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试析住宅小区建筑电气设计中的有效节能策略

发表时间：2020/7/20 来源：《电力设备》2020年第8期作者：王宇

[导读] 摘要：社会经济的迅猛发展使得人们的电能需求日渐增长，在一定程度上加剧了我国能源供给的压力，在住宅小区建筑电气设计中融入节能理念意义重大。

        （上海梵天建筑设计有限公司）
        摘要：社会经济的迅猛发展使得人们的电能需求日渐增长，在一定程度上加剧了我国能源供给的压力，在住宅小区建筑电气设计中融入节能理念意义重大。本文以某住宅小区电气设计为例，简要概述了建筑电气设计的要求，并在此基础上提出了住宅小区建筑电气设计中有效节能的措施，仅供参考。
        关键词：住宅小区；电气设计；节能理念；智能产品
        引言
        在城市化进程加快的背景下，我国住宅小区建筑规模越来越大，在建筑电气设计中进行节能规划，与国家能源可持续利用的愿景相契合。数据表示，2019年我国城乡居民生活用电总量为10250亿KW•h，同比增长了5.7%，占全社会用电量的15%左右，提高建筑电气设计的节能性能，有利于国家能源结构的调整。
        1工程概况
        本电气设计工程位于某住宅小区，小区总面积为40万m2，建筑占地面积为20万m2，分高层住宅建筑与多层住宅建筑，在此电气工程中共覆盖4000个住户的基础用电与小区内的各个功能设施用电，主要设计内容包括变配电系统、照明系统、用电设备供电系统、有线电视、网络宽带、小区公共广播、视频监控系统等方面的用电连接，工程设计较为复杂，且工程量相对较大。小区内用电总容量估值为20000KW，负荷力为13475KW，计划使用的是总装机容量为16000kVA的变压器。本工程案例主要是围绕电气设计中实现有效节能的设计方法进行讨论。
        2住宅小区建筑电气设计的要求
        2.1供电可靠性
        住宅小区建筑对电气设计的要求比较高，不但需要满足人们生活中实际需要的电能，还要保障人们的用电稳定，但由于小区内的用电覆盖的范围较为集中，线路通道较为复杂，会存在一定程度的用电质量问题，因此设计部门在针对电气节能环保进行设计时，需充分考虑到用电可靠性的问题。住宅小区内需要建设配套的配电室，并合理选择配电方式，一般采用10KV高压侧单电源进线、低压侧单母线分段或不分段的方式，满足住宅小区的配电需求，能够节约大量的建设成本。
        2.2住宅小区建筑用电负荷
        由于住宅小区内各住户用电时间较为集中，随着小区内住户的逐渐增多，高峰期电力系统的配电压力将越来越大，若电气负荷不能够满足人们的用电需求，极易造成线路电缆的烧毁或经常性断闸的情况发生，将给住户生命与财产安全形成一定程度的威胁。因此，应在电气节能设计过程中充分考虑小区内电气负荷的问题，使配电系统的负荷能力始终高于高峰期人们的用电数值。当前住宅小区内会根据户型来分配用电负荷的标准数值，比如二室二厅的用电负荷标准为6KW，三室两厅的为8KW，以此能够对不同户型的用电负荷形成制约，为用电安全提供保障。
        2.3住宅小区进户线设计规范
        电气设计部门需要切实根据《住宅设计规范》GB50096-2011的相关规定，使进户线设计在满足用电安全可靠的前提下，实现电气节能的目标。一般为保障住宅小区用电安全可靠，需要采用三线制进线的方式，同时每一个住户进户线横断截面不得低于10mm2，回路线不得小于5支，各用电回路的截面不得小于25mm2。
        2.4室内布线标准
        住宅建筑内的布线应该符合用电安全的相关标准，在每一个单元住宅进线位置需要安装带有漏电保护的配电箱，以此来防止进线接触位置遭到雷击。一般漏电动作电流需要控制在0.3A，漏电装置的容电量需要根据区域内家庭用电基本情况进行设计，一般会选取25A或32A。布线时，需要严格遵循“相线进开关，中性线进灯头”的操作原则，使线路连接科学合理[1]。
        3住宅小区建筑电气设计中有效节能的措施
        设计人员在满足以上住宅小区建筑电气设计相关要求的基础上，进行节能设计，能够有效降低电气系统使用的安全威胁，使小区供电系统兼备安全可靠与节能性能，可大幅增强住户的满意度。
        3.1合理配置电压
        为有效实现供电系统节能的目标，电气设计人员需要对输电电压等级进行合理的配置，使小区供电系统在输电过程中的电能输送量与实际需求量之间的差距大幅缩小，以此来改变耗能过大的问题。在进行电源电压配置时，应综合系统中与其相关的因素进行全面的考量，比如电气技术、供电设备性能、用户容量、电路数量等方面。

