資和導線長期損耗的函數。增加導線的截面

　　積可以減少損耗，但是要增加初始投資; 減少導線截面積會增加線路的長期損耗，但初始投資會減少，在二者之間尋求一個平衡，就是線路節能的最優選擇。

　　通電線路的節能分析可以由下面的公式給出

　　M = M1 + M2

　　式中，M 為線路的總費用; M1 為電纜、線路的投資費用; M2 為線路長期的損耗費用，由電流大小、運行時間和電纜的壽命等組成。對電氣設備，應該按照正常的工作條件來選擇型號。電氣設備的安裝地點、工作環境和使用要求都會影響能量的損耗，因此對電氣設備型號的選擇必須考慮上面的因素，用短路電流的熱效應和電動力效用來校驗電器設備的穩定性，在保證安全、保證使用的前提下減少設備的電能損耗。

　　照明系統的設計

　　綜合性建筑物使用面積大，有不同的功能區，照明的類別比較復雜，通常有工作區、走廊過道、消防通道和洗手間等地方的照明，因此照明系統的節能措施是考核建筑物照明設計是否合理的重要指標。通常照明系統的節能設計從兩方面著手:①降低照明裝置的單位耗電率。②在設計階段采取節電措施減少不必要的損耗。

　　3. 充分利用自然光源

　　照明的節能除了優化燈具設計和照明控制系統外，如何最大程度地利用自然光源，確定采光方式，將自然光和人工照明結合起來是一個關鍵的問題。自然光的利用分兩方面: 一是室內引入陽光，提高白天進入陽光的利用率; 二是充分利用光能的轉換，白天積蓄能量，晚上供應燈具照明使用。室內燈具可以采用太陽能蓄電池系統。這兩方面都涉及到初始投資和長期電能節約的問題，從能源節約角度看是很有必要的。選用高效的燈具，在不同的工作場所采用不同的照明燈具。

　　4. 合理確定照明方式

　　對房間等區域的照明，可以采用小功率的照明設施完成預定的照明功能，來減少照明損耗。通常有幾個方面的措施: 采用適當的反射系數高的飾面，增加亮度; 限制照明范圍，由于照明范圍的大小可以很大程度地影響工作面的照度，因此需要合理布置照明設備，根據照度決定工作區。例如: 文件資料室可以采用低照度照明; 一般辦公室、休息室采用中等照度照明; 設計工作室等采用高照度照明; 在走廊等區域可以在允許的情況下借助其他照明措施。

　　具體的照明設置措施如下: ①對洗手間、走廊和樓梯間等可以通過定時智能開關自動照明，感應到有人員時燈亮，在人員離開時可以自行斷電。②采用調光開關，可以調整燈具的亮度。③燈具應該有獨立的開關分別控制。

　　動力設備的節能設計

　　在綜合性建筑中，動力設備的節能主要考慮水泵和風機，例如某星級酒店中水泵的能耗占總能耗的 30%，因此對風機和水泵采取節能措施是十分必要的。

　　5. 變頻調速的節能原理

　　對動力設備的節能分析，關鍵考慮電動機的調速方式，以水泵為例，調速問題主要是減速問題。

　　根據風機的比例定律，對于風機和泵，流體流量與轉速的一次方成正比，即

　　q/qe = n/ne

　　功率與轉速二次方成正比，即

　　H/He = ( n/ne) 2

　　功率與轉速的三次方成正比，即

　　p/pe = ( n/ne) 3

　　式中，q、n、H 和 p 分別表示流量、轉速、揚程和功率。

　　由上面的公式可以分析得出: 當轉速減小時，電動機的功率將以其三次方的速率下降，因此變頻調速的節電效果顯著。如果流量由 100% 降低到 70%，則轉速相應降到 70%，壓力降到 49%，而電 動 機 的 功 率 降 到 34. 3%，即 節 約 電 能65. 7% ，節能效果顯著。

　　6. 通風空調系統

　　現代綜合性建筑物中，由于工作性質的需要，空調系統是必須配備的設備，滿足建筑物的溫度調節和通風功能。通風空調系統的設計在滿足室內舒適度的前提下，改變室內溫度和濕度條件，根據需要進行通風工作。例如，夏天溫度可以控制在 26℃左右。通風系統在冬、夏取最小的新風量，過渡季節采用全新風。配備檢測室內溫度成分的儀器，決定通風量的大小。合理布置通風空調設備的安裝位置，減少系統的阻力，運用智能控制系統，使得通風空調系統經濟運行，實現最大的節能效果。

　　7.結束語

　　綜合性電氣設計由于結構復雜，各項功能完善，因此對節能化設計就顯得尤為重要，從以下三方面來考慮：

　　1) 采用節能設計方法。從設計角度，通過精確的計算，對整個電氣系統做合適的估計，在滿足使用的前提下，不做超過使用要求的設計。

　　2) 采用新技術。對電氣系統的各個部分，評估初始投資和運行期的損耗與維修費用，盡可能采用新的成熟的技術，最終達到節能的目的。

　　3) 采用新材料。例如可以采用太陽能燈具，電源可以采用太陽能光伏系統。