智能建筑電氣設計存在的問題及優化策略

黃玉良

（寧夏建筑設計研究院有限公司）

1 引言

隨著信息技術的不斷成熟，智能化成為各行各業發展改革的重要趨勢，智能建筑是一種涉及多學科、多技術的新型建筑，融合了現代建筑、智能通信、自動化控制、多媒體等多個領域，在樓宇管理、實時通信、公共安全、環境營造等方面效果突出，體現出高效性、舒適性、便捷性、靈活性等特點，而電氣設計是智能建筑實現諸多功能的基礎，需要將電氣技術與信息技術有效結合，才能提高建筑的智能化水平。

2 智能建筑電氣設計中存在的主要問題

智能建筑電氣系統主要包括樓宇自動化系統、通信自動化系統、辦公自動化系統等，正是由于這三種系統的協同工作，提升了建筑的智能化水平。其中，樓宇自動化系統是智能建筑電氣設計的基礎內容，需要控制智能建筑所有機電設備，包括照明、供配電、給排水、通風、供熱、電梯、空氣調節等，采用信息通信網絡，構建分層管理、集中監視、層級控制體系，實時檢測機電設備的運行參數，能夠根據外界環境變化，自動調整設備運行狀態，實現智能建筑的基本功能。通信自動化系統融合了計算機、網絡通信系統、接入系統，以中央集控器為核心，利用數字遠程交換機和網絡布線組成完整系統，可實現與互聯網、衛星通信的有效連接，為建筑內外通信需求提供有力支撐。辦公自動化系統主要針對建筑運營服務、物業管理等公共管理工作。另外，綜合布線系統、系統集成中心也在智能建筑電氣系統中發揮著關鍵作用。

2.1 變壓器設計

作為供配電網與供配電系統進行電能轉換的媒介，變壓器是重要的電能分配設備，智能建筑用電負荷大，大部分的變壓器需要常年接入電網運行，有些變壓器選型不合理、設計容量不合適，隨著使用年限的增長，變壓器的損耗逐漸增大，而且出現老化現象，不能滿足用電設備運行需求。系統電能總損耗量越來越多，容易出現一些安全性、穩定性、經濟性問題。所以，要做好智能建筑變壓器選型設計，充分考慮環境溫度、運行方式、技術條件、經濟效益、高效節能等綜合因素，發揮變壓器的最佳功效[1]。

2.2 供配電線路設計

智能建筑的電氣設備比較多，需要應用到各種型號的供配電導線電纜，由于線路較多分布復雜，在進行輸配電時，會消耗大量有功功率，有必要在線路設計時充分考慮線路損耗問題。在許多智能建筑中，經常會出現導線截面選擇不合適、布線迂回混亂、絕緣體老化等現象，而且隨著機電設備的不斷增多，以前的線路截面可能難以滿足系統正常工作需求，影響了系統工作的可靠性，而且整個線路電能損耗也會明顯增加，不符合節能化設計的基本理念，所以需要優化供配電線路設計。

2.3 照明系統設計

照明系統設計主要是為了通過燈光營造方便和美化生活工作環境，為人們創造良好的空間氛圍，減少身體和心理壓力。在智能建筑照明系統設計中，由于傳統設計理念和方法的影響，依然存在燈具類型不合適、光源搭配不科學、設計照度不達標、控制管理性能差、能源消耗量大等問題，限制了照明系統功能發揮，影響了建筑的智能化效果，需要從實用性、審美性、節能性、自動化等多個角度出發進行優化調整，提高照明系統在智能建筑中的地位。

2.4 電梯系統設計

電梯在智能建筑中發揮著越來越重要的作用，尤其對高層建筑而言更為關鍵，要采取針對性的優化設計措施，提高電梯控制和服務水平，在最短時間內科學決策，優化電梯資源配置，為人們出行提供高效服務[2]。

3 智能建筑電氣設計優化策略研究

3.1 遵循基本原則

智能建筑電氣設計是一項具有較強綜合性的技術，需要遵循一定的設計原則，包括節能性、實用性、安全性、經濟性、智能性等。節能減排是當前工程建設行業的主要發展趨勢，有利于提高資源利用率、降低能源消耗、減少環境破壞，而電氣系統節能則是重點所在，需要從設計上著手，降低建筑運行整體能耗水平。隨著智能建筑功能性需求的持續增加，電氣材料設備的類型越來越多，有些設備、材料、技術應用不成熟，在系統運行過程中存在許多問題，所以要慎重選擇新型電氣產品，采用技術更成熟、設備更實用的產品，符合國家相關標準要求，避免出現質量安全隱患。設計與施工是密不可分的，從設計方面加強經濟性控制，能夠減少施工過程中的資源浪費，尤其是面對電氣系統材料、設備采購量較大的情況，加強電氣設計的經濟性至關重要。另外，智能建筑必須能夠提供智能化的服務和體驗，而電氣系統是體現智能化、支持智能化的基礎，在設計時適當增加智能設備、智能技術的應用，能夠提高智能建筑的自動化控制水平。

3.2 優化變壓器設計

變壓器在不同環境下有著不同的性能參數，所以，在設計時，要根據建筑實際需求，選擇合適參數的變壓器，在電量傳輸效果不受影響的基礎上，優化變壓器運行模式，最大程度發揮變壓器性能。

