建筑电气节能设计及绿色建筑电气技术探讨

李文超

摘 要：为了更好促进绿色建筑建设及发展，就需要做好对建筑电气节能设计及绿色建筑电气技术的研究。基于此目的，通过文献研究法、调查法、观察法等，阐述了绿色建筑的意义，从电气设计达不到行业标准要求、缺少科学合理的电气设计两个方面分析了建筑电气节能设计中存在的问题，从供配电系统节能设计、电气照明设计、电梯设置、门窗设计方面探讨了建筑电气节能设计的要点，从线损控制、暖通空调、电动机设备、变压器等方面分析绿色节能技术的应用。通过实践证明，建筑电气节能设计及绿色建筑电气技术应用，能够有效实现建筑使用中的能源消耗控制，对绿色建筑的发展具有重要意义。

关键词：绿色建筑；节能设计；电气系统；电气技术；环保设计

中图分类号：TM747                                    文献标识码：A                             文章编号：2096-6903（2023）02-0007-03

0 引言

建筑电气设计一直以来都是建筑建设中非常重要的组成部分，其整体设计效果会直接影响到后期建筑的使用效果，受到生态环保观念及可持续性发展的影响，如何在建筑电气设计中渗透节能设计理念，成为建筑行业重点关注的内容。面对这种情况，建筑行业在建筑建设中，需要认识到绿色建筑及电气节能设计的重要性，把握好建筑电气节能设计的各个要点，并将绿色节能技术科学合理的应用，以此来推动建筑行业的稳定、绿色、持续和健康发展。

1 绿色建筑的意义

1.1 有助于建筑经济持续发展

绿色环保是国家及社会发展中需要重点关注的内容，各领域都在倡导绿色环保，尤其是建筑行业，绿色建筑成为其发展的方向，这也体现出建筑经济与生态协同发展的趋势。在传统建筑经济发展中，生态遭受严重破坏的问题十分凸显，增加了经济发展所造成的负面压力，而绿色建筑的发展改善了这一问题。绿色建筑有效降低了能源消耗，有效控制了建筑对生态的污染，使建筑能源消耗控制在较低程度，进而为建筑经济的持续发展提供了助力[1]。

1.2 促进绿色节能技术的进步

建筑设计采用绿色节能设计，是对绿色节能设计的一项考验。科技是生产的第一动力，而生产通常也是科技技术的助推力，绿色建筑的发展将会进一步促进绿色技术的优化及发展，两者形成互为影响关系。新旧技术更迭是发展趋势，绿色技术跟随建筑领域的发展会不断更新，绿色技术的应用范围及功能也将持续拓展，进而对现代化社会的建设与发展产生推动作用[2]。

2 建筑电气节能设计中存在的问题

2.1 电气设计达不到行业标准要求

建筑行业发展中，工程建设规划中电气设计部分的节能标准对电气设计工作的开展提出了新要求，需要电气设计人员确保其设计方案达到行业的节能标准要求。但从现阶段实际情况来看，很多电气设计人员并没有全面掌握和明确认识行业对电气设计的节能要求标准，设计中存在不科学设计和凭经验设计等情况，这也导致很多电气设计工程并没有满足设计标准。

通过对部分工程的深入探索，可发现这些工程中，很多电气设计都未满足国家及行业对建筑电气设计的节能要求标准。对此类情况进行分析，主要原因是一些设计人员在电气设计中，只是根据地区用电情况、用电需求进行分析，并没有将“节能”理念貫彻进工作中。这也导致建筑在实际使用中出现建筑电气消耗量居高不下的情况，对业主产生额外的经济负担。

此外，从建筑建设整体领域出发考虑，可发现在当前建筑领域中，建筑消耗的资源类型多、数量大。不论是从行业角度出发，还是从企业个体出发，这一现状都与节能发展理念相悖。

为缓解、整治这一问题，政府相关部门应给予高度重视，强调各建设企业应当全面落实绿色建筑，遵守绿色建筑各项指标，以政府颁发绿色节能文件为建筑设计的基础资料，将绿色节能体现在建筑设计中，促进绿色能力理念在建筑建设中的有效落实[3]。

2.2 缺少科学合理的电气设计

通过对当前建筑行业的发展及建筑企业的运营现状来看，电力资源是其中必不可缺少的一项，并且随着社会的进步，电力资源在建设项目中的重要性越来越高。电力资源在建筑项目中是不可替代的，其对建筑设备的运行及用户用电的需求有着直接的影响，因此需要做好电气节能设计，来实现电力资源消耗的控制。现阶段建筑电气设计还普遍存在诸多问题，如电气系统的设计缺乏科学性、实用性和有效性，设计没有达到相应的标准等，这都导致建筑建设及后期使用中能耗的增加。此外，这一现状的出现，也有着相关公共部门不作为因素存在，建筑电气设计没有有效的约束条件限制，使得很多电气项目都有电力资源无意义损耗情况[4]。

