超高层建筑电气设计节能探究

陈晓盟　李坦

摘要：随着中国城市化进度的突飞猛进，超高层建筑的数量也在急剧增加。由于超高层建筑楼层多、人员密集、负荷相对较大，对于电气设计中的节能要求更高。

关键词：超高层;电气设计;节能技术

超高层电气设计原则主要包括节能性和安全可靠性。

针对节能性原则而言，随着发展与生态之间的矛盾日益激烈，环保节能已经成为我国社会发展的方向和趋势，因此超高层建筑电气设计也需要遵循节能原则。除节能建筑表面上减少电能外，灯具可以采用节能荧光灯，水泵、空调风机等可以采用合理的变频控制设计，进一步提高节能效果。

而针对安全可靠性原则来说，在设计过程中，不仅需要注意电气安全，而且还需要保证建筑物供电的可靠性。优先考虑将电气系统变配电房设置在楼宇中央的位置，以减少电量的损耗。同时还可以设置柴油发电机组，保障整栋建筑的持续供电。

1 建筑变配电房设置节能原则

1.1 变配电房位置的选择：建筑高度高是超高层建筑最主要的特点，设计人员必须重点考虑电气设计的供电半径。低压出线柜到末端配电箱的最佳长度应该控制在120米以内，最远不宜超过150米，同时还需满足压降的要求。150米以上的超高层建筑宜在上部避难层设置相应变配电房供150米以上建筑用电，以控制供电距离，减少线缆上的损耗。因此避难层除应满足避难区域面积、设备机房等条件外，还应考虑变配电房设置的条件。

1.2 变压器的经济运行：分析计算变压器经济运行，常用的技术参数有四个：空载电流、空载损耗、短路电压及短路损耗。空载损耗及短路损耗主要反应变压器的有功损耗，空载电流及短路电压反应变压器的无功损耗。根据变压器有功损失和损失率的负载特性，当变压器的铜损耗等于铁损耗时，变压器的损失率达到最低。一般变压器的铁损耗/铜损耗=1/4～1/3之间，由于变压器的铁损耗是由设备出厂确定，我们可以通过调整负载使铜损耗尽可能的等于铁损耗，最低损失率大体发生在变压器负载率为0.5～0.6时。因此负荷计算选择变压器时，应将变压器的负载率尽可能控制在0.5～0.6。考虑到变压器实际运行时计算有功负荷会有所下降，在工程设计中变压器负载率一般会控制在0.65～0.85。

1.3 变压器的选择：在满足国家规范及供电行业标准的前提下，优先选用节能型变压器（如：SCR（B）H13等型），节能型变压器具有损耗低、重量轻、噪音低、效率高、抗冲击、节能显著特点。

2 建筑物设备的节能原则

在超高层建筑中主要用电设备包括：通风空调系统、给排水系统、电梯系统、建筑物能耗监测及建筑设备监控管理系统等。

2.1 通风空调系统：在超高层建筑中，中央空调系统电能消耗约占建筑物总电能消耗的50%，且空调负荷属于季节性负荷，采用独立变配电房供电更加合理和节能;中央空调系统中冷冻主机、冷冻泵、冷却泵等宜采用变频设备，能随季节气温变化自动调节负载从而降低输出有功负荷达到节约电能的效果。

2.2 给排水系统：给水系统可以通过对水箱不同液位的监测自动控制启停给水泵，避免水资源的浪费。另外可以设置恒压变频给水系统控制，由压力测量变送器测量水管出口压力，控制水泵的启停，调节给水泵的转速，以保持供水压力的恒定。

排水系统可以根据集水井高低液位，超高、超低状态报警，自动控制相应排水泵的启停，监视水泵的运行、故障及手/自动状态。

2.3 电梯系统：电梯采用群控控制方式，控制电梯运行状态、故障报警、楼层显示。当人员流动量不大时，将闲置客梯停止运行，关闭灯和风扇、限速运行，进入节能运行状态;当人员流动量增大，陆续启动闲置客梯;电梯宜选用无齿轮电梯、能源再生电梯等高效节能电梯。

