建筑電氣設計中的安全及節能問題探討

李秀麗

（煤炭工業太原設計研究院集團有限公司，山西太原 030001）

0 引言

建筑電氣設計包含整個建筑體系內外的所有電氣設施，包含公共區域的道路照明、防雷設計，建筑物內的空調、智能樓宇控制系統等，也分為強電與弱電兩個方面，由此看來設計內容眾多，專業性較強。此外當前的建筑物能耗較高，對電氣系統運行的穩定性等要求也越來越高。為了實現電氣設備的節能優化目標，避免和減少各類電力事故，電氣工程設計師應緊跟現代化設計理念及設計原則，在嚴格遵循國家電氣設計標準的基礎上，科學設計線路，合理配置電氣設施，減少無效益的能耗，努力保障民眾用電安全。

1 建筑電氣設計中的安全及節能設計基本介紹

1.1 安全及節能設計的必要性

當前的建筑行業處在一個新的發展時期，與國家的可持續發展理念遙相呼應，致力于向綠色環保方向發展。而節能降耗就是其追求的一個重要目標，也是促使建筑行業良好發展的重要舉措。因此建筑電氣設計也需要緊跟步伐，綜合建筑電氣高效性需求及影響電氣環保效果的因素，從材料的選擇、應用節能電氣設備、線路的優化等方面去提升設計效果。既要確保電力品質，提高電氣系統運行效率，也要重視起其節能設計指標，以合理提高能源利用效率，將節能降耗措施落到實處，進而促使建筑行業及其中的建筑電氣做到綠色和可持續發展。

1.2 安全及節能設計原則

（1）滿足建筑物基本功能需求：建筑物及建筑電氣都是為了給人們提供最安全優質的服務，因此建筑安全及節能設計需要從人的需求的角度出發，各電氣設計需要達到基本的使用功能標準，如辦公、家用電氣的常規使用、公共照明和安全應急（消防）等。要充分發揮建筑物的使用功能，不可影響業主的正常用電，在此基礎上來科學控制能源消耗。

（2）經濟適用性：建筑電氣的安全節能設計需要一定的經濟支持，如果過分追求安全及節能，盲目使用節能高科技和高端設備，雖然能達到節能降耗的目的，但是成本支出偏高，工程經濟效益會降低。為此應保證電能的使用處于合理范圍之內。

（3）節能減排：節能是當前國家、行業、社會的普遍要求，而建筑規模越大，電氣設備越多，能耗越高。為了避免能源無端損耗，為了提高各類電氣設備的利用率，使所消耗的能源最低化，在設計中要運用節能理念，引進節能技術和節能型設備，科學設計供配電系統，檢查耗電量過大的設備，探尋能源損耗的源頭，以進行有針對性的電氣設計方案優化，進而控制好用電設備的無功消耗，有效約束浪費，實現預期合理的節能目標。

（4）安全可靠性：安全才能長久，安全才能避免人員傷亡，因此必須要全力確保電氣設計的安全性。在設計階段要結合建筑工程特點使電氣設計方案更加可靠，如要做好電氣保護設計，對于短路保護，要選用合適的熔斷器，這樣在電力過載，電流過大時，可以確保電路的安全[1]。

2 建筑電氣設計中的安全問題防范

2.1 保障電力供應安全

建筑電氣設備本身用電量較大，當建筑規模較大時，總用電量更大，且不同的建筑空間用電量需求不同，為此需要對電力供應系統的工作環境作出整體研究，根據用電情況進行分項供電。因此在設計時需要增設多個獨立電源，這樣可以保障用戶用電穩定，在出現問題時，各獨立電源間可以相互支援，加強供電。此外還應設置多個備用發電機組，這樣在特殊緊急情況，也可以應急供電，滿足如住宅建筑樓梯通道的應急指示燈、警報器等用電需求，以及醫院的手術室等生命維持系統的緊急供電，確保建筑物供電系統在各種情況下的安全與平穩運行。

