节能技术在建筑电气设计中的应用研究

2021-03-31王洪涛四川省建筑设计研究院有限公司高级工程师

中国建筑装饰装修 2021年10期

关键词：供配电电气设计电气设备

王洪涛四川省建筑设计研究院有限公司高级工程师

建筑用电是社会消费的重要主体，建筑电气节能是节能减排的可持续发展要求之一。近几年来，中国一直在研究节能的方法和措施。本文分析了当前建筑电气设计中节能技术的发展状况，提出了发展节能技术的具体措施，以提高我国建筑电气设计的整体节能效果。

1 建筑电气设计中节能技术的重要意义

可持续发展的理念在我国已经逐渐深入人心，节能技术的应用也越来越受到重视，节能技术已逐渐成为国际上的热门话题之一。但在具体建设过程中，存在较为严重的资源浪费现象。为此，有关部门应加强节能技术研究，并在电气设计中全面推广应用[1]。

1.1 保障建筑物安全可靠的运行状态

为保证建筑物的安全可靠运行，电气设备的布置应引起高度重视。装置在使用过程中，如果先前的电气设计不符合工作要求，就会造成能源的严重浪费，影响建筑物的整体运行。为此，设计人员应采取正确、有效的措施，合理地应用节能技术，提高电气设计的质量和水平。同时要降低能耗，保证建筑安全可靠地运行，为人们创造良好的居住环境[2]。

1.2 提高生活质量以及环境质量

如今，大部分建筑都安装有许多电器设备。装备耗能大、耗电多，对环境影响严重，直接影响人们的生活质量。设计人员应采取有效措施，采用先进的节能技术，努力降低能耗。在当前的电气设计中，必须提高风能、太阳能等清洁能源的利用率，满足人们的实际需要，创造一个良好的生活环境。

2 节能技术在建筑电气设计中的发展现状

2.1 电气设计应用节能技术的必要性

随着经济的发展，我国建筑业取得了很大的进步，但也存在着资源浪费等问题。针对这一现象，相关部门和建筑业必须重视节能技术的创新与发展，加大节能技术的研究和开发力度，使建筑电气设计更好地运用节能技术，实现生态、社会、经济效益的有机统一，从而达到共同发展进步[3]。

2.2 节能技术目前的应用发展情况

随着我国科技的发展，电气设备的需求量越来越大。大多数电气设计人员认识不到节能技术在电气设计、施工中的重要作用，忽视了节能技术的发展，导致我国建筑行业资源浪费严重。建筑企业和设计者节能与环保意识淡薄，在电气设计环节增加了能耗，会破坏自然环境，造成能源短缺。国内部分城市在某些时期甚至采取限电措施，严重影响了人们的日常生活和工作。对此，相关单位应充分认识到电气节能设计的重要性，积极采取有效措施降低设备能耗，保证电气设备的正常运行，充分发挥其社会效益和经济效益[4]。

3 节能技术在建筑电气设计中的具体应用

3.1 供配电系统方面的应用

对于建筑物的配电系统，设计人员应根据规范、规划要求及总体结构等，选择合适的位置、供配电方式、配电线、配电电缆及电气设备等，计算出电压、电流、短路电流及额定电流等的值，选择低阻电缆，确定各建筑物单元的实际用电量和用电负荷分布。在规划配电方案时，应有效保证能量系统的平衡，选择靠近供电设施的地方，缩短供电与配电之间的距离，以达到无功补偿。如果对整定后的电容器进行无功补偿，必须保证其处于无功状态，这样才能有效地减少电能损耗，提高电气设计的质量和效率。为保证配电系统节能设计的快速完成，在设计和编制建筑物内供配电线路时，应考虑建筑物内各部位的实际用能需求，保证供配电线路充分覆盖，尽量减小供配电设备与电气设计之间的距离，减少用电过程中的停电[5]。

3.2 照明系统设计方面的应用

在电气建设过程中，照明系统是一个重要环节。照明系统年耗电量约为建筑总耗电量的10%，其中大部分照明无效。因此在照明系统中应用节能技术具有很大的节能潜力。在设计过程中，设计人员主要关注三个方面。

首先，依据建筑类型的不同，选择合适的照明参数，如照明标准、亮度标准、色温及色度指数等，选择合理的照明方式，如一般照明、局部照明及混合照明等。可设计使用T8、T5、直管式荧光灯、金属卤素灯、紧凑式荧光灯以及LED 灯具，照明效果更好，同时节省能源。LED 作为一种节能、耐用、小型化、环保型的灯具，其输电线的损耗约为输入功率的4%，其供电方式和导线截面是影响损耗的重要因素。同时，要尽量采用三相四线制供电，以补偿照明系统的电气消耗。

