淺析住宅建筑電氣節能設計分析

摘 要：研究住宅建筑電氣節能設計的目的在于了解節能設計對于國民經濟的重大影響，找到適合中國住宅建筑電氣節能設計的途徑。文章介紹了我國電氣節能設計的現狀，分析了電氣節能設計原則，并從照明、供配電、機電設備和空調四個方面闡釋了節能設計的舉措。

關鍵詞：住宅；建筑；電氣；節能；設計

電氣節能概念的出現緣自于在全球不斷出現的能源緊張問題，人類的世界自進入工業化時代以來，能源成為了大力推動現代文明快速發展的“助推劑”。而電力則是工業化文明中能源最主要、也是最重要的組成部分。可以說，自從發明了電力，人類不僅掌控了改變晝夜長短的“法寶”，更以電力作為最強有力的“武器”，加速了改變自然環境的步伐。然而，當人類將大量自然資源轉化為電的同時，對電的依賴也日漸深入地將人類拖入了對資源消耗過快和迅速衰竭的擔憂甚至恐懼中。在這樣的背景下，利用一切可能的技術節能成為了很長一段時間以來工業生產、社會發展的重要方向。當前的電氣節能主要是指在滿足人類生產生活等正常發展需求的前提下，利用包括電氣設備設計的創新、節能新技術的廣泛應用等舉措盡可能降低能源消耗，也就是以最大限度降低消耗取得盡可能多的能源產出，提高能源的單位利用率，進而實現節能、降耗的目的。

1 我國電氣節能設計的現狀

從世界范圍看，發達國家多年前就認識到了能源短缺可能給產業生存和社會發展造成的潛在危害，因而很早就開始了在包括工業和民用領域開展電氣設施設備等的節能設計。反觀中國，改革開放以來，市場經濟快速發展讓物質財富迅速累積的同時，人們對節能、降耗的意識卻常常只停留在口頭議論或宣傳方面。而具體落實到日常生產生活的細節上時，卻可能由于增加的成本投入或者因之造成的不便而持觀望甚至抵觸的態度。與認識和觀念上的相對落后并行的，還有節能、降耗技術發展的緩慢。許多生產單位在面對能源消耗問題時，關注的重點往往只是如何從中攫取更多的利潤，卻對增加節能設計方面的投入興趣缺缺。至于民用層面，基層群眾在口頭上談及節能、降耗、減排等問題時也能說出一番道理，卻在需要為具有節能功能的生活用品額外支付費用時遲疑甚至退縮。

至于在具體的電氣節能設計環節，受到資金、成本、觀念、技術等諸多因素的制約，當前我國電氣節能設計的情況并不理想。一方面節能設計水平較國際先進行列存在著十分顯著的差距，另一方面電氣節能設計應用也比實際需要或存在潛在可能的范圍小得多。種種因素的共同制約造成我國在能源使用效率上始終處于高投入、高消耗、高排放的粗放模式：我國單位工業產值的能耗比卻常常較發達國家高出若干倍。僅以每萬美元工業增加值對水資源的消耗數量為例，我國的消耗量高達569m3，同等情況下，日本僅消耗88m3，韓國消耗55m3，英國消耗89m3。我國電氣節能設計的短板通常表現在以下幾方面：對于漏電防范、保護的開關的設計、選擇；對于節能設施設備型號與實際應用場合的匹配選擇；計算設施設備的載荷數據；配電線路在接地等故障保護方面的處理等。

2 電氣節能設計原則

2.1 適用原則

此原則也可以解釋為平衡性原則，概括地說，就是在滿足需求基礎上的節能設計。任何電氣節能設計的前提必須是適應生產、生活場所中設施設備的正常使用。比如在進行電源節能設計時，足夠的動力提供是不能忽略和犧牲的環節，電源的節能不能損害供電的質量，不能喪失供電的可靠性，必須滿足設施設備既定的載荷等等。電氣節能設計不能與同一功能系統中的其他設施設備發揮正常效能相矛盾、沖突，更不能以損害這些設施設備的功效為代價實現節能目的。也就是說，電氣節能雖然勢在必行，卻也不能盲目、過度，必須和整個系統中的所有設施設備正常發揮功能達成適當的平衡，在滿足正常使用需要的同時進行節能設計、取得節能效果。選擇節能設計方案時需要避免過度堆砌節能設備，避免在節能環節的過度投入，否則顧此失彼，過多的投入反而讓節能的效果大打折扣，違背了設計的初衷。

