建筑電氣設計中的節能技術研究

文／李妍妍 菏澤城建建筑設計研究院有限公司 山東菏澤 274000

引言：

電氣設計是建筑項目在實際建設過程中的關鍵部分，建筑電氣設計的良好開展，能夠保證建筑項目中電力系統的穩定運行，進而為人們提供安全穩定的居住和工作環境，對于建筑項目建設來說具有非常重要的作用。

1.建筑電氣節能設計的重要性

從過去的開發建設實踐經驗中得知，經濟發展與能源儲存是相互牽制的關系，在建筑工程行業看來，如今人們的衣食住行、辦公生活等都離不開電力能源的供應支持，而電力的供應輸送都是以大量的熱值燃料消耗作為生產代價的，而建筑行業作為能源消耗“大戶”，若是無節制地揮霍消耗電力能源，將會直接導致地區出現能源枯竭問題。自2019年起，因煤炭產業產量下跌，全球能源價格持續

走高，導致我國先后10 余個省份出現了電力供應短缺、限電停產的問題，不僅限制了地區經濟發展，也嚴重影響了城市居民的正常生活。因此在建筑電氣設計中應用節能標準的根本目的在于緩解當前地區用電緊張的嚴重問題，并合理控制建筑工程的消耗排放。

2.建筑電氣節能設計的原則

2.1 實際需求性原則

技術人員進行電氣節能設計時，需要注意實際需求性原則。需求性原則應當在進行節能設計時考慮到建筑物本身的功能，不管是建筑物還是建筑電氣的設計，最終的用途都是服務于人。建筑電氣節能設計不能對建筑內居民居住造成影響，因此，在進行建筑電氣節能設計前，應首先滿足居民居住的基本要求，比如運輸管道應暢通無阻，保證電子設備、家用電器的正常用電量，建筑物公共區域的照明需保證燈光照明度、色溫以及顯色指數等。在滿足所有實際需求的前提下進行建筑電氣節能設計，才能確保設計出來的各項目內容符合科學建筑設計要求，真正做到實現節能的同時增加能源的利用率，避免能源的無端消耗。

2.2 環保節能原則

在建筑工程中，電氣節能技術的核心就是環保節能，倡導采用綠色的電力設備，以減少能源浪費及對環境的污染。在建筑電氣工程中，電氣節能技術在每一個環節的應用都應秉承環保節能原則，這也是電氣系統施工人員必須認真研究的課題。

2.3 經濟適用性原則

經濟適用性原則指在進行建筑電氣節能設計時，應當確保設計后的經濟效益，這樣能有效降低建筑電氣方面的成本投入。在進行建筑電氣節能設計時，需要在滿足建筑內部居民日常生活所需的基礎上，采用恰當的綠色技術進行建筑電氣節能設計，并在設計過程中考慮到相關設備技術的經濟適用性，保證建筑投資方的經濟效益，使建筑電氣節能的設計符合經濟適用性的原則。

3.電氣節能技術的應用問題

3.1 設計不規范、深度不夠

建筑電氣設計是施工的標準，設計的規范性直接關系到電氣設施的安全性和功能性的實現。但是當前存在電氣設計不規范的現象，部分設計并不符合國家標準和行業規范，導致實用性受到影響。建筑電氣設計沒有全面考慮重點問題，設計時沒有重點或重點不集中，沒有側重，導致施工難度加大，施工效率降低，給建筑電氣工程埋下了隱患。而對實際施工和建筑的功能性理解不到位，脫離了工程實際，導致設計深度不夠，為建筑工程埋下了安全隱患，導致后期修改或重建，使建筑不能如期完工，造成經濟損失。

3.2 技術水平低，管理制度不完善

在我國建筑工程電氣自動化技術應用中，經常會出現各種問題，通常是由生產成本超支、產品質量不達標以及人為操縱不當等因素造成。究其根源主要是因為我國電力工程施工中缺乏現代技術手段，技術水平低，導致工程監理工作中存在一些問題。另外，管理制度不完善，導致管理體系存在漏洞，一旦出現問題，無法按照規章制度來追究相關責任。而且由于管理體系中處理問題的方式大多比較籠統，極大地影響了約束條款的有效性。

