民用建筑電氣設計中綠色節能技術的應用研究

摘 要：當前國家提出可持續發展戰略，綠色節能將成為建筑行業的全新發展方向。民用建筑電氣設計效果對建筑的整體能耗及環保效果具有較大影響，為此需在設計過程中合理應用綠色節能技術。本文總結了民用建筑電氣節能技術應用的原則，對民用建筑電氣設計中綠色節能技術的應用策略及注意事項進行了深度分析，并列舉實例，總結綠色節能技術應用經驗，希望為設計人員提供參考。

關鍵詞：民用建筑；電氣設計；綠色節能技術文章編號：2095-4085（2024）03-0173-03

0 引言

當前，我國城市化進程日益加快，建筑行業取得了巨大發展。與此同時，各類民用建筑高能耗、高污染問題卻日益突出，嚴重影響了我國經濟社會的持續健康發展。為此，民用建筑設計人員需分析電氣設計中存在的問題，結合實際情況調整完善設計方案，將綠色節能技術融入電氣設計中，以降低民用建筑能耗，減輕對生態環境的影響，進而促進民用建筑行業的穩定健康發展。

1 民用建筑電氣設計中綠色節能技術應用的原則

民用建筑電氣設計內容相對復雜，如設計質量不佳則可能導致能耗增加，并影響節能環保效果。為此，需高質量完成電氣設計，并在設計方案中融入綠色節能技術。現階段，電氣設計中綠色節能技術種類日益增多，為保證相關技術應用的合理性，設計人員需把握如下原則。第一，節約無謂消耗能源。在實際應用綠色節能技術的過程中，設計人員需明確與民用建筑功能無關的能耗，節約無謂能源消耗，比如電能傳輸線路功率損耗、變壓器功率損耗均屬于無謂消耗能源，可通過合理的綠色節能技術減少能耗［1］。第二，充分考慮經濟效益。民用建筑電氣設計過程中，設計人員需充分考慮應用綠色節能技術的成本及相關技術的運行費用，并分析投資回報，選擇經濟適用的綠色節能技術應用于電氣設計中，以保證相關技術達到預期應用效果。第三，滿足建筑功能要求。電氣設計應用綠色節能技術過程中，需滿足建筑功能要求，要確保建筑運輸通道的通暢性，保證建筑顯色指數、色溫、照度、舒適度、進風量等功能正常實現［2］。

2 民用建筑電氣設計中綠色節能技術的應用策略

2.1 線路綠色節能技術

民用建筑電氣系統復雜，內部包含多條線路，線路能耗是影響節能環保效果的主要因素，為此需在電氣設計中合理應用線路綠色節能技術。第一，在選用導線的過程中需關注其電阻率，選用鋁線材料、銅線材料等電阻率較低的導線，并保證導線的性能及質量符合要求，適當控制導線成本。第二，設計人員需結合民用建筑內部結構及實際用電需求合理設定線路走行方向，控制供電線路距離。建議將變壓器與供電設備之間的距離設定為200m以內，采用10kV線纜作為出線線纜，以減少線纜成本損耗，達到節能降耗的效果［3］。第三，在線路設計中需整合小負荷線路，適當增加供電線路截面積，避免使用過長的導線，可增加短線路整體數量，不得采用300mm2線纜，以減少電能浪費。第四，輸電功率維持不變的條件下電流強度與電能損耗量為正比關系，與電壓為反比關系，因此可在相關標準允許的電壓波動范圍內適當增加電壓，以節約電能。

2.2 供電系統綠色節能技術

為實現供電系統綠色節能，需適當增加功率因數及運行電壓，并減少導線電阻及無功功率水平，降低系統中線路產生的損耗。第一，設計人員需結合民用建筑用電設備情況、負荷容量、供電距離等因素完成供配電系統的設計，并合理選擇供電電壓，簡化供配電系統的整體結構，將相同電壓供電系統變配電層級數量控制為1～2級，并提升系統的可靠性［4］。第二，選擇距離負荷中心較近的位置建設變電所，并在不同變電所間設置聯絡線路，結合負荷情況將部分變壓器切除，以減少電能損耗總量。第三，在供電系統設計過程中需依據電流密度選擇導線截面，以降低電能損耗量。如民用建筑采用環形供電模式，則需將傳統的開式網運行模式調整為閉式網運行模式，并提高電壓等級，加裝并聯補償電容器，選用適宜的電氣設備容量，以達到綠色節能的效果［5］。

