建筑電氣節能設計及照明節能設計

蘇 勤 廣東國技建設發展有限公司中級建筑工程師

目前，在不斷完善建筑物功能設計的同時，也要注重對能耗的控制，加強建筑電氣節能設計及照明節能設計，進而從根本上提升建筑物的綜合性能，一方面提高建筑物的能源利用率，節約能源；另一方面，推動建筑電氣行業朝著節能方向發展進步，提升建筑電氣系統的系統性和實用性。建筑功能的實現離不開電氣系統，因此，建筑物中需要預留大量的電力負荷和用電接口，以滿足建筑物不同功能和不同場景的使用要求，提升用戶的體驗感。此外，建筑物在后期運行過程中需要從運行成本和能源消耗等方面綜合考慮，以合理控制能源的利用。可以從設計階段就開始著手優化、完善建筑電氣節能設計和照明節能設計，顯著提升建筑物的節能效果。本文將從電氣節能、建筑電氣節能設計及照明節能設計的原則、建筑電氣節能設計、建筑照明節能設計要求、建筑照明節能設計等方面來進行深入剖析。

1 建筑電氣節能概述

在保證使用電氣設備和系統正常的基礎上，建筑電氣節能考慮能源消耗和整體的經濟效益，通過科學合理措施，有效減少電能損耗，對現存能源危機進行緩解。在建筑中，電氣系統占據著重要位置，是其組成部分之一，發揮著不可替代和不可或缺的關鍵作用。不僅如此，在人們生活中，電氣已經成為了一種不可缺少的元素。因此，在實際展開建筑電氣節能設計過程中，要對電氣節能展開高度重視，分別從照明和電氣兩大方面為出發點，科學合理的規劃節能設計內容，提高自然能源利用率，例如地能熱、太陽能等，從而實現節能任務。與此同時，還要運用電氣節能展開進一步的規劃，針對現存能源危機進行有效緩解，從而更好的推動建筑行業的發展和繁榮。

2 建筑電氣節能設計及照明節能設計的原則

針對于建筑電氣節能設計及照明節能設計的原則，共整理了四點，分別是：經濟高效、科學適用、綠色照明、安全使用，下面將展開論述。

2.1 經濟高效

建筑電氣節能設計及照明節能設計在考慮能源利用效率的同時，還需要綜合考慮建筑的建設成本。將各種建設方案中的節能效果和建設成本進行分析與對比，選擇最為經濟、高效的設計方案，以提升建筑節能設計的長期效益。

2.2 科學適用

對于建筑電氣節能設計及照明節能設計方案的確定，一方面需要保證設計方案的精準性，另一方面要保證設計方案與建筑運行需求的一致性[1]。建筑節能效果要控制在合理范圍內，以免造成過度節能，進而影響到建筑物在實際使用過程中的照明效果。

2.3 綠色照明

對于建筑照明節能設計方面，在保證建筑物正常穩定運行的基礎上，建筑物電氣照明節能設計要嚴格按照相關規范要求來執行，以保證節能體系的高效性和規范性，最大程度地降低電力能源損耗。

2.4 安全使用

優化建筑電氣節能設計要堅持安全性理念和原則，設計人員在展開工作期間，首先要將安全作為所有工作的首要考慮。在保障安全運行建筑電氣系統的基礎上，再開展節能改善和優化處理工作，盡可能防止出現節能過度引發安全問題的情況。為此，建筑電氣節能設計工作應當首先確定任務，嚴格對建筑電氣系統中的特殊部分展開節能控制，例如，消防配電系統等，從而保障運行的安全性。設計人員在建筑電氣系統中引入運用各個節能技術和設施期間，要對其應用效果的安全性進行細致評估，及時消除可能出現的安全隱患。

