建筑電氣設(shè)計及節(jié)能措施淺析

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［摘要］隨著當(dāng)前社會經(jīng)濟的持續(xù)性發(fā)展，建筑行業(yè)中電氣設(shè)備的技術(shù)水平獲得了相當(dāng)?shù)倪M步，其功能性、適用性也不斷在強化。在建筑設(shè)計中，使用方及設(shè)計師們已經(jīng)不僅僅局限于設(shè)備功能使用方面的需求，綠色建筑等更進一步的理念逐漸更多地占據(jù)設(shè)計方案內(nèi)容，成為主流思想。而這也對綠色與節(jié)能環(huán)保這一理念與建筑設(shè)計相結(jié)合提出更高標(biāo)準的要求。建筑電氣設(shè)計工作中，需要調(diào)配大量的能源、設(shè)備投入到建筑中，實現(xiàn)對能源的合理調(diào)配、對設(shè)備的科學(xué)運用。合理實現(xiàn)對節(jié)能措施的運用，盡可能減少能源消耗，提高能源利用率，是目前進建筑行業(yè)發(fā)展的側(cè)重點。本文對建筑電氣設(shè)計中采取節(jié)能技術(shù)的意義進行分析，并對原則、問題、措施與提升效果措施全面探索，以期高效達成建筑電氣節(jié)能設(shè)計，降低能源消耗，落實節(jié)能環(huán)保目標(biāo)。

［關(guān)鍵詞］建筑；電氣；節(jié)能

建筑電氣節(jié)能設(shè)計指的是在滿足建筑基本使用功能的基礎(chǔ)上，利用相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計模式實現(xiàn)電氣工程之中照明、變壓器等設(shè)備所產(chǎn)生的損耗減少，使建筑用電的應(yīng)用效率顯著提高，將其在運行中的成本降低。當(dāng)前，伴隨著建筑設(shè)備功能越來越強大，設(shè)備能耗量不斷提高，在設(shè)計中做到電氣節(jié)能具有重要價值，這也是建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢。作者在建筑電氣設(shè)計以及節(jié)能措施方面深入探索，以節(jié)約能源消耗為目標(biāo)開展科學(xué)設(shè)計，推動建筑業(yè)的持續(xù)性發(fā)展，也達成對生活環(huán)境的有效保護。

1建筑電氣設(shè)計中采取節(jié)能技術(shù)的意義

在建筑電氣設(shè)計之中，科學(xué)應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，可將資源使用率大幅提高，降低浪費，這對于經(jīng)濟增長有著積極意義。建筑業(yè)的不斷發(fā)展，使能源消耗狀況日趨嚴重，特別是電氣設(shè)計工作所體現(xiàn)出的直觀成果，并未讓人們對能源的消耗產(chǎn)生足夠的重視。節(jié)能設(shè)計與人們的生活息息相關(guān)，可對人們多方面的生活、工作等產(chǎn)生直接影響。若設(shè)計工作開展不夠科學(xué)，會導(dǎo)致嚴重的資源損耗。合理開展此項設(shè)計，對于建筑業(yè)的長遠發(fā)展有利[1]。同時，節(jié)能技術(shù)的普及可將目前能源緊張的現(xiàn)實情況有效緩解，強化對環(huán)境的保護，促進建筑設(shè)計行業(yè)健康發(fā)展。對資源的合理應(yīng)用，可以讓人們獲得更強烈的滿足感，真正實現(xiàn)經(jīng)濟、社會價值的提高。

2建筑電氣節(jié)能設(shè)計原則

2.1滿足基本要求

在電氣設(shè)計中，需要優(yōu)先將建筑自身功能需求得到有效滿足，確保建筑可以正常運作。例如在通道走廊設(shè)計中，需要優(yōu)先確保人們在行走中通暢無障礙，再運用感知技術(shù)，將走廊的舒適度有效提高，滿足人們的更高需求。在室內(nèi)設(shè)計中，通過樓控系統(tǒng)及能源監(jiān)控系統(tǒng)，有效滿足人們在電源方面的相關(guān)需求，同時也需保證用電安全。對于特殊的建筑，應(yīng)結(jié)合實際情況對配電結(jié)構(gòu)進行改動，使其滿足建筑本身的特殊需要。在節(jié)能設(shè)計中，需要與實際需求相符，同時注重對新型技術(shù)、設(shè)備的運用，使其充分滿足能耗降低的目標(biāo)。