2.3 變壓器綠色節能技術

相關研究分析認為，變壓器損耗包括兩方面。其一是空載損失，變壓器在空載狀態下電流極小，銅損失可忽略不計，電能損失與鐵損相近。鐵損的形成與渦流損耗、磁滯損耗相關，在電壓穩定的狀態下鐵損幾乎不發生變化。其二是負載損失，變壓器處于有載狀態下，電流通過線圈后可產生一定電能損耗。為降低變壓器能耗，設計人員需依據上述因素采取有效的措施。第一，減少空載損耗。空載損耗為鐵損，包括漏磁產生的損耗及鐵心渦流產生的損耗，其具體數值與鐵芯制造工藝及選材具有相關性，與負荷無關，為此設計人員需優先選用節能效果更佳的干式變壓器或油浸變壓器［6］。第二，減少負載所致損耗。負載損耗屬于變壓器線損，其數值與電流及電阻相關，因此可選用銅芯變壓器等電阻較小的變壓器。第三，合理選擇負載率。依據相關研究，變壓器負載率控制在75%～85%能夠明顯降低能耗，因此需通過調節變壓器運行過程中的實際容量控制負載率，在變壓器使用期限內預留一定的余量，以達到最佳的節能環保效果。第四，調整減壓器運行方式。在設計變壓器運行方式的過程中，需合理分配變壓器負荷，選用電力負荷、容量相互匹配的變壓器，相同變電站內的變壓器需采取并聯運行的模式，并結合民用建筑實際用電負荷變化情況調整并聯臺數，使變壓器處于低耗高效的運行狀態。第五，其他措施。設計人員需分析民用建筑中非線性用電設備形成的高次諧波，通過對其數值的調整降低變壓器能耗，并通過平衡三相負荷、調整運行環境溫度、選擇適宜的接線方式等措施達到綠色節能效果［7］。

2.4 電動機綠色節能技術

為有效降低電動機能耗，需提高電動機的功率因數及工作效率。相關研究資料證實，高層民用建筑中水泵、風機、電梯等設備均通過交流電動機供電，而交流電動機在運行過程中產生的電能損耗量較大，進而影響民用建筑的節能環保效果。為解決此類問題，可采用如下措施：第一，民用建筑設計中選用效率及平均功率因數較高的電動機，如Y、YZ、YZR等高效電動機能夠減少電能消耗量，但此類電動機費用偏高，因此需結合民用建筑情況合理選擇。筆者認為，民用建筑電動機每年持續運行時間超過3 000h、負載率超過0.6、電動機運行過程中無需多次進行啟停操作、單機容量大者可選用高效電動機［8］。第二，合理應用變頻調速技術，使電動機能夠在低負載狀態下自主改變轉速，進而實現節能環保的效果。目前應用的變頻調速技術主要利用變頻器及輔助控制裝置完成輸入電壓與頻率的調整，調速的精確度及效率較高，自身損耗小，可將其應用于高層建筑風機、電氣、水泵電動機中。第三，在應用電動機綠色節能技術的過程中，需不斷完善控制技術，采取有效的方案減少電動機的啟動制動次數，以達到最佳節能環保效果（如圖1）。

2.5 照明系統綠色節能技術

照明系統是民用建筑電氣設計方案的重要組成部分，也是影響民用建筑節能環保性的主要因素，為此設計人員需在照明系統中合理應用綠色節能技術。第一，照明節能設計。照明節能設計的主要目的是在滿足照明要求的基礎上減少光能損傷，降低照明能耗，進而達到節能環保的效果。在照明節能設計的過程中，設計人員需結合建筑結構特點合理利用自然光，使自然光與室內照明有效融合，進而減少人工照明所致電能消耗。同時，設計人員需在滿足視覺要求、照明功率密度、照度標準的前提下合理設定單位面積燈具安裝數量，并選用高效光源。比如在廠房、體育館、車間等場所照明中，可選用照明效率較高的金屬鹵化物燈、高壓鈉燈，在居民室內照明中可選用緊湊型熒光燈。在燈具中可應用性能優良且能耗較低的附件，如節能電感鎮流器、電子鎮流器、電子變壓器、電子觸發器等，并配備具有一定補償作用的燈具。在照明節能設計中也需選擇適宜的控制方式，可依據自然光照的變化情況選擇電氣照明的點亮范圍，并采取增加開關點、分區控制等模式，轉變照明全開的方式。也可增設節能總控開關，在走廊、樓梯間等區域設置自熄節能開關，對公共場所照明實施集中遙控管理［9］。第二，改善配電系統功率。適當提高配電系統的功率因素能夠有效減少無功率損耗總量，進而達到綠色環保的效果。在設計過程中，應優先采用同步電機等功率因數較高的用電設備，并采用靜電電容器完成無功補償，進而改善配電系統功能，減少電能損耗總量。

