民用建筑電氣設計中的節能措施

陜宏博

(中建建設有限公司，山西 太原 030000)

在目前的節能形勢下，作為高能耗單位的民用建筑物，應當首先受到影響，并積極地進行節能減排。當今社會，人民群眾對生活水平的不斷提升，這也導致了民用建筑的電氣設計變得越來越復雜。因此，在進行建筑電氣系統的設計時，要以建筑的具體狀況為依據，既要確保電氣系統具有實用的品質，又要盡可能地達到節能減排的目的。

1 民用建筑電氣節能設計的重要意義

創建節能型社會是國家可持續發展的一個重要方向，而民用建筑電氣系統的節能設計是其中的一個關鍵環節。所以，在我國民用建筑中，怎樣對其進行電氣節能系統的設計，就成為了建設單位和建筑設計者必須要考慮的問題。而按照其電網運行的原理，為了讓民用建筑電能可以設計出一種節能的設備和設備，來滿足人們的日常用電需求，必須對民用建筑的電能網絡的布置方式進行優化，以達到節約能源的目的，進而減少人們的用電成本和支付的費用[1]。

2 民用建筑電氣節能設計的基本原則

隨著科學技術的不斷進步，人們對能源的需求也越來越多，特別是電能的需求也越來越大。當前能源消耗總量越來越高，能源消耗的壓力也越來越大，減少各類能源消耗，建設節能型社會已是當務之急。在民用建筑中貫徹節能發展的需求，最主要的表現之一就是在電氣設計上采用節能措施。將具體實施過程中，必須遵守下列幾個方面的規定。

2.1 節能性原則

在談到民用建筑中電氣設計的節能性原則時，我們首先要思考如何在電氣系統設計和運行中實現能源消耗的降低。這個過程涉及到多個方面，包括對供電系統進行優化布局，以減少電能在輸送過程中的損耗。為此，設計師需要精心規劃線路走向，考慮到電氣設備之間的相互作用與影響，以實現最大程度的能源效益。這不僅限于電氣設備本身的選擇，還包括設備間的協同工作。我們要從整體上提高系統性能，避免低效的運行模式，借此來優化能源的調度和利用，降低設備本身的能耗。

2.2 經濟性原則

在我國，民用建筑中存在著很多較為先進的電力節能技術，但其技術含量較高，若電力節能技術投入過大，則其效益將大打折扣。所以，在對民用建筑進行的電力節能設計中，既要確保電力的有效利用，又要有較好的經濟效益，不能為了實現電力的節約，而在其它領域進行了大量的投資，這與節能的概念是相悖的。

2.3 實用性原則

每個民用建筑的形式和布置形式都有很大的差別，因此，在進行民用建筑的電氣節能設計時，要充分考慮到這些差別。因此，在進行電氣節能設計時，不應機械地照搬照抄，而應結合民用建筑的實際情況，進行電氣設計。如果沒有實用的電力節能設計，就不能確保電力系統的正常運轉，對民用建筑的性能產生不良的影響，同時也會大大降低其節能效率。民用建筑的節能設計要在滿足其使用功能的基礎上進行，不能只注重節能而忽略了實用性[2]。

3 民用建筑電氣設計的節能措施

3.1 優化配電線路

配電線路在整個供配電系統中起著至關重要的作用。沒有配電線路，住宅建筑中的各類電器設備就不能與電源相連，從而不能起到相應的作用。配電網中的無功損失，使總的電能損失也不能忽略。為降低線路無功損失，改善配電網的運行品質，應在住宅建筑配電網中進行節能設計。具體如下。

(1)在設計配電線路時，應盡量縮短配電線路的總長度；隨著線路長度的增加，線路的電阻也會隨之增大。在進行民用建筑配單線的設計時，應盡量縮短配單線的長度。也就是在設計線路時，要加大直線的走線，減少彎道。這樣不僅能夠減小線阻，而且能夠有效地防止配電電壓下降，從而保證了建筑物的電能質量。為此，應盡量將配電箱設置在離負載中心越近越好。

(2)在設計配電線路時，應注意導線材質的導電性；電線的阻值愈小，則表示電線的導電性愈高，故配電線應以確保電線的導電性為宜[3]。但是，越是高導電性的材料，其成本和價格往往也就越高。對于配電網中的導線，在經濟費用許可的情況下，應選用導電性較好的導線。常用的電線有鋁芯，也有銅芯，銅芯的導電性能要好一些，但是價格也要貴一些。所以，在不考慮兩者成本差異的情況下，最好選用銅芯。