2.2降低能源損耗

在設(shè)計中運用節(jié)能理念，將使能源得到更有效的應(yīng)用，需要探尋容易發(fā)生能源損耗的源頭，結(jié)合其開展針對性節(jié)能設(shè)計[2]。如，科學(xué)設(shè)計配電路由，將其中的功率損耗減少；使用節(jié)能型光源的燈具；將用電器相對平均地分配在三相電源上等等節(jié)能措施。

2.3注重經(jīng)濟性

在實際的設(shè)計工作中，需要注意控制設(shè)備的成本，采用科學(xué)性方案，選擇最適合的電氣設(shè)備以及有關(guān)材料。對于節(jié)能電氣設(shè)計，不能直接將其納入建筑成本的計算之中，需綜合考慮一次投資成本和后期運行成本的平衡。

2.4強調(diào)實用性

在建筑工程中，電氣各系統(tǒng)是其中的重要組成部分，是連接建筑、給排水、暖通專業(yè)的重要橋梁，其具有很強的實用性。維持電氣系統(tǒng)正常、穩(wěn)定的運行，是設(shè)計師最主要的出發(fā)點。不可為了節(jié)能而節(jié)能，當(dāng)節(jié)能系統(tǒng)與常規(guī)系統(tǒng)在運行中并無二致的時候，則需考慮系統(tǒng)的實用性是否適合。

2.5加強先進性

設(shè)計師需與時俱進，在不斷地學(xué)習(xí)先進技術(shù)中，逐漸完善自己的設(shè)計技能。但不可為了凸顯設(shè)計的先進性，將能耗高、實用性低且不適合的電氣系統(tǒng)應(yīng)用在電氣設(shè)計中。應(yīng)運用先進的技術(shù)手段對不必要的能耗進行代替，實現(xiàn)能耗的降低。

3建筑電氣節(jié)能設(shè)計問題

我國在建筑電氣領(lǐng)域的起步相較歐美等國略晚，且綜合國力在之前也與發(fā)達國家有所欠缺，再加上外國電氣品牌對核心技術(shù)的保護措施，導(dǎo)致很長時間內(nèi)國內(nèi)電氣領(lǐng)域處于劣勢，在國際上沒有競爭力。隨著近年來國力上升，國內(nèi)設(shè)計師們有機會接觸到國外更先進的技術(shù)，且有能力理解并將其運用到我國的基礎(chǔ)建設(shè)中。但由于核心技術(shù)的研發(fā)困難，實現(xiàn)更加人性化的建筑功能，就需要以相當(dāng)大的能源消耗作為代價。因此，提高相應(yīng)的電氣及設(shè)備技術(shù)，對節(jié)能效果有直接的影響。另外，在建筑設(shè)計工作中，對綠色建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準的執(zhí)行力度，以及建設(shè)方對于節(jié)能理念的接受程度不同，也極大地影響了節(jié)能設(shè)計成果。

