高校建筑电气节能措施探讨

2015-12-08王玺

建材与装饰 2015年48期

关键词：供配电灯具损耗

王玺

（遵义医学院贵州遵义　563000）

高校建筑电气节能措施探讨

王玺

（遵义医学院贵州遵义563000）

近些年，我国教育体制改革不断深化，高校规模日益增加。根据调查，我国各类高校近3000所，已经成为一大能源消耗大户。“十一五”期间，住房和城乡建设部、教育部就明确提出了高等学校节约型校园建设的总体节约目标，联合出台了《关于推进高等学校节约型校园建设进一步加强高等学校节能节水工作的意见》、《高等学校校园建筑能耗统计审计公示办法》等一系列文件。基于此，本文从高校电能使用的情况、特点出发，站在供配电系统设计、供配电设施设备选型、无功功率补偿、照明节能、可再生能源利用等角度具体分析了高校建筑电气节能。

高校建筑；电气节能；措施

1　引言

当前，随着世界高等教育大众化的发展，高校扩招普遍，校园规模不断增大，用电量也迅速增长。高校建筑节能不仅可为教学、科研、生活创造良好环境，还能促进环境资源可持续的开发与利用。因此，高校建筑节能势在必行，建设节约型校园已成为我国高校发展重要工作。

2　高校电能使用的情况、特点

2.1高校用电季节性

由于高校教学存在寒暑假，因此其建筑能耗也具有显著的季节性特征。寒假暑假期间由于学生放假，学生宿舍、食堂、教室以及实验室等能耗明显下降。但是，此阶段往往正是民用住宅和商业建筑采暖或空调制冷的用能高峰期，因此在确定高校能源供给计划时应通盘考虑。

2.2高校用电集中性

高校用电时间十分集中，例如：教学楼的主要用能时间段是8～22点，办公楼的主要用能时间是8～18点。因此，在对高校建筑进行电气设计、管理时，必须统筹协调，特别是注重在用能相对集中时间段的节能管理。

2.3高校用电性质多样

由于高校内存在教学楼、办公楼、宿舍楼、实验室、食堂等多种建筑，涉及暖通、照明、电梯、教学、实验设备等各式用能设施，囊括了电、热、天然气、煤炭等多类能源，这就决定了高校用电性质多。基于此，必须对各种建筑耗能特点、数量进行分类，以有针对性地加强节能改造。

2.4高校用电负荷等级涉及范围广

根据调查可以发现，近些年我国新建高校涵盖了民用建筑各类型，根据相关规范，可以将建筑供电负荷飞分为一、二、三个等级。高校供电负荷等级涉及范围十分广，重要实验室电源，包括生物制品、培养剂用电等为一级，高层教学楼客梯、主要通道照明为二级，此外还有部分建筑为三级负荷。

3　高校建筑电气节能措施

3.1从供配电系统设计节能

现代高校校园建筑面积普遍较大。教学楼、实训中心、行政办公楼、学生宿舍、生活区等分布较广，用电需求、系统供电能力都有所不同。

线路电流无法改变，若想减少线路损耗，关键在减小供配电线路电阻。线路电阻R=P·L/s，因此减少线路的损耗，理论上可以选用电导率小的材质做导线、减小导线长度并适当增大导线截面面积。为了降低配电网损耗，应从接入点附近从电网中取得电源，因为负载的功率损耗和电网的输电电压、负载电流、有功无功功率和供配电线路的距离有关。所以，当供配电线路距离过长会大大增加线损。当输送电压和功率因数均保持不变的条件下，输送距离增加10%，功率损耗随之增大10%。我国对10kV/0.4kV配电线路规定了其合理的输送距离和容量（见表1）。

表1　线路输送距离与输送容量

因此，高校供配电系统应尽量简单可靠，同一电压等级变配电级数需少于两级，适宜采用10/0.4kV电压等级配电，再结合校园各区用电要求，合理确定供配电系统，可采用10kV电压等级线路直接供电到负荷中心，输送容量和距离均应满足上表要求。

3.2从供配电设施设备的选型节能

3.2.1变压器的选型

变压器的选型应遵从以下几个原则：

（1）准确计算负荷，合理确定变压器容量，并综合考虑初始投资与运行维护费用，选择容量与负荷相匹配的变压器，并对根据负荷的分布情况、所供建筑物性质情况、对变压器设置位置、出线回路等作出合理设计，使其运行于高效低耗区。

（2）选择节能型变压器，在选择变压器时候，应选择高效率、低损耗、抗冲击、噪音低、节能效果好的节能产品。为使变压器处于最经济节能运行状态，其负载率宜在75～85%之间，并不应超过85%。宜选用铁芯材料采用具有高导磁率的优质冷轧取向硅钢片制造的变压器，其涡流损耗与漏磁损耗低，节能效果显著。

（3）由于校园负荷种类多，照明设备多，单相、三相设备分布广，因此谐波及三相负荷不平衡问题突出，根据我国《民用建筑电气设计规范》（JGJ16-2008）等相关规范，配电变压器宜选用D，ynll接线组别的变压器。

（4）由于高校实验室存在较多的大功率动力设备，为避免此类设备工作时对计算机中心、教学楼等场所造成影响，对此类建筑物宜采用专设变压器供电。

综上，本着综合考虑校园建筑的特点和节约成本的原则，建议选用SCB型干式变压器。

3.2.2供配电线缆的选择

由于校园建筑供配电系统线路损耗问题严重，除选择合理配电点以减小线路长度外，选择电阻率较小的线缆也很有必要。根据电阻值公式R=ρLS可知，线路电阻与截面成反比，对于较长的线路，在满足载流量、热稳定性、允许电压降要求所选定的截面外，可适当再加大一级导线的截面，这样可延长线缆的使用寿命，减少线路的损耗。将线路损耗减少以及维护费用降低与线路截面增大所产生的费用相权衡，仍不失为一技术经济可行的设计方案。

