对建筑电气设计中变压器节能问题的分析

梁良

（北京珠创建筑设计有限公司，北京 100022）

1 引言

在可持续发展理念的贯彻过程中，为了能够缓解社会经济发展与能源短缺问题之间的矛盾，需要各个行业做好节能降耗工作，作为传统能源消耗大户的建筑行业也不例外。在建筑工程电气系统中，变压器的电能损耗占据了总能耗的40%～50%，电气设计人员需要高度重视变压器的节能设计，从电气系统的实际情况出发，对变压器的容量和型号进行选择，并配合先进的技术手段对电气系统的整体节能效果进行强化。

2 建筑电气设计的内涵及原则

广义上的建筑电气是以建筑为平台，利用电气技术手段营造人性化的生活环境的应用学科；狭义上的建筑电气则是在建筑中借助先进的科学理论与电气技术，创造人性化生活环境的电气系统，为建筑内人们的工作、学习、生活、娱乐等提供服务，大致可以将其分为强电系统和弱电系统[1]。在建筑电气设计中，应坚持以下3 个基本原则。

2.1 功能性

建筑电气设计必须能够满足建筑的使用功能，如照明所需的照度、色温；暖通空调要求的温度、新风量；电梯系统要求的运输能力等。

2.2 效益性

在对建筑电气进行设计的过程中，需要充分考虑实际经济效益，不能盲目选择电气设备，结合建筑功能需求，确定最佳电气设计方案，在满足建筑功能需求的同时，实现节能降耗，对运营及维护成本进行控制。

2.3 节能性

建筑电气节能设计的核心应放在减少能源浪费方面，要求设计人员能够找出哪些地方消耗的能源与建筑功能的发挥无关，然后制定针对性的节能措施。例如，建筑电气设计中，变压器的功率损耗、输电线路有功损耗等，可以借助相应的节能措施对其进行控制。

3 建筑电气设计中变压器节能问题分析

3.1 变压器节能目的

变压器节能设计的主要目的是在保障建筑电气系统功能，推动其正常、稳定运行的基础上，降低变压器损耗[2]。一般来讲，可以将变压器能效分为以下2 个部分。

1）静态能效，指在变压器设备的加工制造过程中，通过新工艺、新技术、新材料的应用，降低固有损耗；

2）动态能效，指在变压器的运行过程中，通过相关动态参数的调整与优化降低损耗。

目前，多数建筑工程电气系统中采用是容量在2 000 kV·A以上的变压器，电压等级约为10 kV，其在运行过程中产生的电能损耗较大，是建筑电气节能设计的关键环节，建筑电气系统的节能设计水平会对变压器的节能效果产生直接影响，在推动建筑行业可持续发展方面，有非常积极的作用。

3.2 变压器节能措施

3.2.1 设备选型

建筑电气设计中，设计人员需要结合电气系统中用电设备的实际需求，对变压器的型号进行选择，在保证电能输出稳定的基础上，选择具备良好节能效果的变压器设备。对照我国现行标准，S13 以上型号的变压器都属于节能型变压器，在能效等级与能效限定值等参数指标方面都能够很好地满足节能降耗要求。对市面上现有的变压器设备进行分析可知，节能效果最为理想的变压器产品是超导变压器和非晶合金变压器。非晶合金是一种非晶态材料，特殊的结构赋予了其突出的软磁特性，由其制作的变压器在运行中能够有效减少电能损耗。对比传统变压器，非晶合金变压器的空载损耗仅为20%～40%，节能效果十分明显。但是，非晶合金变压器成本较高，要将其应用到建筑电气系统中，必须考虑经济性，做好采购成本、运行成本和节能效果的全面分析，不能盲目选择[3]。

根据本研究结果可以认为，对脑卒中偏瘫患者给予的基于“生活重建”作业理念的出院指导效果明显优于传统康复训练方法的出院指导，差距主要来源前者对上肢功能的改善明显优于后者。因此基于“生活重建”作业理念给予出院指导对患者出院后的功能(尤其是上肢功能)改善更有使用价值。“生活重建”作业治疗理念的提出为脑卒中患者回归家庭和社会提供了一种新思路[19]，可广泛应用到脑卒中患者的社区及家庭康复中。

3.2.2 容量选择

设计人员必须对照建筑工程电气系统的荷载等级，对变压器的容量及数量进行选择，在充分满足电气系统稳定可靠运行要求的前提下，促进容量设计经济性的提高。从实际操作的角度，若建筑工程电气系统为三级负荷，可以只配备1 台变压器，若系统负荷达到二级或以上，需要至少配备2 台变压器。同时，需要结合建筑功能，做好动力负荷与生活负荷的合理区分。这样，才能最大限度地保障电气系统的稳定可靠运行。若建筑电气系统中存在不同计量等级的负荷，需要分别对变压器进行设计，若用电负荷处于关键节点，还必须设置专门、独立的变压器来保证供电稳定。确定变压器的数量后，设计人员可以借助总拥有费用（Total Owning Cost,TOC）法等计算方法计算变压器的经济容量，尽可能减少其空载损耗，提升节能效果。

3.2.3 运行优化

确定变压器的类型、台数和容量后，一般还会留出相应的安全余量来应对可能出现的安全隐患，而这种防范措施会引发变压器容量偏大的问题。另外，建筑电气系统运行中，用电负荷会在一定范围内波动，要求设计人员能够对变压器的运行方式进行优化，避免变压器轻载或过载而引发的电能损耗。可以依照建筑工程项目的规模和功能特点确定其对供电稳定性的实际需求，优化变压器配置，确定科学、经济的变压器运行方式，减少能源损耗[4]。

3.2.4 功率调控

功率因数是引发变压器损耗的核心因素之一，在建筑电气设计中，要求设计人员做好变压器功率因数的调控工作。

1）应提高自然功率因数。变压器在空载或轻载运行工况下，无功损耗会达到约20%，对自然功率因数的影响巨大，需要设计人员结合实际情况，切实做好变压器选型工作，适当提高自然功率因数，以改善变压器的节能效果。

3.2.5 谐波抑制

在建筑工程电气系统中，可以采用Dyn11 型变压器，这种变压器能够在绕组内建立谐波电流环流，对变压器两侧谐波电流的耦合传递作用进行防范，以此达到抑制谐波的目的。不仅如此，设计人员也可以借助专门的滤波器设备避免谐波进入电气系统中，同样可以达到抑制谐波，降低变压器损耗的目的。

4 结语

在建筑电气设计中，要最大限度地提升节能效果，设计人员必须结合建筑本身的功能需求以及电气系统的运行特点，对变压器进行合理选择，确定最佳的变压器运行方式，通过提高功率因数、设置无功补偿设备以及抑制谐波的方式，尽可能减少变压器运行中的电能损耗，提升变压器运行节能效果，以此来确保建筑电气设计目标顺利实现。