4建筑電氣設(shè)計節(jié)能措施

4.1照明設(shè)計節(jié)能

建筑照明設(shè)計，首先要滿足建筑對照明的最基本需求。建筑照明數(shù)量和質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準《建筑照明設(shè)計標(biāo)準》GB50034的規(guī)定。所有功能房間或場所的照明均選用高效節(jié)能光源及高效燈具，指示標(biāo)志燈、常亮型燈具應(yīng)采用LED光源。樓梯間，走廊照明采用聲光控制熄開關(guān)控制。選用節(jié)能型燈具和節(jié)能電子整流器。金屬鹵化物燈配節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器，并且燈具應(yīng)設(shè)置就地補償裝置，補償后功率因數(shù)不小于0.9。照明燈具、鎮(zhèn)流器應(yīng)通過國家強制性產(chǎn)品認證。在滿足眩光限制和配光要求條件下，應(yīng)選用燈具效率或效能高的燈具，并應(yīng)符合表1～表4中的要求。主要功能房間或場所的室內(nèi)照明光源的色溫，應(yīng)滿足表5的規(guī)定：以筆者參與并負責(zé)設(shè)計的某幼兒園為例，照明光源大部分選用LED光源，部分選用細管徑直管形T5三基色熒光燈，配用電子鎮(zhèn)流器。睡眠區(qū)、活動區(qū)采用漫光型燈具，光源采用防頻閃性能好的節(jié)能光源，光源的光通量為2500lm以上。鎮(zhèn)流器選用L級低諧波高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器（一拖一式），要求燈具功率因數(shù)達到0.9以上。一層大廳、各房間燈具采用就地分組控制，其他層公共區(qū)域、走廊、樓梯間采用聲光控延時自動開關(guān)控制。幼兒園嬰兒用房紫外線殺菌燈的控制裝置應(yīng)單獨設(shè)置，并應(yīng)采取防誤開措施。主要房間的功率密度及照度值如表6計算：按照國家規(guī)范，合理布置照明燈具數(shù)量及位置，主要房間的計算功率密度值、計算照度值、眩光值、顯色指數(shù)等照明數(shù)值均滿足國家規(guī)范目標(biāo)值的要求。在做到最基本節(jié)能設(shè)計的前提下，滿足了幼兒園對照明系統(tǒng)的基本需要。在日常設(shè)計工作中，設(shè)計師們在照明方式、控制方法等方面著手[3]，使照明系統(tǒng)更進一步滿足節(jié)能需求。引入了智能控制系統(tǒng)，利用“傳感器+控制器”組合成的智能系統(tǒng)，將自然光引入室內(nèi)照明系統(tǒng)，進而將建筑在照明之中所產(chǎn)生的消耗減少。例如，在開放式辦公區(qū)域的外窗附近及遠離外窗處設(shè)置照度感應(yīng)器。根據(jù)感應(yīng)出的現(xiàn)狀日光光照強度，通過控制器控制本區(qū)域的燈具開關(guān)，從而避免日光照射區(qū)燈具點亮造成重復(fù)照明。利用精裝修辦公工位擺放，在通道處設(shè)置移動感應(yīng)器，配合照度傳感器，使整個智能照明系統(tǒng)更具有針對性。圖1為施耐德公司C-BUS智能化照明管理系統(tǒng)原理圖：光導(dǎo)管的出現(xiàn)，使建筑照明系統(tǒng)將能源消耗降至了最低點。通過對自然光源的收集、反射、再輸出，將自然光源引入室內(nèi)區(qū)域。同時結(jié)合智能照明系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)光導(dǎo)管中的反光面大小，達到調(diào)節(jié)光照強度的效果。此項技術(shù)使得照明系統(tǒng)成為了近零能耗系統(tǒng)。但因初期投入略高、后期運行維護費用較貴及無自然光條件下仍需人工照明等諸多因素存在，光導(dǎo)管技術(shù)至今仍未大面積推廣。但作為照明系統(tǒng)的節(jié)能強有力的技術(shù)措施，光導(dǎo)管的發(fā)展前景十分可觀。

