智能建筑電氣設計存在的問題及優化策略

文／王義 濟南中建建筑設計院有限公司 山東濟南 250101

陳琦 中建八局發展建設有限公司 山東青島 266000

引言：

隨著科技的進步和城市化進程的加速，智能建筑作為現代城市建設的重要組成部分，受到廣泛關注。智能建筑依賴于高效且可靠的電氣系統，以實現其自動化、節能和舒適化的目標。然而，在智能建筑電氣設計領域，存在著多種問題，如電氣系統的安全隱患、能效不足和技術更新的挑戰。這些問題不僅會影響建筑的運行效率，還會威脅到用戶的安全和舒適體驗。因此，深入分析智能建筑電氣設計中的問題，并探索有效的優化策略，對于推動智能建筑技術的進步和提高城市建設質量具有重要意義。

1.智能建筑電氣系統組成

智能建筑電氣系統的構成是實現高效、安全和舒適建筑環境的關鍵。這一系統需融合結構設計、系統配置和服務管理，形成一個綜合的組合模式。在設計智能建筑電氣系統時，重點在于確保不同系統之間能夠相互協調，實現無縫整合。例如，自動化控制系統、能源管理系統、安全監控系統等都應該與建筑物的物理結構緊密相連。這種集成化設計不僅能提升電氣效能，還能優化能源消耗和增強用戶體驗。電氣系統的每個組成部分都應當按照嚴格的標準進行設計，確保可以實現精準的控制和高效的運行。此外，智能建筑電氣設計還應考慮未來的可擴展性和靈活性，以適應不斷變化的技術和使用需求。通過這樣的設計策略，可以確保智能建筑的電氣系統不僅在當前符合最高標準，而且能夠持續適應未來的發展[1]。

2.智能建筑電氣的設計原則

2.1 經濟性原則

智能建筑電氣設計的經濟性原則著重于成本效益的最大化，旨在通過精細的資源配置和高效的設計方案，達到節約成本的目的，同時不犧牲建筑的功能性和舒適性。在實踐中，這一原則要求設計師在初步規劃階段就進行全面的成本效益分析，包括初期投資、運維成本以及潛在的節能效益。例如，通過采用節能材料和高效設備，如LED照明和智能溫控系統，可以顯著降低能源消耗和長期運營成本。此外，智能建筑電氣設計還應考慮系統的可持續性和未來升級的可能性，避免因技術過時而導致的重復投資。在選擇電氣組件時，優先考慮那些性能穩定、壽命長的產品，以減少維修和更換的頻率。同時，通過集成化的系統設計，確保各個電氣子系統之間的兼容性和協同工作能力，從而提高整體系統的效率。采用這種經濟性原則的設計不僅能降低長期的運維成本，也為建筑用戶提供高效、環保的生活和工作環境。

2.2 實事求是原則

實事求是原則在智能建筑電氣設計中強調基于實際條件和客觀需求進行設計。這意味著設計師需深入分析建筑的具體功能、位置、使用人群和環境因素，而不是盲目追求技術趨勢或過度設計。例如，針對不同的建筑類型和使用場景，設計師需要選擇適合的電氣系統和控制策略，確保它們能夠滿足實際的使用需求和環境適應性。在城市商業建筑中，重點放在高效能源管理和靈活的空間利用上；而在工業建筑中，則更注重系統的穩定性和安全性。此外，實事求是原則還要求考慮長期的可維護性和可靠性，避免因短視而導致的長期成本增加和性能下降。這種基于實際的設計方法不僅能確保電氣系統的有效性和適用性，還有助于實現持續的運營效率和用戶滿意度。

2.3 功能性要求

功能性要求是智能建筑電氣設計的核心，其目標是確保電氣系統能夠高效、可靠地滿足建筑的運營需求。在設計過程中，必須考慮到系統的多功能性和適應性，以應對各種使用場景。例如，智能照明系統不僅需要提供足夠的光照滿足視覺需求，還應能夠根據自然光線變化自動調節，以達到節能效果。同樣，安全和監控系統需要能夠實時監測和響應各種緊急情況，保障建筑用戶的安全。此外，功能性要求還包括系統的用戶友好性，這意味著電氣系統應易于操作和維護，同時提供直觀的用戶界面。通過將這些功能性要求融入設計中，可以確保智能建筑電氣系統不僅在技術上先進，而且在實際應用中高效、可靠且用戶友好[2]。

