建筑電氣設計及節能措施淺析

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［摘要］隨著當前社會經濟的持續性發展，建筑行業中電氣設備的技術水平獲得了相當的進步，其功能性、適用性也不斷在強化。在建筑設計中，使用方及設計師們已經不僅僅局限于設備功能使用方面的需求，綠色建筑等更進一步的理念逐漸更多地占據設計方案內容，成為主流思想。而這也對綠色與節能環保這一理念與建筑設計相結合提出更高標準的要求。建筑電氣設計工作中，需要調配大量的能源、設備投入到建筑中，實現對能源的合理調配、對設備的科學運用。合理實現對節能措施的運用，盡可能減少能源消耗，提高能源利用率，是目前進建筑行業發展的側重點。本文對建筑電氣設計中采取節能技術的意義進行分析，并對原則、問題、措施與提升效果措施全面探索，以期高效達成建筑電氣節能設計，降低能源消耗，落實節能環保目標。

［關鍵詞］建筑；電氣；節能

建筑電氣節能設計指的是在滿足建筑基本使用功能的基礎上，利用相應的優化設計模式實現電氣工程之中照明、變壓器等設備所產生的損耗減少，使建筑用電的應用效率顯著提高，將其在運行中的成本降低。當前，伴隨著建筑設備功能越來越強大，設備能耗量不斷提高，在設計中做到電氣節能具有重要價值，這也是建筑行業的發展趨勢。作者在建筑電氣設計以及節能措施方面深入探索，以節約能源消耗為目標開展科學設計，推動建筑業的持續性發展，也達成對生活環境的有效保護。

1建筑電氣設計中采取節能技術的意義

在建筑電氣設計之中，科學應用節能技術，可將資源使用率大幅提高，降低浪費，這對于經濟增長有著積極意義。建筑業的不斷發展，使能源消耗狀況日趨嚴重，特別是電氣設計工作所體現出的直觀成果，并未讓人們對能源的消耗產生足夠的重視。節能設計與人們的生活息息相關，可對人們多方面的生活、工作等產生直接影響。若設計工作開展不夠科學，會導致嚴重的資源損耗。合理開展此項設計，對于建筑業的長遠發展有利[1]。同時，節能技術的普及可將目前能源緊張的現實情況有效緩解，強化對環境的保護，促進建筑設計行業健康發展。對資源的合理應用，可以讓人們獲得更強烈的滿足感，真正實現經濟、社會價值的提高。

2建筑電氣節能設計原則

2.1滿足基本要求

在電氣設計中，需要優先將建筑自身功能需求得到有效滿足，確保建筑可以正常運作。例如在通道走廊設計中，需要優先確保人們在行走中通暢無障礙，再運用感知技術，將走廊的舒適度有效提高，滿足人們的更高需求。在室內設計中，通過樓控系統及能源監控系統，有效滿足人們在電源方面的相關需求，同時也需保證用電安全。對于特殊的建筑，應結合實際情況對配電結構進行改動，使其滿足建筑本身的特殊需要。在節能設計中，需要與實際需求相符，同時注重對新型技術、設備的運用，使其充分滿足能耗降低的目標。

2.2降低能源損耗

在設計中運用節能理念，將使能源得到更有效的應用，需要探尋容易發生能源損耗的源頭，結合其開展針對性節能設計[2]。如，科學設計配電路由，將其中的功率損耗減少；使用節能型光源的燈具；將用電器相對平均地分配在三相電源上等等節能措施。

2.3注重經濟性

在實際的設計工作中，需要注意控制設備的成本，采用科學性方案，選擇最適合的電氣設備以及有關材料。對于節能電氣設計，不能直接將其納入建筑成本的計算之中，需綜合考慮一次投資成本和后期運行成本的平衡。

2.4強調實用性

在建筑工程中，電氣各系統是其中的重要組成部分，是連接建筑、給排水、暖通專業的重要橋梁，其具有很強的實用性。維持電氣系統正常、穩定的運行，是設計師最主要的出發點。不可為了節能而節能，當節能系統與常規系統在運行中并無二致的時候，則需考慮系統的實用性是否適合。

2.5加強先進性

設計師需與時俱進，在不斷地學習先進技術中，逐漸完善自己的設計技能。但不可為了凸顯設計的先進性，將能耗高、實用性低且不適合的電氣系統應用在電氣設計中。應運用先進的技術手段對不必要的能耗進行代替，實現能耗的降低。

3建筑電氣節能設計問題

我國在建筑電氣領域的起步相較歐美等國略晚，且綜合國力在之前也與發達國家有所欠缺，再加上外國電氣品牌對核心技術的保護措施，導致很長時間內國內電氣領域處于劣勢，在國際上沒有競爭力。隨著近年來國力上升，國內設計師們有機會接觸到國外更先進的技術，且有能力理解并將其運用到我國的基礎建設中。但由于核心技術的研發困難，實現更加人性化的建筑功能，就需要以相當大的能源消耗作為代價。因此，提高相應的電氣及設備技術，對節能效果有直接的影響。另外，在建筑設計工作中，對綠色建筑節能設計標準的執行力度，以及建設方對于節能理念的接受程度不同，也極大地影響了節能設計成果。

