基于建筑節能理念的建筑電氣設計探討

盧嘉東

（華南理工大學建筑設計研究院有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

面對我國日益嚴重的能源緊缺問題，在開展建筑電氣設計工作期間，應增強節能理念與加強對節能技術的應用，確保建筑電氣設備在滿足使用功能的基礎上，盡可能提高其節能降耗效果，從而促進建筑行業的可持續發展。

1 建筑電氣設計中節能原則分析

1.1 節約性原則

所謂的節約性原則，是指通過對建筑電氣設計工作進行優化與改進，減少建筑能源消耗。電氣設計期間，應首先確保電氣設備使用功能的完備性、安全性。在此基礎上，通過合理配置施工設備、優化施工工藝等措施，減少不必要的電能能耗。除此之外，還要從節能設備、材料的選擇上進行對比分析，提高能源的利用率，降低設備后期維護、管理費用。

1.2 適用性原則

為確保建筑功能的完整性，應當嚴格按照規范要求開展照明功率密度等參數的設計。同時，還要提高建筑內部特殊區域的安防設計水平。具體設計環節中，不僅應當對建筑物外電源情況進行分析，還要研究負荷等級等方面，進而對供配電系統進行合理的配置，增強電氣系統的適用性、節能性效果[1]。

1.3 安全性原則

在開展電氣設計工作時，還應考慮到安全性原則。為保證建筑內部人員的安全性，并為相關人員提供一個安全、穩定的生活與辦公場所，設計人員應考慮到安全性方面的影響因素，尤其要提高建筑電氣防雷、防靜電等方面的設計水平。

1.4 實用性原則

①對于建筑電氣設計而言，需要滿足人們工作、居住的需求，并為居民創造一個舒適、溫馨的居住環境。這一過程中，要對電能質量、負荷容量等參數進行合理的分配。②設計期間不能盲目追求節能效果而增加節能設計成本，設計時需要對電氣系統的節能效益與建設成本進行綜合考慮，通過合理選用節能設備、材料，達到節省投資的目的[2]。

2 建筑電氣設計中節能理念與技術的應用要點

2.1 照明用電的節能設計

2.1.1 優選新型節能燈具

隨著照明技術與制造工藝的不斷發展，當前可供用戶選擇的照明燈具多樣，用戶的選擇空間也比較大。在傳統的照明模式中，民用建筑主要選用的是白熾燈、熒光燈等燈具。但是，傳統燈具存在能源消耗量大的問題。鑒于此，電氣設計中應當注重LED燈、高效節能燈的選擇，以減少電能資源的浪費。此外，新型節能燈的利用率較高，使用壽命比較長，能夠解決電能資源浪費的問題[3]。圖1 為節能LED 燈具的特點。

圖1 節能LED 燈具的特點

2.1.2 物聯網照明控制系統的應用

基于物聯網技術的智能化照明控制系統主要由4 個部分構成，包括無線通信模塊、遠程管理終端、無線網絡、嵌入式控制器。照明控制系統應用期間，通過傳感器獲取建筑內不同采集點的數據信息，并將其輸入單片機控制器。然后，利用控制器嵌入的控制算法，便可對建筑內燈具的光照強度做出調整，進而達到節能的目的。其中，照度傳感器模塊主要由光敏感應元件構成，它對光照強度的變化非常敏感。此外，紅外感應模塊也是照明控制系統的重要組成部分，人體熱輻射波長主要介于9～10 μm 之間。在開展建筑電氣設計工作時，通過紅外感應模塊的應用，能夠實時查看建筑內部人員的具體位置，進而通過控制照明設施的開關，增強照明燈具的節能效果[4]。照明控制系統結構如圖2 所示。

圖2 照明控制系統結構

2.2 配電線路與配電方案的節能設計

2.2.1 配電線路的節能設計

首先，在開展配電線路設計時，不僅要對建筑之間的距離、用電設備的特點與功能做出分析，同時還要考慮到建筑用電的遠景規劃、重點設施建設等方面的內容。在對供電系統現狀、發展方向以及經濟、社會效益做出綜合分析后，合理設計配電線路，提高節能效果。其次，建筑項目施工期間，在確保供電電壓滿足要求的前提下，盡可能使用高壓供電的方式，降低配電總電源線路的電能耗損量。再次，要通過合理的規劃設計，縮短配線的長度。尤其在開展配線拉網工作時，每一條配電線路應確保被拉成直線。對于低壓線路的設計，應避免發生走回頭線等問題，而且應結合施工條件，盡量與負荷中心相接近，以達到節能降耗的目的。另外，對于導線的材質選擇，應當優選導電率小的材質，比如銅芯線等類型的導線。需要注意的是，銅芯線的造價較高，可能引發資源浪費問題。因此，施工期間應當將銅芯線與其他材質的導線配合使用。除此之外，對于低壓線路的設計，應注重配電線路的短路保護。設計時，配電線路的保護應當具備選擇性，同時還要避免絕緣導線長期處于過載狀態[5]。

