摘  要：針對建筑電氣系統之中節能設計內容與綠色建筑電氣技術(shù)應用的問(wèn)題，首先分析了建筑工程電氣節能設計的主要內容，分別為確保三相平衡、提升功率因數、控制諧波含量。其次，研究了綠色建筑電力技術(shù)，涉及太陽(yáng)能技術(shù)、光伏建筑一體化技術(shù)、建筑能耗監控技術(shù)?？偨Y了建筑電氣節能設計和綠色建筑電氣技術(shù)的實(shí)際應用，包括綠色節能技術(shù)在動(dòng)力系統、照明設計、暖通空調之中的應用。

關(guān)鍵詞：建筑；電氣系統；節能設計；綠色建筑電氣技術(shù)

建筑領(lǐng)域在建設期間和投入使用之后均會(huì )消耗大量的能源與資源，如果沒(méi)有做到節能措施的落實(shí)，出現資源與能源浪費情況的可能性將會(huì )加大。對于建筑工程而言，電氣系統設計與建設在其中占據著(zhù)關(guān)鍵地位，對這項內容進(jìn)行優(yōu)化能夠為建設綠色建筑目標的達成奠定堅實(shí)基礎。

基于此，相關(guān)主體應當注重電氣節能設計內容的落實(shí)，同時(shí)應用更加可行、更加可靠的綠色建筑電氣技術(shù)，并在電氣系統之中的各個(gè)部分做到有效應用。

對于當前存在的大多數的建筑物而言，配供電系統的供電水平和質(zhì)量是能夠對一個(gè)單獨的建筑物內部與外部電氣系統的運行能否實(shí)現低能耗化、高效化和穩定化產(chǎn)生直接影響的關(guān)鍵要素，而對配供電系統供電質(zhì)量產(chǎn)生決定性作用的因素則主要包含三個(gè)方面，即三相平衡、功率因數以及諧波含量?；诖?，在建筑電氣節能設計之中，設計的主要內容即為這三項內容。

（1）確保三相平衡

所謂三相，指的是三相交流電源，亦可以將其理解為三相交流電源或三相電線(xiàn)。三相電線(xiàn)即三根電線(xiàn)，也就是火線(xiàn)、零線(xiàn)和地線(xiàn)。三相交流電源指的則是由三個(gè)相位依次互差 120 度的、振幅與頻率均一致的交流電勢共同組成的電源。

現階段，三相是一種使用廣泛的多相交流電系統。在建筑電氣節能設計之中，落實(shí)三相平衡是一個(gè)至關(guān)重要的組成部分。一旦電氣系統之中的三相處于不平衡狀態(tài)，將會(huì )引發(fā)一系列的不良后果，例如電機使用壽命大幅縮減、電機附加發(fā)熱與振動(dòng)、線(xiàn)路損耗等等。

因此，為了能夠為三相平衡提供保障，在實(shí)際開(kāi)展建筑電氣系統節能設計的過(guò)程中，應當做好如下幾方面的工作：首先，在對建筑物之中存在的各種用電設備進(jìn)行 220V/380V 的三相系統設計接入時(shí)，要將三相平衡嚴格執行下去，從根本上避免三相負荷不平衡情況的產(chǎn)生，做到高效治理；其次，針對電氣系統的實(shí)際功能展開(kāi)更加深入且細致的劃分。

在此之中，建筑物中的照明系統所接入的電網(wǎng)應當為 220V 的低壓電網(wǎng)用以供電。倘若電流不足 60A，在供電時(shí)也可以通過(guò)單向供電的形式，落實(shí)三相平衡供電的形式。倘若電流超過(guò) 60A，則需要通過(guò) 220V/380V三相四線(xiàn)制供電，始終保證三相平衡；為了切實(shí)達成三相平衡，還需要將平衡裝置安裝在電氣系統之中。

（2）提升功率因數

從物理學(xué)的角度來(lái)看，有功功率和實(shí)際功率的比值即為功率因數，它是電壓與電流之間相位差的余弦，功率因數為cos，用公式表示為SPcos（P 為有功功率，S 為實(shí)際功率）。

