綠色節能技術在建筑電氣設計中運用分析

吳海明

黃山新晨建筑科技有限公司 安徽 黃山 245000

引言

隨著我國現代化建設的不斷發展，建筑工程的規模不斷擴大，雖然能夠提升人民的生活品質，但也對自然環境與資源造成了一定的破壞，為能夠解決不可再生資源緊缺，生態失衡等問題，人們則加大了對環境的保護力度，本文則以電氣設計的角度對綠色節能技術進行深入探究，以期能夠不斷提升我國建筑電氣設計質量，為我國環保事業的發展做出應有的貢獻[1]。

1 在建筑電氣中運用綠色節能技術的動因

1.1 降低建筑電氣投入成本

據相關資料統計，建筑電氣工程大多占建筑總成本的15%～20%左右，相比其他建設分項而言所要花費的資金投入成本要更高一些，而這些設備在投入生產運營以后，所產生的費用將會更多，這樣會給建設以及運營單位造成一定的經濟損失。而如果在設計的過程中引入綠色節能技術，不僅可以從宏觀的角度科學配置部件設備，還可以保證其減少對資源的浪費，有效節約建筑建設以及運營成本，能夠進一步提升項目的經濟效益[2]。

1.2 加大建筑周圍環境保護

據相關資料表明，建筑建設和運營過程中所產生的碳排放量可以達到全國總碳排放量的一半左右，建筑項目對于周圍環境以及生態資源的破壞極大，如果長期累積下去不僅會造成生態的嚴重失衡，還會威脅到人類自身的生存安全。而綠色節能技術，則是在節約資源、利用資源、保護資源的基礎之上構建起來的，對于我國的環境保護工作能夠起到積極推動的作用，同時可以加大對建筑周圍環境的保護，不斷提升人們的生活品質。

2 建筑電氣設計中應用綠色節能技術的原則

2.1 適應性原則

雖然綠色節能技術存在諸多優勢，但在建筑電氣設計的過程中由于需要涉及多個參建主體，因此也不能盲目開展，需要依照適應性的原則，提高與建筑結構以及使用性質的貼合度，在達到節能減排目標的同時，更能為建筑內人們的生活、學習、工作提供便利。一是設計人員需要做好前期的調研工作，充分了解建筑結構，以及用途，科學選配材料。二是可以依照項目周圍氣象以及水文地質的特點，加大對可再生資源的利用，以此提升資源控制質量，縮減建設管理成本。

2.2 功能性原則

在設計的過程中也不能一味地貼合綠色節能技術思想，而導致電氣設計不便于人們的使用，應依照“以人為本”的設計思路，提升與優化建筑電氣的實用性，保證其所有功能都可以在日常運作過程中發揮最大效能，利用最少的資源投入，產生最大的效益。一是在設計時要注重設計步驟的規范性，加大對建筑工程環境的控制，提高電氣系統運行的安全穩定性與可靠程度。二是要加大對市場電氣設備性能的研究，合理地選用與調配系統部件，保證其科學運行[3]。

2.3 經濟性原則

從客觀的角度來說，價格較高的電氣設備，其功能性較強，并且質量也相對較好，更便于達到綠色減排的標準，反之部分價格較低的電氣設備，不僅質量無法保證且在投入運營的過程中還會產生較多的能耗。從性價比的角度，提升建筑電氣設計的經濟性，不僅要加大對電氣設備的控制，還要做好人工作業管理，避免不確定因素對成本投資與質量所造成的影響。

3 建筑電氣設計中運用綠色節能技術應用策略

3.1 供電系統中的應用

3.1.1 整體結構。基于綠色節能技術的應用原則與動因，供電系統的整體結構應當盡可能簡單、安全、可靠。整個供電系統中，同一電壓的變配電等級應當控制在二級以內，以此種形式減少因等級差異過大產生的電能消耗現象。而且在變電站建設位置的選擇方面，應當盡可能將位置設置在項目負荷中心，結合項目實際情況對供電網絡結構進行設計，計劃電纜鋪設線路，減少電纜鋪設所過程與電力傳輸過程所產生的電壓浪費，確保供電系統的安全性以及穩定性。

