建筑机电工程节能设计存在问题分析与相关对策

2016-07-20谢建辉

大科技 2016年5期

关键词：机电工程工程设计机电设备

谢建辉

（深圳市安航电子科技有限公司）

建筑机电工程节能设计存在问题分析与相关对策

谢建辉

（深圳市安航电子科技有限公司）

现阶段，随着人们生活水平的提高，对于生活质量的追求也不断提高，尤其是现阶段资源节约型和环境保护型社会建设理念的不断加深，城市发展中越来越离不开节能型建筑。为了更好地促进城市的发展，贯彻落实节能型建筑建设，推进低碳环保社会的发展，本文就目前节能型建筑建设过程中机电节能工程设计存在的问题及对策进行了探讨，希望能够对相关工作人员有所助益。

节能型建筑；机电节能；工程设计；问题；对策

现阶段，节能减排是建筑行业的热点问题，在建筑工程的建设过程中，如何有效实现建筑机电工程的节能减排目标，是贯穿于建筑设计、调试、使用过程的始终，而其中最根源的环节在于设计环节。如果建筑机电工程的优化设计能够有效控制不必要的能源消耗，必然能够有效减少建筑物投入使用后的总能源消耗，减少后期运营和维护费用；这对于促进经济和社会的可持续发展具有重要意义。为此，在建筑设计过程中，对建筑工程进行必要的节能设计，尤其是优化建筑机电节能工程的设计，具有重要的实践意义。

1 提高建筑机电节能工程设计质量的必要性

现阶段，世界范围内的能源危机已然成为了全人类生存和发展的重要挑战，具体到我国，也毫不例外。为了有效促进能源节约，推动经济社会的可持续发展，作为“能源消耗大户”的建筑领域成为了节能减排工作的重点，在城市建设过程中，节能型建筑也逐渐成为了人们关注的热点。

关于建筑的能耗，机电工程占建筑全部能耗3/4。为了有效控制建筑能耗，就应该从机电工程的节能设计阶段着手，及时将最新的低能耗、高效率、技术先进、应用成熟的机电设备融入建筑机电工程初始设计之中，淘汰经济效益、社会效益、生态效益不高的传统设备，同时满足设计方面的经济性、安全性、可靠性、可操作性和适应性。在现阶段的机电节能工程中，涉及到具体到机电设备的现状，过大电压偏差、三相不平衡（包括启动元件继电保护误动作、变压器三相负荷不平衡、低压系统中三相电压不平衡等）、谐波电流、暂态过电压等均是导致建筑机电工程安全隐患、能源损耗、资源浪费的根源所在。这些问题的存在，对用电设备造成严重危害；由于电压偏差过大，设备电耗会增加，损害设备使用寿命；由于三相不平衡，继电保护装置误动作频发，绝缘过热，导致设备使用寿命周期缩短，安全运行难以保证，影响机电设备达到设计的功能目标，造成资源能源浪费；由于谐波电流的存在，设备运行温度被迫抬高，过电压、过电流问题加速电气设备绝缘老化；谐波电流的流入设备时会导致整个设备过热。它能升高设备的温度，降低绝缘寿命，而在加热过程中又影响整个设备。谐波的存在导致多种不良效应，如串联、并联谐振引起的过电压、过电流、机械振动，从而使多种设备出现过热、绝缘老化、轴扭振等问题；由于暂态过电压，容易使处于正常工作状态中的设备自动停止或启动，甚至导致控制系统的无故非正常复位，干扰正常运行，特别是敏感电子设备，更容易受到干扰和破坏，加速老化，缩短设备的寿命周期。这些问题虽然在短时间内不会直接导致机电设备报废，但是随着设备服役时间的增加，日积月累下来的各种不利因素，就会对机电工程设备的正常运行造成影响：机电工程设备超负荷损害、设备高能耗低载荷、低效率运行等。能耗增加、运行效率下降均不利于节能减排目标的实现，严重阻碍了机电工程的可持续发展，而这些问题对机电工程带来的安全隐患也是不可估量的。总之，失去了经济性、节能性、安全性的机电工程，对于整体建筑工程项目的可持续发展十分不利。

2 建筑机电节能工程设计原则

2.1 保证满足机电设备的运行条件

在建筑机电节能工程的设计中，为了有效满足机电设备的运行条件，保证机电设备的运行动力供应，才能维系机电工程设备的正常稳定使用，为此，必须在设计中做好以下几点：①确保机电设备各种线路的安全性；②确保机电设备的控制方式具有科学性和合理性；③做好机电设备的防雷措施；④要做好防静电、防浪涌、防火技术，确保建筑机电设备的运行安全；⑤确保机电设备系统的环保节能效益，降低运营维护成本。

2.2 减少损耗

在建筑物而言，设计过程中必须注意使用安全和使用功能。为了有效保证建筑工程项目投资的有效性，实现项目运营的经济效益、社会效益和生态效益，就必须依靠技术先进且完善的节能设备，优化机电设备的线路选型，通过合理优化，降低机电工程设备的运行费用和维修养护费用，最大限度地控制能源消耗。