2.2 合理布置供電線路

首先，要確保線路質量合格，要檢查線路的通電性和外表的絕緣性，對于一些特殊位置的線路，還要確保其耐候性、耐久性較佳，避免因環境等外界因素而過早失去作用。此外要根據建筑使用功能的差異，選擇電線種類，如顏色、材質等級等，以區別各不同安全標準區的線路，防止線路誤用，也方便日后檢修。其次，要確定合適的線路截面，這與供電性能、穩定性和節能性有很大的關系，為了避免因線路造成的電能損失，確保高品質的供電質量，需要結合該地區的用電需求、用電標準等計算得出合適的供電線路截面，保證線路具備相應的載流能力。最后，線路的走向要與建筑物的空間布局、裝修設計等相結合，合理配置電源線路，注意導線長度，減少迂回和暴露，使其安全有效的發揮作用，同時也可保障建筑物的美觀性，防止線路過度裸露而增加受損風險。

2.3 做好安全防護設計

（1）自動保護設計：①利用備用電源保障緊急情況下的用電需要，確保供電穩定。②要設置空氣開關等自動保護裝置，這樣當電氣系統突發故障時，可以自動斷電進行保護，以防引起嚴重的電力事故，進而保障周圍的電氣設備、線路和人員的安全。

（2）接地處理：很多大功率的用電電器雖然能為人們提供很好的服務，但是也會增大建筑物電力工作負載，為此需要利用接地裝置進行保護。設計時要明確接地線與接地體的組合，根據實際情況做好開關的自動控制，這樣在用電高峰期，容易出現電力事故的時期可以有效保障電力安全，特別是能夠預防電力火災事故。

（3）安裝防雷裝置：由于目前的高層建筑越來越多，防雷設計更有必要，且還需適時提高防護等級。通常是在建筑物的頂層安裝避雷針，由此將雷電時的放電引入地下。而為了確保避雷針的長期有效性，也為了提升電氣設備自身的防雷擊性，要根據當地的氣候情況選擇防雷等級合適的電氣設備，還可安裝SPD（電涌保護器），有效避免雷擊對整個建筑的電氣產生影響[2]。

2.4 嚴防電力事故

2.4.1 觸電事故

生活中因漏電造成的各種傷亡事故并不少見，有些只是輕微發麻感，有時只是插座出冒小火花，但是如果漏電問題嚴重，或電流電壓過大時，有人誤觸接觸，會被大電流擊中身體，危及人們的身體健康。為了解決這些安全隱患，在建筑電氣設計階段要加強預防，高度重視易出現泄漏的位置和人們易接觸到的場所，進行有效控制和保護。如可以在電源處設置電流防護電器，或是設置漏電保護器[3]。

2.4.2 火災事故

建筑電氣安全設計中對于火災的預防主要是為了避免因電氣設備故障、線路問題等導致的起火事件和降低其影響性。而這類的火災不可按照一般火災處理，必須要先斷電，還要考慮滅火方式對電氣設備的影響，以及是否會引起更大災害。因此需要重視消防建設，可以在跳閘點設置一個選擇性RCD（剩余電流動作保護器），設置額定動作電流為500mA，延時為0.2～0.4s，達到二層保護。還要綜合考慮可能發生的火災類型，易燃和已擴散的位置，設置火災探測器、火災自動報警系統和噴淋裝置等常規消防設備。

3 建筑電氣設計中的節能措施

3.1 供電電壓和線路節能設計

（1）供電電壓設計：電壓、電流與線路截面面積之間呈現一定的關系，通常截面越小，電流越小。為了實現節能目的，需要根據具體的供電需求合理設定壓力級別，確定最合適的電纜截面面積，由此節省電纜成本，減少線路損耗。

（2）優選導線類型：導線的電導率在一定程度上決定了供電效率，一般越小其總體效益越高。而經有關試驗和事實驗證，銅芯電纜比鋁芯線纜電導率小，輸電質量更好，但是其應用成本也更高。因此在進行電氣設計時，需要根據線路的負載量對比選擇，當供電需求較大時選用銅芯電纜，其最終的節能環保效益和經濟效益綜合上更高。

（3）合理控制線路長度：為了避免線路過長，電力輸送過程中損耗過多，設計師應優先選擇直線布線方案，并嚴格把控間距，規避電磁場作用的影響。當線路因建筑結構等受限而無法直線布置時，可合理調整變配電所、低壓配電室的位置，以適當地縮短線路。

