建筑電氣設計中節能降耗措施探討

摘 要：結合實際，探討建筑電氣設計中的節能降耗問題，通過優化電力供應、照明系統、暖通空調等多個方面的設計方法，旨在減少能源浪費，提高能源利用率，降低運營成本，減少對環境的不利影響。通過對不同方法的研究和實踐，得出可行的節能方案。為建筑電氣設計提供更加可持續和環保的解決方案，不僅能節約能源資源，減少能源消耗，還有助于減輕環境壓力，為未來的可持續發展做出貢獻。

關鍵詞：建筑工程；電氣設計；節能降耗

中圖分類號：TU855? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）12-0089-03

0 引言

建筑電氣設計不僅涉及電力供應、照明系統、暖通空調等多個領域，還關系到建筑的長期運行成本和對環境的影響。因此，通過合理的電氣設計，實現節能降耗已經成為建筑行業的迫切需求。

1 建筑電氣設計中節能降耗意義分析

1.1 有效利用能源資源

隨著全球能源資源的日益枯竭和環境污染的嚴重加劇，能源效率成為當今社會發展的重要課題。建筑電氣系統是能源消耗的主要來源之一，通過采用節能措施，可以降低電氣系統的用電量，實現能源資源的有效利用，減輕對能源的需求壓力。

1.2 降低運行成本

建筑的電氣系統在其整個使用壽命內都需要消耗能源，包括供電、照明、暖通等。通過采用節能設計和設備，可以顯著減少建筑的運行成本，包括電費、維護費用和設備更換成本。這對于建筑的長期可持續運行至關重要，尤其是商業建筑和工業建筑。

1.3 保護環境

電力生產和使用是導致大氣污染和溫室氣體排放的主要原因之一。通過降低電氣系統的能耗，可以減少對燃煤等高碳能源的需求，有助于減少CO2等溫室氣體的排放。

1.4 可持續發展

節能降耗是可持續建筑的核心原則之一。建筑電氣系統的設計和運行需要考慮長期的可持續性，包括資源的可再生性、環境影響和社會責任。通過采用高效的電氣設備和技術，可以提高建筑的可持續性評級，滿足未來可持續性發展的需求。

2 建筑電氣設計節能降耗現狀

2.1 還采用傳統照明系統

許多建筑仍然采用傳統的白熾燈和熒光燈等能效較低的照明設備。這些陳舊的照明設備無法與現代的LED技術相媲美，在能源利用效率方面表現遠遠不如LED照明技術。這意味著建筑業主和管理者正在浪費大量的電能，這不僅對環境造成負面影響，還在電費支出方面帶來不必要的成本。這一問題進一步延伸到對能源資源的浪費，因為這些舊式照明設備需要消耗更多的電能。

過時的照明設備還存在維護和更換費用高的問題。由于其壽命較短，需要頻繁更換燈泡和熒光管，這不僅增加維護成本，還產生大量廢棄的燈泡和電子廢物，進一步對環境造成負擔。這也意味著建筑業主和管理者需要不斷購買新的照明設備[1]。

2.2 照明控制不足

很多建筑缺乏先進的照明控制系統，如智能照明系統或運動感應照明系統。傳統的建筑通常依賴于傳統的開關和定時器來控制燈光，這在現代要求更高的辦公環境中顯得過時，會導致在沒有人員活動或足夠自然光的情況下，燈光仍然保持亮度，浪費大量的電能。這不僅對能源利用效率構成威脅，還會產生額外的電費支出，對環境和電費支出產生不利影響。

缺乏先進的照明控制系統也影響建筑內部的舒適性和工作效率。在沒有智能照明系統的情況下，員工和居民通常無法根據自己的需求和偏好調整燈光，導致不適和視覺疲勞。此外，運動感應照明系統的缺失也導致安全問題，增加事故風險。

2.3 低效電器設備

低效電器設備會造成能源的不必要消耗，不僅對電費支出構成負擔，還會對環境造成不必要的碳排放和資源浪費。這一問題在夏季和冬季尤為突出，因為低效的空調和暖氣系統需要大量電能來維持舒適的室內溫度。能效低下的設備還會增加電器設備的維護成本。由于它們需要更頻繁地維修和更換，建筑業主和管理者不僅要支付更多的電費，還需要投入更多的資金和資源來維護這些設備。

2.4 電氣系統設計不合理

當電氣系統未能適應負載需求的變化時，導致電力過剩或不足的情況。電力過剩會導致浪費。電力不足則引發設備故障或停機，對生產和生活造成不便。電力供應不穩定會影響電器設備的壽命和性能。

電器設備通常需要穩定的電力供應以確保其正常運行。電力波動和不足會導致設備損壞或性能下降，這不僅增加維修和更換設備的成本，還會對建筑內的運營產生負面影響。不充分考慮負載需求變化的電氣系統，無法滿足建筑內部的特殊需求。例如，在高峰用電時，電力供應不足，會影響生產效率；而在低峰時段，電力過剩會導致能源浪費。

