（中土集团福州勘察设计研究院有限公司，福建，福州，350013）
【摘 要】随着我国社会和经济的发展进步，人民的生活水平不断提高。建筑产业在我国经济发展的带动下亦不断进步，建筑技术和工艺也更加先进。大众对于建筑的使用功能和绿色节能都有着更高的要求，这就要求在工程建设的过程中，优化设计各种建筑设施，将环保节能理念贯穿设计全过程。电气节能是建筑节能的重要组成部分，在设计过程中应采取有效的电气节能措施，提高电能利用效率，大幅减少建筑能耗，满足建筑绿色节能的要求。
【关键词】超高层；建筑；电气节能；设计要点
引言
社会的进步和经济的快速发展导致我国资源能源的使用量与日俱增，并且在发展的过程中对我国的生态环境造成了一定程度上的破坏，相关报道指出，我国当前建设工程的资源能源消耗量大约占据全国消耗量的四分之一，而建筑电气能耗占比约为七分之一，并且这个占比还在日益增加。超高层建筑是耗能大户，其照明、空调、电梯和给排水等设备需消耗大量的电能，占用资源量巨大，因此，针对超高层建筑开展电气节能设计就非常有必要，效果明显，应用潜力巨大。下文针对超高层办公楼建筑的电气节能设计进行具体分析探讨。
一、工程概况
某建筑工程是超高层办公楼建筑，其总建筑面积为156963平方米，包括地上总建筑面积为112032平方米，地下总建筑面积为44931平方米。本建筑的组成部分为主楼和副楼，其中包括2层地下建筑。其中主楼大多为办公用途，总建筑高度为252米，层数为52层。主楼的1层至18层为某公司的办公用房，19层至32层进行对外招商，33层至50层为某大型公司办公使用，51层和52层为某集团的临时办公场所。其中10层、22层、41层为避难层。副楼中主要含有用于出租的各种场地和场所，办公楼中的工作人员餐厅，以及大型演讲报告厅，总建筑高度为25.21米，共有6层。
二、电气节能设计原则
电气节能设计需要满足建筑物本身的功能，不能以损害和限制其使用需求，降低建筑安全性为代价，亦不可仅为节能而节能，盲目增加固定投资。因此，在进行电气节能设计时应遵循下述原则：
（一）满足建筑的功能需求
在进行电气节能设计时，应充分考虑建筑工程的实际情况和对使用功能的需求，例如，与建筑外观统一协调，满足通风、供暖等工艺要求，符合客户对照明设施布置和房屋亮度舒适度的要求，确保电能使用的安全性等。
（二）遵从经济性原则
节能设计通常需采用具有针对性的节能工艺并选择相应的施工设施，会在一定程度上增加建筑的工程造价成本。节能设计应当考虑实际的经济效益，不能因采用节能技术而大幅增加工程建设投资，需综合评估所增加投资的回收期。
（三）采用先进技术和工艺
超高层办公楼建筑进行电气节能设计过程中，应充分考虑选择节能技术成熟度较高的设备和材料，尽量使用先进的电气节能工艺，符合节能技术的先进性标准。
三、电气节能设计要点
（一）变配电所位置的选择
超高层建筑楼层数量多，建筑高度高，负荷分布广泛，通过变配电所的合理设置，可以降低线路损耗和节约运营成本，同时减少工程的一次投资。本工程变配电所的分布均靠近主要的负荷中心，合理控制低压供电半径，有效缩短了低压电缆长度。大楼变配电所分布位置和主要供电范围见表1所示。
（二）变压器设备的选择
变压器设备的选择，其目的是降低损耗，提高运行效率。变压器的损耗包括有功和无功两部分，有功损耗中的铁损是固有的，与负荷大小无关，铜损则与负载率相关。无功损耗相比有功损耗而言要大得多，因此在高压侧应考虑进行无功补偿。在设计过程中，应综合考虑外部电源条件、负荷性质和容量、运行方式等因素，对变压器能效和技术经济进行评价，合理选择设备。
1、合理选择变压器容量
设计过程中，应对建筑物各类负荷进行分类和计算，合理分配负荷，根据负载率情况选择容量和负荷匹配最佳的变压器。当变压器的负载率处于最佳时，设备的损耗最小，运行的效率最高。变压器的负载率一般为其额定容量的70%~75%为宜，最高不宜超过85%。
2、合理选择变压器数量
对于季节性或运行工况变化较大的负荷，如采暖、空调等大型用电设备可以设置两台及以上的专用变压器供电，在负荷变化的过渡期满足经济运行的原则进行灵活投切，根据实际需要投入运行的变压器，避免变压器空载或长期轻载运行造成的损耗增大。
3、选用节能型变压器
一般情况下，各类变压器的总损耗在电力系统总损耗中的占比可达约25%，节能变压器采用优质材料和先进制造工艺，具有低损、高效、重量轻、抗冲击等优点。相较于普通类型的变压器，节能型变压器在节电和减少损耗进而降低运行费用方面有显著效果。
（三）供配电线路功率损耗的控制
超高层建筑供配电线路导线距离长，布线繁琐，因导线电阻的存在使电能在传输时产生损耗，从而造成了电能输送过程中的浪费。三相线路中有功功率损耗公式如下：
式中：△PL--有功功率损耗，kW；
