建筑电气设计及节能措施浅析

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［摘要］随着当前社会经济的持续性发展，建筑行业中电气设备的技术水平获得了相当的进步，其功能性、适用性也不断在强化。在建筑设计中，使用方及设计师们已经不仅仅局限于设备功能使用方面的需求，绿色建筑等更进一步的理念逐渐更多地占据设计方案内容，成为主流思想。而这也对绿色与节能环保这一理念与建筑设计相结合提出更高标准的要求。建筑电气设计工作中，需要调配大量的能源、设备投入到建筑中，实现对能源的合理调配、对设备的科学运用。合理实现对节能措施的运用，尽可能减少能源消耗，提高能源利用率，是目前进建筑行业发展的侧重点。本文对建筑电气设计中采取节能技术的意义进行分析，并对原则、问题、措施与提升效果措施全面探索，以期高效达成建筑电气节能设计，降低能源消耗，落实节能环保目标。

［关键词］建筑；电气；节能

建筑电气节能设计指的是在满足建筑基本使用功能的基础上，利用相应的优化设计模式实现电气工程之中照明、变压器等设备所产生的损耗减少，使建筑用电的应用效率显著提高，将其在运行中的成本降低。当前，伴随着建筑设备功能越来越强大，设备能耗量不断提高，在设计中做到电气节能具有重要价值，这也是建筑行业的发展趋势。作者在建筑电气设计以及节能措施方面深入探索，以节约能源消耗为目标开展科学设计，推动建筑业的持续性发展，也达成对生活环境的有效保护。

1建筑电气设计中采取节能技术的意义

在建筑电气设计之中，科学应用节能技术，可将资源使用率大幅提高，降低浪费，这对于经济增长有着积极意义。建筑业的不断发展，使能源消耗状况日趋严重，特别是电气设计工作所体现出的直观成果，并未让人们对能源的消耗产生足够的重视。节能设计与人们的生活息息相关，可对人们多方面的生活、工作等产生直接影响。若设计工作开展不够科学，会导致严重的资源损耗。合理开展此项设计，对于建筑业的长远发展有利[1]。同时，节能技术的普及可将目前能源紧张的现实情况有效缓解，强化对环境的保护，促进建筑设计行业健康发展。对资源的合理应用，可以让人们获得更强烈的满足感，真正实现经济、社会价值的提高。

2建筑电气节能设计原则

2.1满足基本要求

在电气设计中，需要优先将建筑自身功能需求得到有效满足，确保建筑可以正常运作。例如在通道走廊设计中，需要优先确保人们在行走中通畅无障碍，再运用感知技术，将走廊的舒适度有效提高，满足人们的更高需求。在室内设计中，通过楼控系统及能源监控系统，有效满足人们在电源方面的相关需求，同时也需保证用电安全。对于特殊的建筑，应结合实际情况对配电结构进行改动，使其满足建筑本身的特殊需要。在节能设计中，需要与实际需求相符，同时注重对新型技术、设备的运用，使其充分满足能耗降低的目标。

2.2降低能源损耗

在设计中运用节能理念，将使能源得到更有效的应用，需要探寻容易发生能源损耗的源头，结合其开展针对性节能设计[2]。如，科学设计配电路由，将其中的功率损耗减少；使用节能型光源的灯具；将用电器相对平均地分配在三相电源上等等节能措施。

2.3注重经济性

在实际的设计工作中，需要注意控制设备的成本，采用科学性方案，选择最适合的电气设备以及有关材料。对于节能电气设计，不能直接将其纳入建筑成本的计算之中，需综合考虑一次投资成本和后期运行成本的平衡。

2.4强调实用性

在建筑工程中，电气各系统是其中的重要组成部分，是连接建筑、给排水、暖通专业的重要桥梁，其具有很强的实用性。维持电气系统正常、稳定的运行，是设计师最主要的出发点。不可为了节能而节能，当节能系统与常规系统在运行中并无二致的时候，则需考虑系统的实用性是否适合。

2.5加强先进性

设计师需与时俱进，在不断地学习先进技术中，逐渐完善自己的设计技能。但不可为了凸显设计的先进性，将能耗高、实用性低且不适合的电气系统应用在电气设计中。应运用先进的技术手段对不必要的能耗进行代替，实现能耗的降低。

3建筑电气节能设计问题

我国在建筑电气领域的起步相较欧美等国略晚，且综合国力在之前也与发达国家有所欠缺，再加上外国电气品牌对核心技术的保护措施，导致很长时间内国内电气领域处于劣势，在国际上没有竞争力。随着近年来国力上升，国内设计师们有机会接触到国外更先进的技术，且有能力理解并将其运用到我国的基础建设中。但由于核心技术的研发困难，实现更加人性化的建筑功能，就需要以相当大的能源消耗作为代价。因此，提高相应的电气及设备技术，对节能效果有直接的影响。另外，在建筑设计工作中，对绿色建筑节能设计标准的执行力度，以及建设方对于节能理念的接受程度不同，也极大地影响了节能设计成果。