3 建筑电气节能设计

3.1 供配电系统节能设计

变配电房尽量设置在负荷中心，减少低压侧线路长度，控制线损，配电线路全长压降应小于5%；三相负荷尽量均匀分配，三项不平衡度应小于15%。优先选择噪声低、损耗低的干式变压器，长期负载率应小于85%。低压测采用无功自动补偿方式，采用自动投切装置，使功率因数始终高于0.9。对大容量、稳定负载、长时间运行的低功率因数耗电实施采用并联电容补偿方式[5]。

3.2 电气照明设计

在电气照明设计中，按照《建筑照明设计标准》GB50034-2013规定的标准进行，包括照明标准、眩光值、LPD等要求。后续需要二次装修的，要做好电量预留，严格按照《全国民用建筑工程设计技术措施——节能专篇》标准进行。

在达到炫光限制标准的基础上，选择高效率照明灯具，室内灯具效率应大于60%，照明灯具尽可能选择有较高反射比的反射灯罩。照明灯具的位置设计，应在满足美观与安装高度限制这两个前提下尽量处于低位，这是节能的一种有效途径。节能灯使用时，要优先选择电子镇流器或者节能型高功率因数电感镇流器，要求所选镇流器运行功耗低于20%，谐波含量低于15%。通过镇流器输出高频实现节能灯的发光稳定和无频闪，促进发光效率的提升，达到节能效果。镇流器要严格满足国家设定的能效标准[6]。

不同的建筑物具有不同的特点及功能需求，在電气照明设计中，要结合具体的建筑物进行节能设计。以建筑物的功能为参考数据对其照明系统进行设计时，对于体育馆场建筑，须按要求采用分级控制。大型的体育场馆都能做到单灯控制。

对于候车厅或者港口等公共空间，一般为集中控制方法，并根据外部自然照明设计照明光亮，采用适时调节照明亮度控制方法。

对于影剧、报告厅等场所，可采用调光方式控制。如果是博物馆等对光照有特殊需求的建筑场所，多会采用智能控制、分成集中控制方式，使室内空间光照如室内整体设计相符。

对于走廊或门厅等建筑空间，包括学校、商场、影院、剧院、楼梯间等公共建筑空间光照系统，一般选择集中控制方式，并根据建筑的功能特性以及自然采光率，合理设计照明系统、分组控制系统，部分空间需要做到适时调整光照功能，人流较少的空间地段，采用声控、自熄开关等。

对于旅馆门厅、客房走廊等建筑空间，采用照明控制系统多为自动调光。医院等建筑空间为分组设计，在夜间部分照明系统一般为关闭状态。

景观照明多为集中控制方式，并且可以根据景观活动来实现不同的光照方案，如光控、时控等智能方式，还可以手动控制，同时还设有深夜灯光自行削弱、分区节能控制功能。道路光照一般根据地区的光照来综合设计照明系统的开关时间，以光控、时控结合方式进行，同一照明系统内的照明设施设分区或分组集中控制。

3.3 电梯设置

合理选择电梯与步梯，以节能设计为出发点，应用步梯自行启动与关闭控制措施，将电梯能耗控制在2.5 kwh/（t·km）内。建设内电梯数量大于2台时，采用并联控制是最佳策略，建筑内电梯数量大于3台时，采用群控控制是最佳策略，两台及以上电梯电源容量的计算应计入同时系数。

3.4 门窗设计

建筑物门、窗都采用智能管理系统，以达到降低能耗目的。

4 绿色建筑电气设计应用

4.1 绿色节能技术在线损控制中的应用

建筑中电气系统结构庞大而复杂，其中产生的线路电能损耗也是设计人员需要着重关注的。根据多个因素对低压线路的截面进行选择，对线损的管控可以从选择材料入手，使用低电阻材料可以大幅降低电力系统中的线损。电力系统线路的设置要尽可能避免走弯路情况，变压器与负荷的中心距离要缩到最小，以减少线损，实现绿色节能。正确选择配电间，合理铺设电线，不仅可以缩减电线材质的支出，同时也可以控制线损。在建筑电力系统电路铺设中，宜选择最短路径，且铺设环境要具备一定的通风散热能力，避免高温持续对线路造成影响。根据建筑电路设计需求，选择科学导线截面积，可显著提升线路的导能性。

