建筑电气设计及节能措施分析

建筑电气设计及节能措施分析

袁家和  

吉林省光大建筑设计有限公司

摘要：电气系统作为建筑中重要的组成部分，承载着艰巨任务，同时也在时代的进步中迎来新的挑战。为了节约资源提升运行质量电气设计工作要不断加强创新。在建筑的电气设计之中，要合理地调配各种设备与能源，以达到合理的能源分配以及科学使用各种设备。如何正确地实施节能措施，最大限度地降低能耗，提高能源利用效率，是当前我国建筑行业发展的一个重点。本文分析了电气设备在建筑设计之中采用节能技术的相关重要性，从提升效果、问题、原则以及措施等方面进行了综合探讨，希望可以达到建筑电气节能的高效设计的目的，从而可以节约能耗，实现环保与节能的双重目的。

关键词：建筑电气设计；节能措施；分析

引言

建筑运行碳排放能否尽早达峰和实现碳中和，不仅关系到我国建筑业绿色低碳发展质量，也关乎我国碳达峰碳中和目标能否如期实现。建筑运行能耗是指建筑在运行阶段用于维持建筑室内环境并保障建筑使用功能的所有终端能源消费量。建筑机电系统作为建筑用能的载体，承担着主要的建筑用能。在绿色高质量发展背景下，建筑机电节能显得尤为重要，双碳目标下，需要将节能和低碳思维融入到全过程机电设计和运维中，从负荷源头开始，应用系统化思维和全过程设计模式，将电气设计与建筑运维融合，并制定长期的节能减碳路径。只有降低建筑用能总量，才能实现建筑碳排放尽早达峰，也只有不断提高可再生能源和建筑电气节能水平，才能逐步实现建筑碳中和。

1节能降耗建筑电气设计的重要性

在保障电气系统运行效率与质量的基础上,为达到有效降低电气能耗的目标,在涉及建筑电气的设计环节中,通过多元化的技术手段与建设理念,对建筑电器的耗能标准进行调整与优化,就是建筑电气节能降耗设计的主要目标与内容。社会是随着能源的损耗而进步的,现阶段我国各项基础能源相对紧缺,在我国居民享受高质量生活、高度城市化居住环境的同时,也能够在日常生活中得以发现,环境污染与能源利用率低、能源过度损耗所带来的现实问题。,仅2021年我国建筑全过程的总能耗便高达21.47亿tce,建筑行业整体的节能变革刻不容缓。相关研究表明,我国建筑能耗在整体社会的总能耗中占十分重大的比例,并且建筑能耗的占比是相对动态的,会随着我国社会经济水平的进步而不断上升。而在建筑项目的建设过程中,电气节能也是整体建筑节能的重要组成部分。时至今日,在国民经济不断发展的时代背景下,各个建筑的电气设备、供电系统所耗费能源的增长速度远远超过了我国发电领域的进步水平,这一问题从而引发了建筑能源供不应求的矛盾,因此建筑电气设计中的节能降耗愈加重要,在整体建筑行业中,遵循节能降耗的电器设计具有十分重要的现实意义。

2建筑电气设计的基本原则

（1）满足建筑物的适用性原则。建筑电气设计应满足建筑物的功能需要，符合人们工作生活的需求。严格遵循国家标准规范，保证设计质量，在保障建筑电气使用需求的同时，提高建筑电气使用的稳定性和可靠性。（2）满足经济效益原则。建筑电气在设计时要综合考虑经济效益，控制建筑电气的初期投资和运行成本，选择合适的节能材料和设备，尽量做到经济合理。（3）满足节能要求。建筑电气设计中节能的关键就是节省不必要的能量损耗，在设计过程中，找出与建筑功能无关且可避免的能量损耗，采取对应的节能措施，保持电力系统传输情况处于恒定状态，降低能源的不必要损耗。并在设计中运用节能理念，利用技术上的科学创新，更加有效地利用能源。（4）应充分考虑适用性，在设计过程中应保证电能的使用处于合理范围之内，并能够满足建筑工程的基础需求，为建筑设备运行提供帮助。