3.2 變壓器節能設計

變壓器能耗在整個電氣系統中占比較大，在對變壓器進行節能設計時需從其功率著手，一方面要減少其無功功率消耗，主要是盡可能減少空載損失，根據其空載原理，需要考慮交流變壓器鐵芯磁通密度、晶片厚薄、材質特性等因素，選用較高牌號的電工鋼帶。另一方面要減少變壓器的負載損失，要正確計算負荷，了解不同建筑物的用電量差異，建筑內部相應能源的使用范圍，根據實際需求選擇對應規格的變壓器，如用電負荷較小時采用小型變壓器，較大時采用大型變壓器，并設置一定比例的設計余量，以確保配電系統的整體協調性，供電系統運行的穩定性。最后要合理布置變壓器，設計師需明確配電室的位置，以建筑靠近負荷中心部位為設計基準。此外變壓器數量也要合理，依據建筑工程規模和建筑物樓棟的分布情況布置，如對大型高壓網絡系統提供連通的專門的單相變壓器[4]。

3.3 建筑照明系統的節能設計

首先要結合室內光照需求合理利用自然光線，這就要求在建筑空間設計時合理控制門窗數量和大小，安裝透光效果好的玻璃，將自然光與人工照明設計結合起來，從而減少室內照明設施的用電量。其次要合理選材，如照明線路應盡量選用電阻較小的導線，同時合理控制導線的長度和橫截面積等，避免造成過多的額外損耗。要綜合考慮燈光品質、燈具效率、照明功率等各種因素，合理運用節能型燈具與高效光源，如壽命長、顏色高的T5、T8 燈具、LED 燈、太陽能等，并根據不同建筑類型和建筑空間合理設計燈具安裝數量，以取得低能耗、照明度合適的理想照明成效[5]。最后要配置鎮流器，如稀土三基色熒光燈具配電子鎮流器，可以明顯提高燈具的工作效率，減少頻閃現象。

3.4 電動節能設計

電機系統是將電力轉換成電機功率的裝置，當實際的用電量過高，輸出功率會增大，有可能出超過設計時的負荷量，此時用電安全難以保障，電動機工作效率也不穩定，因此是建筑電氣設計中較為關鍵的內容。而對于電動機的節能設計，可在滿足相關設計規范要求的情況下，選用高效率的電動機，如具備自動調整轉速功能電動機。或是采用變頻控制系統來調整電動機自身的運行轉速，以降低空載及輕載負荷造成的電能損耗。此外對于大功率的電動機，應單獨配置電壓表、電流表、有功電能表等計量儀表，以便實現實時監管，及時調整其工作效率來促進節能實現。或是采取自耦降壓或變頻啟動方式來避免對電網造成較大的沖擊，使其平穩啟動和運行。

3.5 高效利用可再生能源

現代化的建筑物智能特點較為明顯，各種高科技產品和節能技術的運用也較為成熟，從而為太陽能等清潔能源的利用提供了基礎。在節能環保的理念下，可以將太陽能轉化為電能、熱能，由此減少電氣設備的電能、燃氣等能源消耗。如將光伏發電系統應用到建筑物的外圍結構當中，以屋頂、墻面等較大的吸收太陽能的表面結構來有效吸收太陽光的熱量，并將其與建筑照明系統結合，進而用于道路、公共區域、景觀等照明，從而達到節約電能的效果[6]。

4 結語

總之，安全節能是建筑行業持續穩定發展的必然要求，提高建筑電氣設計的安全與節能性也是必然的趨勢。在這個創新過程中，面對建筑電氣設計中復雜的內容和嚴格的設計標準，為了科學合理地開展設計工作，有效貫徹安全節能理念。相關設計人員一定要加強對建筑電氣節能技術和相關產品的了解，采取可行性、合理性的方式，在滿足建筑電氣設計的相關標準以及建筑用戶需求的基礎上，不斷優化建筑電氣設計方案，從而確保建筑電氣的安全性以及節能性，使建筑電氣系統穩定運行，最終獲得較高的綜合效益。