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摘 要：高层复杂建筑供配电系统的节能设计涉及到许多方面，文章在对供配电系统电气节能设计基本原则进行简单阐述后，对系统总体规划节能设计措施进行了探讨。最后，结合自我实际工作经验，对供配电系统节能优化设计过程中配电变压器节能经济选型设计、电线电缆节能经济选型设计、以及谐波治理节能设计等节能设计技术要点进行了认真分析研究。
关键词：高层复杂建筑；供配电系统；节能设计
Abstract：The high-rise building complex power supply system energy saving design involves many aspects, the article in the power supply system of electric energy conservation design basic principles briefly elaborated, overall planning of system energy saving design measures are discussed. Finally, combined with self practical experience, the power supply system of energy saving optimization design process distribution transformer, the economic selection energy saving design, wire and cable, the economic selection energy saving design, and energy saving design harmonic treatment energy saving design key points of a careful analysis research.
Keywords: high-level complex architecture; For distribution system; Energy saving design
中圖分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：
高层复杂建筑如大型写字楼、商场、购物中心等，其内部结构功能均较为复杂，用电设备系统也较多，包括大量的机械动力设备、电气设备、系统完善照明系统（工作照明和应急照明）、以及完善消防报警安防系统等，这些系统在运行过程中是建筑电气中的核心用电大户，其对电能消耗量相当大。但由于受传统建筑电气供配电系统设计理念和技术水平等因素的制约，高层复杂建筑物内部供配电系统中能源浪费较为严重，节能潜力非常大。据一些统计文献资料表明，在综合性高层复杂建筑内中央空调和通风空调的电能总能耗高达36%以上，而照明系统能耗高达35%以上。面对绿色智能建筑技术升级改造建设步伐的进一步加快，建筑电气中供配电系统节能就显得非常重要，尤其对设计阶段的节能措施采取就显得非常有工程实践意义。
1 高层复杂建筑供配电系统电气节能设计基本原则
供配电系统是高层复杂建筑主要动力载体，同时也是建筑电气节能设计的重要内容。供配电系统电气设计过程中，要在确保建筑物电气功能正常发挥的基础上，通过合理进行变压器、电缆的经济选型，以及考虑后期建筑供配电系统发展规划，通过方案技术性、经济性、适用性等方面的综合考虑，设计出高效节能经济的优化方案，实现高层复杂建筑供配电系统节能降耗的目的。
1.1 要满足建筑物内部电气系统功能正常发挥
供配电系统节能设计过程中，要以满足建筑物内部电气系统功能正常发挥作为设计方案的基本前提，如供配电系统要满足建筑物内部各机械动力设备系统、电气设备系统、照明系统、以及消防报警安防系统安全可靠用电需求；要满足照明房间或场所的照度、色温、显色指数等技术要求；要满足中央空调系统、通风空调系统基本温度、湿度用电需求；要满足电梯等电机拖动系统安全用电需求。满足建筑物功能安全稳定、节能经济的高效正常发挥是高层复杂建筑供配电系统节能设计必须遵守的基本前提。
1.2 要综合考虑供配电系统运行经济效益
在供配电系统节能设计过程中，不要一味追求设计阶段的节能效果，而忽略了系统后期运行维护费用。要从设计、施工、运维维护等方面，综合考虑供配电系统节能设计方案的实际经济效益。要综合考虑供配电系统投运后运行维护长期性节能效益，不能以系统后期昂贵运行维护作为代价，来换取设计阶段短缺较小的投资节省。而是应该考虑运行维护期间长期的节能降耗措施，使设计阶段增加的少量额外投资，能在几年或较短时间内就能通过合理的节能降耗措施相抵扣，从而有效提高设计方案的节能经济效益。
1.3 要用发展眼光进行供配电系统节能设计