2.3 负荷科学化

在建筑机电工程的节能设计中，为了保证其运行性能，就必须严格控制设计系数，将设备的运行荷载控制在合理的范围内，将机电设备系统运行过程中的能效比维持在最优范围内。但是，排除一般情况后，对待特殊情况，需要采取必要的用电节能措施，优化负荷率，降低过载率，从而实现设备使用的最优化状态，有效节约能源。也就是说，在建筑机电节能工程的设计中，必须遵循经济性、安全性、先进性原则。

3 建筑机电节能工程设计的实证分析

以深圳市龙岗区政府投资公共建筑节能改造合同能源管理项目——海关大厦为例，本次节能项目改造涵盖电能源消耗领域的高耗能设备技术改造和软件环境控制技术改造；主要涉及到电力能源改造的有LED照明系统；中央空调系统运行环境优化；空调设备技改和设备智能化管理；建筑维护结构节能（贴膜）；涉及软件环境监控技术的能源监控管理的EMS系统。节能技术改造分别涉及海关大厦地下层和地面1～19楼层区域，海关大厦地上层72936m2，地下层6988.8m2。

海关大厦节能项目投资总额约422.74万元。具体项目建设范围及用能设备种类和投资改造设备系统种类如下：中央空调主机（27.951万）和室内盘管风机（30.44万）改造投资58.391万元，在线清洗技术改造投资20.32万元；空调水泵变频控制系统，技术改造投资14.43万元；照明系统LED节能灯具改造，技术改造投资223.51万元；EMS能源分项计量监控系统，技术改造投资14.11万元。电能优化系统技术改造投资91.98万元。

通过上述实施建筑区域用能设备种类的投资技术改造，降低空调设备、照明设备、能源监控管理设备、水资源动力设备、用能配电设备等的使用能耗。使深圳市龙岗区《海关大厦》公共机构建筑每平米能耗，在2010～2012年三年平均耗能基准线上下降20.27%，达到深圳市政府《十二五》规划公共机构节能目标。

4 建筑机电节能工程设计的有效措施

4.1 机电设备节能设计

（1）关于空调系统，其能量消耗主要集中于制冷制热能量消耗和空调循环水和暖热风时水泵和风机所消耗的能量。为此，在设计过程中，应该从以下几个方面入手：①对室内温度系数进行合理化控制；②对室外新风量进行合理控制和使用；③提高自然资源的利用效率；④减少输送系统的动力消耗；⑤对空调控制参数实施动态控制和调整，提高能效比。

（2）关于照明系统，其节能控制措施主要包括：①提高自然光的利用率；②将高效光源进行合理利用；③不同的区域，划分不同的照度标准，并选择最合适的灯具，并配置相应的光源控制方式。

（3）关于给排水的节能举措，最重要的还是要搞清楚能耗的根源。建筑给排水工程中支撑水循环的电能消耗和水资源消耗是主要的能耗源头，为此，在控制策略方面，就应该集中体现为：①应用先进性的节水设备；②使用变频水泵；③积极开发和利用中水等二水资源；④预防给水管网的爆管隐患；⑤对热水循环供应系统进行完善。

（4）关于电梯系统，其在建筑工程中的能耗问题也日益加重，为此，需要从以下几个方面着手：①电梯拖动系统节能；②负载过程中动能机械能的转化；③促进电梯系统的智能化。

4.2 电压等级选择

在建筑机电工程中，电压等级的选择，对于机电节能工程具有重要的实践意义。对于城镇低压配网来说，220/380V是应用最为普遍的电压等级，高压配网以10kV为宜。对于特殊的企业用户，受到用电设备种类、供电回路数量、供电距离等，确定合理的电网规划，科学选择电压等级。为此，在电压等级的选取中，小负荷用电用户即可采用低压电网，而对于负荷200kVA、单台设备功率高于250kW、供电距离超过250m，负荷超过100kVA的，均采用高压供电为宜。也就是说，在电压等级的选择中，应该实施动态稳定电压，根据用电单位的用电特性，制定合理的电压范围，通过该设备的模糊运算的动态控制功能绕组的调压档位，通过主副绕组的互感作用，将电压控制在合理的范围内。

4.3 供配电系统的节能设计

关于供配电系统的节能设计，应该本着实用、简单、配电级数少的原则，综合考虑电负荷的分布和容量，将变压器位置选择在负荷深处，有效缩短低电压供电半径，继而，有效节约电能，节约金属材料的使用。为此，由于10kV具有很强的适用性，所以在实践过程中应该加以应用。为了有效促进节能，还要做好供电范围、线路的规划。关于电压器的选择，也是供配电系统节能设计的重点，以三相电源供电为例，其必须保证单相机电与三相电源的连接，最大相负荷和最小相负荷必须满足既定的条件，并正确使用自动补偿设备。为了有效促进供配电系统节能效果的提高，还应该采取相应的降低线损的措施。

4.4 谐波治理和浪涌电流回收利用

一方面，通过电抗器“通低阻高”的特点，充分利用，对电力回路中存在较大干扰的谐波电流进行治理。另一方面，要对暂态过电压进行回收利用，充分利用补偿绕组和磁化绕组，执行电抗器的功能，通过多绕组环形交叉互连的作用，将吸收的损耗电能转化为磁能，然后利用线圈的电磁转化原理，实现电能的回收二次利用，给设备提供稳定的电流和电压。