這是電力系統之中的重要技術(shù)數據之一，是用于對電氣設備的效率高低進(jìn)行衡量和評估的基本系數。如果功率因數較小，則表明電路用于交變磁場(chǎng)轉換的無(wú)功功率較大，在這種情況下，線(xiàn)路供電損失將會(huì )上升，基于此，針對用電單位功率因數這一內容，供電部門(mén)設定了相應的標準要求。對于電氣節能設計而言，功率因數具備十分深刻的現實(shí)意義。原因在于建筑物之中存在的電氣設備大部分為感性負載，這也使得這些設備本身的功率因數往往保持在較低的水平。

此外，由于存在無(wú)功功率，因此，若想避免不利影響的產(chǎn)生，須得促使實(shí)際功率提升，以此實(shí)現功率因數的提升。在這種情況下，諸如變壓器和電動(dòng)機一類(lèi)設備的裝機容量將會(huì )不斷增加。在提升功率因數的過(guò)程中，還需要進(jìn)行無(wú)功補償裝置的安裝，一方面，這能夠達成電能資源損耗規模的減少，另一方面，僅將一些容量較小的變壓器和電動(dòng)機配備在電氣系統之中即可以滿(mǎn)足實(shí)際的用電需求，并且還能夠在電氣系統之中實(shí)現一些小截面導線(xiàn)的安裝。

（3）控制諧波含量

在用電設備、供電系統、輸電系統和發(fā)電系統多個(gè)要素的整體作用之下，原本的 50Hz 正弦交流電在實(shí)際傳送至建筑物的電氣系統之后，將會(huì )出現一定的改變，出現一定量的諧波夾雜其中，這對于電氣系統的安全運行而言是一種損害，并且還會(huì )引發(fā)額外的電力能源損耗和浪費的情況。

舉例來(lái)說(shuō)，攜帶有諧波的電流將會(huì )使得用電設備和線(xiàn)路出現發(fā)熱甚至是發(fā)燙的情況，比如變壓器過(guò)熱、線(xiàn)纜發(fā)燙等，而在這個(gè)過(guò)程中，將會(huì )浪費大量的電力能源，情節嚴重時(shí)，還可能會(huì )對建筑物電氣系統功能體驗帶來(lái)消極影響，比如電子元件被燒毀、跳閘頻率較高等等。所以，若想切實(shí)達成建筑電氣系統節能設計，應當對諧波含量進(jìn)行有效控制。

當前，在治理諧波時(shí)，常見(jiàn)的方法基本為以下兩類(lèi)：首先，立足于電網(wǎng)進(jìn)行諧波治理，借助非線(xiàn)性負載設備的功能，促使電流中的諧波含量有效降低；第二，立足于建筑電氣系統之中存在的各個(gè)處于運行狀態(tài)的電氣設備，換言之，在開(kāi)展建筑電氣節能設計的過(guò)程中，對各項可能影響到電氣系統的因素進(jìn)行綜合考慮，借助科學(xué)計算的形式，充分控制保證電氣設備正常運行的供電系統中的諧波含量，使之處于安全范圍，減少電能損耗。

（1）太陽(yáng)能技術(shù)

現如今，可再生的清潔能源已經(jīng)成為綠色建筑建設期間廣泛應用的能源類(lèi)型。在此之中，作為一種獲取難度低、應用效果好、成本投入少的清潔能源，太陽(yáng)能在綠色建筑之中實(shí)現了大面積的應用。將太陽(yáng)能技術(shù)應用到建筑電氣系統之中同樣可以發(fā)揮良好作用。太陽(yáng)能本身屬于自然能源的一種，具備可再生和清潔的特征，將其作為一種綠色建筑電氣技術(shù)加以應用時(shí)，主要是使用太陽(yáng)光進(jìn)行發(fā)電，同時(shí)還能夠作為加熱水的能源，將原本使用電能加熱水時(shí)消耗的一部分電能進(jìn)行有效節約，這充分展現了太陽(yáng)能技術(shù)綠色節能的優(yōu)勢。

