建筑电气节能设计及照明节能设计

苏 勤 广东国技建设发展有限公司中级建筑工程师

目前，在不断完善建筑物功能设计的同时，也要注重对能耗的控制，加强建筑电气节能设计及照明节能设计，进而从根本上提升建筑物的综合性能，一方面提高建筑物的能源利用率，节约能源；另一方面，推动建筑电气行业朝着节能方向发展进步，提升建筑电气系统的系统性和实用性。建筑功能的实现离不开电气系统，因此，建筑物中需要预留大量的电力负荷和用电接口，以满足建筑物不同功能和不同场景的使用要求，提升用户的体验感。此外，建筑物在后期运行过程中需要从运行成本和能源消耗等方面综合考虑，以合理控制能源的利用。可以从设计阶段就开始着手优化、完善建筑电气节能设计和照明节能设计，显著提升建筑物的节能效果。本文将从电气节能、建筑电气节能设计及照明节能设计的原则、建筑电气节能设计、建筑照明节能设计要求、建筑照明节能设计等方面来进行深入剖析。

1 建筑电气节能概述

在保证使用电气设备和系统正常的基础上，建筑电气节能考虑能源消耗和整体的经济效益，通过科学合理措施，有效减少电能损耗，对现存能源危机进行缓解。在建筑中，电气系统占据着重要位置，是其组成部分之一，发挥着不可替代和不可或缺的关键作用。不仅如此，在人们生活中，电气已经成为了一种不可缺少的元素。因此，在实际展开建筑电气节能设计过程中，要对电气节能展开高度重视，分别从照明和电气两大方面为出发点，科学合理的规划节能设计内容，提高自然能源利用率，例如地能热、太阳能等，从而实现节能任务。与此同时，还要运用电气节能展开进一步的规划，针对现存能源危机进行有效缓解，从而更好的推动建筑行业的发展和繁荣。

2 建筑电气节能设计及照明节能设计的原则

针对于建筑电气节能设计及照明节能设计的原则，共整理了四点，分别是：经济高效、科学适用、绿色照明、安全使用，下面将展开论述。

2.1 经济高效

建筑电气节能设计及照明节能设计在考虑能源利用效率的同时，还需要综合考虑建筑的建设成本。将各种建设方案中的节能效果和建设成本进行分析与对比，选择最为经济、高效的设计方案，以提升建筑节能设计的长期效益。

2.2 科学适用

对于建筑电气节能设计及照明节能设计方案的确定，一方面需要保证设计方案的精准性，另一方面要保证设计方案与建筑运行需求的一致性[1]。建筑节能效果要控制在合理范围内，以免造成过度节能，进而影响到建筑物在实际使用过程中的照明效果。

2.3 绿色照明

对于建筑照明节能设计方面，在保证建筑物正常稳定运行的基础上，建筑物电气照明节能设计要严格按照相关规范要求来执行，以保证节能体系的高效性和规范性，最大程度地降低电力能源损耗。

2.4 安全使用

优化建筑电气节能设计要坚持安全性理念和原则，设计人员在展开工作期间，首先要将安全作为所有工作的首要考虑。在保障安全运行建筑电气系统的基础上，再开展节能改善和优化处理工作，尽可能防止出现节能过度引发安全问题的情况。为此，建筑电气节能设计工作应当首先确定任务，严格对建筑电气系统中的特殊部分展开节能控制，例如，消防配电系统等，从而保障运行的安全性。设计人员在建筑电气系统中引入运用各个节能技术和设施期间，要对其应用效果的安全性进行细致评估，及时消除可能出现的安全隐患。

3 建筑电气节能设计

针对于建筑电气节能设计，整理了五点，分别是：供配电系统节能设计、变压器节能设计、电动节能设计、水暖系统节能设计、安全系统节能设计，以下将逐一进行阐述。

3.1 供配电系统节能设计

建筑电气节能设计的核心部分是供配电系统的设计，结合建筑物的实际情况，合理规划建设项目的负荷指标，而这些指标的制定要严格按照不压缩、不浪费的原则来执行[2]。同时，供配电系统涉及到供电设备的安装部署、规格型号的选择等，其综合配置要具有一定的合理性，在满足系统功能的同时达到节能的效果。

对于供配电系统节能设计，还需要综合考虑建筑物中的配电房、开闭所等，一般需要根据不同类型建筑物的用电指标对整个建筑物进行负荷用电量的估算。在设计阶段需要重点明确项目建设中有没有用电量较大的设备，如消防水泵、厨房设备、舞台的声、光、电设备等。如果有的话就需要对其用电量进行单独核算，避免电力的过度浪费，也需要保证各种用电设备的合理配置，避免存在漏项问题，确保估算用电量接近实际用电负荷[3]。如果出现建筑物与配电房之间供电距离较远的情况，需要合理控制电压损失，其控制方式有增大导线截面积等。但是，一般情况下，低压线路的供电半径应该控制在250 m以内。尤其是开闭所和配电房位置的设置要严格遵守相关工程技术规范。