高层复杂的综合性建筑供配电系统电气节能设计的内容较为复杂，需要考虑的影响因素较多。设计方案的节能效果要从长远发展眼光着手，要从建筑物后期扩建、周围环境、以及电气系统投运后功能性能等方面，在设计方案中始终贯彻经济、合理、技术先进、材料新型、以及设计方案不会短期落伍等设计理念，精心考虑、详细计算、以及仔细斟酌供配电系统节能设计方案中的具体设计细节，确保整个设计方案具有较高节能经济性。
2 供配电系统总体规划节能设计措施
在高层复杂建筑供配电系统总体规划设计过程中，应充分统计计算电气负荷容量，并充分考虑供电方式、供电距离、以及用电设备的功能特点等因素，要做到供配电系统设计方案尽量简单可靠，操作维护方便。高层复杂建筑总降压变配所应尽量布设在靠近负荷中心部位，以缩短供电半径，降低供配电系统运行线路损耗。另外，要合理选择配电变压器的容量、台数、型号以及配电变压器的运行方式，设计出根据季节性负荷变化而能够灵活投切和分配调度的变压器调节方案，实现配电变压器的节能经济运行，有效提高配电变压器的负载率，减少由于轻载等不利运行工况造成的大量不必要电能损耗。
3 供配电系统节能设计技术要点
3.1 配电变压器节能经济选型设计
不同型号的配电变压器，其制造生产所选用的绕组材料、截面积等均有所不同，相应其电能转换效率也存在较大差异，当然其价格也明显不同。最合理经济的配电变压器节能选型设计方法，就是根据回收年限来合理选择配电变压器的型号。由于影响配电变压器经济效益的因素较多，在实际工程设计工程中，为了简化计算，通常不考虑资金占用存在的时间因素，也就是只考虑不同型号配电变压器支出费用的价格差和年耗电的电费差，则配电变压器投资价差回收年限可以表示为：
为了提高配电变压器的节能经济效益，在经济回收年限选择时，按照《关于节约能源基本建设项目可行性研究的暂行规定》中相关技术规定要求，配电变压器的计算投资回收年限通常不应超过5年，最长不能超过7年。
配电变压器选型时，应优选空载、负载损耗相对较小的节能型配电变压器。例如对容量为315kVA的配电变压器而言，S13系列与S7系列配电变压器相比，其负责损耗由4795W有效降低到3650W；其空载损耗由766W有效降低到340W，也就是节能型配电变压器其节能降耗效果十分明显。在高层复杂建筑供配电系统节能设计过程中，优选高效节能型配电变压器代替常规高能耗配电变压器，不仅可以提高系统中电能资源转换效率、降低配电变压器运行能耗，同时还可以有效延长配电变压器工作性能和使用寿命。
3.2 电线电缆节能经济选型设计
在高层复杂建筑供配电系统电气节能设计过程中，有些设计人员或业主人员为了偏面追求设计造价控制，减少工程整体投资，在供配电系统电线电缆截面选型设计时有时过于偏小，虽然能够满足建筑供配电系统中计算电流和设计负荷要求，但却忽略了供配电系统中电压降和线路损耗等影响因素，导致系统在运行过程中线损能耗较大，运行过程中能源浪费较为严重。由上海现代建筑设计（集团）有限公司编制的《建筑节能设计统一技术措施（电气）》一书中，明确指出供配电线路在满足电压损失和短路热稳定的前提下，如果其年最大负荷运行时间Tmax<4000h时，可以按照导体载流量选择导线截面；如果4000 h≤Tmax<7000h时，宜按电缆经济电流密度进行电缆截面选择；如果Tmax≥7000h时，电缆截面应严格按照经济电流密度进行合理选择。在电缆型号选择时，应优选电阻率较小的铜芯线；应合理布设电纜走向，建设导线敷设长度。另外，在电气节能设计时，对于长期处于载流工况的电缆截面应适当放大一级，以便于与保护装置配合和为工厂后期扩容扩建提高便捷有利条件。
3.3谐波治理节能设计
降低或抑制高层复杂建筑供配电系统中的谐波分量，可以有效地提高供配电系统电能功率因数，减少无功功率，从而有效提高供配电系统中电能资源的利用效率。合理设计谐波治理方案，可以有效提高供电电能质量和降低线损，达到节能降耗、经济运行目的。当供配电系统中，具有相对集中运行较为稳定的大容量（如200kVA或以上）非线性负载运行时，宜在设计方案中优选无源滤波器进行谐波治理，提高供电电能质量；当系统中具有大容量（如200kVA或以上），且运行工况较为复杂、断续工作较频繁的非线性负载设备运行时，常规的无源滤波器不能有效进行谐波抑制，此时宜优选有源滤波器进行谐波治理；当供配电系统存在上述两类大容量非线性负载时，宜采用有源无源组合型滤波器。对于有条件的工程中，宜优选无功补偿与谐波治理一体化智能自动化装置，有效提高供电电能功率因素和电能质量，确保高层复杂建筑供配电系统中各电气系统性能的高效稳定发挥，降低供配电系统运行损耗，达到节能降耗的优化设计目的。
4 结束语
高层复杂建筑供配电系统的节能设计涉及到许多方面，本文仅对工程设计过程中容易被忽视的几个问题进行分析探讨。如何在实际供配电系统优化设计过程中提高设计方案的节能经济效益，是电气设计人员必须长期面对的课题，也是其在实际设计工程中需要认真考虑研究探讨的重要内容。
参考文献
[1] 陈众励,赵济安,邵民杰.建筑电气节能技术综述[J].低压电器, 2007(4): 1-5.
