建筑电气设计中的安全及节能问题的探讨

黎慧中

摘要：本文主要基于建筑电气设计的一般原则，就建筑电气的安全性和节能性设计的重点作了进一步的探讨。

关键词：建筑;电气设计;安全;节能

建筑电气设计是建筑设计的重要组成部分，设计过程中要与有关建筑、结构、给排水、暖通、动力和工艺等工种密切协调配合。其安全性和节能性设计是建筑安全和建筑节能的重要体现。对建筑电气而言，其安全性关乎住者的切身利益，其节能性关乎住者的财权利益。加强建筑电气设计的安全性和节能性设计是基于以人为本，以及落实国家低碳战略的重要发展方向。

一、建筑电气安全性设计的重点

建筑电气的安全性设计应着重从电力供应、线路、设备接地、消防控制等几方面进行了考虑。

（1）电力供应的可靠性是建筑正常发挥功能的保障。一般情况下，建筑应至少应有两个独立的供电源，当然，对一些对电力供应要求较高的建筑以及群体性建筑，其电力供应源应综合电力负荷及当地电网条件决定。就一般情况下，两路电源应同时供电，互为备用。除此之上，应考虑装设应急备用柴油或燃汽轮发电机组，且能在主要供电源断开后15秒钟内自动恢复供电，保证建筑的常规用电。

（2）供电线路的安全和可靠关键在于线路的规范设计，供电电路的主线截面不能随意更改，防止截面变小，使电阻变大，功率过载导致电路发热或引发火灾。

（3）对建筑内的各类电气设备应全面考虑接地设计。

（4）建筑消防系统中有大量的电子设备如火灾探测器、消防报警控制器、气体自动喷射灭火及自动洒水灭火装置等，消防系统的安全性设计至关重要。消防线路要求穿金属管或者暗敷，目的是火灾发生后可以保持消防线路的正常使用，保证信号、命令得到有效的传输。消防水泵的控制尤为重要，为且确保安全，消防水泵的控制应设置两路：一路引至消防水泵控制柜;另一路则引至消防控制室。

二、建筑电气节能设计的重点

在民用建筑中，就电能消耗而言，空调大概占到建筑用电的40～50%，水泵等设备用电占10～15%，照明用电占15～25%，其他设备用电占10～15%左右。从这些基本数据可看出空调和照明用电的节能设计对降低建筑能耗具有重要意义。从大量的建筑电气设计和应用案例中，目前建筑电气设计中问题多集中在以下几个方面，一是建筑外部围护结构不节能，造成电气设备不得不选用较大容量的设备，造成一定程度的被动能耗浪费;二是由于在设计时估算的负荷过大，形成了典型的大马拉小车，使设备长期处于低效率点运行;三是设备专业没有设置必要的调节装置，导致系统无法调节，长期处于运行能耗大的不合理状况。四是水系统阻力计算时就偏于保守，致使水泵长期处于低效率点运行。五是设备采用变频技术，但是系统的效率并没有太大的改善，同时也给供电系统中带来了更多的谐波分量。下面重点从变压器的选择、供配电系统及线路设计、提高系统功率因数、照明节能等方面论述节能设计的要点。

2.1变压器的选择

变压器节能的实质就是：降低其有功功率损耗、提高其运行效率。因此，变压器应选用高导磁的优质冷轧晶粒取向硅钢片和先进工艺制造的新系列节能变压器。由于“取向”处理，使硅钢片的磁场方向接近一致，以減少铁芯的涡流损耗;45°全斜接缝结构，使接缝密合性好，可减少漏磁损耗。对分期实施的项目，宜采用多台变压器方案，避免轻载运行而增大损耗;内部多个变电所之间宜敷设联络线，根据负荷情况，可切除部分变压器，从而减少损耗;对可靠性要求高、不能受影响的负荷，宜设置专用变压器。

2.2合理设计供配电系统及线路

按经济电流密度合理选择导线截面，一般按年综合运行费用最小原则确定单位面积经济电流密度。由于一般工程的干线、支线等线路总长度动辙数万米，线路上的总有功损耗相当可观，所以，减少线路上的损耗必须引起设计足够重视。由于线路损耗△P∝R，而R=p.L/S，则线路损耗△P与其电导率p、长度L成正比，与其截面S成反比。为此，应从以下几方面入手：一是选用电导率p较小的材质做导线。铜芯最佳，但又要贯彻节约用铜的原则。因此，在负荷较大的一类、二类建筑中采用铜导线，在三类或负荷量较小的建筑中可采用铝芯导线。二是减小导线长度L。三是增大线缆截面S。