3.2 变压器节能设计

变压器在建筑物整体的电气节能设计中占据着重要位置。对于变压器的节能设计，需要重点关注变压器的电能损耗问题。一般情况下，变压器电能损耗的原因主要包含两方面：一是变压器的空载损失；二是变压器的负载损失。如果整个配电系统中变压器的负载率相对较低，就会存在不同程度的空载问题，使变压器自身的损耗变大，严重降低变压器的运行效率，增加了变压器的电能损耗[4]。因此，对于变压器的节能设计，需要从用电的重要程度、用电性质、用电容量以及运行方式等方面综合考虑，尽可能规避变压器的电能损耗问题。例如，如果民用建筑物中居民用电量之间的差异较大，设计人员需要考虑设置两种不同规格的变压器，当建筑物整体用电负荷较小时，就可以采用小型变压器以减少在使用大型变压器时所造成的电能损耗问题。而在正常大用电负荷的情况下，则采用大型变压器以保证供电系统的正常运行。通常情况下，变压器的负载率一般设置在80%左右，并结合实际用电情况，设置一定比例的设计余量，这主要是方便建筑物在交付后产生新增用电负荷，不用再对配电房进行重新改造。此外，在设计过程中还应重视变压器类型的选择，不同变压器类型起到的节能效果存在较大的差异，以SCB 13-30型干式电力变压器为例，其空载损耗为150 W，负载损耗为710 W，产品的空载损耗相较于SCB 11-30型干式电力变压器低20%左右，具有更好的节能性能。

3.3 电动节能设计

电动节能设计也是电气节能设计的重要组成部分。一般在民用建筑物中电梯、水泵、消防风机会占有很大的比重，这些电动机在连续负荷的情况下会造成用电损耗，如果实际运行过程中用电系统的输出功率有所提升，就会与建设用地的负荷量发生冲突，在这种情况下，电动机损耗也是不可避免的。因此，对于可以从两方面进行电动机的节能设计，一方面是电动机的工作效率，另一方面是电动机的功率因数。对于电动机工作效率的调整，主要依靠变频装置来实现，结合建筑物在实际使用过程中的负荷量，设定电动机自身的运行转速，以满足实际节能需求[5]。当然，对于电动机的节能设计，在满足相关设计规范要求的情况下，要注意采取合理的运行方式，以降低电动机运行对电网造成的冲击。尤其是对大功率的电动机，应尽量采用星三角降压、自耦降压或变频启动方式，保证电动机能够平稳启动。此外，当电动机存在轻载现象时，可以采取降低电动机转速或打开阀门、风门的方式，减少电动机在实际运行过程中的部分电量消耗。

3.4 水暖系统节能设计

现阶段，建筑物中存在空调、供热、供水等水暖系统，这些水暖系统的运转同样需要各种能源的供给。其中比较典型的就是空调能源、热泵机组能源、电辅助制热等。在电能消耗方面，空调的电能消耗占有很大的比例，其节能设计的优化效果也是最为明显的。因此，空调系统的节能优化设计是至关重要的，一方面可以积极引进地热、太阳能、风能以及自然通风等新能源，加强对新能源的利用，另一方面可以积极引进先进的优化设计方案，如节能模糊联动控制技术等，从多维度对水暖系统进行节能设计，以满足建筑空调的实际需求。此外，在设计中空调系统要尽可能采用变频空调设备，通过变频降低对电能的损耗。

3.5 安全系统节能设计

建筑工程的安全性是整个设计和建设过程中需要优先把控的，所以在这方面的能耗也相对较高。其中，比较常用的安全系统涉及监控、电动门窗、防火报警、排烟防风以及消防泵房等，这些安全设备一般都是需要长时间持续不间断运行的，会消耗大量的能量。这就需要在设计阶段结合建筑物的安全性能要求，对安全系统的设计进行优化和精简，并采用楼宇自控系统，最大程度地提升安全系统的自动操控和调节能力，以实现建筑安全系统的节能[6]。

4 建筑照明节能设计要求

建筑照明节能设计的首要任务是保证照明设计能够满足用户的实际使用需求，尤其是一些特殊的要求。然后在此基础上，尽量选用一些高效的灯具以满足照度、色温要求，从节能角度合理把控照明系统的设备配置。此外，建筑照明系统的节能设计还需要考虑到建筑的其他系统，以进行综合全面的把控，使其符合整个建筑的节能设计要求。例如，照明系统的形式和风格需要与建筑主体结构和外观保持一致。建筑照明节能设计要在符合国家相关行业标准规范的基础上进一步实施开展。

5 建筑照明节能设计

针对于建筑照明节能设计，整理了六点，分别是：照明节能方案设计、照明技术优化设计、合理选用节能灯具、合理控制照明系统、提高系统功率因数、引入自动化控制技术，下面将展开说明。