3.智能建筑電氣設計中存在的問題

3.1 配電箱設計不合理

在中國的智能建筑電氣設計中，配電箱設計的問題日益凸顯，尤其是在采用PZ20 技術進行模數化配電箱作業時。這種技術雖然在傳統建筑中普遍使用，但在智能建筑項目中，由于未充分考慮建筑的結構特點和特定需求，便直接采用PZ30 技術，導致應用標準與智能建筑的要求相背離。這種做法的一個主要問題是安全性難以保證。智能建筑對電氣系統的安全性和可靠性有著更高的要求，而標準化的PZ30 技術無法滿足這些要求。此外，這種技術的應用忽視智能建筑對于電氣系統靈活性和可擴展性的需求，這在動態變化的建筑環境中尤為重要。因此，智能建筑中的配電箱設計，如果仍舊依賴于傳統技術和標準，無法適應建筑的智能化和自動化需求，從而影響整個建筑電氣系統的性能和安全。這種問題的存在，不僅會增加系統故障的風險，還會導致更高的維護成本和運營效率的下降。

3.2 內部線路管線設計不合理

智能建筑電氣設計中內部線路管線設計的不合理性成為一個顯著問題。由于智能建筑內部的各個系統相對獨立，如照明、通信、安全監控等，每個系統都根據自己的職能要求單獨進行線路敷設。導致線路數量眾多且復雜，增加電線敷設的難度。然而，現行的設計和施工標準卻沒有對管線敷設提出嚴格的約束和指導，使得整體管線布局缺乏系統性和合理性。此外，施工人員的技術水平參差不齊，也是導致問題的關鍵因素之一。在很多情況下，管線敷設工作由技術水平不足的人員完成，這不僅會影響工程的進度，還會導致安全隱患。由于缺乏有效的設計和施工監管，內部線路和管線的敷設處理工作往往無法達到預期的質量標準，這不僅會影響建筑的整體電氣性能，還會增加日后的維護成本和安全風險。這種設計上的疏忽和施工上的不規范，使得智能建筑的電氣系統難以發揮其應有的高效和智能化作用。

3.3 防護技術不到位

在智能建筑電氣設計中，防護技術的不足表現在多個方面，尤其是在防雷和安全防護方面。首先，防雷帶的定位準確性常常不足，這是一個嚴重的問題。正確的防雷帶定位對于保護建筑免受雷擊的損害至關重要，但在許多智能建筑項目中，由于缺乏精確的測量和規劃，防雷系統的布置往往無法達到最佳效果。此外，防雷系統的線路焊接操作也常常未能遵循標準化流程，這會導致連接不牢固，增加系統故障的風險。安全防護技術不達標是另一個主要問題，這直接影響到電氣設備的穩定性和使用壽命。由于防護措施不充分，電氣設備容易受到環境因素如濕度、溫度變化的影響，加速腐蝕和損壞的過程。這種安全防護技術上的不足不僅會增加設備故障的風險，還會導致更高的維護成本和潛在的安全隱患[3]。

4.智能建筑電氣設計的優化策略

4.1 提高供配電系統的設計規范性

智能建筑中供配電系統的設計規范性至關重要，它直接關系到整個建筑的能源效率和安全性。為提高供配電系統的設計標準，首先需要進行集中校對和分析，以確定最優的供電方式。這包括采用自動切換設計模式，確保在不同的運行條件下，如電網故障或維護時，能源供應仍能持續穩定。此外，結合混合式配電技術的應用是提高系統規范性的關鍵一步。混合式配電技術結合傳統電網和可再生能源，如太陽能或風能，從而提高能源利用的靈活性和系統的可靠性。這種技術不僅能增強建筑對不同能源來源的適應能力，也有助于減少對傳統電網的依賴，進而提高能源效率和環境友好性。同時，這種技術的應用還需要精確考慮智能建筑的具體應用情況和狀態，以確保供配電系統能夠精準滿足建筑的實際需求。