4建筑電氣設計節能措施

4.1照明設計節能

建筑照明設計，首先要滿足建筑對照明的最基本需求。建筑照明數量和質量指標應符合現行國家標準《建筑照明設計標準》GB50034的規定。所有功能房間或場所的照明均選用高效節能光源及高效燈具，指示標志燈、常亮型燈具應采用LED光源。樓梯間，走廊照明采用聲光控制熄開關控制。選用節能型燈具和節能電子整流器。金屬鹵化物燈配節能型電感鎮流器，并且燈具應設置就地補償裝置，補償后功率因數不小于0.9。照明燈具、鎮流器應通過國家強制性產品認證。在滿足眩光限制和配光要求條件下，應選用燈具效率或效能高的燈具，并應符合表1～表4中的要求。主要功能房間或場所的室內照明光源的色溫，應滿足表5的規定：以筆者參與并負責設計的某幼兒園為例，照明光源大部分選用LED光源，部分選用細管徑直管形T5三基色熒光燈，配用電子鎮流器。睡眠區、活動區采用漫光型燈具，光源采用防頻閃性能好的節能光源，光源的光通量為2500lm以上。鎮流器選用L級低諧波高功率因數電子鎮流器（一拖一式），要求燈具功率因數達到0.9以上。一層大廳、各房間燈具采用就地分組控制，其他層公共區域、走廊、樓梯間采用聲光控延時自動開關控制。幼兒園嬰兒用房紫外線殺菌燈的控制裝置應單獨設置，并應采取防誤開措施。主要房間的功率密度及照度值如表6計算：按照國家規范，合理布置照明燈具數量及位置，主要房間的計算功率密度值、計算照度值、眩光值、顯色指數等照明數值均滿足國家規范目標值的要求。在做到最基本節能設計的前提下，滿足了幼兒園對照明系統的基本需要。在日常設計工作中，設計師們在照明方式、控制方法等方面著手[3]，使照明系統更進一步滿足節能需求。引入了智能控制系統，利用“傳感器+控制器”組合成的智能系統，將自然光引入室內照明系統，進而將建筑在照明之中所產生的消耗減少。例如，在開放式辦公區域的外窗附近及遠離外窗處設置照度感應器。根據感應出的現狀日光光照強度，通過控制器控制本區域的燈具開關，從而避免日光照射區燈具點亮造成重復照明。利用精裝修辦公工位擺放，在通道處設置移動感應器，配合照度傳感器，使整個智能照明系統更具有針對性。圖1為施耐德公司C-BUS智能化照明管理系統原理圖：光導管的出現，使建筑照明系統將能源消耗降至了最低點。通過對自然光源的收集、反射、再輸出，將自然光源引入室內區域。同時結合智能照明系統，通過調節光導管中的反光面大小，達到調節光照強度的效果。此項技術使得照明系統成為了近零能耗系統。但因初期投入略高、后期運行維護費用較貴及無自然光條件下仍需人工照明等諸多因素存在，光導管技術至今仍未大面積推廣。但作為照明系統的節能強有力的技術措施，光導管的發展前景十分可觀。

4.2供配電系統節能

首先合理選用供配電電壓等級，是減少電能損耗和電壓損失的重要因素。根據供電距離、用電設備容量、受電變壓器容量、用電地區公共電網狀態等因素，選擇35kV、10kV、6kV、220V/380V等供電電壓等級。民用建筑市政公共供電多用10kV或6kV輸送，至用電端變為宜采用220V/380V三相四線制供電。因供配電電纜材料、配電距離等因素，配電過程中會產生電壓偏差。現行國家標準《供配電系統設計規范》GB50052中明確要求，在一般情況下電動機、一般照明等無特殊要求的用電設備，在配電端電壓偏差允許值為額定電壓的±5%。為滿足這一要求，設計時應根據建筑規劃將變配電室盡量設置在負荷中心，減少低壓側線路長度，降低線路損耗。220V/380V低壓供電半徑不宜超過250m，應盡量避免“倒送電”現象。針對供電半徑相對較大的線路，可以結合實際情況增大電纜截面，以求降低電壓偏差。干式變壓器選用D，Yn11接線形式低損耗、低噪聲節能型電力變壓器，達到現行國家標準《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》GB20052的2級能耗或以上的要求。在低壓側設置集中無功自動補償，采用自動投切裝置，要求補償后功率因數保持在0.9以上。10KV供電進線處的功率因數不應低于0.95。對容量較大、負載穩定且長期運行的功率因數較低的用電設備采用并聯電容器就地補償。對諧波電流較嚴重的非線性負荷，無功功率補償考慮諧波的影響，采取抑制諧波的措施：安裝無源濾波裝置。根據用電負荷，合理選擇變壓器的容量，使變壓器的負債率在85%左右。在配電過程中，單相負荷需盡可能均衡地分配在三相上，使三相負荷保持基本平衡，最大相負荷不超過三相負荷平均值的115％，最小相負荷不小于三相負荷平均值的85％。對于三相不平衡或采用單相配電的供配電系統，采用分相無功自動補償裝置。

