居住建筑电气节能设计探讨

汪　军　（安徽省建筑设计研究院有限责任公司，安徽　合肥　230022）

居住建筑电气节能设计探讨

汪军（安徽省建筑设计研究院有限责任公司，安徽合肥230022）

文章从供配电系统、照明以及太阳能光伏发电等方面，探讨了居住建筑电气节能设计要求。

居住建筑；三相平衡；无功补偿；照明功率密度；照明控制；光伏发电

1　概述

国家标准《民用建筑设计通则》（GB 50352-2005）术语中定义“居住建筑”为“供人们居住使用的建筑”，包括住宅、别墅、公寓、宿舍、托幼建筑及疗养院和养老院的客房楼等。作为民用建筑的一部分，我省政府对居住建筑的节能设计也是非常重视。安徽省住房和城乡建设厅2011年颁布了地方标准《安徽省居住建筑节能设计标准》（DB34/1466-2011）。该标准颁布实施已近5年，对推进安徽省居住建筑节能的发展做出了巨大贡献。随着技术的进步，节能要求的提高，该标准已逐渐不能满足当前的需求，即将修订。笔者作为该标准的主要编制人之一，在此和大家提前探讨一下居住建筑的电气节能设计。

2　供配电系统

2.1变配电所和配电间应设于负荷中心

变配电所和配电间设于负荷中心，是节能重要措施之一。变配电所远离负荷，会增加线路损耗。线路的有功损耗计算公式如下。

式中：ΔPL——线路有功功率损耗（kW）

P——有功功率（kW）

R——线路阻抗（Ω）

U——线电压（kV）

cosФ——功率因数

从式（1）中可以看出，随着供电距离的增加，线路阻抗随之增加，导致线路损耗增加。《民用建筑设计通则》及《20kV及以下变电所设计规范》等规范都明确规定，变电所应设于负荷中心。但很多工程案例中，特别是一些住宅小区，将变配电所设于小区边角等偏远的地方，显然是不合理的。设计时我们应该将变配电所供电半径控制在200m以内，特殊情况下可以稍微放宽，但不能超过250m。

楼层配电间也应设于负荷中心，住宅建筑因为每层面积较小，一般不存在问题。公寓、宿舍以及客房楼等居住建筑，每层体形较长，设计时应该注意将楼层配电间尽量设于中间位置，不要设于两侧。配电间的供电半径要控制在50m以内。

2.2平衡三相负荷

三相不平衡对电网危害巨大。三相不平衡将导致系统容量下降、各相电压不对称、用电设备效率下降，甚至烧毁变压器等后果，同时三相不平衡也增加了变压器和线路的损耗。变压器的损耗主要包括空载损耗和负载损耗。三相负荷不平衡导致变压器负载损耗增加，最大不平衡时的损耗是平衡时的3倍。三相不平衡也增加了线路损耗，线路损耗与电流平方成正比，三相不平衡，将导致零线电流增加，增加了线路损耗。

居住建筑的用电负荷以单相为主，每户通常都是单相电源进线。设计时三相要平衡分配，最大相负荷不能超过三相负荷平均值的115%，最小相负荷不能小于三相负荷平均值的85%。

2.3提高功率因数

居住建筑中存在空调、电磁炉、微波炉、计算机以及荧光灯等大量感性负荷，这些电感性的设备在运行过程中不仅需要向电力系统吸收有功功率，还同时吸收无功功率。因此我们需要安装无功补偿装置，可以提供补偿感性负荷所消耗的无功功率，减少了电网电源侧向感性负荷提供及由线路输送的无功功率。由于减少了无功功率在电网中的流动，因此可以降低输配电线路中变压器及母线因输送无功功率造成的电能损耗。设计中在变配电所集中设置无功补偿装置，功率因数要求提高到0.95以上。因为居住建筑中以单相负荷为主，需要采用混合补偿方式，分相补偿容量不小于三相补偿容量的30%。

2.4选择节能型变压器

变压器是供配电系统的主要设备，运行时自身也会产生空载损耗、负载损耗，杂散损耗等，因此要选择低损耗的节能型变压器，可以考虑选用11型以上产品。D，yn11接线组别的变压器具有承载单相负荷能力强、抑制谐波、损耗小等特点，因此设计中优先选用。选用的变压器的空载损耗和负载损耗不应高于现行国家标准《三相配电变压器能效限定及节能评价值》（GB20052）中规定的目标能效值的要求。

2.5计量

居住建筑应按户设置电能表。这里的户，不仅指一户住宅，也包括其他居住建筑的公寓、宿舍、客房等。每户设置电能表，有利于用户合理控制电能的使用，节约电能。公共场所应设置分项计量装置，按公共照明、电梯、风机等分别设置电能表。

2.6电梯群控措施

目前居住建筑以高层建筑为主，建筑内部均设置了电梯，有些建筑设置了2台及以上电梯。用户使用时，因为不知道哪台电梯会先达到本层，也担心电梯满员到达本层时不停，会习惯性的按下所有电梯按钮，如果电梯未设置群控功能，所用电梯都将运行至用户所在层，而用户只会使用1台电梯，造成了极大的浪费。因此设计时，2台及以上电梯，必须要求设置电梯群控功能。

