浅谈高层建筑电气设计的节能措施
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[摘 要] 在高层建筑设计中，电气设计是重要的组成部分，而在我国人均资源和能源相对贫乏和多数高层建筑成为高能耗建筑的背景下，节能设计更是高层建筑设计的重点。分析高层建筑的耗能现状和节能原则，并提出高层建筑电气设计的可行性节能措施。
[关 键 词] 高层建筑；电气设计；节能
[中图分类号] TU201.5 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2019）03-0188-02
随着房地产市场的进一步推进，土地资源可谓“寸土寸金”，为有效利用土地资源，高层建筑成为新的趋势，改善了人们居住条件，但是在设计环节，节能方面统筹不够，致使很多高层建筑成为高能耗建筑。高层建筑电气设计的安全性、可靠性和经济性直接影响着高层建筑的安全使用和建筑能耗，这就要求在电气设计的过程中贯穿节能的原则，还要对电气设备进行重点选择，从而实现高层建筑的整体节能。
一、我国高层建筑的耗能现状
据相关资料统计，目前我国建筑耗能占总耗能的27.8%，是世界上同纬度国家的3倍左右。其中建筑电气耗能占用了主要份额，包括空调、水泵、照明等设备的用电耗能。高层建筑电气系统耗能主要分布在以下几方面：
（一）电能传输环节的能耗较大
目前高层建筑的电能输送主要依靠供配电导线，繁杂的输电线路可能导致传输过程中有功率的大量消耗，这也是电能耗损的重要源头。
（二）照明系统的能耗问题
高层建筑内的照明系统是耗能最为明显的要素，主要体现在：照明系统的能源消耗情况直接影响建筑使用人群的生活和生产。配置失衡的照明系统不仅造成电能的浪费还会影响人们的正常生活。部分高层建筑在设计和建造过程中仍然选用的是传统的照明设计理念和设备，没有考虑到未来建筑使用人数的增加、承载量的增长等问题，在后续使用过程中逐渐暴露出匹配性能差、智能节能控制管理缺乏、照度设计不达标、能耗较大等问题。
（三）电机拖拽系统的能耗问题
电机拖拽系统相较于照明系统，有其智能化、人性化和服务化的一面，但却是高层建筑电气系统的另外一个“耗能大户”。在电气设备日常维护过程中发现，部分电机拖拽系统在运行和维护过程中存在建设方案设计不合理、智能调度自动化水平低、综合维护费用较高等问题，使电机拖拽系统长期处于低效率运行状况，是对电能资源的浪费。
二、节能的电气设计原则
现如今能源缺口日益增大，推进节能减排势在必行。因此，各行各业提出了节能减排的要求，绿色节能成为高层建筑电气设计的焦点。为确保节能设计的有效性和针对性，应当遵循以下原则：
（一）实用性原则
电气设计的首要原则就是实用性，否则电气设计就毫无意义。保证高层建筑物的基本功能，比如保证建筑物照明的照度、色温；保证空调的舒适性，比如温度及新风量；保证运输通道畅通无阻；保证高层建筑特殊工艺要求，比如娱乐设备的一些电气设施的用电、办公场所的工艺照明及特殊用电等。
（二）经济效益的原则
经济效益的原则关乎电气设计的可操作性，在进行高层建筑节能设计时，应当关注节能设计的经济型，不能只關注了电气节能而投入巨大，致使投入与回报不成比例，应当使节能设计所带来的投资能够在未来几年的电能节约中回收回来。
（三）技术先进原则
电气设计要有前瞻性、创新性，确保高层建筑长期使用。设计中要采用最新工艺、先进技术，淘汰老式的设备和高耗能低产出的设计，使建筑节能最大化，达到技术先进的绿色节能。电气节能设计应当将减少电能浪费作为着眼点，在明确建筑物功能的基础上，研究采取何种技术先进的技术、工艺、设备能够达到节能效果，如合理设计节能型供配电系统减少电能传输过程中所产生的有功损耗、采用先进的照明设施降低数量多、使用面广的照明设施引发的电能消耗。
三、高层建筑的电气设计的可行性节能措施
（一）优化供配电系统的节能设计
供配电系统是高层建筑的“心脏”，可以说是高层建筑电气设计的核心，一个设计合理，优化节能的供配电系统重要性不言而喻。为确保供配电系统在最佳状态下运行，设计时要统筹考虑用户的负荷性质、用电容量、工程特点、系统规模。
1.合理选择变电所位置
高层建筑电力负荷即为分散，而电力负载又分为对称负载和非对称负载，两种负荷选取变电所的位置原则有所不同。对称负荷要按照“中心点”和“对称共圆对称”原则选取变电所。所谓“中心点”是指对称负荷绕中心点转过180°后都能回到别的负荷的位置上；所谓“对称共圆对称”原则是指同一平面负荷群中各负荷大小相等相位间距120°于同一个圆的圆周上，那么圆心即为中心。变电所究竟设置在高层建筑的何处，不仅需要考虑楼层高低、负荷对称与否、施工方便、经济等因素，还应当注重日常维护和使用因素。
