民用建筑电气设计中绿色节能技术的应用研究

摘 要：当前国家提出可持续发展战略，绿色节能将成为建筑行业的全新发展方向。民用建筑电气设计效果对建筑的整体能耗及环保效果具有较大影响，为此需在设计过程中合理应用绿色节能技术。本文总结了民用建筑电气节能技术应用的原则，对民用建筑电气设计中绿色节能技术的应用策略及注意事项进行了深度分析，并列举实例，总结绿色节能技术应用经验，希望为设计人员提供参考。

关键词：民用建筑；电气设计；绿色节能技术文章编号：2095-4085（2024）03-0173-03

0 引言

当前，我国城市化进程日益加快，建筑行业取得了巨大发展。与此同时，各类民用建筑高能耗、高污染问题却日益突出，严重影响了我国经济社会的持续健康发展。为此，民用建筑设计人员需分析电气设计中存在的问题，结合实际情况调整完善设计方案，将绿色节能技术融入电气设计中，以降低民用建筑能耗，减轻对生态环境的影响，进而促进民用建筑行业的稳定健康发展。

1 民用建筑电气设计中绿色节能技术应用的原则

民用建筑电气设计内容相对复杂，如设计质量不佳则可能导致能耗增加，并影响节能环保效果。为此，需高质量完成电气设计，并在设计方案中融入绿色节能技术。现阶段，电气设计中绿色节能技术种类日益增多，为保证相关技术应用的合理性，设计人员需把握如下原则。第一，节约无谓消耗能源。在实际应用绿色节能技术的过程中，设计人员需明确与民用建筑功能无关的能耗，节约无谓能源消耗，比如电能传输线路功率损耗、变压器功率损耗均属于无谓消耗能源，可通过合理的绿色节能技术减少能耗［1］。第二，充分考虑经济效益。民用建筑电气设计过程中，设计人员需充分考虑应用绿色节能技术的成本及相关技术的运行费用，并分析投资回报，选择经济适用的绿色节能技术应用于电气设计中，以保证相关技术达到预期应用效果。第三，满足建筑功能要求。电气设计应用绿色节能技术过程中，需满足建筑功能要求，要确保建筑运输通道的通畅性，保证建筑显色指数、色温、照度、舒适度、进风量等功能正常实现［2］。

2 民用建筑电气设计中绿色节能技术的应用策略

2.1 线路绿色节能技术

民用建筑电气系统复杂，内部包含多条线路，线路能耗是影响节能环保效果的主要因素，为此需在电气设计中合理应用线路绿色节能技术。第一，在选用导线的过程中需关注其电阻率，选用铝线材料、铜线材料等电阻率较低的导线，并保证导线的性能及质量符合要求，适当控制导线成本。第二，设计人员需结合民用建筑内部结构及实际用电需求合理设定线路走行方向，控制供电线路距离。建议将变压器与供电设备之间的距离设定为200m以内，采用10kV线缆作为出线线缆，以减少线缆成本损耗，达到节能降耗的效果［3］。第三，在线路设计中需整合小负荷线路，适当增加供电线路截面积，避免使用过长的导线，可增加短线路整体数量，不得采用300mm2线缆，以减少电能浪费。第四，输电功率维持不变的条件下电流强度与电能损耗量为正比关系，与电压为反比关系，因此可在相关标准允许的电压波动范围内适当增加电压，以节约电能。

2.2 供电系统绿色节能技术

为实现供电系统绿色节能，需适当增加功率因数及运行电压，并减少导线电阻及无功功率水平，降低系统中线路产生的损耗。第一，设计人员需结合民用建筑用电设备情况、负荷容量、供电距离等因素完成供配电系统的设计，并合理选择供电电压，简化供配电系统的整体结构，将相同电压供电系统变配电层级数量控制为1～2级，并提升系统的可靠性［4］。第二，选择距离负荷中心较近的位置建设变电所，并在不同变电所间设置联络线路，结合负荷情况将部分变压器切除，以减少电能损耗总量。第三，在供电系统设计过程中需依据电流密度选择导线截面，以降低电能损耗量。如民用建筑采用环形供电模式，则需将传统的开式网运行模式调整为闭式网运行模式，并提高电压等级，加装并联补偿电容器，选用适宜的电气设备容量，以达到绿色节能的效果［5］。