2.2 安全原則

與適用原則同等重要的還有安全原則。電的使用首重安全。采用節能設計時必須重視供電、用電、耗電全過程的安全性。例如在節能線路設計上預留足夠的絕緣空間、距離；根據實際應用場合的要求維持足夠的載荷與介電強度；節能設計兼顧電力的熱穩定性；計算出足夠的動態穩定余量等。也就是說，電氣節能設計無論是在電源操作、配電線路或電氣設施設備正常使用方面都需要滿足安全原則。不僅如此，自然界的電力與人造的電力在某些特定環境下會意外遭遇，也就是雷電對人類電氣設施設備的影響。在節能設計時不能忽略防雷擊環節，防雷、避雷的裝置不可或缺。若是一些要求比較苛刻的場合，還需要關注靜電消除問題。

2.3 合理原則

即節能設計的合理性。兼顧實際使用的要求和確保安全使用，并在此基礎上從設施設備的選擇、盡量減少各環節上能源的損耗、降低使用或維護過程的費用等各層面入手提高能源使用效率，由此達到節能、降耗的最終目標。

3 住宅建筑電氣節能設計策略

3.1 照明設施設備的智能管控

住宅建筑中存在著一大類電氣設施設備，就是隨處可見的照明設備，對這類電氣設備的節能設計能夠在很大程度上起到節能、降耗的作用。比如聲控燈的使用。也就是在滿足規定照明強度的前提下，選擇可聲控的照明燈具。這類氣體放電的照明設備具有很高的自由控制程度，其安裝與操作簡便易行，不僅能夠節能能源，而且在延長光源與附件的使用壽命方面具有比較好的優勢。特別是住宅建筑樓梯間的照明設備，又如建筑之間道路照明設備或景觀照明設備等均可以采用這種類型的節能設計方案。其他如節電控制器與光電自動控制器也具備相似的特點和可操作性。

加大節能降耗宣傳力度，幫助人們在日常工作生活中養成節電習慣也是住宅建筑節能設計的另一類舉措。選擇節能燈具是具體手段之一。應當鼓勵人們選擇具有正規合格證明的節能燈具，并且定期對住宅建筑中的照明設備進行除塵、清潔工作。對照明設備的清潔同樣是節能的手段。正常情況下，白色是反光率最強的顏色，也就是說，住宅建筑中使用白色墻壁能夠使照明設備的光反射率提高到80%以上。而當白色因為灰塵污染降低色度接近灰色時，由于反光率降低，燈具的照明效果變差，就形成了事實上的高耗電情況。同時，若燈具出現損壞時，應當盡快進行維修或更換，因為受損的燈具不僅發光率下降，也會同時造成不必要的電消耗甚至浪費。

住宅建筑中擴大自然采光設計比率也是節能降耗手段之一。尤其是現代化高層建筑中，使用大面積玻璃幕墻設計能夠很大程度上實現自然光線的照明，這種設計至少能夠實現白天不使用人造燈具采光的目的。而若是在高原等自然光照比較強烈且持續時間較長的地區，如果建筑中具備使用太陽能設備的條件，還可視具體情況安裝小型太陽能發電系統，如此一來，白天的太陽光照積聚的能量就基本能夠滿足夜晚的采光照明需求了。

3.2 在供配電環節的節能設計

首先參考電氣結構布局、電力載荷、電力供應的距離、電氣設施設備的型號類型等因素，根據實際住宅建筑用電耗能的客觀需要，設計選擇最適宜的電壓與配、供電體系。配、供電體系的設計在滿足可靠性前提下盡量選擇相對簡單的方案。若供電系統中同一電壓下的變、配電級數應當盡量維持在兩級以下。