2.减少高层建筑电气线路上的能量损耗
高层建筑电缆线路使用量大，电缆线路的能量损耗总量巨大，因此采用多种措施减少电缆线路的能量损耗对高层建筑的节能尤为重要。减少线路损耗有三大因素：（1）线路截面是否合理。根据电阻定律，导线阻值与横截面积成反比，故要增大线路截面；（2）线路材质即电阻率是否合理，铜质导线是经济范围内电阻率最合适的导线，应将铝质导线换成铜质导线；（3）导线的长度要尽可能短，根据电阻定律，导线阻值与长度成反比，所以在布线时要横平竖直，不走回头线，尽可能减少导线的长度。由电缆的载流表可以看出，同样截面的YJV电缆比VV电缆载流量高15%～20%，所以在设计中要尽量选用YJV型号的电缆。
（二）照明设备的合理布置
我国每年照明用电约占全社会用电的五分之一。“改变一个灯泡，同时改变我们的思维方式，我们就可以改变整个世界。”一盏灯或许微不足道，但积少成多的能量让我们不容忽视。同样，照明设备的耗能也是高层建筑耗能的重要组成部分。要在保证不满足高层建筑日常运行需求，不降低照明质量的条件下，最大限度地减少照明设备的耗能，绿色、高效地使用照明用电。节能设计要以下几个方面入手。 1.合理利用自然光
随着经济社会的发展，人们对能源和环境保护的观念日益加深，自然光作为最环保的光源如何最大限度地利用意义重大。靠近室外的大厅和房间应增大门窗面积，使用透光率高的玻璃。在高层建筑内引入自动调节装置。目前应用的方法主要有：（1）导光管法；（2）采光隔板；（3）反射高窗；（4）棱镜窗。
2.高效节能光源和灯具的选用
高效节能电光源、高效节能灯具和照明控制设备等照明节能新技术产品使用在高层建筑中，可以降低照明负荷，提高点能使用率，减少对环境污染。传统的白炽灯结构简单、价格低廉、使用维修方便，但发光效率低。而节能灯作为新一代比较理想的节能光源：（1）比白炽灯省电；（2）节能灯寿命较长，一般有效寿命是3000～6000小时；（3）节能灯的发光颜色比白炽灯更接近日光，光色好，且发光柔和。
门厅、走廊等场所采用采用小型的球形灯，方形的吸顶灯。在灯具选用时应注意选用配光合理、效率高、利用系数高的灯具，优先选用开启式直接照明灯具。选用分布式照明，分布式照明初期投资较多，但由于灯具使用寿命长，电能节省，长时间使用费用降低。
3.合理选用节能电器附件
一方面，节能电感镇流器和电子镇流器做为典型的节能电器附件，自身功耗低，可使灯的总输入功率下降20%；另一方面，为升高线路的功率因数，可在感性负载两端并联适当电容。可在每套灯具上并联一个电容器进行补偿，将传统日光灯功率因数均提高到0.9以上，这样可使线路中总电流、视在功率以及无功功率都有所下降。节电器可优化照明和动力类电器，节能电器可清除电力垃圾，电子节能器自带保险装置更安全，因此要合理选用节能电器附件。
（三）建筑电气设备的节能
1.空调系统的节能
高层建筑空调系统的能耗所占比例较高，系统节能潜力巨大。传统空调系统的设计，仅考虑安全指标，冷热源系统、能量输配系统的容量都大于实际需求，既投入巨大又不环保节能。其主要内容包括：水源充足的地方要广泛采用水冷冷水机组，推广使用热泵型机组；供回水温差的提高，低流速流体的广泛采用可降低输送系统的节能；新风热回收技术。采用热回收技术，利用排风对新风进行预热（或预冷），节约空调能耗。如夏季回收排出空气中的冷量，再把室外的热空气预冷后送入室内；冬季回收排出空气的热量，再把室外的热空气预热后送入室内，从而减少能量的损失，降低了空调制冷制热空气的能耗。
2.电梯
電梯在高层建筑中应用广泛，根据统计，电梯的用电量占建筑总用电量的四分之一以上，高于照明等用电量。优化电梯电力拖动系统，进行水泵调速和变频器调速，可提高负载运行效率，以达到节能的目的。通过能量回馈器合理回收利用负载的机械能，回馈给电网供其他负载使用，也可节约电能。电梯的节能效果与电梯功率、运行速度、使用频率、平衡系统有关，节能时要综合考虑。
综合以上分析，高层建筑节能应在设计中精心考虑，本文分析了我国高层建筑耗能现状，并从优化供配电系统、有效设置高层建筑照明设施、建筑电气设备的节能提出了可行性举措。相信通过多措并举，把绿色节能的理念落实到高层建筑的各个方面，定能改变我国高层建筑高耗能、单位面积能源利用率低的现状，推动我国节能减排事业，进一步助力我国建筑行业的绿色发展，健康发展。
参考文献：
[1]郭莉莉.建筑能耗现状及节能潜力[J].铁道工程学报，2006（4）.
[2]李卓昆.建筑电气照明系统的节能设计[J].山西建筑，2011（5）.
编辑 陈鲜艳
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