2.3 变压器绿色节能技术

相关研究分析认为，变压器损耗包括两方面。其一是空载损失，变压器在空载状态下电流极小，铜损失可忽略不计，电能损失与铁损相近。铁损的形成与涡流损耗、磁滞损耗相关，在电压稳定的状态下铁损几乎不发生变化。其二是负载损失，变压器处于有载状态下，电流通过线圈后可产生一定电能损耗。为降低变压器能耗，设计人员需依据上述因素采取有效的措施。第一，减少空载损耗。空载损耗为铁损，包括漏磁产生的损耗及铁心涡流产生的损耗，其具体数值与铁芯制造工艺及选材具有相关性，与负荷无关，为此设计人员需优先选用节能效果更佳的干式变压器或油浸变压器［6］。第二，减少负载所致损耗。负载损耗属于变压器线损，其数值与电流及电阻相关，因此可选用铜芯变压器等电阻较小的变压器。第三，合理选择负载率。依据相关研究，变压器负载率控制在75%～85%能够明显降低能耗，因此需通过调节变压器运行过程中的实际容量控制负载率，在变压器使用期限内预留一定的余量，以达到最佳的节能环保效果。第四，调整减压器运行方式。在设计变压器运行方式的过程中，需合理分配变压器负荷，选用电力负荷、容量相互匹配的变压器，相同变电站内的变压器需采取并联运行的模式，并结合民用建筑实际用电负荷变化情况调整并联台数，使变压器处于低耗高效的运行状态。第五，其他措施。设计人员需分析民用建筑中非线性用电设备形成的高次谐波，通过对其数值的调整降低变压器能耗，并通过平衡三相负荷、调整运行环境温度、选择适宜的接线方式等措施达到绿色节能效果［7］。

2.4 电动机绿色节能技术

为有效降低电动机能耗，需提高电动机的功率因数及工作效率。相关研究资料证实，高层民用建筑中水泵、风机、电梯等设备均通过交流电动机供电，而交流电动机在运行过程中产生的电能损耗量较大，进而影响民用建筑的节能环保效果。为解决此类问题，可采用如下措施：第一，民用建筑设计中选用效率及平均功率因数较高的电动机，如Y、YZ、YZR等高效电动机能够减少电能消耗量，但此类电动机费用偏高，因此需结合民用建筑情况合理选择。笔者认为，民用建筑电动机每年持续运行时间超过3 000h、负载率超过0.6、电动机运行过程中无需多次进行启停操作、单机容量大者可选用高效电动机［8］。第二，合理应用变频调速技术，使电动机能够在低负载状态下自主改变转速，进而实现节能环保的效果。目前应用的变频调速技术主要利用变频器及辅助控制装置完成输入电压与频率的调整，调速的精确度及效率较高，自身损耗小，可将其应用于高层建筑风机、电气、水泵电动机中。第三，在应用电动机绿色节能技术的过程中，需不断完善控制技术，采取有效的方案减少电动机的启动制动次数，以达到最佳节能环保效果（如图1）。

2.5 照明系统绿色节能技术

照明系统是民用建筑电气设计方案的重要组成部分，也是影响民用建筑节能环保性的主要因素，为此设计人员需在照明系统中合理应用绿色节能技术。第一，照明节能设计。照明节能设计的主要目的是在满足照明要求的基础上减少光能损伤，降低照明能耗，进而达到节能环保的效果。在照明节能设计的过程中，设计人员需结合建筑结构特点合理利用自然光，使自然光与室内照明有效融合，进而减少人工照明所致电能消耗。同时，设计人员需在满足视觉要求、照明功率密度、照度标准的前提下合理设定单位面积灯具安装数量，并选用高效光源。比如在厂房、体育馆、车间等场所照明中，可选用照明效率较高的金属卤化物灯、高压钠灯，在居民室内照明中可选用紧凑型荧光灯。在灯具中可应用性能优良且能耗较低的附件，如节能电感镇流器、电子镇流器、电子变压器、电子触发器等，并配备具有一定补偿作用的灯具。在照明节能设计中也需选择适宜的控制方式，可依据自然光照的变化情况选择电气照明的点亮范围，并采取增加开关点、分区控制等模式，转变照明全开的方式。也可增设节能总控开关，在走廊、楼梯间等区域设置自熄节能开关，对公共场所照明实施集中遥控管理［9］。第二，改善配电系统功率。适当提高配电系统的功率因素能够有效减少无功率损耗总量，进而达到绿色环保的效果。在设计过程中，应优先采用同步电机等功率因数较高的用电设备，并采用静电电容器完成无功补偿，进而改善配电系统功能，减少电能损耗总量。