為此，需要在建筑物之中進(jìn)行太陽(yáng)能發(fā)電系統和太陽(yáng)能熱水器裝置的安裝，對自然資源進(jìn)行充分利用。在未來(lái)的發(fā)展中，相關(guān)領(lǐng)域的研究人員需要在開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能技術(shù)之中投入更多的努力，探尋更加高效、更加科學(xué)的太陽(yáng)能資源利用方式。

（2）光伏建筑一體化技術(shù)

光伏建筑一體化技術(shù)在應用到建筑物中之后，其本身的優(yōu)勢十分明顯，即其在應用過(guò)程中不會(huì )產(chǎn)生附加的污染物質(zhì)，能夠發(fā)揮可觀(guān)的節能環(huán)保效果。在一定程度上，光伏建筑一體化技術(shù)能夠將傳統電能加以取代，通過(guò)相應的發(fā)電裝置的安裝能夠為建筑物提供更加清潔的能源。在應用這一技術(shù)時(shí)，設計人員可以與建筑物自身的功能需求和實(shí)際使用特點(diǎn)進(jìn)行有機結合，進(jìn)行獨立形式或并網(wǎng)形式的光伏發(fā)電系統的設計，同時(shí)在太陽(yáng)能電池組的幫助下，將太陽(yáng)輻射轉變?yōu)楣┙ㄖ锸褂玫碾娔苜Y源，這也意味著(zhù)建筑物中各個(gè)電氣設備的穩定運行能夠獲取到更加清潔的無(wú)污染能源的支撐，落實(shí)節能減排。

（3）建筑能耗監控技術(shù)

在應用建筑能耗監控技術(shù)之后，能夠實(shí)現跟蹤并監控建筑物內部各種電氣設備實(shí)際能源消耗情況的目標。依托于專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員和系統的支撐，可以根據實(shí)際情況調控建筑物內部的光源系統，不僅如此，借助高級傳感器裝置，還能夠實(shí)現自動(dòng)化控制建筑物內部照明設備明暗程度的目的，在一定程度上，還可以按照實(shí)際使用需求，控制建筑物中的電梯等多種類(lèi)型的電氣設備。不過(guò)，我國當前還未實(shí)現建筑能耗監控技術(shù)的廣泛應用與普及，僅在一些商業(yè)場(chǎng)所中實(shí)現了應用。

（1）動(dòng)力系統中綠色節能技術(shù)的應用電動(dòng)機是支撐家用電器設備和大型電力設備可以

始終維持在正常運行狀態(tài)下的關(guān)鍵要素，同時(shí)，它也是動(dòng)力系統的重要組成部分。通常情況下，確保電動(dòng)機的穩定、可靠運行需要大量的電力能源作為支撐，基于這種情況，在落實(shí)建筑電氣節能設計的過(guò)程中，須得針對電動(dòng)機展開(kāi)相應的設計，從而實(shí)現電力能源損耗規模的充分縮減。

在這個(gè)過(guò)程中，第一，需要確保動(dòng)力系統中選用的電動(dòng)機足夠合理，盡量選擇一些效率較高的電動(dòng)機設備，同時(shí)不斷優(yōu)化電動(dòng)機控制形勢，很大限度的降低電動(dòng)機處于空載和負載狀態(tài)下?lián)p耗的電力能源，實(shí)現電動(dòng)機運行質(zhì)量和效率的提升；第二，需要確保動(dòng)力系統中選用的電動(dòng)機設備的使用型號足夠合理，設計人員應當在與建筑工程電氣設備的具體使用需求和環(huán)境進(jìn)行有機結合的基礎上，分析并評估電動(dòng)機的符合要求，基于不同使用型號電動(dòng)機的負荷特點(diǎn)，同時(shí)充分遵循經(jīng)濟性選擇，確保選用的電動(dòng)機可以在滿(mǎn)足使用需求的前提下，消耗少的能源。