[2] 李蔚.电气节能技术在工程设计中的应用[J].建筑电气,2006,25,,(2):29-33.
简介：许宁（1983-01-15），男，北京市人，职称：工程师，学历：本科， 主要研究方向：建筑电气设计。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：高层复杂建筑；供配电系统；节能设计
Abstract：The high-rise building complex power supply system energy saving design involves many aspects, the article in the power supply system of electric energy conservation design basic principles briefly elaborated, overall planning of system energy saving design measures are discussed. Finally, combined with self practical experience, the power supply system of energy saving optimization design process distribution transformer, the economic selection energy saving design, wire and cable, the economic selection energy saving design, and energy saving design harmonic treatment energy saving design key points of a careful analysis research.
Keywords: high-level complex architecture; For distribution system; Energy saving design
中圖分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：
高层复杂建筑如大型写字楼、商场、购物中心等，其内部结构功能均较为复杂，用电设备系统也较多，包括大量的机械动力设备、电气设备、系统完善照明系统（工作照明和应急照明）、以及完善消防报警安防系统等，这些系统在运行过程中是建筑电气中的核心用电大户，其对电能消耗量相当大。但由于受传统建筑电气供配电系统设计理念和技术水平等因素的制约，高层复杂建筑物内部供配电系统中能源浪费较为严重，节能潜力非常大。据一些统计文献资料表明，在综合性高层复杂建筑内中央空调和通风空调的电能总能耗高达36%以上，而照明系统能耗高达35%以上。面对绿色智能建筑技术升级改造建设步伐的进一步加快，建筑电气中供配电系统节能就显得非常重要，尤其对设计阶段的节能措施采取就显得非常有工程实践意义。
1 高层复杂建筑供配电系统电气节能设计基本原则
供配电系统是高层复杂建筑主要动力载体，同时也是建筑电气节能设计的重要内容。供配电系统电气设计过程中，要在确保建筑物电气功能正常发挥的基础上，通过合理进行变压器、电缆的经济选型，以及考虑后期建筑供配电系统发展规划，通过方案技术性、经济性、适用性等方面的综合考虑，设计出高效节能经济的优化方案，实现高层复杂建筑供配电系统节能降耗的目的。
1.1 要满足建筑物内部电气系统功能正常发挥
供配电系统节能设计过程中，要以满足建筑物内部电气系统功能正常发挥作为设计方案的基本前提，如供配电系统要满足建筑物内部各机械动力设备系统、电气设备系统、照明系统、以及消防报警安防系统安全可靠用电需求；要满足照明房间或场所的照度、色温、显色指数等技术要求；要满足中央空调系统、通风空调系统基本温度、湿度用电需求；要满足电梯等电机拖动系统安全用电需求。满足建筑物功能安全稳定、节能经济的高效正常发挥是高层复杂建筑供配电系统节能设计必须遵守的基本前提。
1.2 要综合考虑供配电系统运行经济效益
在供配电系统节能设计过程中，不要一味追求设计阶段的节能效果，而忽略了系统后期运行维护费用。要从设计、施工、运维维护等方面，综合考虑供配电系统节能设计方案的实际经济效益。要综合考虑供配电系统投运后运行维护长期性节能效益，不能以系统后期昂贵运行维护作为代价，来换取设计阶段短缺较小的投资节省。而是应该考虑运行维护期间长期的节能降耗措施，使设计阶段增加的少量额外投资，能在几年或较短时间内就能通过合理的节能降耗措施相抵扣，从而有效提高设计方案的节能经济效益。
1.3 要用发展眼光进行供配电系统节能设计
高层复杂的综合性建筑供配电系统电气节能设计的内容较为复杂，需要考虑的影响因素较多。设计方案的节能效果要从长远发展眼光着手，要从建筑物后期扩建、周围环境、以及电气系统投运后功能性能等方面，在设计方案中始终贯彻经济、合理、技术先进、材料新型、以及设计方案不会短期落伍等设计理念，精心考虑、详细计算、以及仔细斟酌供配电系统节能设计方案中的具体设计细节，确保整个设计方案具有较高节能经济性。