其次，在變壓器數量與容量選擇方面，應當根據電載荷實際情況進行設計。若接線能夠滿足載荷變動的要求，則可依經濟原則相對靈活地投切變壓器。同時，變電設施應視情況盡量接近載荷的中心區，通過使配電半徑得以縮短而盡量降低線路方面的能源損耗。

第三，考慮到變壓器使用的特殊性，這一環節的節能設計需要從大力降低變壓器損耗與提高變壓器使用效率兩個方向著手。首先是變壓器損耗的降低問題，造成變壓器損耗有兩部分情況，其一在于空載情況下能耗損失；其二是與載荷呈平方的載荷損失。針對前一種的解決辦法在于盡量減少變壓器空載現象；后一種則需要同時考慮變壓器固有的損耗以及一二次線圈對電流的電阻消耗情況。其次是提高變壓器使用效率。由于變壓器使用效率取決于設備結構布局的本質屬性、空載與短路造成的損耗，故當處于四季分明、氣候變化差異較大區域內的住宅建筑中時，變壓器節能設計可以考慮采取雙設備運行策略。也就是設置兩臺變壓器，當出現較長時間的低載荷情況下，可以考慮暫停其中一臺，從而實現節能降耗的目的。

3.3 機電設備的節能設計

住宅建筑中機電設備數量眾多，比如照明、電梯、給排水等。眾多的機電設備不僅數量龐大且分布廣泛而零散，幾乎每個樓層都會出現若干種不同的機電設備。在這種環境中開展電氣節能設計可以盡量采取自動化設備管控系統。自動化系統的設計能夠實現自動監測、自動控制、自動測量、自動完成設備管理等諸多功能。有了自動管控體系，建筑中機電設備的運轉情況、能源消耗程度、電力載荷的變動甚至出現事故的狀態等都能夠得到實時、全面的監控，由此便能夠為開展節能處置提供準確、詳實的數據，從而使電氣節能降耗實現預期的目標。

另一方面，在住宅建筑中使用著大量的電動機，此時的節能設計著眼點在于提高電動機的使用效率。具體的方案包括選擇更加節能的設備，其前提是明確建筑內的載荷是斷續的情況還是連續的情況。當出現斷續的載荷情況時，若輕載時不得中上電動機的工作狀態，則需要采用調速策略，即在標準載荷時使用常規的電源，確保電動機在標準載荷狀態下工作；而當有低速工作的需要時，則要采用變頻處理手段，對電動機進行調速以降低能耗。但是如果載荷狀態是連續工作時，則要求選擇的電動機功率與對應的各類載荷相匹配，此時若出現輕載情況，需要打開閥門與風門，調整電動機速度以實現低速工作來節能降耗。

3.4 對空調的節能設計

一些現代化程度較高的住宅建筑中具備循環式供熱（冷）系統，這能夠在很大程度上提升能源使用率。此外，適時調節風量、改變流量也可以實現節能降耗。有條件時還可以采用“全熱”式交換設備或熱電聯供系統進一步降低能源的消耗。

4 結語

電氣節能設計是在全球能源供應緊張的大背景下產生的提升能源使用效率的新興設計理念，在西方發達國家已經流行多年，中國近年來也開始關注并推廣這種先進的設計方法。能源的節約能夠使有限的自然資源在相同的損耗情況下實現更大的能量輸出，從而大幅提高投入產出效益。盡管從表面上看這種設計思路關注的是在經濟方面取得更高的收益率，但在本質上，節約能源實質上等于降低人類對自然環境的索取程度，延緩自然資源被人類肆意掠奪而消耗殆盡的時間。資源的節約不僅是人類經濟活動高效率的要求，更是維護人文生態的現實需要。中國在住宅建筑電氣節能設計上還需要加快腳步，這不僅是對建筑或相關產業的促進，更是實現中國各行業轉型升級、實現可持續發展的當務之急。

參考文獻

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[2] 楊航超.建筑電氣節能設計及照明節能設計的探討[J].燈與照明， 2010，01（10）：21.

作者簡介：亢軍（1977.07- ），男，山西襄汾人，專科，山西一建集團有限公司，工程師，研究方向：電氣設備安裝。