劉宇

深圳市市政設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣東 深圳 518029

在城市化發(fā)展進(jìn)程中，高層建筑的數(shù)量越來(lái)越多，高層建筑的高能耗也成為了建筑施工和使用中需要解決的重要問(wèn)題，節(jié)能環(huán)保理念受到了人們的廣泛關(guān)注，電氣系統(tǒng)和設(shè)備的運(yùn)行是保證高層建筑能夠正常使用的基礎(chǔ)，但電氣設(shè)備在建筑的能源消耗中占據(jù)非常大的比例，電氣系統(tǒng)中的供電線(xiàn)路和配電變壓器等設(shè)備能源消耗巨大，需要在電氣設(shè)備中使用節(jié)能技術(shù)以降低能耗。

1 高層建筑照明系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)

照明系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)是高層建筑的電氣節(jié)能技術(shù)的重要組成部分，高層建筑的照明系統(tǒng)會(huì)消耗大量的能源，需要將節(jié)能技術(shù)應(yīng)用到照明系統(tǒng)中，以減少照明系統(tǒng)的能源消耗，需要從以下幾個(gè)方面應(yīng)用照明系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)：第一，將太陽(yáng)光用于高層建筑的照明。充分利用太陽(yáng)光可以有效降低電氣系統(tǒng)的能源消耗，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)窗戶(hù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)擴(kuò)大窗戶(hù)面積、添加側(cè)窗和天窗等方法增加太陽(yáng)光在高層建筑中的照射范圍。第二，高層建筑應(yīng)當(dāng)選擇光效合適的燈具，在太陽(yáng)光的照射范圍內(nèi)可以使用光效較暗的燈具，在太陽(yáng)光照射不到的門(mén)廳和走廊以及沒(méi)有窗戶(hù)的房間應(yīng)使用亮度較大的燈具。第三，高層建筑照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)制定科學(xué)的電氣系統(tǒng)照明方案，高層建筑的照明設(shè)備應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行合理搭配，可以使用兩種以上的混光照明組合系統(tǒng)，表1是常用的混光照明搭配的參數(shù)說(shuō)明，燈照效率最低的是白熾燈和熒光汞燈的混合搭配，燈照效率最高的是高壓鈉燈和鈧系金屬鹵化物燈的混合搭配形式。對(duì)于節(jié)能照明系統(tǒng)的應(yīng)用，可以在門(mén)廳和大堂等發(fā)開(kāi)放空間使用多種燈光的組合方式，利用預(yù)先編程控制系統(tǒng)對(duì)空間的照明進(jìn)行調(diào)控。對(duì)于廣告照明和景觀(guān)照明等可以使用泛光照明的方式，并且在不同時(shí)間段對(duì)亮度進(jìn)行調(diào)整，在整體上降低照明的能耗。

表1 高層樓宇建筑照明常見(jiàn)混光搭配性能參數(shù)表

2 高層建筑供配電系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)

2.1 高壓和低壓配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

高層建筑的高壓配電系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)將高壓配電所安排在電源和負(fù)荷中心附近，方面進(jìn)出線(xiàn)、安裝和移動(dòng)。通常會(huì)在高層建筑中配備兩個(gè)至三個(gè)配電所，通過(guò)放射式的接入方式連接配電室來(lái)降低電能損耗。在選擇一次和二次的接線(xiàn)設(shè)備時(shí)應(yīng)根據(jù)供配電需求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。高層建筑的高壓配電系統(tǒng)可以使用分段供電的方式，如果其中一路的設(shè)備出現(xiàn)故障導(dǎo)致停電，可以將另一路供電設(shè)備當(dāng)做備用并為高層建筑繼續(xù)供電。在高層建筑的低壓配電系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)中，主要的運(yùn)行方式就是單母線(xiàn)分段供電方式。為了盡量減少供配電對(duì)線(xiàn)路的損害和能源的消耗，可以盡量縮短供電線(xiàn)路的長(zhǎng)度和供電距離，增強(qiáng)高層建筑配電系統(tǒng)的節(jié)能性。在高層建筑的低壓配電系統(tǒng)應(yīng)用中往往會(huì)使用電纜連接的方式，很多工程都會(huì)按照上下兩層的安裝方式，而且在低壓變壓器的側(cè)出線(xiàn)部位可以使用一塊過(guò)渡銅排并用螺栓進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)減小電阻的目的。