3.1.2 變壓器選型。除上述設計方面的應用策略外，項目設計人員應科學選擇變壓器的容量以及級數，將變壓設備的負載率控制在0.85以下，0.75以上。如此保證變壓設備能夠適應供電系統所產生的負荷波動，防止因負荷波動較大對變壓器自身造成損害，進而達到延長變壓器使用壽命的目的。變壓器選擇方面，設計人員應盡可能選擇節能型變壓器，此類變壓器能夠最大限度減少空載損耗，還會降低供電系統超頻狀態下產生的電流噪聲。根據歐姆定律與熱能定律，在電纜的電阻與電力輸送功率不變的情況下，電壓增大會直接使得電纜與相關電氣設備的溫度升高。

3.1.3 電纜設計。電纜是建筑電氣系統中應用輸料最多的材料。綠色建筑理念下，應充分考慮實際項目中的電壓范圍，從電纜的電壓損失情況熱穩定性以及電阻三方面進行綜合考量，并且要以經濟性為導向原則，在價格合理的條件下選擇性能最好的電纜，減少電纜在電力輸送的過程中帶來的損失。

3.1.4 無功補償。除上述內容以外，在建筑供電工程設計之中經常會出現無功功率，因此為能夠實現節能減排的目標，則要對其進行補償。首先，設計人員需要計算出功率因數，其中包括瞬時功率因數、均權功率因數、最大負荷時功率因數，以最終所得出的結果數據，來進行科學補償，從而有效提升功率因數。提升的方法主要分為兩種方式一是自然提升。二是人工補償。在進行自然提升時，第一要正確選擇感應電動機的型號以及容量；第二要限制感應電動機的空載運行。第三要提高感應電動機的檢修質量。第四要合理使用變壓器。第五要實現感應電動機同步化運行。在進行人工補償時，第一可以采用移相電容器作為無功補償裝置；第二可以運用同步電動機；第三可以使用同步調相機[4]。

3.1.5 諧波治理。建筑供電系統是一個龐大的工程，其中會應用到多樣化的設備，而發電機、輸配電系統、用電設備等均會產生諧波，不僅增加了建筑的電能損耗，還會影響到電力測量的精準度，并對通信系統造成干擾，易引發安全事故，為能夠減少供電危險，提升建筑節能實效，則要對供電系統的諧波進行治理。首先，設計人員需要依照建筑工程的實際特點選擇正確的諧波檢測方法，然后再有針對性地布設諧波治理方案，當前主要的治理途徑有兩種方式，一是主動型諧波抑制法；二是被動型諧波抑制法。

3.2 暖通系統中的應用

首先需要依照建筑熱工分區，明確該地區的特點，然后制定科學的組配計劃，可以引進先進的智能技術，引入可再生資源，從而達到低碳環保的目的。像在進行空調系統的節能設計時，可以采用非電驅動制冷技術，該項技術主要是通過燃氣和蒸發冷卻的形式來減少對于電能的消耗，其中的蒸發冷卻空調又稱為仿生空調，能夠實現資源的循環使用與可持續發展，在我國西北部資源緊缺，溫度較高的地區應用較為廣泛，并且有較好的使用成效。

如果是辦公性質的建筑，電力用電低谷和高峰時段較為明確，則可以利用蓄能技術，來達到建筑電氣環保的目標。在運作時可以利用電力使用低谷時段啟動制冷與制熱設備，所產生的冷氣與熱能將會被存儲在某一介質之中，當用電高峰時段則可以釋放出來，達到減少高峰用電量的效果，并且運行成本也較低。

我國清華大學的某一教學樓可以稱為超低能耗示范案例，建筑在頂部利用太陽光能設置了空氣集熱器以及碟式太陽光收集器，可以保證建筑內的暖通設備運作穩定，減少了電力資源的消耗，并結合了一些先進的建筑材料，科學規劃了通風系統，像窗戶可以利用電能進行開啟與自動調節。建筑本身也自帶一些熱回收系統，可以針對運行過程中所產生的廢棄余熱，進行收集，并再次投入到暖通系統的使用之中，將智能化以及自動化技術效能發揮到了最大，可以有效平衡建筑電氣系統運行狀態。

