建筑電氣設計中的安全及節能問題的探討

黎慧中

摘要：本文主要基于建筑電氣設計的一般原則，就建筑電氣的安全性和節能性設計的重點作了進一步的探討。

關鍵詞：建筑;電氣設計;安全;節能

建筑電氣設計是建筑設計的重要組成部分，設計過程中要與有關建筑、結構、給排水、暖通、動力和工藝等工種密切協調配合。其安全性和節能性設計是建筑安全和建筑節能的重要體現。對建筑電氣而言，其安全性關乎住者的切身利益，其節能性關乎住者的財權利益。加強建筑電氣設計的安全性和節能性設計是基于以人為本，以及落實國家低碳戰略的重要發展方向。

一、建筑電氣安全性設計的重點

建筑電氣的安全性設計應著重從電力供應、線路、設備接地、消防控制等幾方面進行了考慮。

（1）電力供應的可靠性是建筑正常發揮功能的保障。一般情況下，建筑應至少應有兩個獨立的供電源，當然，對一些對電力供應要求較高的建筑以及群體性建筑，其電力供應源應綜合電力負荷及當地電網條件決定。就一般情況下，兩路電源應同時供電，互為備用。除此之上，應考慮裝設應急備用柴油或燃汽輪發電機組，且能在主要供電源斷開后15秒鐘內自動恢復供電，保證建筑的常規用電。

（2）供電線路的安全和可靠關鍵在于線路的規范設計，供電電路的主線截面不能隨意更改，防止截面變小，使電阻變大，功率過載導致電路發熱或引發火災。

（3）對建筑內的各類電氣設備應全面考慮接地設計。

（4）建筑消防系統中有大量的電子設備如火災探測器、消防報警控制器、氣體自動噴射滅火及自動灑水滅火裝置等，消防系統的安全性設計至關重要。消防線路要求穿金屬管或者暗敷，目的是火災發生后可以保持消防線路的正常使用，保證信號、命令得到有效的傳輸。消防水泵的控制尤為重要，為且確保安全，消防水泵的控制應設置兩路：一路引至消防水泵控制柜;另一路則引至消防控制室。

二、建筑電氣節能設計的重點

在民用建筑中，就電能消耗而言，空調大概占到建筑用電的40～50%，水泵等設備用電占10～15%，照明用電占15～25%，其他設備用電占10～15%左右。從這些基本數據可看出空調和照明用電的節能設計對降低建筑能耗具有重要意義。從大量的建筑電氣設計和應用案例中，目前建筑電氣設計中問題多集中在以下幾個方面，一是建筑外部圍護結構不節能，造成電氣設備不得不選用較大容量的設備，造成一定程度的被動能耗浪費;二是由于在設計時估算的負荷過大，形成了典型的大馬拉小車，使設備長期處于低效率點運行;三是設備專業沒有設置必要的調節裝置，導致系統無法調節，長期處于運行能耗大的不合理狀況。四是水系統阻力計算時就偏于保守，致使水泵長期處于低效率點運行。五是設備采用變頻技術，但是系統的效率并沒有太大的改善，同時也給供電系統中帶來了更多的諧波分量。下面重點從變壓器的選擇、供配電系統及線路設計、提高系統功率因數、照明節能等方面論述節能設計的要點。

2.1變壓器的選擇

變壓器節能的實質就是：降低其有功功率損耗、提高其運行效率。因此，變壓器應選用高導磁的優質冷軋晶粒取向硅鋼片和先進工藝制造的新系列節能變壓器。由于“取向”處理，使硅鋼片的磁場方向接近一致，以減少鐵芯的渦流損耗;45°全斜接縫結構，使接縫密合性好，可減少漏磁損耗。對分期實施的項目，宜采用多臺變壓器方案，避免輕載運行而增大損耗;內部多個變電所之間宜敷設聯絡線，根據負荷情況，可切除部分變壓器，從而減少損耗;對可靠性要求高、不能受影響的負荷，宜設置專用變壓器。

2.2合理設計供配電系統及線路

按經濟電流密度合理選擇導線截面，一般按年綜合運行費用最小原則確定單位面積經濟電流密度。由于一般工程的干線、支線等線路總長度動轍數萬米，線路上的總有功損耗相當可觀，所以，減少線路上的損耗必須引起設計足夠重視。由于線路損耗△P∝R，而R=p.L/S，則線路損耗△P與其電導率p、長度L成正比，與其截面S成反比。為此，應從以下幾方面入手：一是選用電導率p較小的材質做導線。銅芯最佳，但又要貫徹節約用銅的原則。因此，在負荷較大的一類、二類建筑中采用銅導線，在三類或負荷量較小的建筑中可采用鋁芯導線。二是減小導線長度L。三是增大線纜截面S。