2.3提高系统的功率因数

正确设计和选用变流装置，对直流设备的供电和励磁，应采用硅整流或晶闸管整流装置，取代变流机组、汞弧整流器等直流电源设备;限制电动机和电焊机的空载运转。设计中对空载率大于50%的电动机和电焊机，可安装空载断电装置;对大、中型连续运行的胶带运输系统，可采用空载自停控制装置;对大型非连续运转的异步笼型风机、泵类电动机，宜采用电动调节风量、流量的自动控制方式，以节省电能。条件允许时，采用功率因数较高的等容量同步电动机代替异步电动机，在经济合算的前提下，也可采用异步电机同步化运行。荧光灯选用高次谐波系数低于15%的电子镇流器;气体放电灯的电感镇流器，单灯安装电容器就地补偿等，都可使自然功率因数提高到0.85～0.95。按全国供用电规则规定，高压供电的用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户，在当地供电局规定的电网高峰负荷时功率因素应不低于0.9。当自然功率因素达不到上述要求时，应采用电容器人工补偿的方法，以满足规定的功率因素要求。实践表明，每千乏补偿电容每年可节电150～200kWh，是一项值得推广的节电技术。

2.4照明节能设计

照明节能设计应从下列几方面着手：一是选用高效光源，如一般室内场所照明，应优先采用荧光灯或小功率高压钠灯等高效光源，如T5细管、U型管节能荧光灯。二是选用高效灯具，如采用非对称光分布灯具。由于它具有减弱工作区反射眩光的特点，在一定的照度下，能够大大改善视觉条件，因此可获得较高的效能。三是选用合理的照明方案。采用光通利用系数较高的布灯方案，优先采用分区一般照明方式。在有集中空调且照明容量大的场所，采用照明灯具与空调回风口结合的形式。在需要有高照度或有改善光色要求的场所，采用两种以上光源组成的混光照明。室内表面采用高反射率的浅色饰面材料，以更加有效地利用光能。四是采用智能照明控制系统。智能照明控制系统总线，可采用非屏蔽六类4对对绞电缆（CAT6 UTP），将各种开关模块R、调光模块D、场景控制模块M、时间管理模块MT等连成网络，构成总线型拓扑结构。可根据预设时间、场景，采用红外感应、移动探测传感、感光光敏元件等方式，自动开启或关闭相关区域照明，并自动调整照度，以满足不同时段、不同场合的需求，达到舒适、节能目的。示例如下：

地下停车库 ：在车库入口管理处内安装面板控制开关，用于车库灯光照明的手动控制。平时在系统中央控制主机的作用下，车库照明处于自动控制状态。在停车区域采用智能移动探测传感器HS，当有人或车移动时开启相应的局部照明，车停好后或人、车离开后延时控制关闭。当有车移动时可以通过主机显示出来，方便保安和管理人员的管理。根据车辆停车的实际使用情况，可将一天的照明分成几个时段，比如上午、中午、下午、晚上、深夜五个时段，通过定时控制软件的设置，在这些时段内，自动控制灯具开闭的数量，以控制相关区域不同时段的不同照度，从而使灯光照明得到有效利用，大大减少了电能的浪费，且保护了灯具、延长了灯具的使用寿命。智能照明控制系统通过开放的TCP/IP协议，可以方便地与楼宇设备监控系统BA集成。

结论与总结：

建筑电气的安全性和节能性设计是建筑效能发挥的重要前提，在建筑电气设计时必须将安全性和节能性设计置于重要地位。在安全性方面重点对电力供应、线路、设备接地、消防控制等几方面加强研究。在节能性设计则要从建筑能耗总体着手，通过翔实的资料调查掌握建筑电气能耗的数据，通过计算、问题查找、设备控制优化以及结合节能性设备和产品等因素提供最佳电气设计方案。

参考文献

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[2]曹曾艳.建筑电气中的安全及节能研究[J].中国科技纵横，2014，（6）：9-9.