IC--计算相电流，A；
R--每相线路电阻，Ω，R=rl；
r--线路单位长度的交流电阻，Ω/km；
l--线路计算长度，km。
由式中可以看出，在计算电流一定的情况下，降低导线电阻才能够减少功率的损失。导线的电阻与其长度和电阻率成正比例关系，与导线的横截面积成反比例关系。对此提出以下几点措施。
1、减少导线的总长度
导线敷设过程中，应避免配电线路弯绕，尽可能以直线形式布线，缩减用电设备与配电装置间的供电距离，降低导线电阻，减小线路损耗，从而降低电能损失。
2、增大导线截面
导线截面的选择在符合线路载流量、热稳定性能、与配电系统保护的配合以及电压损失等规定的基础上，适当考虑放大一级导线的截面，可有效减少电能损耗。但增大导线截面会导致投资增加，需进行相应的经济性分析，假定增加的费用为M，节能而降低的年运行费为m，M/m即为回收年限，若回收年限较短且小于设备使用寿命，那么适当增加导线截面的措施是可行的。
3、采用电阻率较小的材质
选择导线时，应选用电阻率较小的材质，一般采用铜芯线，能够大幅减少电能在导线中的功率损失。
（四）动力系统的节能措施
为维持超高层建筑的正常运转，一般都配备有电梯、空调、水泵等动力系统，设备数量多，容量大，有较大的节能空间。动力系统节能首先需要满足工艺运行的要求，在此前提下尽量降低电动机设备的电能损耗，提高电能利用效率。
1、电动机的选择
通常情况下，电动机的负载达到其额定负载的四分之三以上时，才能够使其内部的损耗得到控制。所以，在进行电动机选用时应采用高效节能型设备，同时，根据负载的特性和电机的工作环境，选择互相匹配的设备，提高运行效率，降低损耗。虽然这种情况会为工程造价成本增加负担，但是高效设备会在后期的使用过程中节约能源消耗，进而降低运营费用。
2、启动方式的选择
采用科学合理的启动方式也能够在一定程度上减小电动机的功率损耗。对于小容量的电动机设备可以采用直接启动的方式，除此以外应尽量不予采用。对于容量较大的电动机，运用降压的方式进行启动能够减少启动过程中的能量损耗。随着变频技术的成熟，变频启动方式在电动机启动中的运用越来越广泛，变频调速技术具备调速范围广、效率高等优点，可有效减少电动机轻载和空载运行的情况，提高设备效率，从而达到节能效果。
3、无功补偿
建筑电气系统中的电动机等用电设备具有电感，运行过程中会产生滞后的无功，影响系统效率。提高系统的功率因数，可以从整体上降低无功损耗，提高变压器输出功率。采用功率因数超前运行的电动机设备，对供配电系统采用集中补偿与就地补偿相结合的方式装设静电电容器等无功补偿装置进行无功补偿，提高功率因数，达到供电部门的要求。
（五）照明系统的节能措施
高层建筑中照明设施多，量大面广，照明系统的能耗占15%~30%左右，节能潜力不容忽视，照明节能设计是建筑电气设计的一项重要内容。
1、充分利用自然采光
在进行照明设计的过程中，设计人员应与建筑专业密切配合，在靠近室外处的建筑部分增大开窗面积，采用透光率好的玻璃，充分利用自然采光，同时，与室内人工照明进行有机结合，以达到节约电能的目的。
2、采用高效光源和灯具
根据国家标准GB50034-2013《建筑照明设计标准》的规定，确定不同场所对照度、功率密度、显色性、灯具效率等方面的要求，合理选用高效节能光源和反射系数高、配光特性稳定的灯具。一般办公、会议等场所采用三基色细管径双端荧光灯或紧凑型荧光灯，配用电子镇流器。对于高空间的场所尽量采用小型金属卤化物灯，配用节能型电感镇流器。装饰照明、公共走道等区域的照明则尽量采用高光效的LED灯。
3、选择合理的控制方式
对建筑照明设备的控制方式进行合理选择能够提高电能的使用效率，有效减少电能浪费。选择控制方式时，应避免大量照明设备采用一个开关控制，应做到分区域控制，并按照不同场所的需求进行优化。楼梯间、走道等位置的灯具合理分组，采用声控开关或节能自熄开关控制。在地下车库等一些大空间公共场所设置集中控制方式，实现节能设计的目的。
四、结语
超高层建筑的节能空间很大，电气节能贯穿于工程建设和后期运营管理的全过程，是一项技术专业性强的系统性工程。电气设计人员应精心考虑工程设计，基于安全、可靠地原则，在满足功能需求的前提下，从技术和经济方面反复比较设计方案，选择行之有效、切实可行的节能技术措施，从而真正实现节约能源的目的。
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论文作者:丘燕飞
论文发表刊物:《工程建设标准化》2016年2月供稿
论文发表时间:2016/5/27
标签：节能论文; 导线论文; 建筑论文; 变压器论文; 电能论文; 电气论文; 设备论文; 《工程建设标准化》2016年2月供稿论文;