在提高供配電系統的設計規范性方面，特別是在高層建筑中，分層供電方式的應用顯得尤為重要。通過實施分層管理，可以更有效地控制和監測每層的能源使用情況，從而提高整體的能源效率。分層供電不僅有助于實現更精細的能源管理，還能提升供電的穩定性和安全性。此外，將用戶需求和供配電系統規范標準作為衡量設計內容實效性的標準是至關重要的。這意味著在設計過程中，不僅要考慮系統的技術性能，還要充分考慮用戶的具體需求和使用習慣。例如，對于需要高電力穩定性的設備，如服務器房或醫療設施，需要確保供電系統能夠提供持續穩定的電力。

4.2 變壓器設施的設置

4.2.1 變壓器數量的科學設置

在智能建筑中，變壓器設施的設置是確保電力供應穩定性和效率的關鍵環節，其中變壓器數量的科學設置尤為重要。合理配置變壓器的數量，需要綜合考慮建筑的用電需求特點，特別是在不同時間段的用電波動。例如，在用電高峰期，如早上7 至9 點和晚上5 至8 點，多臺變壓器需要同時運行以滿足高峰時段的電力需求。而在用電低峰期，如夜間或非工作時間，只需一臺或兩臺變壓器便能滿足供電需求。這種動態調整變壓器運行的策略不僅能確保電力供應的連續性和穩定性，還有助于提高能源利用效率，減少能源浪費。此外，從安全性角度出發，科學配置變壓器數量還能降低因用電高峰期電力負荷過大而引發的安全隱患。例如，過度集中的電力負荷會導致設備過熱、電線老化，甚至觸發電路故障。因此，智能建筑中變壓器數量的科學設置不僅關乎電力供應的效率和穩定性，更是保障建筑安全的必要措施。通過對變壓器數量的精準調控，可以在保障安全的前提下，實現智能建筑電力供應的最優化。

4.2.2 變壓器功率組合方案的合理設計

智能建筑中變壓器功率組合方案的合理設計是確保電力系統高效運行的關鍵。這一設計過程需要基于實際的電力需求，選擇適當的變壓器設備，并進行全面的計算分析。首先，對變壓器的空載損耗和負載損耗進行精確計算是至關重要的?？蛰d損耗反映變壓器在無負載條件下的能耗，而負載損耗則代表在正常運行負載下的能耗。理想的變壓器組合方案應當最大限度減少這兩種損耗，以提高能源利用效率。此外，空載電流的百分比數據也是決定變壓器選擇的關鍵因素，它直接影響到變壓器在低負載條件下的性能表現。通過對這些關鍵參數的綜合評估，可以確定最合理的變壓器功率組合方案。例如，對于負載波動較大的建筑，需要選擇空載損耗較低的變壓器以應對頻繁的負載變化；而對于負載相對穩定的建筑，則可以重點考慮負載損耗的優化。

4.2.3 變壓器型號的選擇

在智能建筑中，變壓器型號的選擇是一個關鍵決策，它對建筑的能源效率和運行成本產生深遠影響。優選變壓器型號的過程中，首要目標是確保所選變壓器在實現節能效果的同時，能維持標準的功率參數。這意味著變壓器不僅要滿足建筑的電力需求，還要具有較高的能效比，以減少能源消耗和運營成本。在變壓器型號的選擇過程中，節能效果和價格因素需要進行綜合考慮。一方面，節能型變壓器雖然初期投資較高，但由于其運行效率更高，長期來看可以減少能源消耗，從而節約運維成本。另一方面，需要評估不同型號變壓器的性能參數，如其效率曲線、負載能力和耐久性，以確定其在實際應用中的表現。正確的變壓器型號選擇不僅可以優化能源使用，降低長期成本，還能提高電力系統的可靠性和穩定性。因此，選擇適合智能建筑需求的變壓器型號，需要在節能性能和經濟性之間找到最佳平衡點，確保變壓器在滿足電力需求的同時，也能支持建筑的長期可持續發展目標[4]。