2.2 變配電所的節(jié)能設(shè)計(jì)和變配電系統(tǒng)的監(jiān)控

高層建筑變配電所的節(jié)能設(shè)計(jì)會(huì)隨著樓層的增多和變配電所功能需求的增多而變得更加復(fù)雜和困難，可以將變配電所和用電量較大的消防水泵房、空調(diào)房等合理安排到同一個(gè)樓層中，方便對(duì)變配電所和變配電系統(tǒng)進(jìn)行集中管理和統(tǒng)一調(diào)配。在變配電系統(tǒng)的監(jiān)控過(guò)程中，對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控可以及時(shí)了解變配電系統(tǒng)在運(yùn)行中出現(xiàn)的故障和問(wèn)題，對(duì)供配電的異常情況進(jìn)行預(yù)警。變配電監(jiān)控系統(tǒng)還能通過(guò)實(shí)時(shí)的監(jiān)控對(duì)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，監(jiān)測(cè)各項(xiàng)設(shè)備的能源消耗量，對(duì)于能耗較大的設(shè)備進(jìn)行調(diào)整、更換和優(yōu)化。以某工程項(xiàng)目的供配電設(shè)計(jì)為例，該項(xiàng)目將大面積的商業(yè)設(shè)計(jì)成變電所直接配電和單獨(dú)進(jìn)線(xiàn)的形式，將影院分成幾個(gè)獨(dú)立單元后變電所直接分開(kāi)供電，將每個(gè)樓層的公共空間使用樹(shù)干式配電方式，通過(guò)不同的供配電設(shè)計(jì)最大程度避免能源的浪費(fèi)。

2.3 供配電線(xiàn)路節(jié)能設(shè)計(jì)

高層建筑供配電系統(tǒng)的供配電線(xiàn)路的節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)注意導(dǎo)線(xiàn)的選擇、電線(xiàn)的長(zhǎng)度和導(dǎo)線(xiàn)的截面等。在選擇供配電線(xiàn)路的導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，需要按照節(jié)能的原則選擇電導(dǎo)較小的導(dǎo)線(xiàn)。為保證導(dǎo)線(xiàn)的輸電性能，經(jīng)常會(huì)使用銅導(dǎo)線(xiàn)，但銅導(dǎo)線(xiàn)的成本過(guò)高，在節(jié)約資源的理念下不適宜大范圍使用，可以將銅導(dǎo)線(xiàn)用于一類(lèi)和二類(lèi)高層建筑的供配電系統(tǒng)中，三類(lèi)高層建筑可以使用濾芯導(dǎo)線(xiàn)。在供配電線(xiàn)路的輸電線(xiàn)長(zhǎng)度選擇上，應(yīng)當(dāng)盡量將變電所靠近負(fù)荷中心處并將低壓配電室靠近強(qiáng)電豎井以縮短輸電線(xiàn)的長(zhǎng)度，減少電能的消耗和增加節(jié)能效果。在導(dǎo)線(xiàn)截面的選擇上應(yīng)當(dāng)根據(jù)基本載流量和電壓量等情況盡可能選擇大一級(jí)的界面電纜[1]。

2.4 配電變壓器節(jié)能技術(shù)

高層建筑供配電系統(tǒng)的配電變壓器節(jié)能技術(shù)應(yīng)當(dāng)考慮到節(jié)能變壓器的選擇、優(yōu)化和負(fù)荷。高層建筑電氣系統(tǒng)在選擇新型節(jié)能變壓器的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)具備自動(dòng)調(diào)壓器，對(duì)電壓狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)變壓器的調(diào)節(jié)功能實(shí)現(xiàn)電壓穩(wěn)定輸出的目標(biāo)，增加高層建筑供電的穩(wěn)定性和供電質(zhì)量。配電變壓器在優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)考慮有功功率和無(wú)功功率相結(jié)合的節(jié)能設(shè)計(jì)，在多個(gè)變壓器中選擇節(jié)能效果最好的并列運(yùn)行和交替運(yùn)行等運(yùn)行方式，讓配電變壓器在優(yōu)化設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。在對(duì)配電變壓器的三相負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意三相負(fù)荷的平衡，配電變壓器三相負(fù)荷很容易因?yàn)椴黄胶庠黾与娔軗p耗，為了保證三相負(fù)荷的平衡，需要在電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)維階段對(duì)變壓器的三相負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析，確保配電變壓器的穩(wěn)定性和節(jié)能性[2]。

3 高層建筑電梯系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)

3.1 電梯拖曳系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)

