淺談建築電氣節能設計與綠色建築電氣技術研究與應用

王丹丹

星空体育彩票手机版下载官网最新   上海嘉定   201801

建築領域在建設期間和投入使用之後均會(hui) 消耗大量的能源與(yu) 資源，如果沒有做到節能措施的落實，出現資源與(yu) 能源浪費情況的可能性將會(hui) 加大。對於(yu) 建築工程而言，電氣係統設計與(yu) 建設在其中占據著關(guan) 鍵地位，對這項內(nei) 容進行優(you) 化能夠為(wei) 建設綠色建築目標的達成奠定堅實基礎。

基於(yu) 此，相關(guan) 主體(ti) 應當注重電氣節能設計內(nei) 容的落實，同時應用更加可行、更加可靠的綠色建築電氣技術，並在電氣係統之中的各個(ge) 部分做到有效應用。

對於(yu) 當前存在的大多數的建築物而言，配供電係統的供電水平和質量是能夠對一個(ge) 單獨的建築物內(nei) 部與(yu) 外部電氣係統的運行能否實現低能耗化、高效化和穩定化產(chan) 生直接影響的關(guan) 鍵要素，而對配供電係統供電質量產(chan) 生決(jue) 定性作用的因素則主要包含三個(ge) 方麵，即三相平衡、功率因數以及諧波含量。基於(yu) 此，在建築電氣節能設計之中，設計的主要內(nei) 容即為(wei) 這三項內(nei) 容。

所謂三相，指的是三相交流電源，亦可以將其理解為(wei) 三相交流電源或三相電線。三相電線即三根電線，也就是火線、零線和地線。三相交流電源指的則是由三個(ge) 相位依次互差 120 度的、振幅與(yu) 頻率均一致的交流電勢共同組成的電源。

現階段，三相是一種使用廣泛的多相交流電係統。在建築電氣節能設計之中，落實三相平衡是一個(ge) 至關(guan) 重要的組成部分。一旦電氣係統之中的三相處於(yu) 不平衡狀態，將會(hui) 引發一係列的不良後果，例如電機使用壽命大幅縮減、電機附加發熱與(yu) 振動、線路損耗等等。

因此，為(wei) 了能夠為(wei) 三相平衡提供保障，在實際開展建築電氣係統節能設計的過程中，應當做好如下幾方麵的工作：首先，在對建築物之中存在的各種用電設備進行 220V/380V 的三相係統設計接入時，要將三相平衡嚴(yan) 格執行下去，從(cong) 根本上避免三相負荷不平衡情況的產(chan) 生，做到高效治理；其次，針對電氣係統的實際功能展開更加深入且細致的劃分。

在此之中，建築物中的照明係統所接入的電網應當為(wei) 220V 的低壓電網用以供電。倘若電流不足 60A，在供電時也可以通過單向供電的形式，落實三相平衡供電的形式。倘若電流超過 60A，則需要通過 220V/380V三相四線製供電，始終保證三相平衡；為(wei) 了切實達成三相平衡，還需要將平衡裝置安裝在電氣係統之中。

從(cong) 物理學的角度來看，有功功率和實際功率的比值即為(wei) 功率因數，它是電壓與(yu) 電流之間相位差的餘(yu) 弦，功率因數為(wei) cos，用公式表示為(wei) SPcos（P 為(wei) 有功功率，S 為(wei) 實際功率）。

這是電力係統之中的重要技術數據之一，是用於(yu) 對電氣設備的效率高低進行衡量和評估的基本係數。如果功率因數較小，則表明電路用於(yu) 交變磁場轉換的無功功率較大，在這種情況下，線路供電損失將會(hui) 上升，基於(yu) 此，針對用電單位功率因數這一內(nei) 容，供電部門設定了相應的標準要求。對於(yu) 電氣節能設計而言，功率因數具備十分深刻的現實意義(yi) 。原因在於(yu) 建築物之中存在的電氣設備大部分為(wei) 感性負載，這也使得這些設備本身的功率因數往往保持在較低的水平。

此外，由於(yu) 存在無功功率，因此，若想避免不利影響的產(chan) 生，須得促使實際功率提升，以此實現功率因數的提升。在這種情況下，諸如變壓器和電動機一類設備的裝機容量將會(hui) 不斷增加。在提升功率因數的過程中，還需要進行無功補償(chang) 裝置的安裝，一方麵，這能夠達成電能資源損耗規模的減少，另一方麵，僅(jin) 將一些容量較小的變壓器和電動機配備在電氣係統之中即可以滿足實際的用電需求，並且還能夠在電氣係統之中實現一些小截麵導線的安裝。

