民用建筑電氣設計的主要內容與節能考慮

李先財

深圳市華陽國際工程設計股份有限公司，廣東 佛山 528000

0 引言

在我國的城市化進程中，電氣設計是一個非常全面和復雜的領域，同時，民用建筑的高能耗問題也迫切需要解決[1]。在目前的民用建筑設計中，設計師必須對相關標準進行深入研究，從而科學合理地開展建筑的電氣設計工作。在社會經濟高速發展的今天，人們對環境保護和生態發展的關注度越來越高，在民用建筑的電氣設計中應做好充分的節能考慮，推動社會可持續發展。

1 民用建筑電氣設計的主要內容

為了滿足人們的不同需求，發揮建筑本身的各項功能，必須做好建筑電氣設計。通常，建筑電氣設計的內容比較復雜，所涉及的內容也相對較多。

1.1 民用建筑電力負荷的計算

在民用建筑的電氣設計中，計算電力負荷是一項基礎性的工作[2]。只有對民用建筑的電力負荷進行全面精確的計算和綜合分析后，方能依據計算所得的結果來科學合理地配置電房數量、變壓器容量、發電機容量、保護電器、線纜等。目前，負荷計算方法主要包括單位指標法、需要系數法和利用系數法。對于各類設備功率不明確的各類項目，可以使用單位指標法進行一個前期設計的負荷估算和計算結果的校核；對于設備功率已知的各類項目，可以使用需要系數法進行負荷計算，但計算范圍內設備數量為5臺及以下時，不宜采用需要系數法；對于設備功率或平均功率已知的各類項目，可以使用利用系數法，尤其適用于工業企業電力負荷計算，但不適用照明負荷計算[3]。

1.2 建筑用電設備的選擇及變配電房選址

在進行負荷計算后，可以合理選定合適的變壓器、發電機、各級保護電器、電纜、電線等，此外，可以根據負荷計算結果確定項目需要設置的變配電房數量，再根據與外電單位溝通相關電房設計規則，選定電房的設置地址及電房內部電氣設備的排布設計。同時，根據各類負荷性質，選擇不同的保護電氣和線纜、敷設方式等，保證不同時期用電的安全性和可靠性。

變配電房的選址應該基于相關規范及電力部門的相關要求，主要包括以下內容：（1）要深入或靠近負荷中心，一般電力部門要求供電半徑約為250 m；（2）選擇進出線方便的場所；（3）需滿足設備搬運、吊裝方便的要求；（4）不應靠近對電磁輻射要求較高的場所，如消防控制中心、信息中心等機房；（5）避免設置在多塵、水霧或腐蝕性氣體的場所，在無法避免的情況下應設置在該場所的下風側；（6）不應設置在衛生間、浴室、廚房等經常積水場所的正下方或相鄰，如果相鄰設置，則需要采取無滲漏、無結露等防水措施；（7）不應設置在地勢低洼或可能積水的場所，如廣東大部分地區要求變配電房設置在首層[4]。

1.3 建筑用電負荷的分類及其電源的設計

民用建筑電氣設計須考慮供電的穩定性，以及對樓內人員安全和生活的影響。根據建筑的類型不同，用電負荷通常分為一級負荷中特別重要負荷、一級負荷、二級負荷、三級負荷。其中，一級負荷要求由雙重電源供電，當一個電源發生故障時，備用電源可以啟動，兩路電源可以為引自不同變電站或同一變電站不同母線段的10 kV市政電源，也可以是一路10 kV高壓電源和一路發電機電源；一級負荷中特別重要負荷除了需要雙重電源，還應設置應急電源供電；二級負荷的外部電源進線宜由35 kV、20 kV或10 kV雙回線路供電；當負荷較小或地區供電條件困難時，二級負荷可由一回35 kV、20 kV或10 kV專用的架空線路供電；三級負荷電源由一路電源供電即可。因此，在設計配電系統及進行負荷計算時，還需要根據建筑的特點，先確定各類用電負荷的等級，再根據其負荷等級的電源特點進行系統設計，從而保證配電系統的合理性、可靠性、經濟性和安全性。

1.4 民用建筑照明系統的設計

照明系統是現代建筑不可或缺的一部分。照明系統設計一般可分為平時照明和應急照明兩大類，其中平時照明一般可劃分為各場所設置的一般照明、有永久通行區的場所分區一般照明、有精細視覺要求場所的局部照明及商業建筑和展覽建筑內所設置的重點照明，此外，還包括景觀照明、泛光照明、障礙照明等；而應急照明除了消防應急疏散照明，還包括備用照明、安全照明、值班照明、警衛照明等。

在設計建筑照明系統時，需要根據各種不同的場所，結合各個場所環境特點，燈具的光通量、功率等，選擇合適的燈具及確定燈具的數量，確保照度、LPD值符合相關規范要求的同時，使環境更舒適、美觀。

