許保平

（安慶市第一建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，安徽 安慶 246000）

0 引言

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，政府相關(guān)人員越來越重視建筑的節(jié)能問題。在這種形勢(shì)下，綠色建筑成為建筑行業(yè)中新的標(biāo)準(zhǔn)，電氣設(shè)計(jì)是建筑中的重要組成部分，也是后續(xù)在使用中耗能最大的部分，所以在綠色建筑中對(duì)電氣設(shè)計(jì)進(jìn)行深入研究，從安全持久、安全耐久、健康舒適、生活便利、資源節(jié)約、環(huán)境宜居的方面，最大程度上減少對(duì)能源的消耗和降低碳排放量。通常綠色建筑電氣設(shè)計(jì)涉及照明、供電、清潔能源的利用和智能化系統(tǒng)等方面。

1 綠色建筑技術(shù)概述

綠色建筑是當(dāng)前時(shí)代發(fā)展的特殊產(chǎn)物，在建筑學(xué)的角度來看，綠色建筑是一個(gè)較為廣泛的概念，并不是字面意義上的綠色植物，指的是盡可能提升對(duì)自然資源的利用率，并且建筑物對(duì)周圍的環(huán)境無害并且尊重生態(tài)平衡的一種建筑技術(shù)，又被人們叫做可持續(xù)發(fā)展建筑或者是節(jié)能建筑、環(huán)保建筑。該種建筑技術(shù)從建筑構(gòu)件的設(shè)計(jì)，再到相關(guān)構(gòu)件的生產(chǎn)，施工過程中的管理，都以消耗最少的自然資源為原則，并且在施工的過程中不會(huì)產(chǎn)生較多的建筑垃圾。綠色建筑技術(shù)有著消耗自然資源少、使用壽命長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境無污染的特征。另一方面，綠色建筑技術(shù)就是把目前建筑行業(yè)中的高科技技術(shù)都集合起來，進(jìn)行充分使用，盡可能降低對(duì)自然資源的消耗，把對(duì)建造過程中對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生的影響降到最低。該項(xiàng)技術(shù)中有一項(xiàng)較為顯著的特點(diǎn)，是在建造的過程中施工材料會(huì)根據(jù)就近原則選用，基本上使用的都是項(xiàng)目所在地建材市場(chǎng)中的材料，這便減少了運(yùn)輸方面的成本，減少了對(duì)石油資源的消耗。

2 綠色建筑設(shè)計(jì)要素

雖然我國(guó)當(dāng)前各方面的能源儲(chǔ)備都較為豐富，但隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，對(duì)自然能源的消耗速度是極為快速的，所以綠色建筑設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)圍繞以下幾個(gè)要素進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1 和諧要素

任何建筑工程的最終目的都是為了提升人們的生活質(zhì)量或者給人們提供便利，所以在綠色建筑的設(shè)計(jì)過程就要注意和諧要素，注意人與自然之間的和諧相處，人與建筑物之間的和諧相處，建筑物與自然環(huán)境之間的和諧相處。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，要把更多的自然環(huán)境要素和建筑相結(jié)合，盡可能的在建造的過程中保護(hù)好自然環(huán)境，在設(shè)計(jì)方面把人們的舒適、便利、健康作為設(shè)計(jì)原則，這才是未來建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

2.2 節(jié)約要素

在綠色建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中，最為重要的設(shè)計(jì)要素就是節(jié)約。節(jié)約的含義有兩層，一是節(jié)約自然能源，二是節(jié)約土地資源。在改革開放以來，我國(guó)建筑行業(yè)迅速發(fā)展，一座又一座高樓大廈拔地而起，但不論在哪個(gè)城市中，土地資源都是有限的，隨著建筑物越建越多，各個(gè)城市中可以供人們使用的土地面積越來越少，為解決該項(xiàng)問題，綠色建筑技術(shù)和綠色建筑理念應(yīng)運(yùn)而生，在此種條件下綠色建筑的設(shè)計(jì)人員要盡可能提高建筑的空間利用率，在滿足人們使用需求的情況之下，盡可能減少土地面積的占用，實(shí)現(xiàn)用最少的空間滿足人們最多的需求。所以，為了少占用城市中的土地資源，高層建筑就出現(xiàn)了，并且在高層建筑中通常還會(huì)建造儲(chǔ)水池，實(shí)現(xiàn)了對(duì)自然資源的重復(fù)利用，充分體現(xiàn)了節(jié)約資源的設(shè)計(jì)要素，除此之外，在一些高層建筑中，也安裝了小型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏太陽能板，用來把自然中的風(fēng)能和光能轉(zhuǎn)化為電能，進(jìn)一步減少了對(duì)能源的消耗。