4.3 合理設計配電負荷

合理設計智能建筑的配電負荷是確保電力系統高效運行的關鍵。這一過程需要技術人員集中監督和管理智能建筑外部環境的數據，并強化對建筑需求類數據的監測工作。具體來說，對智能建筑的外部環境，如氣候條件、周邊建筑的用電模式等因素進行細致分析，對電力需求產生直接影響的因素進行精準評估。此外，還需要重點監測和分析建筑內部需求，例如照明、暖通空調、電梯等主要電力消耗設備的使用模式和負荷特性。對于智能建筑自身的基礎擴展功能，如排水系統，也需進行集中分析，確保這些輔助系統的電力需求得到妥善考慮和安排。通過這種全面的數據監測和分析，可以確保配電負荷設計既滿足建筑的日常運行需求，又能適應特殊情況下的電力需求變化。有效的配電負荷設計不僅能提高整個電力系統的運行效率和可靠性，還為智能建筑提供更加靈活和可持續的能源管理方案。通過這種方法，技術人員能夠為智能建筑打造一個既高效又可靠的電力供應環境，滿足建筑的各種需求，同時優化能源消耗，實現可持續發展目標。

4.4 消防防雷系統

智能建筑的消防防雷系統設計關乎建筑的安全性和可靠性。在設計消防系統時，尤其需要重視火災報警控制系統和聯動裝置控制系統的集成。這些系統的設計要確保在火災發生時能夠迅速、準確地探測到火情，并通過控制系統有效地啟動應急響應措施，如自動噴水滅火系統。同時，消防系統的設計還應包括建筑內電氣運行數據的采集和分析功能，以監測引發火災的電氣故障。此外，信號傳輸的可靠性也至關重要，確保在緊急情況下系統可以及時響應并發送準確的警報。

在防雷系統設計方面，接閃桿作為主要的防雷設置，應被合理布置在建筑物的最高點，以有效接收雷電并將其安全導入地面。此外，利用建筑物自身的鋼筋或金屬管道作為接地系統，是一種有效的方法來確保雷電能夠被及時且安全地導入地下，從而保護建筑內的人員和設備免受雷電的直接和間接影響。這些設計考慮不僅能提高系統的安全性，還能增強建筑物整體的電氣安全和穩定性。因此，智能建筑的消防和防雷系統設計需要綜合考慮最新的技術標準和實際的建筑需求，以確保在任何情況下都能提供最大程度的安全保護。

4.5 電氣照明系統的合理設計

智能建筑中電氣照明系統的合理設計關鍵在于提升能源效率和增強用戶體驗。首先，提升節能燈具的使用頻率是降低照明系統運行過程中電能消耗的有效策略。這不僅包括傳統的節能燈泡，如LED 燈，還涉及到智能照明控制系統的應用，比如可以根據室內外光線強度自動調節亮度的系統。此外，通過采光井的應用，能夠有效實現自然光的收集與利用，從而在白天減少對人工照明的依賴。采光井結合高透光性材料的使用，可以大幅度提升建筑內部的自然光照明效果，同時降低能源消耗。進一步地，聲光控制系統的應用也是優化電氣照明系統的重要方面。這類系統可以根據環境噪音和人員活動自動調節照明，從而確保在提供必要照明的同時，最大限度地減少能源浪費。這些措施的綜合應用不僅能提高照明系統的能源效率，還有助于創造更加舒適和健康的室內光環境。因此，智能建筑的電氣照明系統設計需要綜合考慮節能技術的應用、自然光的最大化利用以及智能控制系統的集成，以實現高效、經濟和舒適的照明解決方案[5]。

結語：

綜上所述，在智能建筑電氣設計領域，雖存在配電箱設計不合理、內部線路管線設計缺陷、防護技術不到位等問題，但通過實施一系列優化策略，可以顯著改善這些問題。提高供配電系統的設計規范性、合理配置變壓器設施、科學規劃配電負荷、加強消防防雷系統以及合理設計電氣照明系統等措施，都是確保智能建筑電氣系統高效、安全運行的關鍵。這些優化策略的實施將直接提升智能建筑的整體性能，確保電氣系統的安全性和可靠性，同時也有助于提升能源效率和用戶體驗。智能建筑電氣設計的持續改進和創新，是適應現代建筑發展需求的必然趨勢，對促進建筑行業的可持續發展具有重要意義。