（2）照明設計中綠色節能技術(shù)的應用

電力是保障建筑工程項目規劃和建設順利落實(shí)的關(guān)鍵所在，不過(guò)，在研究實(shí)際情況之后可以發(fā)現，由于電氣設備依舊存在相應的問(wèn)題，難以與節能的要求相匹配，這也意味著(zhù)可持續發(fā)展目標無(wú)法實(shí)現。在實(shí)際開(kāi)展建筑電氣節能設計過(guò)程中，照明設計是其中的重要一環(huán)，為了確保這一部分能夠切實(shí)做到節能環(huán)保，設計人員應當借助有效手段對自然光進(jìn)行很大限度的利用，將人造照明的使用時(shí)間盡可能地縮短。與此同時(shí)，建筑物中所使用的照明燈具也應當盡可能地選擇節能燈具，從而實(shí)現有效控制照明過(guò)程中消耗電能的目的。

此外，還可以與建筑物中各個(gè)功能區的實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行深度融合，確保設計的照明系統能夠滿(mǎn)足相應區域的實(shí)際使用需要。值得一提的是，在設計建筑照明方案之時(shí)，需要科學(xué)利用一些具備較高光通量的照明燈具，提升整體光能利用率。

（3）暖通空調中綠色節能技術(shù)的應用

為了與當前我國的生態(tài)文明建設理念相契合，在進(jìn)行建筑電氣節能設計的過(guò)程中，應當與新形勢所提出的現實(shí)要求進(jìn)行充分結合。就現階段建筑電氣設計的情況來(lái)看，在應用自動(dòng)控制時(shí)還存在著(zhù)一定的問(wèn)題和缺陷，比較典型的一項表現即為空調系統和供暖通風(fēng)系統在實(shí)際應用期間存在能源消耗規模較大的現象，暖通空調是建筑物中能源損耗嚴重的一個(gè)方面。

基于這種情況，應當嚴格控制建筑工程項目中包含的暖通系統，這能夠直接影響到節能環(huán)保目標的落實(shí)效果。

為此，開(kāi)發(fā)人員應當與低電流工程師展開(kāi)緊密合作 ， 逐 步 改 良 HVAC （ Heating Ventilating Air Conditioning）接口，通過(guò)智能接口的應用準確監測并分析風(fēng)速和空調溫度等內容。同時(shí)，在空調接口之處，還應當進(jìn)行低電流傳感器的安裝，從而做到監督和控制能源消耗的實(shí)時(shí)化，達成節約能源的目的。

4.1概述

安科瑞電氣具備從終端感知、邊緣計算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系Acrel-EMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺通過(guò)在企業(yè)源、網(wǎng)、荷、儲、充的各個(gè)關(guān)鍵節安裝保護、監測、分析、治理裝置，用于監測企業(yè)能耗總量和能耗強度，重點(diǎn)監測主要用能設備能效，保護企業(yè)運行安全可靠，提高企業(yè)能效，為企業(yè)的能效管理提供科學(xué)、精細的解決方案

4.2應用場(chǎng)所

適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學(xué)校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶(hù)端供配電自動(dòng)化系統工程設計、施工和運行維護。

4.3系統架構

AcrelEMS企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺，采用B/S架構，集成Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統與Acrel-2000Z電力監控系統，企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺實(shí)現了從35kV配電到0.4kV用電側的整體監控，提供變電站綜自系統，電力監控，電能質(zhì)量監測，電氣保護，電能統計。對企業(yè)的用電管理起到的幫助。

4.4系統功能

4.4.1實(shí)時(shí)監測

綜合看板

系統提供低壓配電監測大面板，提供變電站和光伏電站運行情況展示，通過(guò)地圖顯示各電站具體位置，并展示目前告警數目和具體信息。

?地圖支持放大縮小且響應迅速。

?報警信息支持輪播功能。

4.4.2 35kV配電系統

系統提供35kV/10kV一次系統圖展示全站電氣主接線(xiàn)圖（支持縮放方式）包括顯示設備運行狀態(tài)、各主要電氣量(電流、電壓、頻率、有功、無(wú)功)等的實(shí)時(shí)值。