3 建筑電氣節能設計

針對于建筑電氣節能設計，整理了五點，分別是：供配電系統節能設計、變壓器節能設計、電動節能設計、水暖系統節能設計、安全系統節能設計，以下將逐一進行闡述。

3.1 供配電系統節能設計

建筑電氣節能設計的核心部分是供配電系統的設計，結合建筑物的實際情況，合理規劃建設項目的負荷指標，而這些指標的制定要嚴格按照不壓縮、不浪費的原則來執行[2]。同時，供配電系統涉及到供電設備的安裝部署、規格型號的選擇等，其綜合配置要具有一定的合理性，在滿足系統功能的同時達到節能的效果。

對于供配電系統節能設計，還需要綜合考慮建筑物中的配電房、開閉所等，一般需要根據不同類型建筑物的用電指標對整個建筑物進行負荷用電量的估算。在設計階段需要重點明確項目建設中有沒有用電量較大的設備，如消防水泵、廚房設備、舞臺的聲、光、電設備等。如果有的話就需要對其用電量進行單獨核算，避免電力的過度浪費，也需要保證各種用電設備的合理配置，避免存在漏項問題，確保估算用電量接近實際用電負荷[3]。如果出現建筑物與配電房之間供電距離較遠的情況，需要合理控制電壓損失，其控制方式有增大導線截面積等。但是，一般情況下，低壓線路的供電半徑應該控制在250 m以內。尤其是開閉所和配電房位置的設置要嚴格遵守相關工程技術規范。

3.2 變壓器節能設計

變壓器在建筑物整體的電氣節能設計中占據著重要位置。對于變壓器的節能設計，需要重點關注變壓器的電能損耗問題。一般情況下，變壓器電能損耗的原因主要包含兩方面：一是變壓器的空載損失；二是變壓器的負載損失。如果整個配電系統中變壓器的負載率相對較低，就會存在不同程度的空載問題，使變壓器自身的損耗變大，嚴重降低變壓器的運行效率，增加了變壓器的電能損耗[4]。因此，對于變壓器的節能設計，需要從用電的重要程度、用電性質、用電容量以及運行方式等方面綜合考慮，盡可能規避變壓器的電能損耗問題。例如，如果民用建筑物中居民用電量之間的差異較大，設計人員需要考慮設置兩種不同規格的變壓器，當建筑物整體用電負荷較小時，就可以采用小型變壓器以減少在使用大型變壓器時所造成的電能損耗問題。而在正常大用電負荷的情況下，則采用大型變壓器以保證供電系統的正常運行。通常情況下，變壓器的負載率一般設置在80%左右，并結合實際用電情況，設置一定比例的設計余量，這主要是方便建筑物在交付后產生新增用電負荷，不用再對配電房進行重新改造。此外，在設計過程中還應重視變壓器類型的選擇，不同變壓器類型起到的節能效果存在較大的差異，以SCB 13-30型干式電力變壓器為例，其空載損耗為150 W，負載損耗為710 W，產品的空載損耗相較于SCB 11-30型干式電力變壓器低20%左右，具有更好的節能性能。

3.3 電動節能設計

電動節能設計也是電氣節能設計的重要組成部分。一般在民用建筑物中電梯、水泵、消防風機會占有很大的比重，這些電動機在連續負荷的情況下會造成用電損耗，如果實際運行過程中用電系統的輸出功率有所提升，就會與建設用地的負荷量發生沖突，在這種情況下，電動機損耗也是不可避免的。因此，對于可以從兩方面進行電動機的節能設計，一方面是電動機的工作效率，另一方面是電動機的功率因數。對于電動機工作效率的調整，主要依靠變頻裝置來實現，結合建筑物在實際使用過程中的負荷量，設定電動機自身的運行轉速，以滿足實際節能需求[5]。當然，對于電動機的節能設計，在滿足相關設計規范要求的情況下，要注意采取合理的運行方式，以降低電動機運行對電網造成的沖擊。尤其是對大功率的電動機，應盡量采用星三角降壓、自耦降壓或變頻啟動方式，保證電動機能夠平穩啟動。此外，當電動機存在輕載現象時，可以采取降低電動機轉速或打開閥門、風門的方式，減少電動機在實際運行過程中的部分電量消耗。