2.3 舒適要素

通常情況下建筑的舒適程度和其所消耗的自然能源數(shù)量是呈正相關(guān)的，消耗的自然資源越多，建筑物的舒適度也就越高。但綠色建筑的理念是減少對(duì)自然資源的消耗，這就要求設(shè)計(jì)人員要在保障人們舒適程度的基礎(chǔ)上盡可能減少對(duì)施工材料的消耗，降低對(duì)自然環(huán)境的影響。比如，在傳統(tǒng)的建筑物中想做到良好的隔音隔溫效果就需要使用大量的混凝土來加厚墻體，而在綠色建筑中此種施工方法明顯是不可取的，設(shè)計(jì)人員可以甄選現(xiàn)代中符合條件的高科技材料，這樣就減少了在建造過程中對(duì)混凝土的消耗，既滿足了人們的需求，還減少了建筑物本身的自重，不僅增加了建筑物的穩(wěn)定性和抗震性。還達(dá)到了節(jié)約能源的目的。

3 綠色建筑中電氣設(shè)計(jì)原則

在對(duì)綠色建筑中建筑電氣進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員要把社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、項(xiàng)目環(huán)境等多方面的因素綜合考量，在設(shè)計(jì)方案中要合理利用自然資源，減少能源的消耗，在節(jié)約能源的基礎(chǔ)之上保證建筑物內(nèi)部的空間構(gòu)造合理。通過合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、控制與管理，減少能源和資源消耗，提高資源利用率。設(shè)計(jì)人員可以遵循3 個(gè)方面的設(shè)計(jì)原則[1]。

（1）實(shí)用原則。建造建筑物的最終目的就是給人們的生活提供便利，滿足人們的生活需求，所以在設(shè)計(jì)建筑電氣的過程中也要遵循著實(shí)用的原則，設(shè)計(jì)方案盡量簡(jiǎn)約實(shí)用，使用符合國(guó)家能效標(biāo)準(zhǔn)的電氣產(chǎn)品與節(jié)能電氣產(chǎn)品。

（2）經(jīng)濟(jì)原則。在對(duì)綠色建筑的建筑電氣進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中也要遵循著經(jīng)濟(jì)原則，本身綠色建筑的建造成本就較高，如果在建筑電氣的設(shè)計(jì)中仍舊為了節(jié)約能源去做一些高投入的設(shè)計(jì)方案，很容易導(dǎo)致項(xiàng)目整體超出預(yù)算。

（3）可持續(xù)發(fā)展原則。在電氣的設(shè)計(jì)中要遵循著可持續(xù)發(fā)展原則，尤其是綠色建筑中的電氣設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)人員不能為了達(dá)到綠色建筑的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，盲目的對(duì)電氣設(shè)計(jì)方案進(jìn)行精簡(jiǎn)，要在保障滿足人們需求、綠色建筑的整體工程質(zhì)量的情況下，盡可能減少能源的消耗增加資源的利用率[2]。

4 綠色建筑中建筑電氣設(shè)計(jì)的應(yīng)用

4.1 供電系統(tǒng)的應(yīng)用

在綠色建筑的理念之下，供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要盡可能簡(jiǎn)單的同時(shí)還要安全、可靠。同一用戶內(nèi)，高壓變配電的級(jí)數(shù)不得超過二級(jí)，低壓級(jí)數(shù)不超三級(jí)。各級(jí)數(shù)保護(hù)電器之間應(yīng)具有選擇性，避免接地故障時(shí)，越級(jí)跳閘，擴(kuò)大停電范圍。

根據(jù)項(xiàng)目用電負(fù)荷的容量及分布情況，合理的配置變電站的位置，盡量靠近項(xiàng)目中的負(fù)荷中心，縮短低壓供電半徑，并且根據(jù)實(shí)際情況合理分配的供電網(wǎng)絡(luò)，并從電壓損失情況、熱穩(wěn)定性以及短路保護(hù)三方面進(jìn)行綜合考量，以經(jīng)濟(jì)性為導(dǎo)向原則，盡量按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇長(zhǎng)壽命周期電纜例如配電干線電纜，計(jì)劃好電纜的鋪設(shè)線路，節(jié)約電纜用量，將低電能損耗，減少電壓損失，滿足供電質(zhì)量要求。如項(xiàng)目中多個(gè)負(fù)荷中心時(shí)，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，合理配置變電所的數(shù)量。

