[關(guān)鍵詞]建筑改造；配電系統(tǒng)；智慧樓宇；節(jié)能減排

引言

配電系統(tǒng)作為建筑能源傳輸?shù)摹皠?dòng)脈”，其運(yùn)行狀態(tài)和效率直接影響到建筑內(nèi)部各用電設(shè)備的正常運(yùn)行和能耗水平。在建筑能耗中，配電系統(tǒng)的損耗往往占據(jù)一定比例，線路損耗、變壓器損耗和無(wú)功損耗等不僅會(huì)增加建筑的總能耗，還可能導(dǎo)致電能質(zhì)量的下降，影響用電設(shè)備的性能和壽命。此外，配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行狀況還會(huì)直接影響建筑的可靠性和安全性。不合理的配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)可能導(dǎo)致電力負(fù)荷分配不均、電壓波動(dòng)大、短路故障頻發(fā)等問(wèn)題，嚴(yán)重影響建筑的正常使用和居民的生活質(zhì)量。鑒于建筑電力能耗的嚴(yán)峻形勢(shì)和配電系統(tǒng)在建筑能耗中的重要地位，優(yōu)化配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與提高能效已成為當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。

一、現(xiàn)代建筑配電系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

（一）現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

建筑配電系統(tǒng)主要由電源系統(tǒng)（含電源接入點(diǎn)、變壓器、發(fā)電機(jī)）、配電設(shè)備（如高壓配電柜、低壓配電柜、開(kāi)關(guān)、導(dǎo)線、插座、照明設(shè)備）和控制系統(tǒng)（智能電能管理系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)）組成。電源系統(tǒng)能夠確保電力供應(yīng)的穩(wěn)定與應(yīng)急，配電設(shè)備用以負(fù)責(zé)電能的傳輸、分配與控制，而控制系統(tǒng)則能通過(guò)智能監(jiān)測(cè)與優(yōu)化控制，提高能源利用效率，保障電力供應(yīng)的安全與可靠。隨著城市化進(jìn)程的加快和建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，建筑配電系統(tǒng)作為保障建筑正常運(yùn)行的基礎(chǔ)設(shè)施，其規(guī)模和復(fù)雜度不斷增加。多數(shù)建筑配電系統(tǒng)能夠滿足基本的電力供應(yīng)需求，為建筑內(nèi)的照明、動(dòng)力、空調(diào)、電梯等設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的電能。同時(shí)，隨著智能電網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷應(yīng)用，部分建筑配電系統(tǒng)開(kāi)始實(shí)現(xiàn)智能化管理，提高運(yùn)行效率和能源利用效率。然而，在配電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，仍存在一些問(wèn)題和不足。具體表現(xiàn)為：1．設(shè)備老化與性能下降：部分建筑配電系統(tǒng)使用年限較長(zhǎng)，設(shè)備老化嚴(yán)重，性能下降明顯；2。部分區(qū)域用電負(fù)荷過(guò)大，導(dǎo)致電力供應(yīng)緊張，甚至引發(fā)斷電事故；而部分區(qū)域則用電負(fù)荷較小，造成電力資源的浪費(fèi)；3．很多配電系統(tǒng)仍然采用傳統(tǒng)的控制方式，缺乏實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、故障預(yù)警等智能化功能，難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決潛在問(wèn)題；4．部分建筑配電系統(tǒng)在能耗管理方面存在不足，缺乏有效的能耗監(jiān)測(cè)和管理手段。這些問(wèn)題共同影響了配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和能效表現(xiàn)。

（二）能耗損失來(lái)源分析

建筑配電系統(tǒng)的能耗主要源自變壓器損耗、線路損耗、用電設(shè)備損耗及無(wú)功功率損耗，這些能耗來(lái)源共同構(gòu)成了建筑配電系統(tǒng)的主要能耗部分，如表1所示。

二、現(xiàn)代建筑配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化路徑探索

（一）配電系統(tǒng)優(yōu)化路徑

1．優(yōu)化電氣線路路徑與長(zhǎng)度

一方面，應(yīng)合理規(guī)劃線路路徑，在設(shè)計(jì)電氣線路時(shí)，應(yīng)盡量避免線路迂回，可以采用直線或短路徑的方式供電，以減少電能在線路傳輸過(guò)程中的損耗。為此可以將配電設(shè)備如變壓器、配電柜等設(shè)置在靠近負(fù)荷中心的位置以縮短供電線路的長(zhǎng)度，降低線路損耗。另一方面，施工人員在規(guī)劃線路路徑的時(shí)候應(yīng)充分考慮建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況。樓層高度、墻體厚度、梁柱位置等都會(huì)影響線路敷設(shè)的路徑和長(zhǎng)度。對(duì)于某些大型建筑，可以采用分區(qū)供電的方式，將建筑劃分為若干個(gè)供電區(qū)域，每個(gè)區(qū)域設(shè)置獨(dú)立的配電設(shè)備，以減少長(zhǎng)距離供電的需求。在高層建筑中，電纜橋架和豎井作為電氣線路的主要通道，可以通過(guò)優(yōu)化這些設(shè)施的位置和布局，可以縮短線路長(zhǎng)度。