4.電氣節能技術的應用策略

4.1 深入貫徹落實設計原則與規范，強化設計深度

在電氣設計起步階段，就要對建筑進行全面的勘測，對建筑的結構設計、功能性有充分的了解，根據行業內設計標準，選擇合適的配置和負載功耗，制定出合理有深度的方案，保證建筑用電的合理性與安全性，對供配電系統、電源等關鍵部分進行科學設計，從根本上保障電氣設計水平。對于計劃的落實工作，要有專人負責審核工作，對于施工中出現的不合理之處，及時采取措施進行優化與調整，保障電氣設計的質量。許多建筑電氣設計觀念陳舊，沒有緊跟時代的發展，不僅阻礙了新技術的應用，也不利于工程的轉型和升級。節能減排是我國新時代發展的基本觀念，建筑設計也要緊跟時代的步伐，調整設計思路，設計符合時代發展的新型方案。

4.2 合理優化供配電線路系統

通過配電網的連接，可以實現供電和負載控制的一體化。但是，電力供應與分配過程中仍然存在一些缺陷，其中最主要的問題就是電力的大量損失。因此，在進行供配電網規劃時，應著重考慮如何合理規劃配電網，盡可能減少配電網的連接和供電線的使用，降低電網損失，達到節能效果。合理優化電力系統的線路，主要采取如下措施。

（1）合理選用導線材料。應充分考慮各種金屬材料的電阻率導線的損耗與導線的電阻有密切的關系，因此，在選用導線時，應遵循經濟實用的原則，選用低電阻率的材料，目前銅芯電線較為符合需求。

（2）減少配線。線路縮短的距離越多，損失也就越大，可見線路損失與線路長度有著密切聯系。因此，在進行供配電網設計時，應盡量避免采用配線連接，以減少配線，使配電網與負載中心直接毗鄰。例如，為了降低輸電線路損失，需要讓輸電線路盡量接近負荷中心。此外，由于很多高層住宅都會發生分支線路逆向供電的不良情況，導致電力損失很大，因此在設計時應為每1 座豎井配設1 條主干線，以減少分支線路的逆向供電。

（3）限制空載運行。在所有供電和分配系統中，電動機和其他很多電氣設備都會處于無負載運行狀態。這就使得無法充分利用電力，從而產生大量的電力損失。因此，設計人員可以采用高功率的同步電動機替代異步電動機，降低線路損失。

4.3 照明線路設計的電器節能標準應用

在綠色建筑理念下，“節能”與環保一直都是照明系統設計的兩大追求目標，不同于供配電節能設計，照明線路的節能效果實現主要是依靠控制邏輯與材料選型設計實現的。首先是照明燈具的選擇，在傳統建筑電氣設計中，為了確保建筑內部空間達到424lx 的照度需求，大多會選擇一種T8 熒光型日光管作為照明燈具，功率介于40W-60W 之間。所以在照明線路的節能設計方案中，可以使用一種LP-T8-2 型LED日光管作為替代照明燈具。這種燈具的發光原理與傳統燈具截然不同，主要是依靠P 型半導體與N 型半導體之間的P-N 結作用來產生光源的，當LED 燈具通電后，在P-N 結的作用下電子始終會被由N 區引向P 區與空穴進行結合，此時就會產生電流的光效應，而無需像以往那樣的內能轉化過程。這種燈具的光照均勻度為0.842，使用LED 燈具不僅可以直接減少40%以上照明線路功率消耗，還能保證室內照明無重影、照度均勻、光效高。其次是照明線路的邏輯控制節能，根據公共建筑內部的照明需求情景不同，共總結出如下幾種符合電氣節能標準的控制設計思路：其一是手動控制模式，主要應用情景為用戶住宅、私密會議室、開放式辦公室、室內娛樂場所及其他生活空間，此類空間注重的是照明系統的靈活性，當空間內部的人數、活動不同時，對室內照度、光強、以及照明持續時間均有不同的需求。所以為了實現節能效果，選擇在控制單元增設一組燈光切換開關，由一個鎮流器、驅動器以及多級聯動開關裝置組成的檔位控制單元實現室內多檔位調光需求，這樣的節能設計策略不僅不用增加額外的冗余布線環節，還能體現出建筑室內照明的人性化設計元素。其二是光感與接近照明，適用情景為商業建筑、住宅小區的地下停車庫、消防走廊、過道以及公共衛生間等非時段性照明需求場所。首先是在人、車輛的通行過道處安裝一個接近傳感器，它可以根據檢測物體對發射紅外光束的反射率與光吸收率不同，對檢測物體的運動狀態進行分析計算。而當檢測區域內出現運動物體時，傳感器的阻抗值會出現異常變化，在二次回路中產生不同的電信號值，進而實現照明電路的自動通斷控制。而另一部分需要不間斷照明的場所，例如處于監控區內且靠近窗戶、天窗、幕墻等采光區的室內空間，則可以采用光傳感器作為響應調節的控制裝置。當白天日光通過窗口照射進室內時，光傳感器可以第一時間捕捉到照明區域的光照強度信息，當光照強度不足0.1lx 時，光傳感器就會向控制回路發送通路指令，由建筑內部的照明系統來補足室內光照；而當光照強度超過預設的光照強度閾值時，則會切斷照明電路供電或通過控制器減少光輸出功率，以此實現建筑內部的照明節能效果。