負(fù)荷中心按下式計(jì)算：

（Xb，Yb，Zb）=i=0i=n（xi，yi，zi）×EACii=0i-nEACi[3]。

式中：（Xb，Yb，Zb）——負(fù)荷中心坐標(biāo)；（Xi，Yi，Zi）——各用電設(shè)備的坐標(biāo)；EACi——各用電設(shè)備的計(jì)算負(fù)荷。

在供電系統(tǒng)中，變壓器等主要耗能設(shè)備中占比大3%左右，故變壓器本身節(jié)能問題在設(shè)計(jì)中應(yīng)引起關(guān)注。根據(jù)負(fù)荷大小及使用情況科學(xué)合理分配至適合的變壓器，達(dá)到變壓器的長(zhǎng)期工作負(fù)載率在控制75%左右。不但保證了該設(shè)備可以適應(yīng)供電系統(tǒng)中的電負(fù)荷波動(dòng)，還能在一定程度上延長(zhǎng)變壓器的使用壽命。在干式變壓器設(shè)備方面，選擇低損耗、低噪音的節(jié)能型，能效限值應(yīng)滿足《三相配電變壓器能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值》（GB 20052—2013）中規(guī)定，且能效等級(jí)為2 級(jí)及以上的變壓器，在經(jīng)濟(jì)情況允許下優(yōu)先采用S11 及以上系列或非晶合金鐵心型低損耗變壓器。電梯及自動(dòng)扶梯是建筑中廣泛采用的設(shè)備，根據(jù)建筑物的性質(zhì)、樓層、服務(wù)對(duì)象和功能要求，進(jìn)行電梯客流分析，合理確定電梯控制和管理方案，提高運(yùn)行效率，如采用變頻措施及兩臺(tái)及以上電梯采用群控措施等，以達(dá)到減少有功損耗的目的。

另一方面，配電系統(tǒng)根據(jù)負(fù)荷情況及類型采用合理提高自然功率及諧波治理措施，如空調(diào)等容量較大的季節(jié)型負(fù)荷采用專用變壓器供電；在負(fù)載側(cè)集中設(shè)置無功補(bǔ)償裝置，在大功率低功率因數(shù)的用電設(shè)備就地設(shè)置無功補(bǔ)償裝置；對(duì)于單相負(fù)荷較多的配電系統(tǒng)，單相負(fù)荷盡量均勻分配在三相系統(tǒng)中，無功補(bǔ)償部分采用分相無功補(bǔ)償裝置；有大量調(diào)光設(shè)備等產(chǎn)生諧波的電氣設(shè)備處就地設(shè)置諧波抑制裝置；配電變壓器選用[D，Yn11]結(jié)線組別的變壓器；上述措施均很好降低配電系統(tǒng)的無功損耗，減少傳輸過程中電能損耗。

4.2 照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在建筑中，照明使用的頻率最高，在建筑運(yùn)營(yíng)過程中照明耗能占具較大的部分，故合理設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)，是節(jié)能減排節(jié)約能源降低建筑運(yùn)營(yíng)成本的關(guān)鍵之一。

照明設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)照明部位的自然環(huán)境條件，結(jié)合自然采光與人工照明的燈光布置形式和光源，合理選擇照明控制模式，達(dá)到合理工作、學(xué)習(xí)所需的照度要求。

在建筑中，如果白天的采光效果好也開燈照明，這無疑是對(duì)電能的一種不必要消耗。所以，在綠色建筑中為了減少此種情況的發(fā)生；同時(shí)根據(jù)建筑物自身的特點(diǎn)，通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，合理增加導(dǎo)光設(shè)備使用，盡可能在白天的時(shí)候增加自然光利用率。

燈具的布置應(yīng)和外窗平行，根據(jù)燈具布置合理劃分控制分區(qū)，經(jīng)濟(jì)條件允許下預(yù)先選擇智能照明控制系統(tǒng)，在自然采光的區(qū)域，設(shè)置隨室外自然光的變化自動(dòng)控制或調(diào)節(jié)人工照明照度的裝置。在辦公室等照度要求高場(chǎng)所，采用一般照明和局部照明相結(jié)合的混合照明；公共區(qū)域照明采用分區(qū)、定時(shí)、感應(yīng)等節(jié)能控制；這些措施都能最大程度減少了電能的消耗。在光源的選擇上，設(shè)計(jì)人員要秉承著節(jié)能的理念選擇LED 光源，該種光源的原理是利用燈具中間的二極管把電能轉(zhuǎn)化為光能，因?yàn)槎O管的電阻較小，所以在通電的過程中不會(huì)產(chǎn)生過多的電熱能，這就減少了電能的損耗，提升了電能轉(zhuǎn)化的效率，對(duì)電能的利用率高。