2建筑点设计及节能措施

2.1照明灯具

照明节能是我国能源战略的重要内容，随着社会经济的发展和人民生活水平的不断提高，人们对照明灯具提出了更高的要求。据有关部门统计，目前我国每年的户内电力消耗在3000万kW以上，其中，建筑照明占30%。为了实现电能资源的优化配置与有效利用，要研究并推广高效节能的照明灯具。首先，通过调查分析国内现有各类照明灯具产品的特点，结合当前市场需要，确定照明灯具所应达到的技术指标；其次，根据上述指标选择合适的灯头材料，采用合理的加工工艺，制作出符合各项性能指标的新型灯具；最后，将新型灯具安装到建筑中进行测试验证，以检验其应用。并针对新型灯具在应用中出现的问题，如寿命短、耗电大等，对其结构进行改进，使之既能满足使用功能要求，又具有优良的电性能，从而提高社会效益和经济效益。根据有关规定，未能达到节电技术标准的建筑物不能进行施工竣工检验。为了确保节电，镇流器的耗电量必须小于照明源标称输出功率的15%，谐波浓度也不能超过20%，气体放电灯的整个功率因数也必须达到0.9。除了装饰需求，应选择具有良好光通比率和控光性能的节能照明灯具。户内灯具的工作效率不应小于70%（如果有遮光隔栅，则不小于60%），而户外灯具的工作效率则不能小于50%。

2.2建筑设备节能监测系统功能规划

建筑安装节能监测系统要形成一个完备的信息体系，要有先进的科技、自动化的信息、感测的信息、电脑网络技术。本系统能实时监测、记录某些工程机械的运行参数、运行状态及相关数据。能够对工程机械的突然故障进行实时监测、处理，并对其进行分析、评价，并对有关的参数进行适时的调整，并能够对各类能源的水、电、热的实时监测与预警。在建设项目能源监控体系的建设中，建立监控体系的网络化是建设节能监控体系的首要问题。采用通讯控制器，实现了通讯控制与现场控制的一体化。在建筑设备节能监控中，常用的设备包括现场控制器、执行器等。本系统具有直接给水、恒压供水、开、停控制、检测报警等功能。具备高压水箱供水，高压储罐供水，排水监测及监测。空调送风装置，可实现利用空调的气流自动调节，使其发挥正常作用，调节房间的温度、风量，以控制室内的空气质量。按照操作指令，完成了相应于换热器的温度调节。供电、配电系统能够对供电、供电线路进行实时监控，并发出警报。该系统的主要功能是对双回路的电气系统进行故障报警、检测和计量。电梯的照明及电梯节能系统，应时刻掌握各部位的灯光状况，并根据不同的照明需求，对电梯的运行状况、故障原因及报警处理进行监控。

2.3配电系统设计中的节能技术

配电系统的节能技术设计应用主要以变压器选择、管线分布为主。变压器处于24h工作状态，耗能较大，要实现节能设计就需要合理选择变压器，降低功率损耗，应选用损耗较低、能效比高的节能型变压器。通过节能型变压器来有效控制电压，是为了确保建筑电器设备的运行效果以及建筑物内用户用电的安全。在输电方面，因为当负载的功率因素与输送的功率一定时，电压和线路电流之间是成反比的，因此，在输电方面设计考量时应适当利用变压器来升高电压。此外，还可以通过采用并联运行的方式，以便获得变压器的临界的负载值，以具体使用的负荷量为依据，对变压器的运行进行有效的调整，以实现电气节能目的。在设计中还应考虑建筑群落的规模和发展，针对分期建设的建筑工程应设计多台变压器为具体的方案，避免荷载过程中的损耗。在建筑的配电系统中，最大的电能损耗就是线路，不合理的管线分布让配电过程中的损耗较大，还容易造成电力安全隐患，因此需要科学合理的设计号配电线路。

2.4针对供电系统的节能设计

针对供配电系统与电路设计的调整与优化,是整体建筑电气节能设计中的重中之重。实际的设计环节中需要根据不同建筑的个性化需求以及相关电气设备的类型与耗电程度进行综合分析,应用简单有效的原则对配供电系统进行方位的调整与优化。因此需要加强对电器负荷容量以及不同用电设备自身特点、电能损耗需求、电能、品质需求等问题的关注,从而根据工程需要有意识地挑选最适宜的变压器与配供电系统,以此为电气节能设计保驾护航。除此之外,相关设计者还可以通过智能化的共配电监控系统对建筑内所有的用电设施设备、线路等的能耗进行实时监控与统计。设计师亦或是使用者还可以根据其需求为不同用电设施设定最高用电量,一旦系统检测到某一设施用电量的异常或是达到用电最高峰,便会及时发送警报并对相应设施进行断电处理。充分保障各项用电设备的工作都能按照设计者的构思、计划有序进行,进而达成降低设备电能损耗、提升用电效率的设计和建设目标。