3　照明

3.1照明功率密度值

国家标准《建筑照明设计标准》（GB50034-2013），对居住建筑的照明功率密度值做出了要求，见表1。其中黑体字部分是强制性条文，必须严格遵守。

居住建筑照明功率密度限值　表1

目前市场上开发的住宅，主要有精装房和毛坯房两种模式。精装房设计时照明功率密度值必须满足表1中现行值要求，如果节能要求较高，可按照目标值设计。毛坯房因为户内照明由业主根据自身喜好设置，难以控制。设计时可对户内照明功率密度值进行建议性要求，但公共场所必须严格按照规范要求。

3.2灯具及光源的选择

灯具应选用效率或效能高的产品。国家标准《建筑照明设计标准》（GB50034-2013）对一些主要灯具的效率或效能做出了最低要求，随着技术和材料的发展进步，设计时应在国标的基础上适当提高，可参照表2～表4要求。

直管形荧光灯灯具的效率（%）　表2

紧凑型荧光灯筒灯灯具的效率（%）　表3

发光二极管筒灯灯具的效能（lm/W）　表4

3.3光源的选择

居住建筑节能设计时，照明光源应采用高能效光源，如细管径直管型荧光灯、紧凑型荧光灯及发光二极管灯（LED）等。地下车库的行车道、停车位，住宅建筑的楼梯间、走廊、前室，其他居住建筑的楼梯间、前室以及夜景照明等应优先采用发光二极管灯。

选用光源的能效值及与其配套的镇流器的能效因数应满足下列规定：

①单端荧光灯的能效值不应低于现行国家标准《单端荧光灯能效限定值及节能评价值》（GB19415）规定的节能评价值；

②普通照明用双端荧光灯的能效值不应低于现行国家标准《普通照明用双端荧光灯能效限定值及能效等级》（GB19043）规定的节能评价值；

③普通照明用自镇流荧光灯的能效值不应低于现行国家标准《普通照明用自镇流荧光灯能效限定值及能效等级》（GB19044）规定的节能评价值；

④管型荧光灯镇流器的能效因数不应低于现行国家标准《管型荧光灯镇流器能效限定值及节能评价值》（GB17896）规定的节能评价值。

3.4照明节能控制

照明节能控制是照明节能的重要措施之一，只有科学合理的控制照明灯具，避免使用中的浪费，才能达到更好的节能效果。

门厅、走廊、楼梯间、前室等场所应采用能够延时自动熄灭的节能控制措施。目前常用的有声光控开关和红外感应开关。门厅如果设置装饰性照明，也可以考虑采用分组控制，每组灯具数量不宜太多，方便使用者根据需要开启灯具。

车库照明车位可以采用感应式车位灯，做到车来灯亮，车走灯灭。车道灯可以分组控制，由管理人员根据不同的时间段合理开启灯具数量。也可以采用智能照明系统。

每个开关控制的灯具应尽量少，除设置单个灯具的房间外，每个房间照明控制开关不宜少于2个。

智能照明控制系统可分组、分时自动控制灯具的开启和熄灭，也可以通过亮度传感器，自动调节灯光强弱，具有很好的节能效果。在条件许可的情况下，尽量采用。

4　太阳能光伏发电系统

太阳能是一种可再生能源，它在自然界是取之不尽，用之不竭的能源。居住建筑，特别是居住建筑中的宿舍、公寓，养老院的客房楼等，屋顶可利用面积较大，应尽量设置光伏系统。设计时宜采用分布式光伏发电系统。分布式光伏发电系统具有就近发电，就近并网，就近转换，就近使用的优点，不需要通过蓄电池储能，用户使用不完的电量可以反馈给电网。分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备，另外还有供电系统监控装置和环境监测装置。其运行模式是在有太阳辐射的条件下，光伏发电系统的太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出的电能，经过直流汇流箱集中送入直流配电柜，由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载，多余或不足的电力通过联接电网来调节。

分布式光伏系统发电量可按下式计算：

式中：L——年发电量（kWh）

W——装机总量（kWp）

I——水平面年总辐射量（kWh/m2）

a——倾角修正系数（无量纲）

Io——标准太阳辐射强度（kWh/m2）

η1——光伏阵列效率

η2——温度及衰减修正系数

η3——污秽影响修正系数

η4——逆变器效率

η5——并网损耗系数

5　结束语

建筑节能是关系到我国建设低碳经济、完成节能减排目标、保持经济可持续发展的重要环节之一。居住建筑电气节能设计作为建筑节能不可或缺一项内容，设计时应该从供配电系统、照明、产品等多方面进行。采用节能型的技术、工艺、设备和产品，达到合理使用能源，不断提高能源利用效率的节能目的。

［1］GB50352-2005，民用建筑设计通则［S］.

［2］GB/T50668-2011，节能建筑评价标准［S］.

［3］GB50034-2013，建筑照明设计标准［S］.

［4］GB50053-2013，20kV及以下变电所设计规范［S］.

TU111.4+8

A

1007-7359（2016）04-0236-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.04.093

汪军（1970-），男，安徽六安人，毕业于合肥工业大学，学士；高级工程师，国家注册电气工程师。