4.2供配電系統(tǒng)節(jié)能

首先合理選用供配電電壓等級，是減少電能損耗和電壓損失的重要因素。根據(jù)供電距離、用電設(shè)備容量、受電變壓器容量、用電地區(qū)公共電網(wǎng)狀態(tài)等因素，選擇35kV、10kV、6kV、220V/380V等供電電壓等級。民用建筑市政公共供電多用10kV或6kV輸送，至用電端變?yōu)橐瞬捎?20V/380V三相四線制供電。因供配電電纜材料、配電距離等因素，配電過程中會產(chǎn)生電壓偏差。現(xiàn)行國家標(biāo)準《供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB50052中明確要求，在一般情況下電動機、一般照明等無特殊要求的用電設(shè)備，在配電端電壓偏差允許值為額定電壓的±5%。為滿足這一要求，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)建筑規(guī)劃將變配電室盡量設(shè)置在負荷中心，減少低壓側(cè)線路長度，降低線路損耗。220V/380V低壓供電半徑不宜超過250m，應(yīng)盡量避免“倒送電”現(xiàn)象。針對供電半徑相對較大的線路，可以結(jié)合實際情況增大電纜截面，以求降低電壓偏差。干式變壓器選用D，Yn11接線形式低損耗、低噪聲節(jié)能型電力變壓器，達到現(xiàn)行國家標(biāo)準《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》GB20052的2級能耗或以上的要求。在低壓側(cè)設(shè)置集中無功自動補償，采用自動投切裝置，要求補償后功率因數(shù)保持在0.9以上。10KV供電進線處的功率因數(shù)不應(yīng)低于0.95。對容量較大、負載穩(wěn)定且長期運行的功率因數(shù)較低的用電設(shè)備采用并聯(lián)電容器就地補償。對諧波電流較嚴重的非線性負荷，無功功率補償考慮諧波的影響，采取抑制諧波的措施：安裝無源濾波裝置。根據(jù)用電負荷，合理選擇變壓器的容量，使變壓器的負債率在85%左右。在配電過程中，單相負荷需盡可能均衡地分配在三相上，使三相負荷保持基本平衡，最大相負荷不超過三相負荷平均值的115％，最小相負荷不小于三相負荷平均值的85％。對于三相不平衡或采用單相配電的供配電系統(tǒng)，采用分相無功自動補償裝置。

4.3自控系統(tǒng)節(jié)能

建筑設(shè)備管理系統(tǒng)包括冷凍機房控制系統(tǒng)、空調(diào)通風(fēng)控制系統(tǒng)、給排水、中水及熱水、污水監(jiān)視系統(tǒng)、智能照明控制系統(tǒng)、智能變配電監(jiān)控系統(tǒng)等子系統(tǒng)?？茖W(xué)地配置建筑設(shè)備管理系，讓系統(tǒng)始終保持良好的運行狀態(tài)，能產(chǎn)生顯著的節(jié)能效益。系統(tǒng)可以根據(jù)建筑的工藝流程合理調(diào)用大樓整體能量，做到重點分配，重點使用。同時，系統(tǒng)可根據(jù)大樓的運行歷史記錄，管理、分析當(dāng)前和過去的運行過程，并作趨勢報告。結(jié)合大數(shù)據(jù)分析，將大樓內(nèi)各設(shè)備、系統(tǒng)運行情況一目了然地展示給操作人員，且當(dāng)系統(tǒng)中控設(shè)備停止工作時，可由現(xiàn)場DDC實現(xiàn)控制。系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)也分別自成體系，通過Lonworks、BACnet、OPC、TCP/IP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，采用總線制的形式與管理系統(tǒng)連接，以達到系統(tǒng)與不同廠商產(chǎn)品互聯(lián)的目的。對于空調(diào)系統(tǒng)，聯(lián)系溫度控制區(qū)實際使用冷熱負荷量，對運行臺數(shù)與運行工況予以控制。系統(tǒng)監(jiān)控空調(diào)機組中：空調(diào)風(fēng)機的手自動狀態(tài)、運行狀態(tài)、故障報警顯示；溫度、濕度等參數(shù)顯示，超限報警；溫度、濕度控制；防凍保護控制；風(fēng)過濾堵塞報警控制；風(fēng)閥啟?？刂啤顟B(tài)檢測。冷凍機房和換熱機房之間自成系統(tǒng)，將所有運行設(shè)備運行狀態(tài)、故障報警、冷熱水供回水溫度、壓力、流量等參數(shù)上報給建筑管理系統(tǒng)。在新風(fēng)系統(tǒng)中，系統(tǒng)通過監(jiān)控以上參數(shù)，使整個空調(diào)系統(tǒng)中各類設(shè)備互相配合，將空氣處理所需的能耗降低。使建筑獲得舒適、健康的空氣同時，保持了相對較低的能耗，從而實現(xiàn)了節(jié)能目標(biāo)。建筑設(shè)備管理系統(tǒng)在供配電系統(tǒng)中，監(jiān)控高壓配電系統(tǒng)的進、出線開關(guān)、母聯(lián)開關(guān)的狀態(tài)；進、出線電流、電壓；有功、無功功率；計量數(shù)字。低壓配電系統(tǒng)的進線、主要回路出線開關(guān)、母聯(lián)開關(guān)的狀態(tài)；進線電流、電壓；功率因數(shù)；計量數(shù)字。變壓器的溫度值及超溫報警信號；運行狀態(tài)。同時如果采用柴油發(fā)電機作為備用電源的話，系統(tǒng)還可以監(jiān)控柴油發(fā)電機的狀態(tài)；蓄電池電壓、日用油箱油位；所有故障報警。連同電梯的運行狀態(tài)、故障報警等信號匯聚至控制室。由監(jiān)控計算機對配電室內(nèi)變配電設(shè)備的運行情況和建筑內(nèi)設(shè)備運行情況及用電計量情況進行有效管理。