在进行导线、电缆截面选择时，首先应根据线路敷设环境，满足机械强度要求。在确定截面时，一般采用按发热条件，即根据线缆载流量进行选择，这就要求负荷计算一定要准确，避免因负荷计算失当导致计算电流偏差而造成浪费。

3.3无功功率补偿

无功电源和有功电源一样，同样保证着电能的质量。电力系统运行时应保证无功平衡，否则，系统电压将会降低，功率因数也会随之下降。负荷的有功功率保持不变的条件下，提高其功率因数，可以减少所需的无功功率，进而减少通过供配电线路和变压器的损耗和电能损失。

统计数据表明，电网线损约70%实在10/0.4kV配电系统中损耗的，而无功功率大约50%消耗在用户方面，剩余的约50%左右消耗在电网损耗上，对用户端来说，应就地安装无功补偿设备。

对于高校来说，其中大量使用单相负荷，容易造成三相负载的不平衡。由于调节补偿无功的采样信号取自任意一相，从而造成未检测的两相容易形成欠补偿或过补偿。对于三相不平衡以及单相配电系统，可以采用分相电容自动补偿的办法，通过调节无功功率参数的信号，根据每相感性负载的大小和功率因数的高低进行相应补偿，不影响其他相，故不会产生欠补偿和过补偿。

3.4照明节能

3.4.1灯具选择

场所的不同，灯具选择标准也存在一定差异，具体如下：

（1）教学楼、实验楼、图书馆。教学楼、实验楼、图书馆具体可以分为两类区域：一是功能照明区域，如：教室、实验室、阅览室等等；二是非功能照明区域，如：门厅、走廊、电梯间等等。其中，功能照明区域，目前多数使用“T8直管型荧光灯+电子镇流器”，据调查1盏40W与20W普通T8荧光灯光通量约分别为2500lm和1025lm，1盏28W与13W普通T5荧光灯光通量约分别为2600lm和1100lm。因此，T5荧光灯可完全替代T8荧光灯，在确保室内照度的同时，令照明系统功率密度下降约25～30%，具有显著的节能效果。因此，建议选用“T5直管型荧光灯+电子镇流器”。非功能照明区域，建议选用LED灯具或是U型紧凑节能灯。

（2）食堂、学生宿舍等区域，由于此类区域照度要求不高，因此建议使用LED灯具。

（3）室外照明区域。据调查，我国不少高校在室外照明区域使用的是大功率金卤灯，但是其发光效率偏低，能耗高。基于此，推荐使用LED泛光灯，其泛光灯发光效率达600～700lm/W，远高于金属卤化物灯，在满足照度需要的基础上，可减少室外照明能耗。此外，随着清洁能源的广泛应用，校园道路照明灯还可选用天阳能+风能供电，以进一步实现环保与节能。

3.4.2优化照明控制方式

（1）图书馆照明系统控制方式。图书馆的主要功能区为阅读区，为了保证自然光得以充分利用，需对照明系统配电线路进行优化设计，采用“感光控制系统+红外感应控制系统”，即：靠窗阅览区使用感光照明，可根据区域照度自动调节灯具开启的数量，如图1所示；内部带卡位阅览区使用红外感应，若是卡位无人，则灯具自动关闭，若是卡位有人，则会开启灯具，如图2所示。

图1　感光控制系统

图2　红外感应控制系统

（2）教学楼、实验楼照明系统控制方式。教学楼、实验楼主要功能区为教室与实验室，建议对其照明系统配电线进改造，使用与教学课时相关联的“定时控制+感光控制”；对于实习室，容易出现学生数量少而教室照明灯全开的情况，出现照明能耗严重的问题，建议使用“定时控制+计数照明”控制系统，合理控制灯具数量。

（3）教师办公楼照明系统控制方式。教师办公楼主要功能区为办公室，多数采用的是群控方式，无法根据实际情况调节灯具开启数量，导致电能的浪费。对此，可使用分区控制系统，以控制灯具开启数量，实现照明能耗的有效降低。

（4）食堂、学生宿舍照明系统控制方式。食堂、学生宿舍人员的停留时间和人数比较固定，只需采用传统分区手动控制，加强运行管理即可实现照明能耗的降低。

3.5加强可再生能源的利用

我国地处北半球，南北从北纬4～52.5°，东西自东经73～ 135°。全国各地的年太阳辐射总量为931～2334kWh/m，中值为1633kWh/m，太阳能资源丰富，应予以充分利用。

（1）自然光光导照明。该照明装置自20世纪80年代末得以流行，主要是利用采光装置聚集室外自然光线并导入系统内部，经由特殊导光装置强化和高效传输后，由系统底部漫射装置将自然光线均匀导入室内任何需要光线的地方，可完全电能照明，是一种绿色健康、节能环保的新型照明产品。从黎明到黄昏，甚至是雨天或阴天，该照明系统导入室内的光线都十分充足。当前，我国已掌握此技术，在上海同济大学、清华大学节能示范楼等项目中均取得了成功应用。

（2）太阳能光伏电源系统。太阳能光伏电源系统主要组成部分包括太阳能光伏电池组件、控制器、蓄电池、逆变器、灯具等等，根据运行方式可将其分为独立系统与并网发电系统。其中，独立系统白天太阳能发电多余部分使用蓄电池进行储存，在满足夜间用电需求同时，还可作为灾害时期后备电源；并网发电系统白天太阳能发电可送回电网，夜间使用，不足部分由电网提供。选用太阳能光伏电源系统时，需充分考虑工程所在地的太阳能资源状况与工程投资情况，年日照时数若是小于2200h则不宜采用。