建筑電氣設計中的安全性和節能性分析

文/劉冰 中國建筑科學研究院 北京 100005

1、前言

安全性與節能性是衡量電氣系統質量的重要指標。如何在滿足建筑物使用功能的基礎上，既保障安全性又實現節能性，成為當前建筑電氣設計主要的探究點和研究對象。

2、建筑電氣設計的原則

在建筑電氣設計的過程中，應遵循科學合理、安全可靠、經濟節能的原則。首先要嚴格遵守相關的規范標準和政策法規，以設計規范為基礎，在滿足建筑物使用功能的前提下，合理設計電氣系統及平面布置，體現出國家政策對建筑設計的質量要求。其次，在滿足用電需求的同時，提高電氣系統的安全性，保證配電的可靠性。另外，應以節能為重點，要在成本許可范圍內充分考慮綜合經濟因素，兼顧初期建設成本與遠期運行成本，達到建筑生命周期內費用最低的目標。

3、建筑電氣設計的安全性

3.1　供配電線路

供配電線路是連接建筑物內各電氣設備之間的紐帶，一旦線路出現故障，必定會影響到整個建筑物的供電問題。因此，在進行建筑電氣設計的時，應根據項目電力資源的實際使用情況，結合設備運行環境，進行負荷計算。根據其結果對供電線路的導線截面和保護開關進行合理的選擇，保證供配電的安全性。其中，導線截面的選擇，應按照導線長期連續負載的載流量、遠距離傳輸時允許的電壓降以及導線本身的機械強度來確定最小允許截面。而電氣保護開關的選擇與整定應考慮過載及短路保護、漏電保護、開關的上下級配合等。

3.2　供電電源

民用建筑電氣設計中，供電電源通常是指由市政電力管網引入項目變電所的10KV電源，或由區域變電所引入項目總配電箱的220/380V電源。《民用建筑電氣設計規范》JGJ16-2008明確規定了負荷等級劃分及供電要求。其中，一級負荷應由兩個電源供電，當一個電源發生故障時，另一個電源不應同時受到損壞；二級負荷的供電系統，宜由兩回線路供電；三級負荷可按約定供電。此外，對于供電可靠性要求較高的項目，通常設置柴油發電機組作為一、二級負荷及其他重要負荷的備用電源，并在發電機與市電供電回路設置電氣及機械聯鎖，禁止正常電源和備用電源間并列運行，避免向市網倒送電。

3.3　防雷接地

建筑物防雷是保障電氣安全的專業性系統工程，主要通過設置接閃器、引下線、均壓環、接地裝置以及浪涌保護器等措施，防止雷電波侵入。在民用建筑電氣設計中，通常利用樁基、基礎底板內Φ16以上鋼筋通長焊接形成基礎接地網，作為共用接地體，即防雷接地、交流和直流工作接地、保護接地共用一組接地裝置。共用接地體的電阻應該控制在1Ω的安全范圍內，只有這樣才能有效地保證人員的安全。此類設計具備施工方便、接地效果好和投入低等優點。

3.4　電氣消防

電氣消防設計的主要是通過火災的自動報警系統、消防設備相關的配電系統以及消防聯動控制系統的設計，最終達到報警與滅火自動化的設計要求。在消防線路方面，必須由金屬保護管明敷或暗敷構成，主要是為了在火災發生后依舊能夠正常使用消防線路，從而有效傳輸信號以及指令。在電氣消防系統中，消防設備的配電及控制是最為關鍵的部分，為了提供絕對的安全保障，消防設備均采用雙回路供電，末端互投，平時由現場手動控制或建筑設備管理系統自動控制，消防時由火災自動報警系統聯動開啟，或由消防控制室強制啟動。

4、建筑電氣設計的節能性分析

4.1　供配電系統的節能設計

在設計供配電系統時，應綜合考慮并采取節能措施。一是變電所的設置應首選在負荷中心位置，這樣既能減少配電級數，也有效縮短供電半徑；二是在變電所內設置電容柜和有源濾波柜，對功率因數進行集中補償，并且吸收高次諧波，降低無功損耗；三是選用節能環保型變壓器，以減少鐵芯的渦流損耗和漏磁損耗，同時要提高變壓器的負載率至75%～85%之間，減少有功功率損耗，使變壓器經濟運行；四是配電線路方面，應采取適當增大導線截面積和控制最大工作壓降的措施，以達到減少線路損耗的目的。

4.2　照明系統節能設計

照明節能設計的原則是在保證照明質量的基礎上，盡可能提高照明效率，節約系統用電。室內燈具設計的照度標準和照明功率密度值要嚴格遵守《建筑照明設計標準》GB50034-2013中的強制性條文要求。在滿足眩光限制和配光要求的條件下，燈具的應選擇節能型熒光燈、LED燈、金屬鹵化物燈等高效、長壽、安全、穩定的光源。照明控制是照明系統節能的主要措施，在建設成本允許的條件下，應采用智能照明控制方式。與傳統控制相比，智能照明系統能夠對燈光進行軟啟、調光、分區開關、一鍵場景等管理，并實現遙控、定時、集中、遠程等多種控制方式，達到最優的節能效果。

4.3　動力系統節能設計

動力系統的節能設計主要通過減少電動機輕載和空載運行來實現，目前較為常用的一種方式是采用變頻調速裝置，它會在負載率降低時自動調節電動機轉速，使之與負載的變化相匹配，從而提高輕載時電動機的效率。對于容量較大的電動機，可采用軟啟動控制方式，使啟動電壓平滑升至額定電壓，通過調節啟動電流的大小，達到節能的目的。它是目前降壓啟動中廣泛應用的一種方式。

4.4　建筑智能化節能設計

當前智能化技術逐漸走向成熟，現代智能建筑可通過建筑設備管理系統對整個樓內的設備運行進行監視、控制和管理，并將所測數據傳送給能源管理系統進行統計和分析，生成曲線、報表、賬單等資料，以便制定可行的節能方案，實現對用電負荷的最優化控制，有效節能降耗、避免浪費。

結語：

近年來，我國建筑的發展呈現高層化、智能化的趨勢，建筑用電需求不斷增長，對電氣安全的要求也隨之增加。因此，建筑電氣設計應以提高安全性與節能性為主要理念，在設計過程中對供配電設計方案反復考量與斟酌，力求在保證電氣系統安全穩定運行的同時，采取各種節能措施，降低能耗，節約能源。

參考文獻：

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