4.3自控系統節能

建筑設備管理系統包括冷凍機房控制系統、空調通風控制系統、給排水、中水及熱水、污水監視系統、智能照明控制系統、智能變配電監控系統等子系統。科學地配置建筑設備管理系，讓系統始終保持良好的運行狀態，能產生顯著的節能效益。系統可以根據建筑的工藝流程合理調用大樓整體能量，做到重點分配，重點使用。同時，系統可根據大樓的運行歷史記錄，管理、分析當前和過去的運行過程，并作趨勢報告。結合大數據分析，將大樓內各設備、系統運行情況一目了然地展示給操作人員，且當系統中控設備停止工作時，可由現場DDC實現控制。系統中的各子系統也分別自成體系，通過Lonworks、BACnet、OPC、TCP/IP等網絡協議，采用總線制的形式與管理系統連接，以達到系統與不同廠商產品互聯的目的。對于空調系統，聯系溫度控制區實際使用冷熱負荷量，對運行臺數與運行工況予以控制。系統監控空調機組中：空調風機的手自動狀態、運行狀態、故障報警顯示；溫度、濕度等參數顯示，超限報警；溫度、濕度控制；防凍保護控制；風過濾堵塞報警控制；風閥啟停控制、狀態檢測。冷凍機房和換熱機房之間自成系統，將所有運行設備運行狀態、故障報警、冷熱水供回水溫度、壓力、流量等參數上報給建筑管理系統。在新風系統中，系統通過監控以上參數，使整個空調系統中各類設備互相配合，將空氣處理所需的能耗降低。使建筑獲得舒適、健康的空氣同時，保持了相對較低的能耗，從而實現了節能目標。建筑設備管理系統在供配電系統中，監控高壓配電系統的進、出線開關、母聯開關的狀態；進、出線電流、電壓；有功、無功功率；計量數字。低壓配電系統的進線、主要回路出線開關、母聯開關的狀態；進線電流、電壓；功率因數；計量數字。變壓器的溫度值及超溫報警信號；運行狀態。同時如果采用柴油發電機作為備用電源的話，系統還可以監控柴油發電機的狀態；蓄電池電壓、日用油箱油位；所有故障報警。連同電梯的運行狀態、故障報警等信號匯聚至控制室。由監控計算機對配電室內變配電設備的運行情況和建筑內設備運行情況及用電計量情況進行有效管理。

4.4綠色產品節能

在當前社會環境中，隨著科技獲得快速發展，各種清潔型電氣設備逐漸步入人們的視野。結合建筑的地理位置、自然條件等相關因素，運用低碳能源替代高碳能源是未來電氣設計發展的重要趨勢。在利用風力、水力等自然力發電的同時，人們也在逐漸將可循環能源向城市內發展。光伏發電具有安全可靠、無污染、不受地域及環境限制、能源質量高等特點。利用建筑外立面、屋面等無法有效利用區域，敷設光伏板，實現建筑自我發電，節約電網消耗。甚至在光照強度較高地區，用電低谷時段，光伏發電建筑還可以向公共電網反向送電。光伏發電配電示意如圖2所示：（圖片來自于網絡）但因為光伏板反光有光污染、電能轉化率低、發電效率受光照影響大等缺點，使光伏發電還有很大的上升空間。

4.5管理方式節能

在運維管理工作中，可以結合建筑設備管理系統，配合BIM，通過三維模型對于建筑的全部用電設備開展集中的監視與管理工作。智能化建筑系統具有簡單性，可將在操作中的專業要求降低，結合自動運行模式，還能夠將人力方面的需求降低[4]。

5結語

如今，運用節能技術是建筑設計行業的發展趨勢，其也能夠為能源節約發揮重要作用。在實際設計工作中，在滿足節能需求的原則下，實現成本節約，在合理資金范圍中選擇最優節能方案，才能夠真正實現節約能源、減少能源損耗的目標。建筑電氣專業的節能設計中，采取具有有效性、可行性的節能方式，將此電氣節能方案不斷優化，在降低碳排放的基礎上促進行業發展。

參考文獻

[1]張序.民用建筑電氣設計中的節能措施探討[J].住宅與房地產，2021（3）：111-112.

[2]王小秀.淺談建筑電氣智能化及節能設計[J].居舍，2021（2）：73-74.

[3]劉曉杰.建筑電氣安全節能設計[J].工程建設與設計，2021（5）：39-41.

[4]唐宏建.智能建筑電氣節能優化策略分析[J].智能城市，2021，7（21）：42-43.

作者:李宏森 單位:中國建筑技術集團有限公司