建筑電氣節能設計及綠色建筑電氣技術分析探討

文／張路 山東中慧咨詢管理有限公司 山東菏澤 274000

引言：

電氣能耗占建筑總能耗的絕大部分，電氣節能設計仍有很大的發展空間，設計人員應轉變節能設計理念，采用可實施的節能技術措施，包括：選用新型機電節能設備、優先采用綠色可循環資源、使用樓宇自動控制系統、能耗監測系統等智能控制系統以及提高能源系統的功率因數等。同時，通過對建筑全壽命周期碳排放計算，明確建筑減碳收益。有效降低建筑能耗，創造舒適、低碳、高效的生活環境。

1、綠色建筑電氣技術概述

工業化、城市化建設過程中對自然環境產生了不同程度的影響和污染，溫室效應越來越嚴重，因此在建筑行業倡導實行節能設計和綠色建筑電氣技術是非常有必要的。綠色建筑是指建筑自身與施工作業達到節能環保要求，此理念與可持續發展目標和綠色發展理念具有一致性。綠色建筑與綠色能源之間關系密切，綠色能源具有可再生和持久性的特點，是綠色建筑電氣技術發展的重點方向。風能、水能和太陽能等清潔型可再生能源在當前社會中實現了廣泛應用，此形式的能源對環境的影響是非常小的，有著廣闊的發展前景。在建筑電氣節能設計中，應盡可能選擇高效電光源和具有節能功能的電源開關，并估算負荷級別與總負荷容量。我國科學技術水平與發達國家相比還存在一定的差距，只依靠當前技術還無法實現綠色能源的充分開發和應用。綠色建筑對節能減排有著較為嚴格的要求和標準，在實際設計和施工過程中還要考慮節能設備的安全、使用與后續的各項維護保養等多方面的內容。

2、建筑電氣節能設計的原則

2.1 注重節能環保

節能環保在建筑電氣節能設計中非常重要。設計人員對電力系統進行合理的設計,可以有效減少能源消耗,保護環境。設計人員要在保證建筑電氣安全運行的前提下對其進行優化,進而達到減少能源消耗的目的。因此,設計人員應采用更加先進的控制技術,選擇低能耗、對環境影響不大的電氣設備,以實現建筑電氣設計的節能環保目標。

2.2 經濟性原則

在設計建筑項目時，需要考慮建設工程經濟性問題，因為預算是有限的，預算超支可能導致項目停工。因此，建筑電氣設計的經濟性原則也必須加以遵循。除了確保建筑管理設備的經濟效益外，還解決了后期使用過程中設備設計問題。因此，經濟性原則必須首先考慮到相關者的利益。首先，確保經濟性原則的主要因素是材料，其中材料成本與整體投入直接相關。各方需要充分了解和選擇市場上的建材，選擇適當的建筑材料并進行良好的成本控制。第二，施工管理人員要在規定的時間內按照原定的施工工藝和施工技術完成工作。施工前應檢查施工設備，以防止設備出現故障，防止后期對工程機械進行維護和修理，影響后續施工。建筑電氣設備施工后，必須對設備進行良好的維護保養，延長施工設備的使用壽命是工程經濟學原則的體現。

2.3 適用性準則

在設計過程中,設計人員應結合電氣設施的具體應用情況,切實做好綠色建筑電氣節能的改造與規劃。例如,在商場等公共建筑場所中,因為其用電負荷相對較高,所以設計人員需要綜合考量建筑的電力供應情況以及負荷層級,遵循適用性準則,科學調配供電系統,發揮建筑電氣工程的最大價值。智能建筑在進行設計時，其中涉及的內容較為繁雜，而且各個環節之間存在密切的關聯，針對建筑電氣進行設計時，需要嚴格遵循合理性準則，對整體的智能樓宇進行把握，同時注意全面分析內部各個環節之間的關聯，并結合電氣節能設計的要求，對多項節能設計方案進行比較，從而選擇出最優方案，這樣節能設計的質量會得到良好的提升。