2.2.2 配電方案的節能設計

為改善建筑電氣節能設計效果，要結合建筑的實際情況，并通過合理、可信的數據與信息，做好用電負荷的核算工作。具體設計中，應當從用電容量等方面著手，通過對用電容量等數值的核算，合理選擇變壓器等設備。此外，在滿足用戶用電需求的基礎上，盡量少使用大功率設備。在條件允許的情況下，優先選擇節能型變壓器，以降低變壓器設備自身的電能損耗。另外，電氣設計人員還應考慮到季節性用電高峰問題，設計時應當結合實際情況，預留出后續增加電氣設備的容量，以免增加后期改造工作的費用[6]。

2.3 變壓器的節能設計

變壓器是電氣系統重要的組成設備，通過提高變壓器的節能設計效果，能夠達到節能降耗的目的。

（1）設計期間應當根據建筑的實際用電工況，在確保變壓器空載損耗符合項目要求的前提下，從變壓器的運行狀況進行分析，重點匹配好數量，提高變壓器負荷分配的科學性、合理性。

（2）要合理選擇變壓器的容量。在此期間，既要對變壓器的負荷率進行考慮，同時還要對變壓器的負載進行重點考察，確保變壓器可以處于最優運行工況，以達到節能降耗的目的。

（3）要從負荷分析的角度出發，選擇與之匹配的變壓器型號。為提高居住、辦公環境質量，應優先選擇低噪聲變壓器，以免出現噪聲污染的問題。

（4）配電系統的功率因數和電氣設備的利用率有著重要的關系。為提高功率因數，應當最大限度地降低無用功率的損耗。為有效提高供配電系統功率因數，應當在變電所內低壓側使用電容器，進行無功補償，以降低變壓器和配電線路的損耗，同時還能減少諧波帶來的不利影響。

（5）可通過改善電氣設備運作情況、優化配套工藝流程等方式提高功率因素。

2.4 電動機設備的節能設計

電動機設備的工作效率會直接影響建筑電氣系統的節能性與經濟性。為降低電動機的電能損耗，在進行節能設計期間，應對電動機設備進行升級設計與加強管理。例如，很多小區的電動機設備存在著能耗較高的問題，為符合節能考核指標，需要對其進行節能改造。在此期間，要結合建筑項目的實際情況，選擇高效率的電動機設備。同時，還要借助變頻器等設施，確保電動機轉速的平穩。此外，還要減少電動機的空載、輕載負荷，進而降低電動機損耗。設計期間，對于電動機設備的選擇，應當選擇具備自動調整轉速等方面功能的設備。另外，還要根據負載的動態變化情況，及時為設備匹配合理的轉速。需要注意的是，在開展電氣改造工作期間，如果電動機的功率在50 kW 以上，應當單獨配置電壓表、電流表以及有功電能表等，借助計量儀表對電動機運行期間的相關參數進行實時的監測和計量，這對能源消耗的控制有著極為重要的意義。除此之外，為了能改善電動機的啟動特性，大容量電動機使用了軟啟動器、變頻器。軟啟動器通過控制雙向晶閘管導通角，實現對電動機端電壓的調節，進而增強電動機的平滑啟動效果，并利用限流的方式達到節約電能的目的。在輕載時，軟啟動器可以通過減小電機端電壓、提高功率因數的方式，達到節能的目的，同時還可以降低電機的銅耗、鐵耗[7]。變頻器主要通過改變電動機電源頻率的方式，實現對速度的調節。變頻器的應用能夠提高電動機的運行效率，并且無附加轉差損耗。總而言之，通過調節電動機的轉速等參數，可以使其處于最佳的工作狀態。

2.5 暖通空調系統的節能設計

提高建筑空調系統節能設計的水平對提高能源的利用率有著重要的意義。在開展設計工作期間，首先要對暖通空調的接口進行優化與改進，以增強空調系統的節能效果。其次，設計人員應當對空調內部結構進行全面了解。設計時，可以將弱電傳感器安裝在接口處，并調查統計空調系統的管徑、風速等參數，以便對空調系統的接口控制系統進行相應的改造。具體改造過程中，要重視對智能化控制系統的應用，增強控制空調接口的智能化效果。再次，暖通空調系統設計過程中，還應注重控制系統的分季節、分時段設計。控制系統是相對獨立的，其設計效果對變流量、變風量系統的正常運行有著重要的影響。最后，暖通空調系統的相關設備需要能夠根據使用者的具體需求，實現有效的關閉、開啟，進而達到高效利用能源的效果。

2.6 加強對清潔能源的利用

電氣設計工作中，應加強對清潔、可循環能源的利用。例如，在開展建筑電氣設計時，可引進太陽能光伏供電系統（圖3），節約火電、水電資源。太陽能光伏供電系統可以將太陽能直接轉化為建筑使用期間所需要的電能，并為建筑內部的各類電氣設備供電。相比發達國家，我國對于各類清潔能源的研究與利用尚處于發展階段。因而，要加強對清潔能源的研究與利用。除此之外，隨著清潔能源的發展，照明設施、熱水系統、鍋爐系統還能獲得新的能源供應。

圖3 太陽能光伏供電系統

3 結語

提高建筑電氣設計的水平，對緩解當前的能源緊張局勢有著極為重要的作用。因此，在開展建筑電氣設計時，要加強節能理念與技術的應用，通過優化配電方案，改善照明設備，提高變壓器、電動機設備以及空調暖通系統的節能設計水平，加強對各類清潔能源的利用，提高建筑電氣設計的整體水平。