3.4 水暖系統節能設計

現階段，建筑物中存在空調、供熱、供水等水暖系統，這些水暖系統的運轉同樣需要各種能源的供給。其中比較典型的就是空調能源、熱泵機組能源、電輔助制熱等。在電能消耗方面，空調的電能消耗占有很大的比例，其節能設計的優化效果也是最為明顯的。因此，空調系統的節能優化設計是至關重要的，一方面可以積極引進地熱、太陽能、風能以及自然通風等新能源，加強對新能源的利用，另一方面可以積極引進先進的優化設計方案，如節能模糊聯動控制技術等，從多維度對水暖系統進行節能設計，以滿足建筑空調的實際需求。此外，在設計中空調系統要盡可能采用變頻空調設備，通過變頻降低對電能的損耗。

3.5 安全系統節能設計

建筑工程的安全性是整個設計和建設過程中需要優先把控的，所以在這方面的能耗也相對較高。其中，比較常用的安全系統涉及監控、電動門窗、防火報警、排煙防風以及消防泵房等，這些安全設備一般都是需要長時間持續不間斷運行的，會消耗大量的能量。這就需要在設計階段結合建筑物的安全性能要求，對安全系統的設計進行優化和精簡，并采用樓宇自控系統，最大程度地提升安全系統的自動操控和調節能力，以實現建筑安全系統的節能[6]。

4 建筑照明節能設計要求

建筑照明節能設計的首要任務是保證照明設計能夠滿足用戶的實際使用需求，尤其是一些特殊的要求。然后在此基礎上，盡量選用一些高效的燈具以滿足照度、色溫要求，從節能角度合理把控照明系統的設備配置。此外，建筑照明系統的節能設計還需要考慮到建筑的其他系統，以進行綜合全面的把控，使其符合整個建筑的節能設計要求。例如，照明系統的形式和風格需要與建筑主體結構和外觀保持一致。建筑照明節能設計要在符合國家相關行業標準規范的基礎上進一步實施開展。

5 建筑照明節能設計

針對于建筑照明節能設計，整理了六點，分別是：照明節能方案設計、照明技術優化設計、合理選用節能燈具、合理控制照明系統、提高系統功率因數、引入自動化控制技術，下面將展開說明。

5.1 照明節能方案設計

進行照明節能方案設計需要全面了解建筑照明的需求，在建筑照明設計的相關規范和標準指導下，對照明系統中的設備和照明方式等加以選擇確認，使設計方案具有一定的可行性。隨著新能源的不斷產生與應用，在建筑工程照明系統中也應加強對自然光源的利用，在滿足照明需求的基礎上，適當減少照明設備的數量和功率，例如，太陽能光伏發電就可以應用在夜間照明系統中。此外，照明節能方案設計需要注重照明燈具的選擇，據相關數據統計，合理的照明燈具選擇能夠降低30%左右的光源消耗。因此，對于照明節能方案的制定，設計人員需要綜合考慮建筑物的環境因素、光源需求、照明燈具的規格與類型等。

5.2 照明技術優化設計

照明技術的優化需要與電氣節能設計相結合。照明系統中除了照明燈具，還會涉及照明線路，而照明線路中通過電流時就會產生電阻，造成額外的電能損耗。對此，照明電路應盡量選用電阻較小的導線，同時通過合理控制導線的長度和橫截面積等，將電能消耗控制到最低。建筑照明系統中照明度的設計也是十分重要的，要遵循相關標準規范和照明要求，以保證照度值的科學、合理[7]。