3、建筑電氣設計中節能措施的現狀問題

3.1 施工和監管存在問題

針對建筑節能，國家發布了一系列的節能政策以及標準，并從立法方面進行完善，加強建筑節能的監督管理。但是在實際實施方面，一些地方執行不到位，各地之間出現不平衡現象，存在設計方面高標準要求，但是施工低標準的情況。分析其原因，在建筑電氣節能設計中，部分設計內容變更后，并沒有對節能設計方案變更進行備案，一些建設單位為了節省工程建設資金，對設計規定的用材私自替換，沒有得到設計單位的認可，而且審查工作也不到位，因而對節能最終效果產生不利的影響。監管工作中，一些工作人員對建筑節能的重視性不足，缺乏這方面的嚴格監督。

3.2 電氣設計不合理

在工程項目的建設過程中需要連續的電力供應。電能是整個工程項目中不可缺少的基礎能源，但現有部分電氣設備已無法滿足當前用戶的需求，難以響應國家節能減排的政策，更難以實現能源可持續發展。此外，許多老舊的高能耗電氣設備需更換成節能設備，其質量也達不到行業安全標準，潛藏安全隱患，影響人們日常生活，甚至威脅到人身安全。同時，許多單位對電能損耗沒有足夠的重視，節能意識薄弱，造成不必要的能源浪費，有效控制建筑物中電氣設備的節能非常重要。因此，從電氣設計開始，運用有效的節能技術就意味著順應節能減排的基調，緩解國內能源危機的現狀，確保真正實現碳達峰、碳中和的宏偉目標。

3.3 缺乏對節能設計的重視

節能降耗是未來建筑電氣發展的主要趨勢。傳統的建筑電氣設計中沒有充分意識到節能的重要性，在設計過程中也缺乏對環保方面內容的落實。當前社會對節能環保理念的應用力度和重視度在不斷提升，為了進一步貫徹落實節能理念，需要設計師充分提高節能設計水平，比如在電梯工程設計中可以積極應用智能化控制技術。不過仍然有部分企業沒有積極響應國家號召，沒有順應節能社會發展趨勢，仍然以利益第一的理念開展建筑電氣工程設計，導致電氣系統運行中能耗較高，建筑整體能耗偏高。

4、綠色建筑電氣技術

4.1 太陽能集成技術

太陽能集成技術是綠色建筑的理想選擇。太陽能具有綠色、節能、零排放的優點,加強太陽能的應用是建筑領域的重要節能減排方式。光伏發電技術已逐步取代傳統的發電技術,在建筑中使用太陽能光電產品,可以有效減少建筑的能耗。太陽能系統可分為太陽能熱利用（熱水、供暖、空調）系統、光伏發電系統、光伏光熱系統,它能夠將太陽輻射能轉換為熱能或電能,可全年為建筑物供電、供生活熱水、供暖以及供冷。近年來,太陽能光伏發電效率不斷提高,成本大幅下降,使得太陽能集成技術在建筑領域得到了廣泛應用,成為實現“碳中和”目標的重要技術路徑。

4.2 空調系統節能技術運用

空調系統是建設項目冷熱源系統中最重要的組成部分，通過空調系統可以自動調節室溫。冷卻系統、冷卻塔系統和冷凍水系統是通風系統的三個主要組成部分，必須預先編排順序，以滿足建筑工程中空調系統的加熱和冷卻要求。電氣設計師應分析施工現場的實際情況，盡量提高空調系統的穩定性。傳統的手動通風控制系統難以實現節能降耗的目標。電氣設計師積極運用現代智能化、自動化等技術，電子自動化系統可以對通風系統進行集中控制和監控。因此，需要根據實際環境和需要對設備設施進行適當的啟動和停止控制。另外，要注意分析集中控制和檢測系統的運行狀態，平衡系統運行時間以及避免設備故障。水泵設施在調節溫差時，其轉速不會發生改變，這也會造成系統調節缺乏一定的精度，必須添加適量水進行調節，以達到節約能源的目的。變頻調速技術中的水泵自動調節主要是借助采集冷凍主體和冷凍泵進出水溫度差信息來實現的。溫差信號可以準確地將冷凍主機運行過程中的實際回水和出水溫差數據完全反映出來，壓差信號是指冷凍泵在回水和出水過程中具體的壓力差值。建筑室內溫度發生明顯改變時溫差信息也會出現相應變化，使用變頻器實現水泵轉速的具體調節。