圖 35kV變電站綜合自動(dòng)化系統界面圖

4.4.3變電所運行看板

展示單個(gè)變電站運行狀況，并提供系統一次圖。

變電站基礎信息維護，包括變壓等級，裝機容量，申報需量，變壓器數量等。

?提供變電所實(shí)時(shí)負荷曲線(xiàn)查詢(xún)，數據實(shí)時(shí)刷新。

?提供變電站分時(shí)段用電今日昨日對比柱狀圖。

?提供低壓側系統一次圖，數據實(shí)時(shí)刷新。

圖 企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺變電所運行看板界面圖

4.4.4直流屏監測

提供直流屏遙測數據，一/二路交流電壓監測。

圖 企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺直流屏監測界面圖

4.4.5 變壓器監測

展示所選變壓器實(shí)時(shí)負載率，頻率，三相電壓電流，三相繞組溫度，電壓/電流不平衡度。提供負載率、有功功率、無(wú)功功率曲線(xiàn)。如圖7.3.6所示。

?數據實(shí)時(shí)刷新，響應迅速。

?支持三相功率曲線(xiàn)同時(shí)展示。

圖 企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺變壓器監測界面圖

4.4.6電能質(zhì)量穩態(tài)監測

提供電能質(zhì)量檢測儀所采集數據，如電壓值，偏差率，諧波畸變率，電流值，分相功率，總功率等。如圖所示。數據實(shí)時(shí)刷新，響應迅速。

圖 企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺電能質(zhì)量穩態(tài)檢測界面圖

4.4.7電能質(zhì)量諧波監測

通過(guò)柱狀圖展示電能質(zhì)量檢測儀諧波和間諧波各頻譜。如圖7.4.3所示。

圖 企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺電能質(zhì)量諧波檢測界面圖

4.4.8數據采集和存儲

4.4.8.1數據采集和處理

圖 數據采集界面圖

監控系統通過(guò)通信管理機實(shí)時(shí)采集模擬量、狀態(tài)量等信息量；通過(guò)公共接口設備接受來(lái)自其他通信裝置的數據，具有單獨配置通信采集點(diǎn)信息的模塊，不與數據庫等其它部分相關(guān)聯(lián)，并獨立運行。

對所采集的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行數字濾波、性檢查，工程值轉換、信號接點(diǎn)抖動(dòng)、刻度計算、人工置入等加工。從而提供電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數等各種實(shí)時(shí)數據，并將這些實(shí)時(shí)數據帶品質(zhì)描述傳送至站控層和各級調度。

4.4.8.2數據庫的建立與維護

圖 數據庫建立與維護界面圖

數據庫分為實(shí)時(shí)數據庫和歷史數據庫，實(shí)時(shí)數據庫存儲監控系統采集的實(shí)時(shí)數據，其數值根據運行工況的實(shí)時(shí)變化而不斷更新，記錄被監控設備的當前狀態(tài)；歷史數據庫對于需要長(cháng)期保存的重要數據將存放在歷史數據庫中。提供通用數據庫，記錄周期為1min、5min、30min、60min任意調節。歷史數據實(shí)現在線(xiàn)滾動(dòng)存儲5年，無(wú)需人工干預。所有的歷史數據轉存到光盤(pán)或磁帶等大容量存儲設備上作為長(cháng)期存檔。對于狀態(tài)量變位、事件、模擬量越限等信息，按時(shí)間順序分類(lèi)保存在歷史事件庫中，并保存10年，以供查詢(xún)。