在用電設備、供電係統、輸電係統和發電係統多個(ge) 要素的整體(ti) 作用之下，原本的 50Hz 正弦交流電在實際傳(chuan) 送至建築物的電氣係統之後，將會(hui) 出現一定的改變，出現一定量的諧波夾雜其中，這對於(yu) 電氣係統的安全運行而言是一種損害，並且還會(hui) 引發額外的電力能源損耗和浪費的情況。

舉(ju) 例來說，攜帶有諧波的電流將會(hui) 使得用電設備和線路出現發熱甚至是發燙的情況，比如變壓器過熱、線纜發燙等，而在這個(ge) 過程中，將會(hui) 浪費大量的電力能源，情節嚴(yan) 重時，還可能會(hui) 對建築物電氣係統功能體(ti) 驗帶來消極影響，比如電子元件被燒毀、跳閘頻率較高等等。所以，若想切實達成建築電氣係統節能設計，應當對諧波含量進行有效控製。

當前，在治理諧波時，常見的方法基本為(wei) 以下兩(liang) 類：首先，立足於(yu) 電網進行諧波治理，借助非線性負載設備的功能，促使電流中的諧波含量有效降低；第二，立足於(yu) 建築電氣係統之中存在的各個(ge) 處於(yu) 運行狀態的電氣設備，換言之，在開展建築電氣節能設計的過程中，對各項可能影響到電氣係統的因素進行綜合考慮，借助科學計算的形式，充分控製保證電氣設備正常運行的供電係統中的諧波含量，使之處於(yu) 安全範圍，減少電能損耗。

現如今，可再生的清潔能源已經成為(wei) 綠色建築建設期間廣泛應用的能源類型。在此之中，作為(wei) 一種獲取難度低、應用效果好、成本投入少的清潔能源，太陽能在綠色建築之中實現了大麵積的應用。將太陽能技術應用到建築電氣係統之中同樣可以發揮良好作用。太陽能本身屬於(yu) 自然能源的一種，具備可再生和清潔的特征，將其作為(wei) 一種綠色建築電氣技術加以應用時，主要是使用太陽光進行發電，同時還能夠作為(wei) 加熱水的能源，將原本使用電能加熱水時消耗的一部分電能進行有效節約，這充分展現了太陽能技術綠色節能的優(you) 勢。

為(wei) 此，需要在建築物之中進行太陽能發電係統和太陽能熱水器裝置的安裝，對自然資源進行充分利用。在未來的發展中，相關(guan) 領域的研究人員需要在開發利用太陽能技術之中投入更多的努力，探尋更加高效、更加科學的太陽能資源利用方式。

光伏建築一體(ti) 化技術在應用到建築物中之後，其本身的優(you) 勢十分明顯，即其在應用過程中不會(hui) 產(chan) 生附加的汙染物質，能夠發揮可觀的節能環保效果。在一定程度上，光伏建築一體(ti) 化技術能夠將傳(chuan) 統電能加以取代，通過相應的發電裝置的安裝能夠為(wei) 建築物提供更加清潔的能源。在應用這一技術時，設計人員可以與(yu) 建築物自身的功能需求和實際使用特點進行有機結合，進行獨立形式或並網形式的光伏發電係統的設計，同時在太陽能電池組的幫助下，將太陽輻射轉變為(wei) 供建築物使用的電能資源，這也意味著建築物中各個(ge) 電氣設備的穩定運行能夠獲取到更加清潔的無汙染能源的支撐，落實節能減排。

在應用建築能耗監控技術之後，能夠實現跟蹤並監控建築物內(nei) 部各種電氣設備實際能源消耗情況的目標。依托於(yu) 專(zhuan) 業(ye) 技術人員和係統的支撐，可以根據實際情況調控建築物內(nei) 部的光源係統，不僅(jin) 如此，借助高級傳(chuan) 感器裝置，還能夠實現自動化控製建築物內(nei) 部照明設備明暗程度的目的，在一定程度上，還可以按照實際使用需求，控製建築物中的電梯等多種類型的電氣設備。不過，我國當前還未實現建築能耗監控技術的廣泛應用與(yu) 普及，僅(jin) 在一些商業(ye) 場所中實現了應用。

（1）動力係統中綠色節能技術的應用

電動機是支撐家用電器設備和大型電力設備可以始終維持在正常運行狀態下的關(guan) 鍵要素，同時，它也是動力係統的重要組成部分。通常情況下，確保電動機的穩定、可靠運行需要大量的電力能源作為(wei) 支撐，基於(yu) 這種情況，在落實建築電氣節能設計的過程中，須得針對電動機展開相應的設計，從(cong) 而實現電力能源損耗規模的充分縮減。