4建筑电气设计节能措施

4.1照明设计节能

建筑照明设计，首先要满足建筑对照明的最基本需求。建筑照明数量和质量指标应符合现行国家标准《建筑照明设计标准》GB50034的规定。所有功能房间或场所的照明均选用高效节能光源及高效灯具，指示标志灯、常亮型灯具应采用LED光源。楼梯间，走廊照明采用声光控制熄开关控制。选用节能型灯具和节能电子整流器。金属卤化物灯配节能型电感镇流器，并且灯具应设置就地补偿装置，补偿后功率因数不小于0.9。照明灯具、镇流器应通过国家强制性产品认证。在满足眩光限制和配光要求条件下，应选用灯具效率或效能高的灯具，并应符合表1～表4中的要求。主要功能房间或场所的室内照明光源的色温，应满足表5的规定：以笔者参与并负责设计的某幼儿园为例，照明光源大部分选用LED光源，部分选用细管径直管形T5三基色荧光灯，配用电子镇流器。睡眠区、活动区采用漫光型灯具，光源采用防频闪性能好的节能光源，光源的光通量为2500lm以上。镇流器选用L级低谐波高功率因数电子镇流器（一拖一式），要求灯具功率因数达到0.9以上。一层大厅、各房间灯具采用就地分组控制，其他层公共区域、走廊、楼梯间采用声光控延时自动开关控制。幼儿园婴儿用房紫外线杀菌灯的控制装置应单独设置，并应采取防误开措施。主要房间的功率密度及照度值如表6计算：按照国家规范，合理布置照明灯具数量及位置，主要房间的计算功率密度值、计算照度值、眩光值、显色指数等照明数值均满足国家规范目标值的要求。在做到最基本节能设计的前提下，满足了幼儿园对照明系统的基本需要。在日常设计工作中，设计师们在照明方式、控制方法等方面着手[3]，使照明系统更进一步满足节能需求。引入了智能控制系统，利用“传感器+控制器”组合成的智能系统，将自然光引入室内照明系统，进而将建筑在照明之中所产生的消耗减少。例如，在开放式办公区域的外窗附近及远离外窗处设置照度感应器。根据感应出的现状日光光照强度，通过控制器控制本区域的灯具开关，从而避免日光照射区灯具点亮造成重复照明。利用精装修办公工位摆放，在通道处设置移动感应器，配合照度传感器，使整个智能照明系统更具有针对性。图1为施耐德公司C-BUS智能化照明管理系统原理图：光导管的出现，使建筑照明系统将能源消耗降至了最低点。通过对自然光源的收集、反射、再输出，将自然光源引入室内区域。同时结合智能照明系统，通过调节光导管中的反光面大小，达到调节光照强度的效果。此项技术使得照明系统成为了近零能耗系统。但因初期投入略高、后期运行维护费用较贵及无自然光条件下仍需人工照明等诸多因素存在，光导管技术至今仍未大面积推广。但作为照明系统的节能强有力的技术措施，光导管的发展前景十分可观。

4.2供配电系统节能

首先合理选用供配电电压等级，是减少电能损耗和电压损失的重要因素。根据供电距离、用电设备容量、受电变压器容量、用电地区公共电网状态等因素，选择35kV、10kV、6kV、220V/380V等供电电压等级。民用建筑市政公共供电多用10kV或6kV输送，至用电端变为宜采用220V/380V三相四线制供电。因供配电电缆材料、配电距离等因素，配电过程中会产生电压偏差。现行国家标准《供配电系统设计规范》GB50052中明确要求，在一般情况下电动机、一般照明等无特殊要求的用电设备，在配电端电压偏差允许值为额定电压的±5%。为满足这一要求，设计时应根据建筑规划将变配电室尽量设置在负荷中心，减少低压侧线路长度，降低线路损耗。220V/380V低压供电半径不宜超过250m，应尽量避免“倒送电”现象。针对供电半径相对较大的线路，可以结合实际情况增大电缆截面，以求降低电压偏差。干式变压器选用D，Yn11接线形式低损耗、低噪声节能型电力变压器，达到现行国家标准《三相配电变压器能效限定值及能效等级》GB20052的2级能耗或以上的要求。在低压侧设置集中无功自动补偿，采用自动投切装置，要求补偿后功率因数保持在0.9以上。10KV供电进线处的功率因数不应低于0.95。对容量较大、负载稳定且长期运行的功率因数较低的用电设备采用并联电容器就地补偿。对谐波电流较严重的非线性负荷，无功功率补偿考虑谐波的影响，采取抑制谐波的措施：安装无源滤波装置。根据用电负荷，合理选择变压器的容量，使变压器的负债率在85%左右。在配电过程中，单相负荷需尽可能均衡地分配在三相上，使三相负荷保持基本平衡，最大相负荷不超过三相负荷平均值的115％，最小相负荷不小于三相负荷平均值的85％。对于三相不平衡或采用单相配电的供配电系统，采用分相无功自动补偿装置。