4.3 供配電線路的損耗及節能措施

由于變壓器有功損耗主要出現在負載和空載情況下，所以在實際的設計工作中，對變壓器的選擇，需要注重考量節能變壓器的性能，比如SC8、SL9 等型號的變壓器，其接縫具有良好的密封性，而且關于漏磁損耗和渦流損耗都能夠最大程度降低。同時，對變壓器容量以及繞阻組織進行合理的控制，以防止供電線路在過載情況下出現損耗。設計人員針對供配電系統進行節能化設計時，還需要對前期投入和成本消耗進行全面考慮，對變壓器預留出一定的余量。此外，對變壓器的運行方式需要進行改善。設計人員在設計前需要對智能建筑的負荷需求進行細致的考慮，對用電負荷進行科學的分配，設計合理的變壓器容量，使其較好的匹配電力負荷，保證工作的低能耗。建筑設計中供配電線路錯綜復雜，系統中的線路長且多。電流通過電纜會因為電纜導體本身有電阻的存在，而產生發熱耗能。因此線路的節能措施主要考慮以下幾個方面：（1）采用導電性能良好的優質導體電纜，但考慮到導體本身的造價，常規電纜一般采用銅芯或者鋁芯電纜；（2）將高壓變配電室設置于用電負荷中心，減少低壓側電力電纜長度，縮短線路的敷設路徑，在電氣設計中，線路盡量少走或者不走回頭路；（3）避免電纜電線成捆敷設于密閉空間，因電流通過電纜時會產生大量的熱量，若電纜成捆敷設于密閉空間內，散熱困難，會導致電纜內導體電阻值增大，影響電能質量，增加電能損耗。

4.4 建筑照明系統節能技術應用

在建筑電氣節能設計階段,科學挑選燈具非常關鍵。以往建筑內部所應用的熒光類燈具的光效普遍在50m/W～70lm/W,電源效率為65%左右。如今的LED 燈具光效可以保持在100lm/W～150lm/W,實際電源效率高達95%。盡管LED 燈具的單價比熒光類燈具高,但是在日常使用中,LED 燈具的使用壽命更長,能夠實現對電力能耗的有效控制。考慮到建筑項目長期運作的成本支出,挑選LED 燈具更加合理,而且它完全符合我國所頒布的新國標《建筑照明設計標準》（GB50034—2018）的要求。LED 燈具完全符合辦公建筑照明功率密度值的要求。創建標準、科學的燈光照明管控模式,可以更快達成建筑內部照明設計節能目標。對此,設計人員應全面應用自然光源,合理挑選自然采光,并可結合光傳感器對臨近外窗的燈具進行獨立化管控。在樓梯、走廊等建筑內部公共區域,為了有效控制照明電力能源損耗,設計人員可采用聲控、觸控等方式來合理調配管控模式；針對建筑內部面積較大的公共區域,設計人員可應用智能照明系統來進行自動化管控照明。另外,依據建筑內部的具體照明需求,設計人員還需要規范調配照明電路,以實現電力的平穩供應。普遍采取人為手動控制方式來啟閉照明燈具，受人為因素影響，偶爾出現燈具忘關、延誤關閉的問題，致使照明系統運行時間延長，產生不必要的電能浪費，并造成照明燈具使用壽命縮短、照明系統溫度持續升高等一系列后果。對此，在建筑電氣施工期間，需要采取新推出的自動控制、智能控制技術，自動控制是根據預先設定方案在特定時間段內啟閉照明燈具，智能控制是根據室內外環境變化而調整照明燈具啟閉狀態。同時，根據建筑用途來選擇控制方式，常見控制方式包括時序控制、環境探測控制、場景控制與遠程控制。例如，對于辦公樓、工業建筑、商業綜合體建筑等照明系統遵循特定時間規律運行的建筑工程，應采取時序控制方式，提前預定各區域照明燈具的啟閉時間，到達時間節點后，系統自動開啟、關閉指定照明燈具。而對于住宅建筑，則采取場景控制方式，設定回家、離家、睡眠、家庭影院等照明場景，由居住者發出語音指令，控制照明系統切換至特定場景。

