高层建筑电气节能设计要点分析

曾娟

郑州大学综合设计研究院有限公司（361000）

高层建筑电气节能设计要点分析

曾娟

郑州大学综合设计研究院有限公司（361000）

这里结合实际情况对高层建筑中电气节能的设计要点进行分析并提出一些可行性意见，以期促进我国高层建筑电气节能设计的发展。

高层建筑；电气节能；设计要点

1 在建筑电气节能设计当中存在的弊端

在现代社会生活中，人们对电能的需求量逐渐增加，盲目用电现象逐渐增多。高层建筑电气设计师为满足人们生活需要并结合以往设计经验，很容易忽视电气节能在高层建筑中的重要意义，导致电能耗损现象越来越严重。我国大部分居民以及相关的设计单位都没有认识到我国现阶段的能源短缺状态，有些地区甚至出现用电紧缺、在用电高峰期采取限量拉闸的情况。因此相关部门应进行相关改革，充分了解各个地区、企业、居民等的用电情况，并注重高层建筑节能设计环节，提出有效的解决措施以保证电能的使用率。

2 设计原则分析

由于减少电量耗损可有效降低成本，提高企业的经济效益，保证企业在激烈的市场竞争中占据有利地位，因此高层建筑节能设计应引起相关设计人员的重视[1]，现就对其设计原则进行分析。

2.1 能够满足建筑功能

高层建筑电气节能设计首先应该满足环境中照明的各项要求，同时还应该满足新风量以及人们对环境温度的要求；保证各路运输通道可正常使用并满足个别特殊工艺的施工要求。例如娱乐场所配备的照明装置、音响等设备的用电，展示厅中各种照明灯具以及电力用电。

2.2 充分参考经济效益

要结合实际情况选择节能方式，不能为减少损耗投入过高的资金而增加运行费用。保证相关节能设备在增加成本、投入使用后可在短期之内有效回收投入资金，使得企业经济效益最大化。

2.3 降低能量过度消耗

减少耗损应注重节约不必要的能量消耗，而不是对正常用电进行限制。相关设计人员应找出致使高层建筑能源消耗过大的主要原因并圈定出一定范围，再采取相关有效措施节能。如变压器的功率耗损、传输线路的有功耗损均是高层建筑中不必要的能源损耗，而大量的照明设施应采用节能产品及技术减少这些设施对电能的消耗。同时高层建筑电气节能设计人员应始终贯彻科学有效、技术先进、实用性强的原则，以保证电气设计的质量。

3 设计要点

3.1 设计配电系统与无功补偿装置

在设计配电系统时应结合相关的参考数据，如供电距离、电容量等多方面因素，保证变配电处在与负荷中心相对接近的位置，在节约一定程度资金的同时有效减少高层建筑的电量耗损。相关设计人员应根据实际情况对变压器的数量、容量进行科学选择在保证变压器运行正常的同时，可以使变压器灵活投切工作,将电能使用降低到最低限度。无功补偿装置应在运行过程中实行就地补偿，避免电容器自身还存有电量却自动进行二次充电导致的能源浪费现象。此外高层建筑的升降楼梯、扶梯在修建时不应该加设无功补偿装置，以避免电机无法承受过高电压导致的损坏，而在住宅区的高层建筑则可以采用补偿装置以降低能量损耗。

3.2 提升供配电系统的功率因数

提高供配电系统的功率因数是提高设备使用率的重要途径之一，最大限度达到减少功率损耗、实现高层建筑电气节能目的。提高供配电系统的功率因数应从以下几点着手：①提高用电设备自然功率因数，主要通过科学选择异步电机，对工艺流程进行调整并逐步对用电设备的运行方式进行改良、使用同步电机并使变压器轻载运行，选择电动机的经常负荷不低于额定容量的40%、变压器负荷率宜在75%～85%不低于60%等方式来实现自然功率因数的提高。②对无功功率进行人工补偿，在日常生活中人们较为普遍的采用并联电容器来实现对无功功率的补偿，相关设计人员应在设计过程中使用高低压柜集中补偿和分散补偿的方式实现就地补偿。对容量较大，负荷平稳且经常使用的用电设备就地单独补偿，并结合高层建筑的实际情况以及电气设备的使用情况设计。③在功率条件适当时，采用同步电动机以及选用带空载切除的间隙工作制设备等措施，以提高电动机的功率因数以及工作效率、以减少电动机在实际过程中的能量消耗。