2.5 缺少能源管理系統

若缺乏實時監測手段，建筑運營者便無法準確掌握能源消耗情況。這使他們難以制定有效的節能策略和計劃，沒有準確的能源消耗信息，就無法確定哪些區域或設備是主要的能源消耗者，也無法識別潛在的能源浪費點。

缺乏實時監測系統，也意味著建筑運營者無法及時采取措施來減少能源浪費。在沒有即時反饋的情況下，能源浪費長時間存在而不被察覺，導致巨大的資源和資金浪費。例如，如果暖氣或空調在無人的房間中持續運行，沒有實時監測系統的提醒，就會浪費大量的電力或燃氣。

3 建筑電氣設計中節能降耗措施

3.1 合理設計供配電系統

要綜合考慮負荷容量、供電距離以及用電設備分布等多方面因素，加強供配電系統的設計，以選擇最合適的供電電壓參數。供配電系統應具備可靠性和簡潔性，且不應包含超過兩級的相同供電系統配電級數。

為優化電壓選擇，需結合負荷參數的信息，選定最適宜的變壓器容量和數量，以適應負荷參數的變化，并根據經濟運行效果進行變壓器的投切設置。在相同條件下，較高的電壓會導致系統損耗更小。在民用建筑項目中，通常采用220 V/380 V的設備電壓，但對于某些大型或特大型的民用建筑空調主機，會采用10（6） kV的制冷設備，以滿足系統的運行需求并提高節能性。

盡量減少變電所與負荷中心之間的距離，并在低壓配電間增設電氣豎井等設施，以加強供電系統網絡的布局。這樣可以確保低壓系統供電負荷的運輸半徑不超過100 m，從而限制電壓損失在規定范圍內，減少能源流失，確保供電系統的運行質量滿足要求，實現更高的經濟效益。

在配電系統設計中，必須確保三相負荷達到平衡狀態，其中最大相負荷應在三相平均負荷的115%以內，而最小相負荷則應在三相平均負荷的85%以內。為實現負荷均衡，可以采用移相平衡法或容抗平衡法，以有效改善系統的不平衡狀態，降低空余荷載波動，從而有效減小能量損耗[2]。

3.2 合理設計節能變壓器

變壓器的總能耗通常占發電總量的2%～3%。因此采用節能變壓器確保有效節約能源至關重要。干式變壓器具有更低的能耗損失、更輕的質量、更低的噪聲水平和更好的抗沖擊性能等特點，滿足多種應用需求。

與傳統的S9型干式變壓器相比，S10型干式變壓器的空載損耗減少約8%，負載損耗量減小約5%。此外，隨著變壓器技術的不斷進步，其噪聲水平也降低約7～10 dB，而價格與S9型變壓器相差不大。目前S10型干式變壓器已成為許多工程項目的首選變壓器型號。

在進行變壓器能耗計算時，可以按照式（1）進行計算。

△p=p0+β2pk? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中，P表示變壓器的有功損耗（kW），P0表示變壓器的空載損耗（kW），Pk表示變壓器的短路損耗（kW），β表示變壓器的負載率。

P0通常代表變壓器的主要空載損耗，這些損耗主要來自鐵芯的渦流損耗和漏磁損耗。這些損耗與鐵芯的材料和生產工藝直接相關，而與負荷量無關。因此在選擇變壓器類型時，需要考慮采用節能型變壓器，如 S9、SL9、SC8等。設計變壓器系統時，應選用高質量的冷軋取向硅鋼片，通過取向處理，使磁通的方向基本一致，從而降低鐵芯的渦流損耗。并采用45°全傾斜方式設置，以確保連接緊密性。

Pk代表變壓器額定負載條件下的損耗，即變壓器的線損。該參數直接受到變壓器繞組和通過繞組的電流大小的影響，與負載率的平方成正比。因此在選擇變壓器時，應選擇繞組較小的變壓器，如銅芯變壓器。

βP通過微分計算參數值，表示在負載率為50%時每千瓦的負荷，以實現最小損耗。然而，當負載率為 50% 時，只能減小線損，而變壓器的鐵損并不會減小，因此節能效果相對較差。經過對安裝成本、變壓器成本、土建投資和運行費用等方面的分析，通常最經濟的變壓器運行負載率在75%～85%[3]。

在變壓器的容量、數量選擇的環節，需綜合分析負荷的參數，從投資、年運行費用方面出發，對負荷進行合理的分析和選擇，使用容量與電力負荷比較相近的變壓器，使得能耗有效控制，預防造成能耗超標等問題。