2.6 空调系统绿色节能技术

民用建筑空调系统耗电量较大，为达到节能环保的效果，需合理应用绿色节能技术。具体开展空调系统设计的过程中，设计人员需对屋面及墙体实施绿色设计，通过养护植被等方式减少阳光直射量，并在屋顶设置绿色植物，采用隔热材料，以有效调节室内温度，进而减少空调系统的使用时间，节约电能。同时，设计人员可在空调系统中引入智能技术，对空调进行远程控制，从而减少空调运行过程中的电能消耗总量［10］。

3 民用建筑电气设计中绿色节能技术应用的注意事项

民用建筑电气设计中，需明确绿色节能技术应用的注意事项，以保证相关技术达到预期的应用效果。首先，设计人员需提高对绿色节能技术的重视程度，并加强对相关内容的学习及研究，明确设计应用要点，评估设计风险，确定合理的设计方案，以达到最佳设计效果。其次，在民用建筑电气设计中需积极引入太阳能、地源热泵、风能等新能源，以达到最佳的节能效果。最后，相关部门需加强组织管理，协助调节绿色节能技术应用中存在的问题，以促进电气设计质量及节能环保效果的同步提升。

4 实例分析

某展览馆为两层建筑，建筑高度约为12m，建筑总面积为7 500m2。设计人员在电气设计中合理应用绿色节能技术，并取得了良好的应用效果。第一，配变电系统设计。该工程配变电房设置于主体建筑结构东南方向附属建筑内部，共有干式变压器2台，均为非晶合金变压器。此类变压器主要特点是空载损耗较低，用电效率高，运行稳定，使用寿命较长，且具有高效及高功率因素的优势。同时，设计人员在该工程的供电系统中加入无功率补偿装置，可明显提高供电的整体质量，提升设备的综合利用率，改善供电效率。第二，照明系统设计。该工程内部展示城市建设发展成果，展示区面积为800m2，并包含会议室、监控室、体验区、办公区等。为达到节能降耗的效果，设计人员选用智能照明控制系统，该系统中包含输入与输出单元、系统单元等，整体回路简单，线材用量较少，投资成本低廉，并配备软启动及软关闭等技术，可实现对室内照明的自动化控制，进而有效节约电能。第三，光源设计。该工程在光源设计中选用LED灯具，该灯具具有高效节能的特点，配合采用埋地灯、LED灯带等，可明显提高照明的舒适度，并可减少电能消耗量。第四，能耗统计分析。该工程设置智能化能耗统计分析系统，该系统能够智能化分析确定各区域能耗，工作人员可依据系统提供的数据制定干预措施，以减少建筑的总体能耗。第五，光伏发电系统。该工程在屋顶安装光伏发电系统，每年发电量约为5万kW·h，可有效减少电能消耗总量。

5 结语

民用建筑电气设计中合理应用绿色节能技术可降低能耗，保护生态环境，对建筑行业的发展具有积极意义。为此，需结合实际情况制定合理设计方案，综合运用各项绿色节能技术，以实现可持续发展的目标。

参考文献：

［1］戴建莉.浅谈民用建筑电气设计中绿色节能技术的应用［J］.价值工程，2021，40（14）：229-230.

［2］秦长亭，张绪伟，吴明胜.绿色节能技术在民用建筑电气设计中的应用研究［J］.建筑与装饰，2021（6）：168.

［3］钟坤.关于绿色节能技术在民用建筑电气设计中的应用路径试析［J］.陶瓷，2021（2）：126-127.

［4］刘炳苡.解析绿色节能技术在民用建筑电气设计中的应用［J］.建筑·建材·装饰，2021（24）：173-175.

［5］郭合玉.民用绿色建筑电气设计中的节能问题研究［J］.建材与装饰，2021，17（22）：140-141.

［6］杨昊明，王菁，李厥瑾.绿色节能技术在民用建筑电气设计中的应用研究［J］.居业，2020（8）：12-13.

［7］闫泓锦.绿色节能技术在民用建筑电气设计中的应用分析［J］.装饰装修天地，2020（6）：172.

［8］张兴.浅析绿色节能技术在民用建筑电气设计中的运用［J］.装饰装修天地，2020（11）：158.

［9］邬晓波.试分析绿色节能技术在民用建筑电气设计中的应用［J］.四川水泥，2019（5）：100.

［10］刘伟峰.绿色节能技术在民用建筑电气设计中的应用［J］.建材发展导向（上），2019，17（9）：242.