2．合理選擇導(dǎo)線

選擇導(dǎo)線截面，需要根據(jù)負(fù)載的電流大小和傳輸距離來(lái)確定。一般來(lái)說(shuō)，負(fù)載電流越大、傳輸距離越遠(yuǎn)，所需的導(dǎo)線截面就越大。在滿足負(fù)載需求的前提下還需要考慮導(dǎo)線的經(jīng)濟(jì)性和安全性。過(guò)大的導(dǎo)線截面會(huì)增加投資成本，而過(guò)小的導(dǎo)線截面則可能引發(fā)安全隱患。銅芯電纜的導(dǎo)電性能優(yōu)于鋁芯電纜，但成本也相對(duì)較高。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)負(fù)載的重要性和經(jīng)濟(jì)性來(lái)選擇。對(duì)于重要負(fù)載或長(zhǎng)距離傳輸?shù)木€路，可以優(yōu)先選用銅芯電纜；而對(duì)于一般負(fù)載或短距離傳輸?shù)木€路，則可以考慮使用鋁芯電纜。

3選用高效節(jié)能設(shè)備與材料

電氣設(shè)備應(yīng)優(yōu)先選用符合國(guó)家和行業(yè)能效標(biāo)準(zhǔn)的高效節(jié)能產(chǎn)品。這些產(chǎn)品通常具有較低的能耗和較高的能效比，能夠在滿足使用需求的同時(shí)，有效降低能源消耗。在配電系統(tǒng)的材料選擇上，應(yīng)注重選用導(dǎo)電性能好、電阻率低、耐腐蝕性強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)材料。這些材料不僅能夠降低線路損耗，提高電能傳輸效率，還能延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降低維護(hù)成本。

（二）能效提高路徑

1.應(yīng)用節(jié)能技術(shù)。具體包括推廣LED照明技術(shù)和應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)。LED照明具有高效、節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，在建筑內(nèi)部和外部廣泛采用LED照明燈具，替換傳統(tǒng)的高能耗燈具。同時(shí)，利用智能照明控制系統(tǒng)，根據(jù)環(huán)境光照強(qiáng)度和人員活動(dòng)情況自動(dòng)調(diào)節(jié)照明亮度，能夠?qū)崿F(xiàn)按需照明進(jìn)一步節(jié)約能源。變頻調(diào)速技術(shù)可以通過(guò)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)控制設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，在空調(diào)、風(fēng)機(jī)、水泵等系統(tǒng)中應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，可以根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整設(shè)備功率，避免能源浪費(fèi)。

2．優(yōu)化照明系統(tǒng)。一方面，可以通過(guò)增加窗戶面積、采用透光性好的建筑材料等方式，提高室內(nèi)自然光照度，減少人工照明需求；另一方面，可以采用智能照明控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的自動(dòng)化控制和智能化管理。通過(guò)設(shè)定不同的照明場(chǎng)景和模式，滿足不同場(chǎng)景下的照明需求，同時(shí)降低能耗。

3．升級(jí)空調(diào)系統(tǒng)。這需要合理設(shè)置空調(diào)溫度和濕度參數(shù)。即根據(jù)室內(nèi)外環(huán)境條件和人員活動(dòng)情況，科學(xué)設(shè)定空調(diào)運(yùn)行參數(shù)。建筑內(nèi)部可選用能效比高的空調(diào)機(jī)組和末端設(shè)備，同時(shí)采用變風(fēng)量控制、變水量控制等空調(diào)控制技術(shù)，提高空調(diào)系統(tǒng)的整體能效水平。

4．集成可再生能源與配電系統(tǒng)。在建筑配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，應(yīng)充分考慮可再生能源的接入和利用。根據(jù)建筑的能源需求和可再生能源資源條件，合理規(guī)劃可再生能源發(fā)電系統(tǒng)的規(guī)模和布局，確?？稍偕茉窗l(fā)電系統(tǒng)與建筑配電系統(tǒng)的兼容性和互補(bǔ)性，以實(shí)現(xiàn)可再生能源的高效利用。城市大型建筑、高層建筑可以根據(jù)情況，在建筑屋頂、外墻或空閑區(qū)域安裝太陽(yáng)能光伏板，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，供給建筑使用或并入電網(wǎng)，這種系統(tǒng)能夠顯著減少對(duì)傳統(tǒng)能源的依賴，降低建筑的能源消耗和碳排放。另外，該系統(tǒng)還可以利用太陽(yáng)能集熱器將太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為熱能，為建筑提供熱水供應(yīng)，這種系統(tǒng)簡(jiǎn)單實(shí)用，且能夠顯著降低熱水供應(yīng)的能耗。