5.1 照明节能方案设计

进行照明节能方案设计需要全面了解建筑照明的需求，在建筑照明设计的相关规范和标准指导下，对照明系统中的设备和照明方式等加以选择确认，使设计方案具有一定的可行性。随着新能源的不断产生与应用，在建筑工程照明系统中也应加强对自然光源的利用，在满足照明需求的基础上，适当减少照明设备的数量和功率，例如，太阳能光伏发电就可以应用在夜间照明系统中。此外，照明节能方案设计需要注重照明灯具的选择，据相关数据统计，合理的照明灯具选择能够降低30%左右的光源消耗。因此，对于照明节能方案的制定，设计人员需要综合考虑建筑物的环境因素、光源需求、照明灯具的规格与类型等。

5.2 照明技术优化设计

照明技术的优化需要与电气节能设计相结合。照明系统中除了照明灯具，还会涉及照明线路，而照明线路中通过电流时就会产生电阻，造成额外的电能损耗。对此，照明电路应尽量选用电阻较小的导线，同时通过合理控制导线的长度和横截面积等，将电能消耗控制到最低。建筑照明系统中照明度的设计也是十分重要的，要遵循相关标准规范和照明要求，以保证照度值的科学、合理[7]。

另外，照明技术优化设计还需要吸纳一些先进的照明技术，并选用创新型的节能设备。近年来应用较多的就是LED照明技术，这种技术具有电能消耗低、使用寿命长等优势，并且能够很好的满足用户的照明需求。照明功率密度值LPD是评价照明节能性能的重要指标，相关规范中对不同类型建筑物的LPD值进行了规定和约束，其设计原则是要符合规范规定的现行值或目标值，设计人员要以照度标准值为设计依据，核算灯具安装数量，达到节能的效果。

5.3 合理选用节能灯具

建筑照明节能设计的重要应用对象就是节能灯具。节能灯具的选择要根据建筑物内部的室内功能配置要求来定，然后综合考虑建筑物的整体配置，将节能的设计元素融入进去，这样能够有效避免因灯具选择不合理造成的能源消耗过多。总体来说，建筑物的类型越多，其照明需求空间就越大，对照明灯具的数量和类型都会产生较多的需求[8]。

如果整个建筑物的室内外空间都能够选用节能灯具，会在很大程度上提升建筑物的节能性能，如果建筑物对照明灯具没有特定要求，就以荧光灯和LED灯具为主。光源也是照明系统中的重要组成部分，结合室内运行的实际需求。光源需要与照明系统实际需求相匹配，因此，采用何种形式的光源是需要综合考虑建筑物的工程情况、光源使用场所以及照明实际需求等因素的。设计人员对光源的设计主要是从光源的启动时间、照度要求、照度质量以及光源使用年限等多方面综合考虑的，需要选择最优的光源配置方案。

5.4 合理控制照明系统

照明系统在实际运用过程中需要选用合理的控制方式，这与照明系统所处的环境和照明功能特性有关。通常情况下，如果照明场所的空间范围有限，则需要采取一对一或者二对一的控制方式，如果照明场所的空间范围相对较大，则整个空间范围内配置的照明灯具也就较多。在这种情况下，设计人员需要对照明区域进行合理的划分，结合各个区域的照明特点和实际需求，配置相应的光源，并尽量采用多对一的控制方式。例如，在建筑外部道路的路灯设计中，可引入智能控制系统，通过对光学传感器信号、声学传感信号做出采集，然后自动控制路灯的开关，并对所需要的亮度进行控制，使其更具节能性，如图1所示。此外，对于一些公共走廊、大堂区域等公共区域的照明，可以采用红外感应或者声光控制的方式，也可以采用智能照明控制或感应控制方式，这样就能有效缩短照明系统的使用时间，进而达到照明节能的效果[9]。

图1 照明智能控制系统

5.5 提高系统功率因数

在建筑照明系统中，无用功率主要由电感元件产生，其存在会直接影响对电能的利用。因此，为了更好地使用电能，避免发生浪费问题，需要采用电子镇流器将补偿电容器安装好，有效降低无功效率，提高用户的功率因数，满足照明节能设计的需要。

5.6 引入自动化控制技术

建筑照明系统节能在设计期间，还有高度重视处理优化控制方面内容，通过先进化、现代化的控制手段，进一步优化运用建筑照明系统，从而在后续使用期间防止产生损耗严重的情况。例如在建筑照明系统中，当前应用十分广泛的节能方法之一就是自动化控制技术，采用感声以及感光等传感器，灵活调控照明系统，在不需要时防止出现长期照明的情况，与此同时，还能实时调节光照强度，从而优化控制能耗损失。

6 结语

综上所述，建筑物电气节能设计和照明节能设计是建筑工程设计的重要组成部分，直接关系到建筑物的使用效果和长期效益。而建筑物的规划与建设需要满足社会可持续发展的长久目标。对此，设计人员就要在相关行业标准规范的指引下，充分结合建筑工程的总体情况，对建筑电气系统和照明系统进行科学、合理的设计，在满足用户需求的基础上将节能环保因素纳入其中，优化和改善节能设计的应用，提升建筑工程的节能环保特性，推动建筑工程的可持续发展，从而造福于民、造福于社会。