4.5 電動機設備應用控制

電氣設備比其他備具有更高使用價值。電動機的運行效率和狀況直接影響到建筑電氣裝置的整體效率。目前，將綠色節能技術應用于電氣裝置的運行管理，可以有效減少設備故障和電力轉換，如將綠色節能技術應用于建筑電氣改造項目，可以顯著提高運行效率，減少能源浪費。建筑項目需要為所有類型的電氣設備的應用制定能源節約標準。同時，需要進行節能維護，更換電動機可以有效減少電容性線路損耗，可以適當控制發動機負荷，并提高電動機的工作性能。

4.6 電氣工程調試技術

每個電氣設備設施在完成安裝后都需要經過調試測驗才能保證其高效運行，才能充分發揮其價值，才能提高建筑電氣安全節能水平。在首次調試測驗中，第一，要通過通電檢測每個安裝完成的電氣設備。第二，要根據生產標準調節檢驗電氣設備設施的空載和帶負荷運行情況。第三，做好機電維護數值的審核，并且做好安裝圖紙的核查校對，尤其要注意調整優化復雜設備設施的安裝情況，做好主要設施實驗設計、系統啟用優化管控，科學地指導電氣調試工作，保證所有電氣設備設施能夠正常運轉。相關工作者在開展電氣工程調試工作時要注意根據相關標準做好調試費昂發的編寫，加強了解電氣設備設施圖紙信息、出廠質量情況等詳細資料，保證高效完成電氣調試工作。工作人員還要對設施所在位置的部署情況、電氣接線情況進行檢查。在完成電氣安裝后，要通過試運行提升電氣工程的整體安全性。在試運轉過程中，要將電氣工程運轉的操作方法詳細地編寫，做好電氣系統運行操作規范的編寫。在試運轉中，要詳細記錄設備運轉狀態，及時解決缺陷問題，確保電氣安裝符合圖紙中的要求。在完成調試確認電氣系統安裝合格后可以向使用部門提供檢驗合格報告。

4.7 合理使用變頻器

隨著人們對環境保護的日益重視，許多電氣裝置消耗大量資源并對環境造成嚴重破壞。因此，必須提高電氣工程的質量和效率，在電氣設備設計中秉持環保理念，利用變頻技術有效推廣綠色能源，提高電氣設備設計效率，從而有效支持環保活動。變頻器具有自動控制功能，能夠有效節省人力和物力。首先要確保逆變器運行環境的溫度和濕度符合要求，控制逆變器安裝現場的灰塵量，并指定維護人員定期檢查內部結構，發現問題立即進行修理。如果逆變器在運行過程中發出警報，工作人員應及時對發生警報的原因進行分析與推測。在處理完故障后，變頻器就可以重新投入運行。

結語：

基于綠色節能的建筑電氣設計,是指在設計過程中,設計人員將傳統的電力設計進行科學調控,應用全新的技術及綠色材料以達到節能降耗的目標,進而有效控制建筑工程的電力損耗,提升電力系統的整體運作效率,達成全面管控成本的目標的過程。目前,我國建筑電力損耗體量在逐年攀升,因此加強建筑電氣的節能設計顯得尤為關鍵。由此看來,建筑電氣節能設計對建筑領域乃至我國經濟的長期發展有著重要的意義。在滿足建筑能源需求的基礎上,設計人員可通過科學應用建筑電氣節能技術,對設施、能源消耗進行有效控制,從而建造出節能環保型建筑。創新是工業發展的源動力，建筑電氣設計還依然存在較多問題，我們必須摒棄原有的設計理念，遵循綠色節能技術應用的規則，努力向健康、環保領域發展。也就是說，將根據電氣設計經驗，根據人類生活的基本需求，加強節能環保理念的滲透，減少資源浪費的現象，提高資源可利用率，從而對中國建筑業的可持續發展的有效保障奠定堅實的基礎。