4.4 綠色節能設備使用

為了達到更好的節能環保效果設計要求，將建筑電氣節能設施設備應用于節能設計中可體現出綠色設計理念。從目前的建筑設計分析發現，一些自動化、智能化的設施設備應用到綠色設計中，實現了能源節約的有效控制，起到了節能效果。在我國綠色建筑發展中，采用綠色發展的理念，也給予了環保方面更多的重視。如果想要達到綠色節能環保的要求，需采用更高標準的建筑電氣設計模式，采用一些節能設施設備，有效地將新能源與節能技術結合在一起，降低能源消耗，節約更多的能源資源，開發出更多的綠色能源技術。其實線路消耗相對于電能消耗來說，兩者的影響體現在不同程度，須要設計合理的線路，合理規劃，降低額外功率在電能方面的消耗，這些都是比較明顯的綠色節能設備應用體現。

5.電氣節能技術在建筑工程中的應用

5.1 空調系統節能技術

建筑電氣工程進行節能優化設計的過程中，相關人員必須提高對空調系統節能技術的重視程度。由于配電網絡中存在大量問題，這些均會造成大量的電能消耗。因此，技術人員應結合實際情況以及中央空調的技術規范和能源需求，與有關電力部門進行科學合理的溝通，并根據需求調整相應的供電線路，保證所安裝的配電網科學、合理，從而能夠在空調系統中應用更多的節能技術。同時，技術人員還需要合理優化中央空調的內部結構，使其能夠獨立管理中央空調的溫度、濕度，以便達到較為完善的配置。另外，還要對能源節約技術進行科學的研究和應用，達到合理利用節能技術的目的。

5.2 太陽能屋頂

太陽能屋頂是一種光伏新能源技術的應用方式，隨著建筑數量的增加和建筑高度的提升，太陽能屋頂在很多高層建筑中應用頻繁。將太陽能電池板安裝在屋頂上，可以最大程度吸收陽光，既可以減少屋面暴曬程度，又能降低風力對太陽能電池板的侵蝕。與此同時，還能減少屋面工程的材料使用量，從而提高工程建設的經濟效益。在屋頂上安裝光伏系統，就像在建筑和太陽之間搭建了一個過渡層，既可以提高建筑的保溫效果，又可以降低建筑的能源消耗。從安裝面積來說，屋頂是整座建筑空余空間最多的區域，且采光條件非常好，非常適合安裝光伏新能源技術設備。并且屋頂可以吸收更多的陽光，屋頂的水平面和傾斜面的輻射比垂直面的輻射大得多。在一些大城市，高樓林立，建筑密度比較大，在屋頂上安裝太陽能電池不僅方便，還可以實現批量安裝，不會造成土地資源的浪費。目前，太陽能屋頂技術已經相當成熟，其安裝和維修都十分便捷，并且太陽能屋頂具有高產出、低成本、規模化的諸多優勢。盡管太陽能屋頂能起到很好的作用，但大規模應用也會給城市的環境帶來很大的影響。此外，若不正確處理太陽能電池板的反光問題，會引發嚴重的光污染問題，從而影響居民的正常生活，這也是安裝太陽能電池板時需要考慮的問題。