3.3 照明系統中的應用

照明系統是建筑電氣中耗能最大、使用頻率最高的部分，所以此系統的節能潛力較大。雖然白熾燈的后期維護簡單、觀色較暖，但此類設備電能轉化為光能的效率較低，與節能燈相比，在同等亮度以及照明條件下，白熾燈所消耗的電能巨大，因此。實際設計中，應完全摒棄白熾燈的使用。

此外，綠色建筑中，為增強白天采光效果，選擇尺寸較大的門窗，增加自然光照時間，但在窗墻比方面，應當符合GB 50176-2016《民用建筑熱工設計規范》中規定：居住建筑各朝向的窗墻面積比，北向不大于0.25；東西向不大于0.30；南向不大于0.35。燈具擺放方面，應當合理把控照明功率密度，有效提升照明系統的實際效能。在計算時可以參考如下公式：

其中LPD代表照明功率密度值；P為單個光源的輸入功率（包含配套鎮流器以及變壓器的功耗），單位為W；PL為單個光源的額定功率，單位為W；PB光源配套鎮流器（或者變壓器）的功耗，單位為W；S為房間或者場所的面積，單位為m2。根據室內面積，靈活調整照明密度。比如在內部空間較大的場所內，燈具的擺放位置應當盡可能與外窗平行，并嚴格按照照明功率密度值進行分區分級設計，在距離門窗較近的位置設計照明等級較低的燈具，在室內光線弱時，打開門窗附近燈具便可起到加強光纖的目的。在距離門窗位置較遠的區域布置照明等級較高的燈具，當外界光線微弱或消失的情況下，打開室內燈具便可滿足照明需求。在走廊、地下室等使用頻率較低的區域，可采用聲控開關，當有人經過或使用時，便可利用聲音控制光源，以此種形式在滿足人們實際采光需求的條件下，盡可能減少能源消耗。

3.4 清潔能源的應用

清潔能源泛指自然界中的風能以及光能，但風力發電相關設備通常體較大，對場地存在較高要求，不適合應用在建筑中。所以當前綠色建筑中應用頻率較高的為光能發電。

光伏發電裝置體積較小，可在所有項目中應用。以某地區建筑項目為例，此地區年太陽輻照量在1887-1932kW·h/m2之間，若不采用相關技術對光能進行利用便會產生能源浪費。所以該項目在屋頂、草坪以及庭院應用了此項技術，以此完成對清潔能源的利用。

3.4.1 屋頂。該項目在屋頂安裝了太陽能芯片，并在建筑內部設置了能夠進行反復充電的蓄電池組。白天時，太陽能芯片便可將光能轉化為電能存儲在蓄電池組中。夜間將電能輸送至電力系統中，減少建筑電氣整體的電能消耗。

3.4.2 庭院。該項目在庭院附近設置了太陽能路燈，采用低壓鈉燈。蓄電方面采用控制器、鎮流器和一體化蓄電池組。只要在白天光照滿足十小時左右就可以在蓄電池組中儲存路燈三天的光照用電量。如此便滿足了夜間建筑外部的照明需求。

3.4.3 草坪。該項目在草坪頂部安裝了太陽能電池，白天接受光照輻射后，將電能存儲在電池中。由于草坪燈所需功率較小，所以不需要額外布線與蓄電池組。當外界光線強度低于一定程度時，自動控制裝置便會將草坪燈與電池相連接，將草坪燈點亮。通常十小時的光照時間能夠支撐八小時左右照明。

4 結束語

綜上所述，我國住建部于2020年在《中國建筑能耗研究報告》中顯示，全國建筑全過程碳排放總量已經達到了49.3億噸，這也占到了全國碳排放量比重的51.3%，在如此嚴峻的局勢下，設計人員要加大對建筑設計過程中節能問題的研究，依照我國《“十四五”建筑節能與綠色建筑發展規劃》指導思想，有效減少建筑對資源的破壞與損耗，以此快速達到綠色城市建設的目標。