4.3自控系统节能

建筑设备管理系统包括冷冻机房控制系统、空调通风控制系统、给排水、中水及热水、污水监视系统、智能照明控制系统、智能变配电监控系统等子系统。科学地配置建筑设备管理系，让系统始终保持良好的运行状态，能产生显著的节能效益。系统可以根据建筑的工艺流程合理调用大楼整体能量，做到重点分配，重点使用。同时，系统可根据大楼的运行历史记录，管理、分析当前和过去的运行过程，并作趋势报告。结合大数据分析，将大楼内各设备、系统运行情况一目了然地展示给操作人员，且当系统中控设备停止工作时，可由现场DDC实现控制。系统中的各子系统也分别自成体系，通过Lonworks、BACnet、OPC、TCP/IP等网络协议，采用总线制的形式与管理系统连接，以达到系统与不同厂商产品互联的目的。对于空调系统，联系温度控制区实际使用冷热负荷量，对运行台数与运行工况予以控制。系统监控空调机组中：空调风机的手自动状态、运行状态、故障报警显示；温度、湿度等参数显示，超限报警；温度、湿度控制；防冻保护控制；风过滤堵塞报警控制；风阀启停控制、状态检测。冷冻机房和换热机房之间自成系统，将所有运行设备运行状态、故障报警、冷热水供回水温度、压力、流量等参数上报给建筑管理系统。在新风系统中，系统通过监控以上参数，使整个空调系统中各类设备互相配合，将空气处理所需的能耗降低。使建筑获得舒适、健康的空气同时，保持了相对较低的能耗，从而实现了节能目标。建筑设备管理系统在供配电系统中，监控高压配电系统的进、出线开关、母联开关的状态；进、出线电流、电压；有功、无功功率；计量数字。低压配电系统的进线、主要回路出线开关、母联开关的状态；进线电流、电压；功率因数；计量数字。变压器的温度值及超温报警信号；运行状态。同时如果采用柴油发电机作为备用电源的话，系统还可以监控柴油发电机的状态；蓄电池电压、日用油箱油位；所有故障报警。连同电梯的运行状态、故障报警等信号汇聚至控制室。由监控计算机对配电室内变配电设备的运行情况和建筑内设备运行情况及用电计量情况进行有效管理。

4.4绿色产品节能

在当前社会环境中，随着科技获得快速发展，各种清洁型电气设备逐渐步入人们的视野。结合建筑的地理位置、自然条件等相关因素，运用低碳能源替代高碳能源是未来电气设计发展的重要趋势。在利用风力、水力等自然力发电的同时，人们也在逐渐将可循环能源向城市内发展。光伏发电具有安全可靠、无污染、不受地域及环境限制、能源质量高等特点。利用建筑外立面、屋面等无法有效利用区域，敷设光伏板，实现建筑自我发电，节约电网消耗。甚至在光照强度较高地区，用电低谷时段，光伏发电建筑还可以向公共电网反向送电。光伏发电配电示意如图2所示：（图片来自于网络）但因为光伏板反光有光污染、电能转化率低、发电效率受光照影响大等缺点，使光伏发电还有很大的上升空间。

4.5管理方式节能

在运维管理工作中，可以结合建筑设备管理系统，配合BIM，通过三维模型对于建筑的全部用电设备开展集中的监视与管理工作。智能化建筑系统具有简单性，可将在操作中的专业要求降低，结合自动运行模式，还能够将人力方面的需求降低[4]。

5结语

如今，运用节能技术是建筑设计行业的发展趋势，其也能够为能源节约发挥重要作用。在实际设计工作中，在满足节能需求的原则下，实现成本节约，在合理资金范围中选择最优节能方案，才能够真正实现节约能源、减少能源损耗的目标。建筑电气专业的节能设计中，采取具有有效性、可行性的节能方式，将此电气节能方案不断优化，在降低碳排放的基础上促进行业发展。

参考文献

[1]张序.民用建筑电气设计中的节能措施探讨[J].住宅与房地产，2021（3）：111-112.

[2]王小秀.浅谈建筑电气智能化及节能设计[J].居舍，2021（2）：73-74.

[3]刘晓杰.建筑电气安全节能设计[J].工程建设与设计，2021（5）：39-41.

[4]唐宏建.智能建筑电气节能优化策略分析[J].智能城市，2021，7（21）：42-43.

作者:李宏森 单位:中国建筑技术集团有限公司