另外，照明技術優化設計還需要吸納一些先進的照明技術，并選用創新型的節能設備。近年來應用較多的就是LED照明技術，這種技術具有電能消耗低、使用壽命長等優勢，并且能夠很好的滿足用戶的照明需求。照明功率密度值LPD是評價照明節能性能的重要指標，相關規范中對不同類型建筑物的LPD值進行了規定和約束，其設計原則是要符合規范規定的現行值或目標值，設計人員要以照度標準值為設計依據，核算燈具安裝數量，達到節能的效果。

5.3 合理選用節能燈具

建筑照明節能設計的重要應用對象就是節能燈具。節能燈具的選擇要根據建筑物內部的室內功能配置要求來定，然后綜合考慮建筑物的整體配置，將節能的設計元素融入進去，這樣能夠有效避免因燈具選擇不合理造成的能源消耗過多。總體來說，建筑物的類型越多，其照明需求空間就越大，對照明燈具的數量和類型都會產生較多的需求[8]。

如果整個建筑物的室內外空間都能夠選用節能燈具，會在很大程度上提升建筑物的節能性能，如果建筑物對照明燈具沒有特定要求，就以熒光燈和LED燈具為主。光源也是照明系統中的重要組成部分，結合室內運行的實際需求。光源需要與照明系統實際需求相匹配，因此，采用何種形式的光源是需要綜合考慮建筑物的工程情況、光源使用場所以及照明實際需求等因素的。設計人員對光源的設計主要是從光源的啟動時間、照度要求、照度質量以及光源使用年限等多方面綜合考慮的，需要選擇最優的光源配置方案。

5.4 合理控制照明系統

照明系統在實際運用過程中需要選用合理的控制方式，這與照明系統所處的環境和照明功能特性有關。通常情況下，如果照明場所的空間范圍有限，則需要采取一對一或者二對一的控制方式，如果照明場所的空間范圍相對較大，則整個空間范圍內配置的照明燈具也就較多。在這種情況下，設計人員需要對照明區域進行合理的劃分，結合各個區域的照明特點和實際需求，配置相應的光源，并盡量采用多對一的控制方式。例如，在建筑外部道路的路燈設計中，可引入智能控制系統，通過對光學傳感器信號、聲學傳感信號做出采集，然后自動控制路燈的開關，并對所需要的亮度進行控制，使其更具節能性，如圖1所示。此外，對于一些公共走廊、大堂區域等公共區域的照明，可以采用紅外感應或者聲光控制的方式，也可以采用智能照明控制或感應控制方式，這樣就能有效縮短照明系統的使用時間，進而達到照明節能的效果[9]。

圖1 照明智能控制系統

5.5 提高系統功率因數

在建筑照明系統中，無用功率主要由電感元件產生，其存在會直接影響對電能的利用。因此，為了更好地使用電能，避免發生浪費問題，需要采用電子鎮流器將補償電容器安裝好，有效降低無功效率，提高用戶的功率因數，滿足照明節能設計的需要。

5.6 引入自動化控制技術

建筑照明系統節能在設計期間，還有高度重視處理優化控制方面內容，通過先進化、現代化的控制手段，進一步優化運用建筑照明系統，從而在后續使用期間防止產生損耗嚴重的情況。例如在建筑照明系統中，當前應用十分廣泛的節能方法之一就是自動化控制技術，采用感聲以及感光等傳感器，靈活調控照明系統，在不需要時防止出現長期照明的情況，與此同時，還能實時調節光照強度，從而優化控制能耗損失。

6 結語

綜上所述，建筑物電氣節能設計和照明節能設計是建筑工程設計的重要組成部分，直接關系到建筑物的使用效果和長期效益。而建筑物的規劃與建設需要滿足社會可持續發展的長久目標。對此，設計人員就要在相關行業標準規范的指引下，充分結合建筑工程的總體情況，對建筑電氣系統和照明系統進行科學、合理的設計，在滿足用戶需求的基礎上將節能環保因素納入其中，優化和改善節能設計的應用，提升建筑工程的節能環保特性，推動建筑工程的可持續發展，從而造福于民、造福于社會。