照度和LPD值的計算式為

式中：A為工作面面積；N為光源數量；φ為光通量；U為利用系數；K為燈具維護系數。

除了需考慮照度、功率密度等，還需綜合權衡照明設備的使用、光源的利用、合理控制光照強度等因素，同時不能忽視安全和環保要求。燈具的造型、燈光的修飾能在很大程度上增加建筑物的美感，提升視覺效果。

1.5 民用建筑防雷系統及接地系統設計

防雷系統以及接地系統的設計也是電氣設計的重要內容，長期以來，在防雷系統設計中，防雷系統主要由接閃桿、接閃帶、接閃網格、引下線、均壓環、接地網格、等電位端子、接地端子、浪涌保護器等組成。防雷系統根據建筑類型可分為第一類防雷建筑物、第二類防雷建筑物及第三類防雷建筑，而劃分防雷建筑物類別可依據《建筑物防雷設計規范》（GB 50057—2010）的相關內容，值得注意的是，我國民用建筑的防雷等級最高為第二類防雷建筑物。當前的民用建筑大多都是鋼混剪力墻結構，比較穩固可靠，因此防雷的關鍵在于各類金屬管道的接地。

在現代建筑中，聯合接地體的應用較為普遍，設備接地和防雷接地所采用的接地網一致。一般情況下，建筑物本身的鋼筋等天然接地體已經可以滿足要求，但為了均等電位，提高接地系統的安全性，更好地滿足接地電阻值的要求，一般需要設置一個接地體，并將建筑根基連接至接地網。

1.6 民用建筑電梯系統設計

電梯是民用建筑重要的組成部分，因此必須合理確定電梯的數量和功能。民用建筑的電梯按照功能可分為客運電梯、觀光電梯、貨運電梯、自動扶梯等。按電梯速度可分為低速梯、高速梯、超高速梯等。按驅動方式劃分，可分為交流和直流電梯。設計者需要根據具體情況科學地確定民用建筑電梯的數量和功能，與總建筑師等相關人員一起，共同商定和研究電梯的實際配置、造型等。

2 民用建筑電氣設計的節能考慮

當前，我國積極提倡節能減排，在民用建筑的電氣設計中也必須將節能作為重要的因素。當前，我國經濟社會的發展也帶來了巨大的能耗，建筑電氣設計中充分的節能考慮能夠降低建筑的能源消耗，助力可持續發展。

2.1 節能原則

（1）滿足建筑功能。需考慮光照、色溫、視覺等因素；確保空調溫度適宜，并確保空氣流通和風量等保持舒適和干凈；滿足建筑物內交通暢通；確保一些特定場所對電氣設備的特定需求等。

（2）節省不必要的能源消耗。有些能耗與建筑物功能的發揮沒有必要關系，對此，可以找尋一些方法節省能源。比如，在有大面積照明需求的地方，可以采用更加節能的燈具來降低能耗。

2.2 電氣節能設計

（1）供配電設備節能環保設計。為了實現民用建筑的節能目標，在選擇變壓器時需要使用不低于二級能耗的變壓器產品，還要科學地確定其容量和數量，使其負載率處在最好的狀態，盡可能節省能量。

（2）配電線路節能環保設計。在供電線路方面，民用建筑需重視變配電房選址，應該讓其處于或者靠近負荷中心，通過這種方式來縮短供電距離，減少電線的損耗，從而起到降低能耗、節省材料的作用。供電需選用電阻更小的配電線路。對于大功率用電設備的電源，必須選擇干線式電源。同時，需特別注意線材的質量和選用，選用優質的電纜，以實現能量損耗的大幅降低。

（3）建筑照明節能設計。在照明設計中，需選用節能型燈具產品，并根據實際情況恰當地布置燈具，遵循有關的照明功率密度要求，否則容易造成能源的浪費。同時，需充分利用自然光，讓自然光與燈光有機結合，最大限度地節能。同時，要求設計者對燈具的控制方式進行恰當地選擇，可以運用分區控制，也可以根據亮度自動控制，還可以以時間為標準設計控制模式，盡可能節能降耗。

3 結束語

綜上所述，民用建筑的電氣設計主要包括電力負荷的計算、用電設備電源的選擇、供配電設備的選擇、變電站位置選擇、照明系統的設計、防雷系統及接地系統設計、電梯系統的設計等，必須從節能的角度進行綜合的考慮，在滿足建筑功能、考慮實際經濟效益的前提下，盡可能節約能耗。同時，從供配電設備、配電線路、照明等各個方面落實節能環保設計，綜合考慮，整體統籌，進一步節約能耗，促進可持續發展目標的實現。