從理論上講，在不變損耗等于可變損耗的條件下，負荷系數為0.6 時，單個變壓器能夠達到最高效率，對于多臺變壓器聯合使用的情況，因為銅耗和負載水平成正比例關系，需要通過調整變壓器的容量和數量進行優化調整，系統性地分析變壓器節能經濟運行方式，從有功功耗損失最小、無功功耗損失最小、綜合運行功效損失最小等方面出發，優化比選，確定變壓器經濟運行工況區。

建筑用電負荷是不斷波動的，在計算變壓器裝機容量時，不能直接選取最佳負荷率，而應該采用稍高于最佳負荷率的負荷率，同時，要考慮到多臺變壓器同時使用時的相互作用系數，能夠滿足不同建筑組團用電調節需求。

在高溫條件下，變壓器會逐漸出現絕緣老化的問題，運行效率越來越低，所以，需要將變壓器室設計在陽光照射較弱的位置，并且具備良好的通風散熱條件。在變壓器類型的選擇上，盡可能選用新型節能變壓器，提高變壓器運行效率水平，減少能源損耗，比如，非晶合金鐵芯變壓器具有明顯的節能效果，空載損耗和負載損耗較低，這些都是在變壓器設計時需要重點優化的方面[3]。

3.3 優化供配電線路設計

智能建筑電氣系統設計應該根據設備布局、供電距離、設備參數、負荷容量等情況進行綜合考量，保證供電系統結構可靠，所有機電設備的配電級數不超過三級。作為電能輸送的主要載體，必須充分重視供配電線路的優化設計，合理選擇導線類型，電力線纜要具有良好的供電穩定性和環境適應性，能夠承受一定的拉力、壓力作用，通過采取有效措施，降低線路電壓損耗，盡可能減少輸電線路長度，選擇直線布線方式，避免低壓回頭線路，將變壓器設置在負荷中心附近，能夠縮短輸電線路。同時，低壓配電室要接近豎井，防止出現電能倒送導致的額外損耗。

如果其他因素不變，線纜橫截面越大，電能損耗越小，但會增加建設費用，需要考慮成本回收問題，可以適當增加線纜截面，能夠兼顧經濟性、節能性要求，滿足智能建筑電氣系統未來發展擴容需求。

在高層建筑電氣設備供電線路布設時，倘若無功功率需求較大、距離較遠，那么則需要采用就地無功補償措施，可以有效提升供電穩定性，達到節能降耗水平，供配電系統線路設計要根據實際情況結合運用多種技術措施，提升供電質量。

3.4 優化照明系統設計

在照明系統設計時，綜合多種情況，系統分析解讀各種信息，通過科學性規劃、針對性設計，優化照明系統整體運行水平。明確各種燈具的主要照明參數，根據應用場景需求，采用高效節能的燈具和光源，在開闊空間可以選用敞開式燈具，滿足光照、審美等多種需求。同時，選擇合適材料和形態的反射罩也能夠提高燈具反光率。

根據照度計算理論，采用多種照明方法，能夠使配光更加合理。一方面，要降低房間減光效應，如果受光面比較潔凈，那么就能獲得更好的配光效果，如果房間比較高、下面空間相對狹窄，那么選用窄配光照明器能夠有效提升利用系數。另一方面，要采取不同的照明對配光進行調配。不同區域，照明空間和照明功能都是不同的，在不同季節、不同時間段，照明需求也不同，要結合多種照明方法，靈活運用一般照明法、局部照明法、重點照明法、混合照明法、應急照明法、點綴照明法、裝設照明法、泛光照明法等，滿足多元化照明需求。

另外，提高照明系統的自動化控制水平也是優化設計的主要方面，采用智能照明裝置，通過智能傳感器，能夠對不同場景、不同環境進行自動調光，充分利用自然光的補光效果，在擁有更為理想光照效果的同時，實現照明節能的目的，引入智能照明電壓控制系統，能夠保證燈具輸出電壓的穩定性，延長燈具使用壽命，提高照明光線的均勻度、柔和度。

3.5 優化電梯系統設計

在制定電梯系統電氣控制方案時，要充分考慮高效、節能、經濟、可靠等方面因素，改變傳統繼電控制方式，采用變頻調速控制方法，按照要求調整和控制電源輸入端的頻率，使電機拖拽系統處于相對平衡狀態，改變電機驅動容量，有利于在保證電梯運行安全可靠的情況下，達到最佳運行狀態。

采用電梯群控呼梯分配控制技術，針對高層建筑空載、輕載問題，可以在相同群控系統下設置目標導向層，確定公共呼叫按鍵，通過智能分析技術，選擇最能滿足實際需求的運行方式，提高電梯系統的響應速度和服務效率。面對重載下行、輕載上行的工作狀態，拖拽電機是在制動發電狀態下運行的，受變頻控制器的限制，產生的再生電能無法有效利用，易造成能源浪費和消耗。采用電梯回饋技術，能夠將電梯運行中產生的部分能耗重新轉換并流入配電系統中，實現電能的回收利用[4]。

4 結語

綜上所述，在智能建筑中電氣系統和電氣設備越來越多，需要在整個建筑物中進行穿插覆蓋，如果設計不合理，不但影響智能建筑的正常運行，而且還有可能引發重大安全事故。所以，要正確認識智能建筑電氣設計中存在的不足之處，結合工程特點和實際需求，不斷調整設計思路，改善設計方法，促使電氣技術與信息技術的深度融合。