(3)選擇合適的電纜斷面，以降低線路壓降和熱損失。合理的電纜斷面可以在保證安全性的前提下，有效減少線損和提高設備的運行效率。電纜斷面的選定需要綜合考慮負荷電流、線路長度、運行環境等因素。選用過小的電纜斷面將帶來過大的功率損耗，而過大的電纜斷面會造成材料浪費和成本增加。尋求與電纜種類相匹配的絕緣材料和導體材料，如優選銅導體而非鋁導體，因為銅導體具有更高的導電率，使得相對較小的斷面積能夠承載相同的電流，從而降低線路的熱損失。在系統設計時，要充分考慮不同負荷設備的特點。瞬時大電流或諧波較大的負荷設備，如：電梯、空調等，需要考慮引入限制高次諧波進入入電網的方法，如安裝濾波器或諧波補償器。這樣不僅可以提高系統效率，還能避免不必要的電纜損耗。

3.2 電氣照明

3.2.1 光源選擇

(1)光源必須滿足起動時間、顯色性等條件，并對各種影響因素進行全面分析，經過技術、經濟比較，最終選擇出最適合的光源。

(2)照明節能設計應該符合下列幾點：1)在光線亮度比較低的室內，使用的應該是細長的直管型三基色日光燈；2)如在有商業用途的地方，可以使用細管直管形三基色螢光燈或陶瓷金屬鹵化物等，需要留意的是，光源的功率不能太大，在關鍵區域的照明，推薦使用發光二極管燈；3)在具有比較高的光源高度的室內，需要以特定的應用需求為依據，選用具有更高頻率和更高功率的細管直管型三基色熒光燈；4)通常情況下，不能使用常規照明設備，也就是普通的白熾燈，但在一些有特別要求的地方除外[4]。

3.2.2 燈具與附屬裝置選擇

在滿足炫光限值和配光標準的前提下，優先選擇性能好的產品。對于一些常見的光源，照明裝置的效率應該達到下列要求。

(1)對于直管型熒光燈，在開放式條件下，其照明效率不得小于75%；在透光型防護蓋下，燈管的效率不得低于70%；在棱鏡型防護蓋下，燈管的效率不得低于55%；格柵式燈管照明的效率不得低于65%。

(2)對于緊湊型熒光燈，在開放式照明條件下，照明效率不得低于55%；在使用防護罩的情況下，燈管的效率不得低于50%；格柵式燈管照明效率不得低于45%。

(3)對于金屬鹵化物燈，在開放式照明條件下，照明效率不得低于60%；使用防護罩的情況下，燈管的效率不得低于55%；柵式燈管照明效率不得低于50%。

(4)對于發光二極管燈(筒式)：1)在色溫為2 700K的情況下，格柵式燈具的效能不能小于551m/W，在使用防護罩的情況下，其效能不能小于601m/W；2)在色溫為3 000 K的情況下，格柵式燈具的效能不能小于601m/W，在使用防護罩的情況下，其效能不能小于651m/W；3)在色溫為4 000 K的情況下，格柵式燈具的效能不能小于651m/W，在使用防護罩的情況下，其效能不能小于701m/W；以鎮流器為主要輔助設備，應按下列要求進行選型：優先選用節能型電感鎮流器；若室內有特別需要的頻閃效果，應安裝高頻鎮流器；所選擇的鎮流器，其電磁性能和諧波性能均要達到目前的標準；在電壓變化比較大的情況下，應該選用恒定功率的鎮流器；功率比較低時，宜選用電子鎮流器[5]。對于氣體放電燈來說，觸發裝置及光源的設定距離應符合實用要求。