5．儲(chǔ)能技術(shù)應(yīng)用。在建筑配電系統(tǒng)中引入儲(chǔ)能設(shè)備，如電池儲(chǔ)能系統(tǒng)、超級(jí)電容器等，將可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中多余的電能儲(chǔ)存起來(lái)，在用電高峰時(shí)釋放，以平衡電網(wǎng)負(fù)荷和穩(wěn)定電網(wǎng)電壓。

（三）案例分析

上海黃浦區(qū)某綜合商業(yè)樓，集辦公、會(huì)議、商業(yè)等多種功能于一體。隨著入駐企業(yè)的不斷增加，樓宇原有配電系統(tǒng)逐漸顯露出能耗高、管理效率低下等弊端，嚴(yán)重制約了大廈的運(yùn)營(yíng)效率和租戶的滿意度。面對(duì)這一挑戰(zhàn)，大廈管理方?jīng)Q定針對(duì)智慧水電配套系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。在新能源配電系統(tǒng)改造方面，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)可以通過(guò)更換老舊變壓器為高效節(jié)能型，并采用智能開(kāi)關(guān)柜顯著減少了電能損耗；智能電力管理系統(tǒng)的引入，更是實(shí)現(xiàn)了電力負(fù)荷的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)、優(yōu)化調(diào)度及故障預(yù)警，大幅度提高了供電的可靠性和能效。此外，項(xiàng)目還積極探索了分布式能源的應(yīng)用，將太陽(yáng)能光伏板作為建筑幕墻進(jìn)行了改造設(shè)計(jì)（如圖1所示），大廈頂層也采用了光伏板，減少了夏季陽(yáng)光直射的問(wèn)題，降低了空調(diào)使用率，并將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能供大廈使用，使得耗電率明顯降低。

在照明方面，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能照明控制系統(tǒng)架構(gòu)，包括照明燈具、傳感器、控制器等組成部分，并通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了各組成部分之間的數(shù)據(jù)傳輸和指令控制。在建筑內(nèi)部各區(qū)域部署LED照明燈具和傳感器設(shè)備，傳感器負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集光線強(qiáng)度、人員活動(dòng)等信息，并上傳至控制器?？刂破鞲鶕?jù)智能照明控制算法，根據(jù)室內(nèi)光線強(qiáng)度和人員活動(dòng)情況自動(dòng)調(diào)節(jié)照明亮度；在空調(diào)系統(tǒng)方面，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將變頻調(diào)速技術(shù)與空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行集成設(shè)計(jì)，將原有的定速風(fēng)機(jī)和水泵更換為變頻調(diào)速設(shè)備，通過(guò)調(diào)整變頻調(diào)速設(shè)備的控制參數(shù)和運(yùn)行模式，確?？照{(diào)系統(tǒng)能夠在不同工況下實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。

節(jié)能電氣設(shè)備方面，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)選用了S11、S13型節(jié)能變壓器，這些變壓器采用了卷鐵芯改變常規(guī)疊片式鐵芯結(jié)構(gòu)，能極大降低磁阻，減少空載電流，降低空載損耗約20-35%。與舊型號(hào)如S9型相比，其空載、負(fù)載損耗可降低約10%。將原有的輸電總線改為銅芯電纜后，由于銅的導(dǎo)電性能優(yōu)異，電阻率低，能有效降低線路傳輸過(guò)程中的電能損耗。經(jīng)過(guò)一系列的努力與實(shí)踐，該商務(wù)大廈水電配套系統(tǒng)優(yōu)化項(xiàng)目取得了顯著的成效。大廈的用電量較之前降低了約21%，實(shí)現(xiàn)了顯著的節(jié)能效果（如表2所示）。

智能管理系統(tǒng)的引入使得大廈的水電管理更加便捷高效，管理人員能夠?qū)崟r(shí)掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)并快速響應(yīng)各類問(wèn)題。此外，大廈內(nèi)環(huán)境的舒適度與服務(wù)品質(zhì)也得到了顯著提高，贏得了廣大租戶的廣泛好評(píng)。項(xiàng)目的成功實(shí)施不僅為大廈帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，還為城市節(jié)能減排事業(yè)提供了新的思路。

結(jié)語(yǔ)

隨著智能電網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)的不斷融合與創(chuàng)新，配電系統(tǒng)的智能化、高效化水平也得到了顯著提高，為實(shí)現(xiàn)建筑能源的精細(xì)化管理提供了技術(shù)支撐。通過(guò)集成先進(jìn)的傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）、大數(shù)據(jù)分析及人工智能算法，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水電生產(chǎn)、傳輸、分配及消費(fèi)全鏈條的智能化監(jiān)控與管理，這種設(shè)計(jì)思路不僅可以提高系統(tǒng)的自動(dòng)化水平和響應(yīng)速度，還可以使得水電資源的調(diào)度更加精準(zhǔn)高效。在“雙碳”目標(biāo)指引下，今后智能水電配套系統(tǒng)的發(fā)展將更加注重綠色、低碳和智能的深度融合，并在能源轉(zhuǎn)型和生態(tài)文明建設(shè)中發(fā)揮更加重要的作用。