3.3 合理選擇供電線路和導線截面

考慮到當前建筑規模、用電負荷性質以及電氣系統容量等因素，必須科學合理地規劃電氣系統的布局，使其更靠近電力負荷中心，從而減小電能損失并縮短電能輸送路徑。

根據統計數據，一旦照明系統投入使用，線路損耗通常占總電能的約4%。此外，在照明系統運行期間，電能消耗受到供電方式和導線截面積等參數的影響。在滿足允許的負荷流量和電壓損失等指標的前提下，選擇適當的電纜和導線截面積參數，有利于降低能耗和初期投資，并提高系統的綜合性能。在確定導線截面積參數時，需要依據經濟電流密度原則。這一原則通常要以全年運行成本最小化為依據，以確定最適合的經濟電流密度。一方面，應優先選擇具有較低電阻率的導線材料，如銅芯導線性能最佳，鋁導線次之。另一方面，應盡量縮短導線長度，采用直線布線方式，減少回頭線路的數量[4]。

3.4 合理選擇照明方式和節電型產品

照明方式比較多，如一般照明、局部照明、混合照明等。在符合標準照度的基礎之下，合理的節電力能源，選擇最佳的照明方式極為重要。

3.4.1 照明控制方式的選擇

為了提升照明系統的能效和降低能源消耗，建議結合照明使用的頻率，采用分區系統控制，并加強燈光控制，以確保照明點位在不同的情境下都能滿足要求，并降低能源損失。

比如，在醫療設施如病房、臥室和客廳等區域，可以采用調光開關來管理燈光。這樣的系統允許用戶根據需要調整燈光的亮度，不僅提供了更大的照明靈活性，還可以有效節省電能。在白天或照明需求較低的時候，可以降低燈光亮度，以減少不必要的能源消耗。對于旅店客房，可以考慮使用節電鑰匙開關，當客人離開客房時，通過插入鑰匙卡來關閉不必要的照明和電器設備，從而避免空房間的能源浪費。

當前照明開關應用比較常見的是觸摸延時開關、聲光控延時開關、紅外延時開關燈。燈具控制開關合理設置，加強光源數量的控制，應在2個燈具以上。但是控制光源的數量不能過多，防止造成嚴重的影響。燈具應根據側窗的設置，采取平行控制方案。對于某些光源的控制來說，采取聲、光控制的方式，也可以進行全夜、半夜的方式控制。

3.4.2 照明光源、燈具的選擇

根據光源的光效、色溫、顯色系數、壽命、價格等多個方面的要素，選擇節能型的光源設備，并落實每瓦輸出光通量高的光源，比如緊湊型熒光燈、高強度氣體放電燈、LED燈。燈具的附件選擇極為重要，需根據要求確定最佳的鎮流器裝置。按照照明設計標準要求，自鎮流熒光燈應配置電子鎮流器，直管形熒光燈需要設置電子鎮流器或者節能型鎮流器等，從而使得系統達到節能性的效果，實現能源有效控制，防止造成能源浪費過于嚴重，實現節能降耗。

3.5 引進能源管理系統

通過安裝傳感器和儀表，能源管理系統能夠即時收集各種能源數據，包括電力、水、燃氣等，使建筑運營者能夠全面了解能源消耗情況。通過數據分析和算法可以幫助建筑管理者識別潛在的能源浪費點，確定哪些區域或設備消耗最多的能源，并發現不合理的能源使用模式。智能控制系統可以根據實時數據進行自動調整，優化能源使用，例如在沒有人員活動時降低照明和暖通設備的功率，以減少不必要的能源消耗。能源管理系統還可以提供定制化的能源報告和建議，幫助建筑運營者制定有效的節能策略，并監測和評估這些策略的實施效果。

4 結束語

建筑電氣設計中的節能降耗作為非常關鍵的一項內容，因此需要給予高度重視。本文對建筑電氣設計中的節能降耗措施進行分析，闡述建筑電氣設計在減少能源浪費、降低碳排放、提高建筑可持續性方面的重要性。在設計工作開展時，為創造更加節能、環保、舒適的建筑環境，還要不斷地改進設計方法、采用先進技術、加強管理和監測，并培養更多的節能意識，為社會的可持續發展貢獻力量。

參考文獻

[1] 袁安有.建筑電氣設計中節能降耗措施應用的重要性分析[J].門窗，2019（2）：7-8.

[2] 梁良.對建筑電氣設計中變壓器節能問題的分析[J].工程建設與設計，2021（20）：36-37+54.

[3] 蔡建斌.住宅小區建筑電氣設計中的有效節能策略分析[J].江西建材，2021（3）：92-93.

[4] 李筱華.建筑電氣設計中的節能措施探討[J].工程建設與設計，2020（24）：40-41.

收稿日期：2023-08-25

作者簡介：高柏迎（1970—），男，安徽合肥人，本科，高級工程師，從事建筑電氣設計工作。