4.4綠色產(chǎn)品節(jié)能

在當(dāng)前社會環(huán)境中，隨著科技獲得快速發(fā)展，各種清潔型電氣設(shè)備逐漸步入人們的視野。結(jié)合建筑的地理位置、自然條件等相關(guān)因素，運用低碳能源替代高碳能源是未來電氣設(shè)計發(fā)展的重要趨勢。在利用風(fēng)力、水力等自然力發(fā)電的同時，人們也在逐漸將可循環(huán)能源向城市內(nèi)發(fā)展。光伏發(fā)電具有安全可靠、無污染、不受地域及環(huán)境限制、能源質(zhì)量高等特點。利用建筑外立面、屋面等無法有效利用區(qū)域，敷設(shè)光伏板，實現(xiàn)建筑自我發(fā)電，節(jié)約電網(wǎng)消耗。甚至在光照強度較高地區(qū)，用電低谷時段，光伏發(fā)電建筑還可以向公共電網(wǎng)反向送電。光伏發(fā)電配電示意如圖2所示：（圖片來自于網(wǎng)絡(luò)）但因為光伏板反光有光污染、電能轉(zhuǎn)化率低、發(fā)電效率受光照影響大等缺點，使光伏發(fā)電還有很大的上升空間。

4.5管理方式節(jié)能

在運維管理工作中，可以結(jié)合建筑設(shè)備管理系統(tǒng)，配合BIM，通過三維模型對于建筑的全部用電設(shè)備開展集中的監(jiān)視與管理工作。智能化建筑系統(tǒng)具有簡單性，可將在操作中的專業(yè)要求降低，結(jié)合自動運行模式，還能夠?qū)⑷肆Ψ矫娴男枨蠼档蚚4]。

5結(jié)語

如今，運用節(jié)能技術(shù)是建筑設(shè)計行業(yè)的發(fā)展趨勢，其也能夠為能源節(jié)約發(fā)揮重要作用。在實際設(shè)計工作中，在滿足節(jié)能需求的原則下，實現(xiàn)成本節(jié)約，在合理資金范圍中選擇最優(yōu)節(jié)能方案，才能夠真正實現(xiàn)節(jié)約能源、減少能源損耗的目標(biāo)。建筑電氣專業(yè)的節(jié)能設(shè)計中，采取具有有效性、可行性的節(jié)能方式，將此電氣節(jié)能方案不斷優(yōu)化，在降低碳排放的基礎(chǔ)上促進行業(yè)發(fā)展。

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作者:李宏森 單位:中國建筑技術(shù)集團有限公司