2.5减少线路损耗

当电流通过导线时，电流会因电阻而消散。然而在经过“R”线电阻时，线路长度与电阻值呈正相关。因此，为了减少线路工作时的损耗，可以采用以下4个步骤。（1）需要实际解决的是直线路径，这就需要严格控制线材的长度。（2）为了符合安全标准，保证有效地接收他们提供的辐射能量。（3）不能在选择原料的时候随意选择，要看它的实际用途。（4）在根据横截面选择导体时，要综合截面大小、生产成本和载流量大小采取调整措施。

2.6绿色产品节能

在目前的社会大环境下，伴随着科学技术突飞猛进的进步，各类清洁型电气设备也逐渐走入人们的视线。由于我国特殊的地理位置和自然条件，使得低碳能源开发成为可能，而低碳能源是未来电气设计的发展趋势之一。风力和水力作为自然力中最清洁的可循环能源之一，受到越来越多的关注。光伏发电因具有安全可靠、无污染和不受环境限制等优点而成为提高城市能源质量的重要途径之一。利用建筑物的外立面和屋面等不能有效使用的地区铺设光伏板，以实现建筑物的自我发电和节省电网消耗。当太阳光线不足时，太阳能电池会自动转换为电能存储到蓄电池中；而当阳光充足时，蓄电池会把剩余电量通过逆变器输出给负载设备或其他用电设备。即使在光照强度较大的区域、用电低谷时段，也可将光伏发电建筑反向送至公共电网。

2.7无功补偿

基于建筑电气节能设计工作的开展而言，无功补偿的应用同样也是重要手段，设计人员应该结合建筑电气系统的整体运行状况，合理布置无功补偿方案，由此解决建筑电气系统中因为功率因数较低产生的能耗损失问题。无功补偿方式在建筑电气系统节能中的应用目标就是提升电气系统的功率因数，尤其是对于建筑电气系统运行中出现的电力能源损耗问题予以积极应对。为了有效提升无功补偿在节能方面的作用价值，设计人员还应该重点关注于电容器的优化运用，以便促使电容器的容量可以符合项目施工应用要求，能够最终确保建筑电气系统的功率因数达到0.95以上。

2.8线路的节能设计

合理的电缆截面选型应考虑技术和经济两方面，根据经济选型选择电缆截面，不仅可以节约电力线路的总投资，还可以大大提高电力运行的稳定性和可靠性，确保电气设备的安全、稳定运行。根据《电力工程电缆设计规范》（GB50217-2018），电力线路在设计电缆截面时，宜选择电缆经济截面，也就是按经济电流来进行截面的选型设计。电力电缆由于自身阻抗的存在，将产生功率损耗和电能损耗。电缆截面的大小也决定着损耗的大小及其费用，越细的电缆截面其产生的损耗也就越大，耗费的费用也将增加。增大电缆截面虽然能降低损耗，但也增大了线路的成本，因此应该在两者中间找到一个平衡点，选取一个最为理想的截面，使年运行费用最低。通常称这个理想截面为经济截面Sec，根据经济截面计算出来的电流密度为经济电流密度Jec。经济电流密度Jec与年最大负荷利用小时数息息相关，年最大负荷利用小时数越大，负荷也就越稳定，产生损耗也越大，增大电缆的经济截面，减小经济电流密度。

2.9建筑取暖系统方面的节能设计

在建筑工程电气的设计中，取暖系统的节能设计也很关键，尤其是在我国的北方比较寒冷的地方要更加重视建筑物取暖系统节能设计。首先，我们在设计建筑物的取暖系统时，要尽量避免采用耗电多的非节能型电器设备。在建筑物设计安装取暖系统时，要尽可能选用能效比高的节能型电器设备，可以选用蓄热型的电取暖设备，要尽量多的把太阳能等可再生的能源综合利用，这样既满足了建筑住户的取暖要求，又可以大大减少电力能源的消耗。

结语

建筑电气设计工作在现阶段面临更高要求，为了有效提升建筑电气系统运行效果，设计人员除了要高度关注其运行安全性以及功能性，还需要从节能层面着手，确保建筑电气系统中存在的明显能耗损失问题得到有效防控。

参考文献

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