其次，依据分区效果、自然采光范围及照明场景的要求，采用现代化照明系统进行照明切换和升降，是节能的重要手段。例如，智能照明管理系统C-Bus 能够通过光线记录，在照射到周围环境光线后，自动开关照明电路。当周围光线变亮时，一些照明会自动关闭；感应到人体红外线后，能自动控制空调和灯光开关。

最后，在设计照明系统时，应充分利用自然光，尽量缩短照明灯具的使用时间，延长其使用寿命。借助自然光，还可有效改变工作环境，使人感到舒适，保障员工身心健康。利用对内光接收区域的反射，可以提高光利用率。比如白色墙壁的反射系数可以达到70%～80%，还能节约能源。

3.3 变压器方面的应用

能源节约能有效地降低变压器自身的损耗，提高变压器效率。工作人员要正确选择变压器的数量、种类及容量。若变压器容量过大，长期运行将造成效率不高，使变压器损耗增加。为了减少大容量、大台数使用下的变压器损耗，需合理分配负荷。要选择节能型变压器，选择合适的变压器接线组、电压端口和变比，从而使变压器能更稳定地运行，更好地节约能源。

3.4 动力设备中的应用

建筑业用电使用的大多是符合国家节能减排标准的标准及非标设备。要使供电设施达到二次节能，必须防止供电设施超负荷运行，降低系统能耗。大多数用电设备（如大型电动机、冷冻机等）在启动时都会引起电网电压波动，消耗一部分启动功率。在这种情况下，可以采用降压启动器或转化器等启动方式，以降低系统的能耗。空调是最耗电的部分。在空调设计中，应选择合适的空调系统，完善其结构布局，根据建筑物各区域温湿度的要求合理设计空调。同时，应尽量选择节电型空调设备。为了充分发挥电气工程技术的作用和价值，大多数电气设备都具有需要使用无功功率的发动机，建立合理的无功补偿机制，也是实现节能的重要途径。

另外，根据总体设计和建筑实际运行情况，可以运用现代信息技术、智能技术及物联网技术，保证整个建筑高效节能运行，使能耗损失降到最低程度。

4 建筑电气设计节能技术的应用策略

4.1 合理选择供配电系统以及变压器

电气设计的选型，应综合考虑电气设备的负荷类型、容量及供电状态，并充分考虑电气设备的种类等因素，选择合适的供电电压，设计足够的供配电系统。为使电气建设中电气设备安全可靠运行，还应合理选用变压器，减少设备的能耗，提高电气系统的运行效率，以达到最佳的节能效果。

4.2 做好照明系统节能设计

大量照明设备常被用于高能耗的建筑工程中。因此在工程设计中，节能是一个重要而关键的环节。要做好照明系统的节能设计，必须充分挖掘节能潜力，结合实际，提高系统的节能设计质量和水平。灯具选用优先考虑LED 灯，其次为日光灯，厂房或室外部分使用高性能高压钠灯或金属卤素灯，尽量少用或不用白炽灯。部分小房间可采用两灯一控的方式，楼梯间可采用定时开关控制走廊和走道的照明，可取得良好的节能效果。

4.3 重视无功补偿设计

电气设计要取得良好的节能效果，应重视变压器无功补偿的广泛应用，以取得良好的效果。随着科学技术的飞速发展，高性能电器设备逐渐增多，而三相平衡越来越困难，因此必须采用一次性无功补偿技术。但这也会增加变压器的投资。因此设计者在设计电气时还必须考虑到成本和节能等因素。

4.4 利用清洁能源

在设计电气时，需要注意使用清洁能源。洁净能源的利用是我国电气建设的重要方向。清洁能源主要有地热、风能及太阳能。相关设计单位应采用清洁能源，减少能耗。例如，光伏发电系统可用于建设电气设施，通过光伏技术可将太阳能转化为电能，从而持续为建筑提供电能。同时在实际施工中也可采用清洁能源，促进节能。

4.5 以《绿色建筑评价标准》为指导

《绿色建筑评价标准》对我国的绿色建筑建设具有重要的指导作用。该标准自2015 年元旦起开始实施，就节能、环保、节水等问题进行了探讨。现行绿色建筑评价标准借鉴了国外标准，同时也从各方面收集意见，并做出了一些修改。标准通过确定不同的评价指标，从而确定绿色建筑的质量，并在此基础上增加促进绿色建筑技术创新的加分。