3.2.3 照明功率密度

對各功能室的照明布局，在符合《建筑節能與可再生能源利用通用規范》中有關照度要求的基礎上，盡可能的選用高光效光源燈具，且滿足功率密度的限值要求。

3.2.4 照明控制

在民用建筑中，在走廊和樓梯等地方，應采用區域控制和其他節約能源的方法。

3.3 建筑設備

3.3.1 空調系統設備

(1)根據建筑物的種類和用途，選用合適的空調控制方式，并與物業管理系統有較好的配合，根據不同的功能劃分區域，達到分時控制的目的。

(2)在人流量較大的室內，可按要求配置空氣品質的實時監控系統。利用該系統，可以實時地收集、分析CO2的真實濃度，并依據這些數據來控制整個通風系統的運行。

(3)通風設備必須達到目前的技術要求，并且要有較好的節能效果。

3.3.2 給排水系統設備

(1)對供水系統，排水系統的水箱實際水位和壓力值進行實時監控。

(2)根據水位、壓力等參數，自動控制水泵的啟停，并對主、副泵的啟停次序進行優化。

(3)當系統出現故障、超時、水位超標等情況時，為了不影響正常用水，應自動發出警報。

3.3.3 電動機設備

(1)在滿足工藝要求并保持穩定運行的前提下，對電機采用變頻調速控制。實踐證明，采用變頻調速裝置可達到很好的節能效果。

(2)對于感應電動機來說，在就地補償無功功率下，可以有效地提高設備的功率因數，從而達到降低線損的目的。

(3)以節能型電梯及輔助設備為重點，通過合理的智能化控制手段，進一步提升電梯的節能效率。

3.4 供配電系統的節能措施

(1)對變配電所和變電站的選址進行合理的設計。供配電系統為居民住宅中的電力裝置的調節提供了一個關鍵的能量來源，因此，在對其進行規劃時，必須優先選擇合理的安裝位置，以保證其具有較高的效率。為縮小供電半徑，降低配電網在運行時的損失，變配電所與變電站均應位于建筑物的負荷中心附近。

(2)對變壓器的數目及容量進行合理配置。在民房供配電系統中，變壓器是一種非常重要的、消耗很大的用電設備。天然冷卻或風冷式的干式變壓器通常比油浸式變壓器具有更優的節能效果。具有超低損耗特性的節能變壓器也成為節能設計的首選。例如，采用鐵氧體磁芯的變壓器，其空載損耗顯著低于傳統硅鋼片磁芯的變壓器。對于數量配置，我們需要依據供電可靠性、負荷特性等多個因素綜合考慮。在大型民用建筑中，可以安排兩臺或者更多臺變壓器，將其切換或并聯使用，以應對不同的負載和應急需求。在小型建筑中，可以選擇適量的微型變壓器，滿足建筑供電需求，同時實現能源的有效利用。

(3)確保高功率因數。功率因數是衡量電能利用效率的指標，一個較高的功率因數意味著電能的利用更高效，從而減少浪費和節省成本。在民用建筑的供配電系統中，選擇高效率的電氣設備是提高系統功率因數的直接方法。比如使用能效等級高的電動機、變頻器等設備，這些設備通常具備了改善功率因數的功能。安裝功率因數修正(PFC)設備，比如電容器和調諧濾波器，可以補償無功功率，并且減少供電系統的電流損耗。這些裝置能夠動態匹配建筑負載的變化，實時調整功率因數，保持供配電系統運行在最佳狀態。在分配電氣負荷時，將線性負載和非線性負載合理分配，避免因為非線性負載引起的諧波問題，影響到整體的功率因數。同時，通過優化電路線路的布局，可減少線路的電阻和感抗，有助于提高整體的功率因數。

3.5 應用太陽能等新能源

面對目前的能源消耗和環境污染問題，利用太陽能這種可再生能源代替非再生能源是一條有效的方法，它不僅可以有效地提升能量利用效率，還對節能減排和資源節約有著重大的現實意義。在建筑電氣照明系統中，要對太陽能展開合理的深層次的開發與應用，就必須對太陽能的輻射量與分布面積進行科學的分析，因為太陽能可以為人們提供自然光照功能，所以它被視為一種全新的概念能源，在節能減排方面也起到了很大的作用。

3.6 運營管理

建筑節能是指在設計時所采用的各種節能措施，到了最后的運行階段，還可以利用智能監測手段，對每一種電力系統展開自動監測和管理。

(1)建筑設備監控系統。運用現代的自動控制技術，對大樓中的用電設備展開全面有效的監控與管理，同時，通過多種控制策略，使得被控裝置能夠按照用戶的要求和波動范圍，將能源負載冗余維持在最優的邊際成本水平上。

(2)能源管理系統。能源管理系統，實時監控建筑物用水、用電、用氣的狀況，能夠及時發現能源消耗的異常點，不僅可以降低管理成本，還可以降低能源浪費。

4 結語

目前，在建設行業中，各種節能產品、節能技術不斷地推出，使得民用建筑可以實現的節能效果有了很大的提高，能耗也有了很大的下降。在我國，民用建筑的能源消耗占到了很大的比例，所以，對其進行有效的節能減排，已成為一個國家可持續發展的重大課題。在中國，民房占了相當大的比重，要想從根本上減少民用建筑的能源消耗，仍然任重而道遠。