2.6 空調系統綠色節能技術

民用建筑空調系統耗電量較大，為達到節能環保的效果，需合理應用綠色節能技術。具體開展空調系統設計的過程中，設計人員需對屋面及墻體實施綠色設計，通過養護植被等方式減少陽光直射量，并在屋頂設置綠色植物，采用隔熱材料，以有效調節室內溫度，進而減少空調系統的使用時間，節約電能。同時，設計人員可在空調系統中引入智能技術，對空調進行遠程控制，從而減少空調運行過程中的電能消耗總量［10］。

3 民用建筑電氣設計中綠色節能技術應用的注意事項

民用建筑電氣設計中，需明確綠色節能技術應用的注意事項，以保證相關技術達到預期的應用效果。首先，設計人員需提高對綠色節能技術的重視程度，并加強對相關內容的學習及研究，明確設計應用要點，評估設計風險，確定合理的設計方案，以達到最佳設計效果。其次，在民用建筑電氣設計中需積極引入太陽能、地源熱泵、風能等新能源，以達到最佳的節能效果。最后，相關部門需加強組織管理，協助調節綠色節能技術應用中存在的問題，以促進電氣設計質量及節能環保效果的同步提升。

4 實例分析

某展覽館為兩層建筑，建筑高度約為12m，建筑總面積為7 500m2。設計人員在電氣設計中合理應用綠色節能技術，并取得了良好的應用效果。第一，配變電系統設計。該工程配變電房設置于主體建筑結構東南方向附屬建筑內部，共有干式變壓器2臺，均為非晶合金變壓器。此類變壓器主要特點是空載損耗較低，用電效率高，運行穩定，使用壽命較長，且具有高效及高功率因素的優勢。同時，設計人員在該工程的供電系統中加入無功率補償裝置，可明顯提高供電的整體質量，提升設備的綜合利用率，改善供電效率。第二，照明系統設計。該工程內部展示城市建設發展成果，展示區面積為800m2，并包含會議室、監控室、體驗區、辦公區等。為達到節能降耗的效果，設計人員選用智能照明控制系統，該系統中包含輸入與輸出單元、系統單元等，整體回路簡單，線材用量較少，投資成本低廉，并配備軟啟動及軟關閉等技術，可實現對室內照明的自動化控制，進而有效節約電能。第三，光源設計。該工程在光源設計中選用LED燈具，該燈具具有高效節能的特點，配合采用埋地燈、LED燈帶等，可明顯提高照明的舒適度，并可減少電能消耗量。第四，能耗統計分析。該工程設置智能化能耗統計分析系統，該系統能夠智能化分析確定各區域能耗，工作人員可依據系統提供的數據制定干預措施，以減少建筑的總體能耗。第五，光伏發電系統。該工程在屋頂安裝光伏發電系統，每年發電量約為5萬kW·h，可有效減少電能消耗總量。

5 結語

民用建筑電氣設計中合理應用綠色節能技術可降低能耗，保護生態環境，對建筑行業的發展具有積極意義。為此，需結合實際情況制定合理設計方案，綜合運用各項綠色節能技術，以實現可持續發展的目標。

參考文獻：

［1］戴建莉.淺談民用建筑電氣設計中綠色節能技術的應用［J］.價值工程，2021，40（14）：229-230.

［2］秦長亭，張緒偉，吳明勝.綠色節能技術在民用建筑電氣設計中的應用研究［J］.建筑與裝飾，2021（6）：168.

［3］鐘坤.關于綠色節能技術在民用建筑電氣設計中的應用路徑試析［J］.陶瓷，2021（2）：126-127.

［4］劉炳苡.解析綠色節能技術在民用建筑電氣設計中的應用［J］.建筑·建材·裝飾，2021（24）：173-175.

［5］郭合玉.民用綠色建筑電氣設計中的節能問題研究［J］.建材與裝飾，2021，17（22）：140-141.

［6］楊昊明，王菁，李厥瑾.綠色節能技術在民用建筑電氣設計中的應用研究［J］.居業，2020（8）：12-13.

［7］閆泓錦.綠色節能技術在民用建筑電氣設計中的應用分析［J］.裝飾裝修天地，2020（6）：172.

［8］張興.淺析綠色節能技術在民用建筑電氣設計中的運用［J］.裝飾裝修天地，2020（11）：158.

［9］鄔曉波.試分析綠色節能技術在民用建筑電氣設計中的應用［J］.四川水泥，2019（5）：100.

［10］劉偉峰.綠色節能技術在民用建筑電氣設計中的應用［J］.建材發展導向（上），2019，17（9）：242.