2.3提高系統的功率因數

正確設計和選用變流裝置，對直流設備的供電和勵磁，應采用硅整流或晶閘管整流裝置，取代變流機組、汞弧整流器等直流電源設備;限制電動機和電焊機的空載運轉。設計中對空載率大于50%的電動機和電焊機，可安裝空載斷電裝置;對大、中型連續運行的膠帶運輸系統，可采用空載自停控制裝置;對大型非連續運轉的異步籠型風機、泵類電動機，宜采用電動調節風量、流量的自動控制方式，以節省電能。條件允許時，采用功率因數較高的等容量同步電動機代替異步電動機，在經濟合算的前提下，也可采用異步電機同步化運行。熒光燈選用高次諧波系數低于15%的電子鎮流器;氣體放電燈的電感鎮流器，單燈安裝電容器就地補償等，都可使自然功率因數提高到0.85～0.95。按全國供用電規則規定，高壓供電的用戶和高壓供電裝有帶負荷調整電壓裝置的電力用戶，在當地供電局規定的電網高峰負荷時功率因素應不低于0.9。當自然功率因素達不到上述要求時，應采用電容器人工補償的方法，以滿足規定的功率因素要求。實踐表明，每千乏補償電容每年可節電150～200kWh，是一項值得推廣的節電技術。

2.4照明節能設計

照明節能設計應從下列幾方面著手：一是選用高效光源，如一般室內場所照明，應優先采用熒光燈或小功率高壓鈉燈等高效光源，如T5細管、U型管節能熒光燈。二是選用高效燈具，如采用非對稱光分布燈具。由于它具有減弱工作區反射眩光的特點，在一定的照度下，能夠大大改善視覺條件，因此可獲得較高的效能。三是選用合理的照明方案。采用光通利用系數較高的布燈方案，優先采用分區一般照明方式。在有集中空調且照明容量大的場所，采用照明燈具與空調回風口結合的形式。在需要有高照度或有改善光色要求的場所，采用兩種以上光源組成的混光照明。室內表面采用高反射率的淺色飾面材料，以更加有效地利用光能。四是采用智能照明控制系統。智能照明控制系統總線，可采用非屏蔽六類4對對絞電纜（CAT6 UTP），將各種開關模塊R、調光模塊D、場景控制模塊M、時間管理模塊MT等連成網絡，構成總線型拓撲結構。可根據預設時間、場景，采用紅外感應、移動探測傳感、感光光敏元件等方式，自動開啟或關閉相關區域照明，并自動調整照度，以滿足不同時段、不同場合的需求，達到舒適、節能目的。示例如下：

地下停車庫 ：在車庫入口管理處內安裝面板控制開關，用于車庫燈光照明的手動控制。平時在系統中央控制主機的作用下，車庫照明處于自動控制狀態。在停車區域采用智能移動探測傳感器HS，當有人或車移動時開啟相應的局部照明，車停好后或人、車離開后延時控制關閉。當有車移動時可以通過主機顯示出來，方便保安和管理人員的管理。根據車輛停車的實際使用情況，可將一天的照明分成幾個時段，比如上午、中午、下午、晚上、深夜五個時段，通過定時控制軟件的設置，在這些時段內，自動控制燈具開閉的數量，以控制相關區域不同時段的不同照度，從而使燈光照明得到有效利用，大大減少了電能的浪費，且保護了燈具、延長了燈具的使用壽命。智能照明控制系統通過開放的TCP/IP協議，可以方便地與樓宇設備監控系統BA集成。

結論與總結：

建筑電氣的安全性和節能性設計是建筑效能發揮的重要前提，在建筑電氣設計時必須將安全性和節能性設計置于重要地位。在安全性方面重點對電力供應、線路、設備接地、消防控制等幾方面加強研究。在節能性設計則要從建筑能耗總體著手，通過翔實的資料調查掌握建筑電氣能耗的數據，通過計算、問題查找、設備控制優化以及結合節能性設備和產品等因素提供最佳電氣設計方案。

參考文獻

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