4.3 清潔能源的利用

在自然界中風(fēng)能和光能無處不在，此種能源清潔且無污染。風(fēng)力發(fā)電相關(guān)設(shè)備體積較大，對(duì)場(chǎng)地要求較高，并產(chǎn)生噪聲，影響建筑立面效果，并不適合在一些房屋建筑類項(xiàng)目中使用，但是光伏發(fā)電的發(fā)電裝置的體積較小，適合使用在所有項(xiàng)目中，所以利用光伏板吸收太陽能發(fā)電的技術(shù)在綠色建筑中是經(jīng)常使用的技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的區(qū)域大部分為室外，就拿某地區(qū)的房屋建筑項(xiàng)目為例，該地區(qū)的年太陽輻照量為1768～1896kWh/m2，所以在該項(xiàng)目中應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)對(duì)于節(jié)約能源來說有著極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，不僅可以對(duì)其他項(xiàng)目起到帶頭的作用，還能減少對(duì)能源的消耗，增加業(yè)主的經(jīng)濟(jì)效益。

該項(xiàng)目在路邊使用的是太陽能路燈，光源采用的是LED 燈。在蓄電方面使用的是路燈專用的控制器、鎮(zhèn)流器和一體化蓄電池組。只要在白天光照滿足10h 左右就可以在蓄電池組中儲(chǔ)存路燈3d 的光照用電量。

該項(xiàng)目在草坪燈的頂部設(shè)置了太陽能電池，這樣在白天接受光照后就可以直接把電能儲(chǔ)存在電池中，由于草坪燈的功率較小，耗電量不大，所以在施工的過程中不需要布線，也不需要設(shè)置額外的蓄電池組，難度較小。在夜間缺少光照的條件下，自動(dòng)控制裝置會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，把太陽能電池和草坪燈的電路相連接，將其點(diǎn)亮，通常白天10h 的光照可以支撐夜晚8h 左右的照明。

該項(xiàng)目在庭院燈的頂部設(shè)置了太陽能芯片，并在庭院燈的內(nèi)部設(shè)置了免維護(hù)并可以反復(fù)充電的蓄電池組，在白天的時(shí)候，太陽能芯片就可以把光能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存到內(nèi)部的蓄電池組中，在夜晚再使用專用的控制器開啟庭院燈的光源，由于庭院燈的特殊性，該項(xiàng)目把控制器的開啟方式設(shè)計(jì)為手動(dòng)，只有在人們需要的時(shí)候手動(dòng)開啟才能啟動(dòng)庭院燈。該設(shè)備每次自動(dòng)充電完成可以連續(xù)工作10h 以上。

隨著建筑物太陽能光伏發(fā)電大力推廣，如何提高建筑終端電氣化水平，探索出一條建設(shè)集光伏發(fā)電、儲(chǔ)能、直流配電、柔性用電為一體的“光儲(chǔ)直柔”建筑之路是今后待解決的問題。

5 結(jié)語

綜上所述，綠色建筑中建筑電氣的設(shè)計(jì)會(huì)極大程度上推進(jìn)城市的建設(shè)水平進(jìn)步。就目前的情況來看，綠色環(huán)保已經(jīng)成為時(shí)代發(fā)展的主題，在設(shè)計(jì)人員對(duì)建筑電氣進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，要時(shí)刻秉承著節(jié)能環(huán)保的理念，在設(shè)計(jì)過程中融合國(guó)家制定的標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合國(guó)家的相關(guān)節(jié)能環(huán)保政策，使用科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)節(jié)能環(huán)保的綠色建筑，從而為我國(guó)的環(huán)保事業(yè)做出貢獻(xiàn)，給我國(guó)的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略做出貢獻(xiàn)，綠色的建筑電氣設(shè)計(jì)體現(xiàn)了以人為本的設(shè)計(jì)理念，人們堅(jiān)信，推進(jìn)節(jié)能環(huán)保的發(fā)展就是推進(jìn)社會(huì)的進(jìn)步。