2 供配电系统总体规划节能设计措施
在高层复杂建筑供配电系统总体规划设计过程中，应充分统计计算电气负荷容量，并充分考虑供电方式、供电距离、以及用电设备的功能特点等因素，要做到供配电系统设计方案尽量简单可靠，操作维护方便。高层复杂建筑总降压变配所应尽量布设在靠近负荷中心部位，以缩短供电半径，降低供配电系统运行线路损耗。另外，要合理选择配电变压器的容量、台数、型号以及配电变压器的运行方式，设计出根据季节性负荷变化而能够灵活投切和分配调度的变压器调节方案，实现配电变压器的节能经济运行，有效提高配电变压器的负载率，减少由于轻载等不利运行工况造成的大量不必要电能损耗。
3 供配电系统节能设计技术要点
3.1 配电变压器节能经济选型设计
不同型号的配电变压器，其制造生产所选用的绕组材料、截面积等均有所不同，相应其电能转换效率也存在较大差异，当然其价格也明显不同。最合理经济的配电变压器节能选型设计方法，就是根据回收年限来合理选择配电变压器的型号。由于影响配电变压器经济效益的因素较多，在实际工程设计工程中，为了简化计算，通常不考虑资金占用存在的时间因素，也就是只考虑不同型号配电变压器支出费用的价格差和年耗电的电费差，则配电变压器投资价差回收年限可以表示为：
为了提高配电变压器的节能经济效益，在经济回收年限选择时，按照《关于节约能源基本建设项目可行性研究的暂行规定》中相关技术规定要求，配电变压器的计算投资回收年限通常不应超过5年，最长不能超过7年。
配电变压器选型时，应优选空载、负载损耗相对较小的节能型配电变压器。例如对容量为315kVA的配电变压器而言，S13系列与S7系列配电变压器相比，其负责损耗由4795W有效降低到3650W；其空载损耗由766W有效降低到340W，也就是节能型配电变压器其节能降耗效果十分明显。在高层复杂建筑供配电系统节能设计过程中，优选高效节能型配电变压器代替常规高能耗配电变压器，不仅可以提高系统中电能资源转换效率、降低配电变压器运行能耗，同时还可以有效延长配电变压器工作性能和使用寿命。
3.2 电线电缆节能经济选型设计
在高层复杂建筑供配电系统电气节能设计过程中，有些设计人员或业主人员为了偏面追求设计造价控制，减少工程整体投资，在供配电系统电线电缆截面选型设计时有时过于偏小，虽然能够满足建筑供配电系统中计算电流和设计负荷要求，但却忽略了供配电系统中电压降和线路损耗等影响因素，导致系统在运行过程中线损能耗较大，运行过程中能源浪费较为严重。由上海现代建筑设计（集团）有限公司编制的《建筑节能设计统一技术措施（电气）》一书中，明确指出供配电线路在满足电压损失和短路热稳定的前提下，如果其年最大负荷运行时间Tmax<4000h时，可以按照导体载流量选择导线截面；如果4000 h≤Tmax<7000h时，宜按电缆经济电流密度进行电缆截面选择；如果Tmax≥7000h时，电缆截面应严格按照经济电流密度进行合理选择。在电缆型号选择时，应优选电阻率较小的铜芯线；应合理布设电纜走向，建设导线敷设长度。另外，在电气节能设计时，对于长期处于载流工况的电缆截面应适当放大一级，以便于与保护装置配合和为工厂后期扩容扩建提高便捷有利条件。
3.3谐波治理节能设计
降低或抑制高层复杂建筑供配电系统中的谐波分量，可以有效地提高供配电系统电能功率因数，减少无功功率，从而有效提高供配电系统中电能资源的利用效率。合理设计谐波治理方案，可以有效提高供电电能质量和降低线损，达到节能降耗、经济运行目的。当供配电系统中，具有相对集中运行较为稳定的大容量（如200kVA或以上）非线性负载运行时，宜在设计方案中优选无源滤波器进行谐波治理，提高供电电能质量；当系统中具有大容量（如200kVA或以上），且运行工况较为复杂、断续工作较频繁的非线性负载设备运行时，常规的无源滤波器不能有效进行谐波抑制，此时宜优选有源滤波器进行谐波治理；当供配电系统存在上述两类大容量非线性负载时，宜采用有源无源组合型滤波器。对于有条件的工程中，宜优选无功补偿与谐波治理一体化智能自动化装置，有效提高供电电能功率因素和电能质量，确保高层复杂建筑供配电系统中各电气系统性能的高效稳定发挥，降低供配电系统运行损耗，达到节能降耗的优化设计目的。
4 结束语
高层复杂建筑供配电系统的节能设计涉及到许多方面，本文仅对工程设计过程中容易被忽视的几个问题进行分析探讨。如何在实际供配电系统优化设计过程中提高设计方案的节能经济效益，是电气设计人员必须长期面对的课题，也是其在实际设计工程中需要认真考虑研究探讨的重要内容。
参考文献
[1] 陈众励,赵济安,邵民杰.建筑电气节能技术综述[J].低压电器, 2007(4): 1-5.
[2] 李蔚.电气节能技术在工程设计中的应用[J].建筑电气,2006,25,,(2):29-33.
简介：许宁（1983-01-15），男，北京市人，职称：工程师，学历：本科， 主要研究方向：建筑电气设计。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。