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        设计人员可采用10KV高低压配电电源为小区内供电容量大于300KVA的区域进行输电，同时在供电容量不超过200KVA且供电范围小于200m的区域使用220/380V低压配电电源进行供电，即用电负荷压力小的区域为低压电网，用电负荷压力大的区域为高压电网；两路电源同时工作，能够实现高压深入电力负荷中心的目的，从而有效降低输电过程中的电能耗损，减少能源的浪费。
        3.2变压器节能
        变压器设施是住宅小区建筑电气系统中的重要组成部分，也是电能消耗量较大的设施之一，其电能消耗是整个电气系统消耗量的25%左右，加强对变压器的节能设计，能够大幅降低电能的损耗。设计人员需要根据变压器有功损耗与无功损耗两种形式针对性的进行节能设计，一般情况下电气设计人员对变压器有功能耗的控制效果比较明显，对无功消耗的控制重视度相对较低，这是造成变压器损耗大、电气系统运行资源浪费率高的直接原因。因此，需要设计人员从变压器的内部结构、运行性能设备数量等方面进行节能设计，一般变压器负载功率为额定功率的70%~80%时，是其运行耗损率最低的状态，设计人员需要根据住宅小区的电网容量与额定功率等指标，组合节能效果最佳的变压器设计方案，从而有效提升整个小区的电气节能能力。另外可选择节能性能高的变压器如S11和S13等型号，并尽最大限度的减少变压器数量，从而有效降低电力系统的能耗[2]。
        3.3照明系统节能
        一般照明系统的耗电量占住宅小区总配电量的20%左右，是小区内主要的耗电系统之一，加强这一方面的节能设计需要进行以下五个方面的考量。第一，根据小区建筑的结构构造对自然光进行最大化利用，并在室内照明设施安装时，合理进行自然光与照明设施的搭配，为降低照明成本提供新的思路。第二，合理设置照明区域，在进行电气设计时，设计师需要计算出照明覆盖面大的位置安装照明设施，充分利用墙体、玻璃等介质对光的反射与折射作用，实现最少光源点辐射最大化房屋面积的目标。第三，使用节能照明器具，一般在照明条件不变的情况下，使用节能照明器具所耗费的电能仅为白炽灯的10%~20%，同时其色温一般低于4000k，能够满足人们生活的经济适用性和对艺术氛围的追求。第四，可将室内的灯具进行分组管理，改装灯具管理的方法，实现照明系统的智能化管理，由此避免不必要的电能损耗。第五，根据场景的不同，合理搭配灯具类型，如楼道内的安全指示灯、室内装饰灯、路灯等，除应最大限度的选择符合节能标准、寿命长的灯泡外，还应充分利用太阳能发电技术，尽量减少对路灯、小区室外景观灯的电力供应，从而有效降低资源的浪费。
        3.4降低输电线路的电能耗损
        小区供电范围较大时，其输电网中的输电线路就会产生较大的功率损耗。一般设计人员通过提高配电网功率因数、减少导线中的电阻数额等方式，降低电网线路的电能损耗，一般有以下两种具体输电线路改装实现节能的方法。第一，合理计算并规划输电线路路径，根据R=ρ（电阻率）l（导线长度）/S（导体横截面积）可知，导线长度越长，电阻越大，其所消耗的电能越高，因此设计人员可在保障线路安全的基础上，尽最大限度缩短导线长度，合理选择线路路径，使线路尽量保持直线状态，从而降低线路耗损。第二，增大导线的横截面积，根据上述公式我们可以看出，导线电阻与横截面积呈反比例关系，设计人员在选取导线型号时，即可在安全用电规范指导下，采用季节性负荷电路，将空调、照明、热水器等装置集中在一起，当空调或热水器装置等功率消耗大的设施不经常使用时，会使大截面导线所传输的电流更小，从而有效降低电气能耗。
        3.5电气设备节能
        电动机、风机、水泵等电气设备是住宅小区电气系统中的重要组成部分，也是耗电主要来源之一。为降低电气设备的损耗，设计人员应制定出详细的节能方案，科学选用电气设备并鼓励居民使用高效低耗能的电气设施。比如，水泵、发电机以及空调风机等是居民最常用的电气设备，其所耗用的电能总量可达15%~20%，但其中大概50%的能量并未转化成有效能力供人使用，而是被电气设备无功消耗。因此可安装使用带有节能调速功能的电气设备，使系统运行时能够降低电动机、风机等的转速。数据表明，当电动机流量减少到满载的80%时，可以降低设备轴功率的50%，能够达到较为明显的节能效果[3]。
        结论
        综上所述，随着国家能源结构的调整与优化，我国经济发展正朝着节能减排、绿色环保的方向迈进，各个领域均在研发并应用节能技术，在住宅小区电气设计中融合此类技术，与每一个家庭的用电习惯与安全性息息相关。因此，设计人员应在保证小区用电安全的基础上，对电压、变压器、照明系统、输电线路、电气设备上进行节能性的考量，从而最大限度的降低配电过程中的无效电能损耗。
        参考文献：
        [1]罗勇.住宅小区建筑电气设计中的有效节能策略分析[J].住宅与房地产，2019（33）：83.
        [2]冯征宇.浅析住宅小区的建筑电气设计及节能措施[J].技术与市场，2020，27（03）：93-94.
        [3]李子壮.住宅小区建筑电气设计中的有效节能策略分析[J].山东工业技术，2018（18）：225.