在這個(ge) 過程中，第一，需要確保動力係統中選用的電動機足夠合理，盡量選擇一些效率較高的電動機設備，同時不斷優(you) 化電動機控製形勢，很大限度的降低電動機處於(yu) 空載和負載狀態下損耗的電力能源，實現電動機運行質量和效率的提升；第二，需要確保動力係統中選用的電動機設備的使用型號足夠合理，設計人員應當在與(yu) 建築工程電氣設備的具體(ti) 使用需求和環境進行有機結合的基礎上，分析並評估電動機的符合要求，基於(yu) 不同使用型號電動機的負荷特點，同時充分遵循經濟性選擇，確保選用的電動機可以在滿足使用需求的前提下，消耗少的能源。

電力是保障建築工程項目規劃和建設順利落實的關(guan) 鍵所在，不過，在研究實際情況之後可以發現，由於(yu) 電氣設備依舊存在相應的問題，難以與(yu) 節能的要求相匹配，這也意味著可持續發展目標無法實現。在實際開展建築電氣節能設計過程中，照明設計是其中的重要一環，為(wei) 了確保這一部分能夠切實做到節能環保，設計人員應當借助有效手段對自然光進行很大限度的利用，將人造照明的使用時間盡可能地縮短。與(yu) 此同時，建築物中所使用的照明燈具也應當盡可能地選擇節能燈具，從(cong) 而實取得過效控製照明過程中消耗電能的目的。

此外，還可以與(yu) 建築物中各個(ge) 功能區的實際特點進行深度融合，確保設計的照明係統能夠滿足相應區域的實際使用需要。值得一提的是，在設計建築照明方案之時，需要科學利用一些具備較高光通量的照明燈具，提升整體(ti) 光能利用率。

為(wei) 了與(yu) 當前我國的生態文明建設理念相契合，在進行建築電氣節能設計的過程中，應當與(yu) 新形勢所提出的現實要求進行充分結合。就現階段建築電氣設計的情況來看，在應用自動控製時還存在著一定的問題和缺陷，比較典型的一項表現即為(wei) 空調係統和供暖通風係統在實際應用期間存在能源消耗規模較大的現象，暖通空調是建築物中能源損耗嚴(yan) 重的一個(ge) 方麵。

基於(yu) 這種情況，應當嚴(yan) 格控製建築工程項目中包含的暖通係統，這能夠直接影響到節能環保目標的落實效果。

為(wei) 此，開發人員應當與(yu) 低電流工程師展開緊密合作 ， 逐 步 改 良 HVAC （ Heating Ventilating Air Conditioning）接口，通過智能接口的應用準確監測並分析風速和空調溫度等內(nei) 容。同時，在空調接口之處，還應當進行低電流傳(chuan) 感器的安裝，從(cong) 而做到監督和控製能源消耗的實時化，達成節約能源的目的。

安科瑞電氣具備從(cong) 終端感知、邊緣計算到能效管理平台的產(chan) 品生態體(ti) 係Acrel-EMS企業(ye) 微電網能效管理平台通過在企業(ye) 源、網、荷、儲(chu) 、充的各個(ge) 關(guan) 鍵節安裝保護、監測、分析、治理裝置，用於(yu) 監測企業(ye) 能耗總量和能耗強度，重點監測主要用能設備能效，保護企業(ye) 運行安全可靠，提高企業(ye) 能效，為(wei) 企業(ye) 的能效管理提供科學、精細的解決(jue) 方案

適用於(yu) 軌道交通，工業(ye) ，建築，學校，商業(ye) 綜合體(ti) 等35kV及以下用戶端供配電自動化係統工程設計、施工和運行維護。

AcrelEMS企業(ye) 微電網能效管理平台，采用B/S架構，集成Acrel-1000變電站綜合自動化係統與(yu) Acrel-2000Z電力監控係統，企業(ye) 微電網能效管理平台實現了從(cong) 35kV配電到0.4kV用電側(ce) 的整體(ti) 監控，提供變電站綜自係統，電力監控，電能質量監測，電氣保護，電能統計。對企業(ye) 的用電管理起到的幫助。