3.3 线路电能损耗降低

在高层建筑能源耗损中，线路耗损占有较大比例，因此相关设计人员应重视线路耗损情况，并结合发热条件、机械长度、电压损失等对低压线路的横截面进行合理选择以减轻电路耗损状况，同时在选择线路导线时应选用电阻率较小的材质。相关人员在进行设计的过程中应控制好导线的长度，尽可能缩短导线长度在布线时注意避免线路回弯,减少线路在输送过程中的耗损。此外在整个设计过程中，设计人员应尽可能增加导线横截面积，在满足电压以及载流量的基础上减少电量耗损并减少火灾发生的概率，保证楼内居民可安全用电。

3.4 设计照明节能

首先，选择的照明光源应符合国家现行相关标准的规定。其次，设计人员可以结合照明方案的具体要求使用光通比例较高，反射系数较高以及配光性较为稳定的灯具,对高层建筑进行节能设计，并充分利用自然光减少灯具在日间的使用次数从而达到节约能源的目的。

3.5 设计空调系统

空调系统的用电消耗情况在建筑总耗损中占有相当大的比例，因此对空调系统进行科学合理的节能设计可有效减少高层建筑电量耗损。设计人员可在保证人居环境舒适度的前提下，通过调整室内温度、湿度的取值范围来达到减少能源耗损的目的。①空调中制冷装置的能耗在空调系统总能耗中占有相当大的比重，是整个空调系统中电能消耗最高的设备。因此设计人员在设计空调时应注意选择高能效、容量小的机组设备。②空调冷冻水泵与冷却水泵也是消耗电能高的部件,设计人员可以通过提高水泵的工作效率来减少能源消耗。

4 案例分析

本工程为建阳西区生态城，总共9栋单体及一个地下停车场，地上28层，地下2层，建筑高度89.15，属于一类高层，建筑面积约10万m2。建阳西区生态城是按绿色建筑的标准设计的。

4.1 供配电系统节能

根据建筑规划，在地下一层设置三个配电房及一个开闭所均接近负荷中心，线路路径合理，减少低压侧线路长度，降低线路损耗，至末端配电箱长度约100 m。

本工程选用的变压器为D,yn11接线。单相负荷尽可能均衡地分配在三相上，使三相负荷保持基本平衡，最大相负荷不超过三相负荷平均值的115%，最小相负荷不小于三相负荷平均值的85%。

本工程在变配电所的低压侧设集中无功自动补偿装置，采用自动投切装置，要求在高峰负荷时高压侧功率因数不低于0.95。对预估谐波电流较严重的非线性负荷，无功功率补偿考虑谐波的影响，采取抑制谐波的措施。

4.2 电气照明节能

本工程照明设计公共场所采用以荧光灯为主的高光效光源。在满足眩光限制的条件下，优先选用灯具效率高的灯具以及开启式直接照明灯具，室内灯具效率不低于下表1的要求。

表1 荧光灯灯具和高强度气体放电灯灯具的效率允许值

设计在满足灯具最低允许安装高度的前提下，尽可能降低灯具的安装高度，节约电能。采用电子镇流器或节能型高功率因数电感镇流器。

本工程在楼梯间、走道、门厅的照明，采用节能自熄开关，应急照明灯具有应急时自动点亮的措施。小区道路照明根据所在地区的地理位置和季节变化合理确定开关灯时间，并用光控和时间控制相结合的智能控制方式，以求最大程度的节能。

公寓及住宅各功能房须按表2中的照度标准进行设计。

表2 照度标准

5 结语

由于高层建筑具有面积大、层数多、功能复杂等特点，为施工带来一定难度，同时高层建筑电气设计也是整个施工过程中的重要环节。高层建筑电气设计是否安全直接影响到楼内居民的生活质量，因此相关设计人员应将可持续发展理念贯彻至整个设计过程中，实现建筑整体有效节能。

[1]张文.高层建筑电气节能设计要点分析[J].科技创新与应用,2016(5)：249.