5.3 供配電系統節能設計

電力系統技術設計作為建筑電氣節能設計的關鍵環節，在對電力系統進行不同項目設計時，必須認真地進行詳細分析，并對電力系統所采用的各種節能措施進行全面記錄。針對不同的供電方式，結合不同的電力系統負載、容量、供電距離、用戶的實際使用狀況及供電的分布等，采取相應的節能措施。根據不同的特點進行相應的節能設計，保證電力分配系統的最佳運行，體現出供配電系統的設計全面性。相對來說，配電系統操作起來比較方便、簡單，具有一定的安全保證。在確定變電站位置之前，需要考慮盡可能靠近負荷中心，這樣可以在一定程度上縮短配電半徑，減少電力輸送過程中的能源損耗，減少供電電纜的資金投入，體現出綠色建筑電氣技術的綜合使用效益。另外，變壓器的節能設計應反映在配電系統中。變壓器作為基本設備，其生產工藝、制作材料等都會對變壓器的運作效率產生嚴重影響。選用節能型變壓器、采取新的節能技術是降低能耗、實現節能效果的有效途徑。例如，在空調的實際設計和使用中，可考慮在空調負荷較大時，采用單獨變壓器作為空調獨立的變壓器，以方便進行控制調整。

5.4 節能器

在建筑電氣設計中，節能器是非常重要的一部分，它不僅可以節省電能、減少能源消耗量，也能夠節約電力資源。對于一些大型建筑物來說需要設置專門的空調采暖和熱水供應設備，而在這些系統中除了要保證室內環境溫度達到要求外，還必須對各個房間進行合理的調節，還要根據負荷變化情況以及負載率等因素來選擇合適的節能方案，此外還要考慮建筑電氣設計中電能的有效利用。

5.5 蓄冷技術應用

以一種冰蓄冷技術為例，在空調機組內部加入一個冷媒單元，通常是以乙二醇的水溶液低溫結晶體作為冷媒物質的，這種溶液在凝結成冰后會被侵入蓄冰槽的冰漿中。當白天處于用電高峰期時，利用冷媒相變潛熱原理，通過融冰吸熱的方式來釋放冷能，這樣空調壓縮機、風冷機就可以處于較低的功率下進行運作了。而當夜晚用電低谷期來臨時，冷凝機會恢復高功率運行狀態，重新將熔化的冷媒溶液冷凍為懸浮在冰漿中的固體顆粒，實現冷能儲備的功能。這種節能技術思路是通過“移峰填谷”的方法來轉移用電需求，緩解白天電網高峰期用電緊張的問題。

5.6 變頻節能技術

它的主要運行原理就是在空調裝置的電氣線路中安裝一個變頻啟動器，它的輸出水平將直接影響空調風機泵組的轉速功率。這樣每當建筑用戶使用暖通空調時，待機的風機泵組、送風單元能夠在較低溫度與電壓水平的條件下，利用壓縮機的無級變速功能實現“軟啟動”，這對于部分電壓不穩地區以及冬季氣溫較低的地區來說，可以將暖通空調的啟動能效比提高約 20%～30% 。當用戶設置了室內溫度期望值后，變頻啟動器能夠根據當前室溫情況自動計算出需要提供的熱量與冷量，而后驅動壓縮機以高功率水平運行，在極短的時間內將室內溫度環境調節至期望水平。最后變頻器會控制空調壓縮機改用較低的頻率運轉，以維持室內設定的理想溫度水平，由于空調壓縮機裝置長期處于低功率運行條件，所以它可以在低能耗條件下實現“不停機運轉”。

結語：

綜上所述，將節能技術與建筑電氣設計相互結合，能夠提高建筑電氣設計的有效性和穩定性，并且與當今綠色節能環保的理念相符合，這也是今后建筑電氣設計的主要發展方向。在此過程中，建筑電氣設計人員需要從各項環節入手，將節能技術應用在其中，通過這種方式增強建筑電氣設計節能效果的同時，提高建筑項目的經濟效益，促進建筑電氣設計逐漸向著綠色節能的方向發展。