2.4 建筑物能耗监测及建筑设备监控管理系统：

2.4.1 能耗监测系统是对公共区域分项能耗计量装置，采用远程传输等手段及时采集能耗数据，实现重点区域能耗在线监测、动态分析功能的硬件系统和软件系统。其中，分类能耗主要是指如：用电量、用水量、用气（汽）量等。分项能耗是指根据各类能源的主要用途划分进行采集和整理的能耗数据，例如，电量分项能耗应当包括：照明插座用电、空调用电、动力用电、特殊用电。

2.4.2 在各变配电所低压配电柜内各个用电主（备）回路设计量点。在地下室及各单体楼层内动力、照明、水泵、电梯等现场设置总配电箱计量点，预留通讯端口。

2.4.3 能耗数据采集方式包括人工采集方式和自动采集方式。通过人工采集方式采集的数据包括建筑基本情况数据采集指标和其它不能通过自动方式采集的能耗数据，如建筑消耗的煤、人工煤气等能耗量。通过自动采集方式采集的数据包括建筑分项能耗数据和分类能耗数据，由自动计量装置实时采集，通过自动传输方式实时传输至数据中心。

2.4.4 数据中心接收并存储其管理区域内监测建筑的能耗数据，并对其进行处理、分析、展示和发布。

2.4.5 能耗监测系统以计算机、通讯设备、测控单元为基本工具，为公共建筑的实时数据采集、开关状态监测及远程管理与控制提供了基础平台。它可以和检测、控制设备构成任意复杂的监控系统。

2.5 电动机的节电措施：

交流电动机通过控制其端电压、转速、转矩、功率因数、传动效率节能。直流电动机通过控制其输出转矩、电压、速度节能。

异步电动机采用调压节能措施时，需经综合功率损耗、节约功率计算及启动转矩、过载能力的校验，在满足机械负载的条件下，使调压的电动机工作在经济运行范围内。在安全、经济合理的条件下，异步电动机宜采取就地补偿无功功率，提高功率因数，降低线损。

在新建项目中，应选择高效节能的电动机。当系统短路容量或变压器容量相对较小时，大容量交流异步电动机宜采用恒频变压软启动器启动，改善启动特性。在电动机空载或轻载时可根据功率因数的大小，控制导通角，提高功率因数，达到节电效果。

3 建筑物照明设备的节能原则

3.1 照明设计节电的方法有：

3.1.1 减少点灯时间。加强管理工作，在无人使用时，应能及时关灯;增设照明灯的开关，每个照明开关控制灯的数量不要过多;应尽量采用调光器，定时开关、节电开关等控制电气照明;室外景观照明系统为防止白天亮灯，可采用光电控制器代替照明开关。

3.1.2 减少供电线路的损失。照明电源线路应尽量采用三相四线制供电，来减少电压损失，三相照明负荷应尽量对称;选择功率因数高的镇流器，以减小线路损失;应当使电气照明的工作电压保持在允许的电压偏移范围之内，在采用气体放电光源较多的场所，应采用补偿电容提高功率因数。

3.1.3 采用高效光源、燈具。按工作场所的条件，采用不同种类的高效光源：不宜采用效率低于70%的灯具，一般装有遮光栅格的灯具效率不宜低于55%;合理选用非对称光分布灯具改善视觉条件，获得较高的效能;选用变质速度较慢的材料，以减少光能衰减率。

3.1.4 选用合理的照明方案。当条件允许时，在有空调设施的房间应采用照明空调组合系统;根据使用场所的不同，分区设置一般照明和混合照明。应严格控制照明用电指标，优选光通利用系数较高的照明设计方案，不允许采取降低推荐照度来节能。

4 结语

总之，在超高层建筑电气系统中，最为核心的节能部分就是变配电房位置选择、空调系统的运行、照明系统控制等。通过对以上这些方面的合理设计和选择，才能有效节约电能的损耗。

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