4.4.8.3調節與控制

圖 變電站綜自系統調節與控制界面圖

操作員對需要控制的電氣設備進(jìn)行控制操作。監控系統具有操作監護功能，允許監護人員在操作員工作站上實(shí)施監護，避免誤操作。

原則上間隔層控制和設備就地控制作為后備操作或檢修操作手段。為防止誤操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即選擇、返校、執行，并在站級層設置操作員、監護員口令及線(xiàn)路代碼，以確保操作的性和正確性。對任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進(jìn)行下一步操作。同一時(shí)間只允許一種控制方式。

納入控制的設備有：

a） 35kV及以下斷路器；

b） 35kV及以下隔離開(kāi)關(guān)及帶電動(dòng)機構的接地開(kāi)關(guān)；

c） 站用電380V斷路器；

d） 主變壓器分接頭；

e）繼電保護裝置的遠方復歸及遠方投退連接片。

4.4.8.4 微機五防閉鎖

圖 變電站綜自系統微機五防界面圖

具備全站五防閉鎖功能。具有防止誤拉、合斷路器；防止帶負荷拉、合開(kāi)關(guān)；防止帶電掛接地線(xiàn)；防止帶地線(xiàn)送電；防止誤入帶電間隔的功能。

配置獨立于監控系統的專(zhuān)用微機五防系統。遠方操作時(shí)通過(guò)專(zhuān)用微機五防系統實(shí)現全站的五防操作閉鎖功能，就地操作時(shí)則由電腦鑰匙和鎖具來(lái)實(shí)現，同時(shí)在受控設備的操作回路中串接本間隔的閉鎖回路。專(zhuān)用微機五防系統與變電站監控系統共享采集的各種實(shí)時(shí)數據，不獨立采集信息，采用相互通信的間隔層測控裝置實(shí)現。

4.4.9系統運行

4.4.9.1儀表通訊狀態(tài)

儀表通訊狀態(tài)主要用于監測目標站點(diǎn)的儀表設備數據是否正常交互、是否有離線(xiàn)發(fā)生、何時(shí)離線(xiàn)與數據交互中斷的持續時(shí)間等內容，為用戶(hù)初步判斷設備通題提供依據。

圖 企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺設備通信界面圖

4.4.9.2 網(wǎng)關(guān)通訊狀態(tài)

網(wǎng)關(guān)通訊狀態(tài)主要用于監測目標站點(diǎn)的網(wǎng)關(guān)設備數據是否正常交互、是否有離線(xiàn)發(fā)生、何時(shí)離線(xiàn)，為用戶(hù)初步判斷網(wǎng)關(guān)通題提供依據。

圖 企業(yè)微電網(wǎng)能效管理平臺網(wǎng)關(guān)通信狀態(tài)界面圖

4.5系統硬件配置

4.5.1電力監控、電能質(zhì)量、電動(dòng)機管理及配電室環(huán)境監控系統

4.5.2智能照明系統

4.5.3電氣火災監控系統

4.5.4消防設備電源監控系統

綜上所述，對于建筑電氣系統這一建設內容而言，設計工作在其中承擔著(zhù)前期規劃的職責，為了能夠切實(shí)實(shí)現節約能源、降低損耗的目的，做到建筑電氣節能設計工作。

現如今，在人們逐漸樹(shù)立起生態(tài)環(huán)保理念的背景之下，建造綠色建筑已經(jīng)成為建筑領(lǐng)域發(fā)展的一項重點(diǎn)，而節能即為綠色建筑的一項硬性指標。為了切實(shí)滿(mǎn)足這項要素，建設人員應當注重多種節能設計內容和綠色建筑電氣技術(shù)的應用，同時(shí)在多個(gè)方面之中做到綠色節能技術(shù)的充分應用，促使建筑物真正成為節能、環(huán)保的新型綠色建筑。

參考文獻

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[2]李莉芳,沈飛.綠色建筑電氣節能設計與能源管理系 統 可 行 性 研 究 及 解 決 方 案 [J]. 現 代 建 筑 電氣,2021,12(01):8-12.

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[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版本

作者簡(jiǎn)介：

韓歡慶，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電力監控系統的研發(fā)與應用。