基于高层建筑电气节能设计要点探究

韩燕东

摘要：近年来，随着我国经济快速发展，各大城市高层建筑迅速崛起，能源的消耗急剧增加，能源危机迫在眉睫。所以，实现高层建筑节能的目标意义重大。文章通过笔者多年的工作经验，阐述了高层建筑建筑电气设计原则，在此基础上，针对高层建筑电气节能设计要点进行了探讨与研究，从中通过采用合理的节能设计方法，有效地减少高层建筑的能源消耗，以实现建筑的可持续发展目标。

关键词：高层建筑；电气设计；原则；节能设计

1前言

高层建筑具有有建筑面积大、建筑层数多、功能复杂和结构比较复杂等特点，其中包括大量的动力设备、电气设备、复杂的照明系统以及完善的消防安全系统，对电气功能要求比较高。由于商业场所自身的特点，其对电能的消耗量相当大，节能潜力也很大。因此，做好高层建筑电气节能设计工作具有重要的研究意义。

2 高层建筑电气节能的重要性

随着建筑业的迅速发展，高层建筑对能源的需求迅速增长，而高层建筑中消耗的能源大部分都是以电能的方式消耗的。一直以来，人们只是盲目用电，电气设计人员只是按照前人的经验来选照明、动力和电源等设备，很少考虑节电。待工程竣工后，运行期间出现一些多余的能耗，也只能任其存在。因为无法做出有效的定量分析，也就无法找到一种让人信服的解释，再加上普通的单位没有认识到我国一直处于能源匮乏的状态，也就忽视了优选节能设施，以致造成能源严重浪费的后果。近年来，多个省份出现拉闸限电才暴露了问题的严重性。如果形势继续恶化，将进一步加剧能源匮乏问题对人们生活和经济发展的影响，因此，在能源日益短缺的今天，高层建筑电气的节能显得尤为重要。

3 高层建筑电气节能设计原则

随着经济的发展和城市人口的增多，高层建筑的建设还加大了能源的浪费，建筑电能消耗惊人。高层建筑电气设计人员在做好电气设计的同时，还要将节能原则贯彻到电气的设计中。

（1）电气节能要满足建筑使用功能的要求，满足建筑的日常照明、室内温度、通风量，确保建筑上下通道的畅通和电气娱乐设施的用电。

（2）电气设备设计要考虑经济因素，实现电力运行和电气节能之间关系的协调，提高建筑运行的整体效益。

（3）节省无谓消耗的能量。高层建筑电气节能主要是避免不必要电能的消耗。首先找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物功能无关的，再考虑采取什么措施节能 如变压器的功率损耗，传输电能线路上的有功损耗都是无用的能量损耗，而量大面广的照明容量，宜采用先进技术使其能耗降低。因此，高层建筑节能设计应贯彻实用、经济合理、技术先进的原则。

4 高层建筑电气节能设计要点

4.1 变电所位置的选择

高层建筑因为楼层多，负荷分散，为保证配电干线最大电压降不超过允许值，减少电能损耗，降低大截面电缆用量，变配电室的位置选择十分重要，应尽量靠近负荷中心，一般变电所的位置有以下几种设置方式：（1）将变压器设在地下室或辅助建筑物内；（2）在地下室内和最高层设置变压器；（3）分别在地下室、最高层和中间层设置变压器；（4）仅在中间层设置变压器；（5）主变压器分设在底层与上部各层。究竟采用何种方式，除了考虑经济、设备条件和施工方便等因素外，还要考虑经营和管理因素。

4.2 变压器节能

变压器节能的实质就是降低其损耗、提高其运行效率。变压器运行中的铁损、杂散损耗是固有的，而铜损是随载率的平方而变化，变压器节能措施主要有：1）合理选择变压器容量和台数，选择容量与电力负荷相适应的变压器，对负荷进行合理分配，使其工作在高效低耗区内。2）选用节能型变压器。节能变压器具有损耗低、重要轻、噪声低、效率高、抗冲击、节能显著等优点，设计时应首选高效低损的节能变压器。3）加强运行管理，实行变压器经济运行。电力用户内部变电所之间宜设置联络控制，在负荷变化情况下，及时投入或切除部分变压器，防止变压器轻载和空载运行，从而减少损耗。

4.3 提高系统的功率因数

提高系统的功率因数，减少无功在线路上传输，以达到节能的目的。线路损耗的公式展开后得下列计算式：

△P=3IФ2R×10-3=（RP2/UL2+RQ2/UL2）×10-3kW。

式中：UL——线电压，V；P——有功功率，kW；Q——无功功率，kVA。前项 RP2/UL2 为线路上传输有功功率而引起的功率损耗，后项 RQ2/UL2 为线路上传输无功功率而引起的功率损耗。有功功率是满足建筑物功能所必须的，因此是不可变的。系统中的用电设备，如电动机、变压器、线路、气体放电灯中的整流器都具有电感，会产生滞后的无功，需要从系统中引入超前的无功相抵消，这样超前的无功功率就从系统经高、低压线路传输到用电设备，在线路上就产生了有功损耗，而这部分损耗是可以改变的，可通过就地无功补偿来实现。

4.4 电动机在运行中的节能

在高层建筑电气中的电动机都是与暖通、给排水、建筑等工种的设备相配套，由设备制造厂商统一供应。因此，其节能措施只能贯彻在运行过程中，除了上述的用就地补偿电容器以减少线路由于输送超前无功而引起的有功损耗外，还应减少电机轻载和空载运行。因为，在这种情况下，电机的效率是很低的，消耗的电能并不与负载的下降成正比。

4.5 降低线路电能的损耗

线路电能损耗也是高层建筑电能损耗的重要方面，设计人员要重视线路上的电能损耗，按照发热条件、電压损失和机械长度来进行低压线路截面选择，减少线路损耗，选用电阻率比较小的材质作为线路导线，包括铜芯导线和铝线。在设计的过程中应该尽量的减小导线程度，布线应该避免走弯路和回头路，变压器应该和负荷中心靠近，缩短供电的距离，减少线路电能损失。此外，设计人员在设计的过程中，还应该尽量的增大导线截面，较长的线路要满足热稳定、电压要求以及载流量，在减少线路损耗的基础上降低火灾系数，提高建筑供电质量。

4.6 照明系统的节能

设计人员应该尽量的选用高效光源，室内场所照明可以使用小功率高压钠灯和荧光灯，室外照明和道路照明可以使用高压钠灯和金属卤化物灯，气体放电灯和荧光灯要安装电容器。设计人员可以采用光通比例高、反射系数高和配光特性稳定的灯具，照明方案要要进行合理的设计，充分的利用自然光，在建筑中尽量使用定时开关、节电开关和调光器，建筑室外照明可以采用光电控制器，插座面板上尽量设置开关控制，实现节能。

5 结语

综上所述，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。而高层建筑的节能潜力很大，应在设计中精心考虑。但是在选用节能的新设备上，应具体了解其原理性能效果，从技术经济上进行比较后，再选定节能设备，以达到真正节能的目的。

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