係統提供低壓配電監測大麵板，提供變電站和光伏電站運行情況展示，通過地圖顯示各電站具體(ti) 位置，並展示目前告警數目和具體(ti) 信息。

係統提供35kV/10kV一次係統圖展示全站電氣主接線圖（支持縮放方式）包括顯示設備運行狀態、各主要電氣量(電流、電壓、頻率、有功、無功)等的實時值。

展示單個(ge) 變電站運行狀況，並提供係統一次圖。

變電站基礎信息維護，包括變壓等級，裝機容量，申報需量，變壓器數量等。

提供變電所實時負荷曲線查詢，數據實時刷新。

提供變電站分時段用電今日昨日對比柱狀圖。

提供低壓側(ce) 係統一次圖，數據實時刷新。

提供直流屏遙測數據，一/二路交流電壓監測。

展示所選變壓器實時負載率，頻率，三相電壓電流，三相繞組溫度，電壓/電流不平衡度。提供負載率、有功功率、無功功率曲線。如圖7.3.6所示。

數據實時刷新，響應迅速。

支持三相功率曲線同時展示。

提供電能質量檢測儀(yi) 所采集數據，如電壓值，偏差率，諧波畸變率，電流值，分相功率，總功率等。如圖所示。數據實時刷新，響應迅速。

通過柱狀圖展示電能質量檢測儀(yi) 諧波和間諧波各頻譜。如圖7.4.3所示。

監控係統通過通信管理機實時采集模擬量、狀態量等信息量；通過公共接口設備接受來自其他通信裝置的數據，具有單獨配置通信采集點信息的模塊，不與(yu) 數據庫等其它部分相關(guan) 聯，並獨立運行。

對所采集的實時信息進行數字濾波、性檢查，工程值轉換、信號接點抖動、刻度計算、人工置入等加工。從(cong) 而提供電流、電壓、有功功率、無功功率、功率因數等各種實時數據，並將這些實時數據帶品質描述傳(chuan) 送至站控層和各級調度。

數據庫分為(wei) 實時數據庫和曆史數據庫，實時數據庫存儲(chu) 監控係統采集的實時數據，其數值根據運行工況的實時變化而不斷更新，記錄被監控設備的當前狀態；曆史數據庫對於(yu) 需要長期保存的重要數據將存放在曆史數據庫中。提供通用數據庫，記錄周期為(wei) 1min、5min、30min、60min任意調節。曆史數據實現在線滾動存儲(chu) 5年，無需人工幹預。所有的曆史數據轉存到光盤或磁帶等大容量存儲(chu) 設備上作為(wei) 長期存檔。對於(yu) 狀態量變位、事件、模擬量越限等信息，按時間順序分類保存在曆史事件庫中，並保存10年，以供查詢。

操作員對需要控製的電氣設備進行控製操作。監控係統具有操作監護功能，允許監護人員在操作員工作站上實施監護，避免誤操作。

原則上間隔層控製和設備就地控製作為(wei) 後備操作或檢修操作手段。為(wei) 防止誤操作，在任何控製方式下都需采用分步操作，即選擇、返校、執行，並在站級層設置操作員、監護員口令及線路代碼，以確保操作的性和正確性。對任何操作方式，保證隻有在上一次操作步驟完成後，才進行下一步操作。同一時間隻允許一種控製方式。

納入控製的設備有：

a） 35kV及以下斷路器；

b） 35kV及以下隔離開關(guan) 及帶電動機構的接地開關(guan) ；

c） 站用電380V斷路器；

d） 主變壓器分接頭；

e）繼電保護裝置的遠方複歸及遠方投退連接片。

具備全站五防閉鎖功能。具有防止誤拉、合斷路器；防止帶負荷拉、合開關(guan) ；防止帶電掛接地線；防止帶地線送電；防止誤入帶電間隔的功能。

配置獨立於(yu) 監控係統的專(zhuan) 用微機五防係統。遠方操作時通過專(zhuan) 用微機五防係統實現全站的五防操作閉鎖功能，就地操作時則由電腦鑰匙和鎖具來實現，同時在受控設備的操作回路中串接本間隔的閉鎖回路。專(zhuan) 用微機五防係統與(yu) 變電站監控係統共享采集的各種實時數據，不獨立采集信息，采用相互通信的間隔層測控裝置實現。

儀(yi) 表通訊狀態主要用於(yu) 監測目標站點的儀(yi) 表設備數據是否正常交互、是否有離線發生、何時離線與(yu) 數據交互中斷的持續時間等內(nei) 容，為(wei) 用戶初步判斷設備通訊提供依據。

網關(guan) 通訊狀態主要用於(yu) 監測目標站點的網關(guan) 設備數據是否正常交互、是否有離線發生、何時離線，為(wei) 用戶初步判斷網關(guan) 通訊提供依據。

綜上所述，對於(yu) 建築電氣係統這一建設內(nei) 容而言，設計工作在其中承擔著前期規劃的職責，為(wei) 了能夠切實實現節約能源、降低損耗的目的，做到建築電氣節能設計工作。

現如今，在人們(men) 逐漸樹立起生態環保理念的背景之下，建造綠色建築已經成為(wei) 建築領域發展的一項重點，而節能即為(wei) 綠色建築的一項硬性指標。為(wei) 了切實滿足這項要素，建設人員應當注重多種節能設計內(nei) 容和綠色建築電氣技術的應用，同時在多個(ge) 方麵之中做到綠色節能技術的充分應用，促使建築物真正成為(wei) 節能、環保的新型綠色建築。