電梯拖曳系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)的技術(shù)要點(diǎn)是電梯拖曳系統(tǒng)的IGBT功能模塊設(shè)計(jì)。在電梯拖曳系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中可以將電梯分成交流電梯、直流電梯和液壓電梯。通常，普遍使用的變頻器常用零部件是二極管，二極管可以實(shí)現(xiàn)交流電到直流電的轉(zhuǎn)換，而IGBT功能模塊則能夠?qū)⒅绷麟娹D(zhuǎn)換成為交流電，將交流電用于電氣系統(tǒng)的交流電動(dòng)機(jī)中。普通的變頻器二極管無(wú)法使電能進(jìn)行雙向流動(dòng)，而IGBT模塊作為整流橋，能夠使電能實(shí)現(xiàn)雙向流動(dòng)。在能量雙向流動(dòng)的同時(shí)，DSP芯片還可以將多余的能量傳送回電網(wǎng)之中，使電梯拖曳系統(tǒng)更加節(jié)能。電梯拖曳系統(tǒng)的節(jié)能原理體現(xiàn)在電梯拖曳的運(yùn)行過(guò)程中，電梯拖曳發(fā)電中產(chǎn)生的能量可以輸送到直流母線(xiàn)中，直流母線(xiàn)的能量越多，就會(huì)產(chǎn)生越高的電壓，如果電壓高于標(biāo)準(zhǔn)值，直流電就可以轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟?，在進(jìn)行調(diào)整后可以將交流電再送回到交流電網(wǎng)之中，實(shí)現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換和節(jié)能的目的。

3.2 電梯控制系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)

電梯控制系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)使用變頻調(diào)速的電梯控制方法，變頻調(diào)速的控制器應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際功能要求合理安裝到高層建筑的電梯控制系統(tǒng)里，使電梯控制系統(tǒng)能夠平衡電機(jī)能量的輸入和輸出，進(jìn)而使電梯控制系統(tǒng)的功率得到增加，在整體上降低電梯使用中的能源消耗。接著，對(duì)高層建筑電梯控制系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行分析，對(duì)具有節(jié)能性的群控電梯控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以增加高層建筑電梯的使用率，避免電梯在人數(shù)較少或者無(wú)人的情況下運(yùn)行，通過(guò)完善電梯控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。電梯控制系統(tǒng)在實(shí)際使用中有很強(qiáng)的節(jié)能性，電梯轎廂的運(yùn)行命令和信號(hào)指示燈等是互相關(guān)聯(lián)的，在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)可以按照信號(hào)決定運(yùn)行的方向，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

4 太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電的電氣節(jié)能技術(shù)

太陽(yáng)能和風(fēng)能在新能源電氣節(jié)能系統(tǒng)起著非常重要的作用。在太陽(yáng)能電氣節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用中，太陽(yáng)能熱水器被廣泛應(yīng)用于高層建筑中，采暖電氣節(jié)能技術(shù)也得到了推廣和使用，在高層建筑的應(yīng)用中有著非常好的節(jié)能效果。太陽(yáng)能的集熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)按照太陽(yáng)能和建筑一體化的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分考慮太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)對(duì)高層建筑的影響。在實(shí)際的施工中，應(yīng)將太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的設(shè)備在高層建筑的樓頂坡屋面上進(jìn)行安裝，滿(mǎn)足高層建筑的熱水供應(yīng)需求。例如，泉州市的“中遠(yuǎn)名城”住宅小區(qū)的涼棚式太陽(yáng)能設(shè)計(jì)打造了全新的太陽(yáng)能住宅，應(yīng)用了太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)了熱水系統(tǒng)的建筑內(nèi)循環(huán)，大大減少了其他能源的消耗量。在風(fēng)力發(fā)電電氣節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用中，風(fēng)能因其可再生的特性而成為高層建筑電氣節(jié)能技術(shù)的主要節(jié)能資源。將風(fēng)能應(yīng)用于高層建筑中不僅可以縮短電能輸送的時(shí)間和距離，還可以在高層建筑中直接被使用。建筑的新能源電氣節(jié)能技術(shù)可以根據(jù)建筑施工情況使用風(fēng)能和光能互補(bǔ)的供電系統(tǒng)，風(fēng)能同太陽(yáng)能一樣，都具有非常強(qiáng)的節(jié)能環(huán)保特點(diǎn)，風(fēng)力發(fā)電的電氣節(jié)能技術(shù)可以幫助高層建筑減少大量的能源消耗并提高建筑的使用效能和經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)論

高層樓宇建筑電氣節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用能夠有效降低高層建筑在日常使用和維護(hù)中的能耗，還能保證高層樓宇建筑的各個(gè)系統(tǒng)和設(shè)備都能夠高效、穩(wěn)定、安全運(yùn)行，高層建筑在設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)電器節(jié)能技術(shù)的研究和應(yīng)用，以減少能源的浪費(fèi)和提高資源的利用率，增加高層樓宇建筑的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益。