4.2 绿色节能技术在暖通空调中的应用

在电气系统建设中，自动控制方面存在有明显不足，缺少必要的科学性，由此导致通风供暖、空调系统及相关设备在应用中产生大量的电力消耗，其中很多资源都是无意义消耗，也就是运行损耗[3]。

获取电力资源消耗量化数据，再直观对比数据，可发现暖通空调所造成的消耗是最高的。因此，必须要对建筑工程项目当中的暖通空调能源消耗进行控制，对空调的接口位置处，可以进行低电流的传感器的科学合理放置和应用，这样有利于对风速、HVAC温度等各项数据进行准确合理的检测和分析。

在这一基础上，可以通过实时有效的监督和控制，保证智能接口可以得到合理应用，以此来实现对空调的控制，最终导致节能的根本目的。

暖通空调系统在运行时还需要借助电气设备来支持，这些电气设备长期运行中势必会产生大量热量，若排热存在不及时，就会对设备运行性能及效果产生影响，增加设备电能损耗。

在进行系统设计时，要确保电气设备运行中能够有效散热，且在对空调通风的系统排风热集中收集时，设计也要符合要求标准，做好回收设备的合理选择，如果通风要求并不高，优先选择自然通风方式，从而对设备运行所消耗的电能实现节省。

4.3 绿色节能技术在电动机设备中的应用

电气系统中关键设备其中之一便是电动机。电动机运行效率直接影响建筑电气系统能够发挥的作用，其重要性可见一斑。在建筑电气系统中，应用绿色节能技术，以达到控制电动机能源损耗的目的，具体可通过调整功率来进行。

比如杭州某中小型医院，医院日常电能消耗极大，对医院财政已形成压力，为此医院积极展开建筑改造工程，电动机设备中应用绿色节能技术，引进节电器的使用，其将电动机实际工作电压、电流当作取样的对象，对负荷的变化实现自动化和实时化监测，进而对电动机电源、电压等适时调整。在轻载状态下，能够把电动机供电的电压自动控制在最佳的需求标准，从而有效实现无功损耗、有功损耗的降低。同时，还可以更换了新式的高效节能电动机，具有更高效率，通过电容器减少线路中的损失，并且减少电动机空载与轻载复合，可使电动机损耗可降至最低。新式电动机也能拥有自行根据需求调整转速的功能，以负载实际数据确定转速，满足绿色节能要求。此外，在电气系统绿色节能改造中，对功率大于45 kw的电动机单独设立电压表等配套设备，用来实时获取电动机运行数据，避免出现不易察觉问题而导致出现电力浪费。

4.4 绿色节能技术在变压器中的应用

城市中建筑多为高层建筑，而高层建筑采用的供电方式大都是高压供电，那么如何确保供电系统的稳定性是关键，这其中变压器发挥着重要作用。但变压器对电能的消耗很大，为了降低其耗能，应当根据建筑特性与节能设计需求正确应用变压器，控制电气系统的能源损耗。

变压器损耗在两个方面体现：一为变压器铁损。这是由铁芯涡流、漏磁损失而造成的，损耗程度与铁芯加工工艺有直接关联。在变压器选择时，应优选绿色节能类型的变压器。比如铁芯采用硅钢片连续的卷制，在无缝连接状态下，能源损耗会减少50%。二为变压器线损。可以选用阻值较小绕组的择铜芯变压器。因为传统变压器中，约有1/2的负载都未投入实际应用，造成能源损耗。为控制变压器产生的能耗，设计人员在保障电力用户需求满足的基础上，尽量使变压器在80%左右的利用率状态下工作，达到节能降耗的目的。

5 结语

在当前社会环境中，建筑设计应当响应政策要求，积极落实生态环保、绿色节能建设目标，这不仅可保护生态环境，缩减能源消耗，同时也可使建筑建设经济效益最大化，助力自身在当前社会稳定、可持续性发展。

参考文献

[1] 杨杰.对于建筑电气节能设计及绿色建筑电气技术的探析[J].现代装饰（理论），2016（11）：202-203.

[2] 侯盼.绿色建筑电气技术及建筑电气节能设计的探讨[J].中国建筑装饰装修，2022（8）：86-88.

[3] 黄国龙.浅析建筑电气节能设计及绿色建筑电气技术[J].江西建材，2022（2）：145-146+151.

[4] 2018全国绿色建筑应用技术高峰论坛暨《智能建筑电气技术》杂志编委换届大会在苏州成功举办[J].智能建筑电气技术，2018，12（2）：105.

[5] 牛美英，渠基磊，牛晓波.建筑电气节能设计及绿色建筑电气技术研究[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2021（12）：191-193.

[6] 李莉芳，沈飞.绿色建筑电气节能设计与能源管理系统可行性研究及解决方案[J].现代建筑电气，2021，12（1）：8-12.