盧嘉東

（華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

面對(duì)我國(guó)日益嚴(yán)重的能源緊缺問題，在開展建筑電氣設(shè)計(jì)工作期間，應(yīng)增強(qiáng)節(jié)能理念與加強(qiáng)對(duì)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，確保建筑電氣設(shè)備在滿足使用功能的基礎(chǔ)上，盡可能提高其節(jié)能降耗效果，從而促進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 建筑電氣設(shè)計(jì)中節(jié)能原則分析

1.1 節(jié)約性原則

所謂的節(jié)約性原則，是指通過對(duì)建筑電氣設(shè)計(jì)工作進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，減少建筑能源消耗。電氣設(shè)計(jì)期間，應(yīng)首先確保電氣設(shè)備使用功能的完備性、安全性。在此基礎(chǔ)上，通過合理配置施工設(shè)備、優(yōu)化施工工藝等措施，減少不必要的電能能耗。除此之外，還要從節(jié)能設(shè)備、材料的選擇上進(jìn)行對(duì)比分析，提高能源的利用率，降低設(shè)備后期維護(hù)、管理費(fèi)用。

1.2 適用性原則

為確保建筑功能的完整性，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求開展照明功率密度等參數(shù)的設(shè)計(jì)。同時(shí)，還要提高建筑內(nèi)部特殊區(qū)域的安防設(shè)計(jì)水平。具體設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，不僅應(yīng)當(dāng)對(duì)建筑物外電源情況進(jìn)行分析，還要研究負(fù)荷等級(jí)等方面，進(jìn)而對(duì)供配電系統(tǒng)進(jìn)行合理的配置，增強(qiáng)電氣系統(tǒng)的適用性、節(jié)能性效果[1]。

1.3 安全性原則

在開展電氣設(shè)計(jì)工作時(shí)，還應(yīng)考慮到安全性原則。為保證建筑內(nèi)部人員的安全性，并為相關(guān)人員提供一個(gè)安全、穩(wěn)定的生活與辦公場(chǎng)所，設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮到安全性方面的影響因素，尤其要提高建筑電氣防雷、防靜電等方面的設(shè)計(jì)水平。

1.4 實(shí)用性原則

①對(duì)于建筑電氣設(shè)計(jì)而言，需要滿足人們工作、居住的需求，并為居民創(chuàng)造一個(gè)舒適、溫馨的居住環(huán)境。這一過程中，要對(duì)電能質(zhì)量、負(fù)荷容量等參數(shù)進(jìn)行合理的分配。②設(shè)計(jì)期間不能盲目追求節(jié)能效果而增加節(jié)能設(shè)計(jì)成本，設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)電氣系統(tǒng)的節(jié)能效益與建設(shè)成本進(jìn)行綜合考慮，通過合理選用節(jié)能設(shè)備、材料，達(dá)到節(jié)省投資的目的[2]。

2 建筑電氣設(shè)計(jì)中節(jié)能理念與技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 照明用電的節(jié)能設(shè)計(jì)

2.1.1 優(yōu)選新型節(jié)能燈具

隨著照明技術(shù)與制造工藝的不斷發(fā)展，當(dāng)前可供用戶選擇的照明燈具多樣，用戶的選擇空間也比較大。在傳統(tǒng)的照明模式中，民用建筑主要選用的是白熾燈、熒光燈等燈具。但是，傳統(tǒng)燈具存在能源消耗量大的問題。鑒于此，電氣設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)注重LED燈、高效節(jié)能燈的選擇，以減少電能資源的浪費(fèi)。此外，新型節(jié)能燈的利用率較高，使用壽命比較長(zhǎng)，能夠解決電能資源浪費(fèi)的問題[3]。圖1 為節(jié)能LED 燈具的特點(diǎn)。

圖1 節(jié)能LED 燈具的特點(diǎn)

2.1.2 物聯(lián)網(wǎng)照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能化照明控制系統(tǒng)主要由4 個(gè)部分構(gòu)成，包括無線通信模塊、遠(yuǎn)程管理終端、無線網(wǎng)絡(luò)、嵌入式控制器。照明控制系統(tǒng)應(yīng)用期間，通過傳感器獲取建筑內(nèi)不同采集點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，并將其輸入單片機(jī)控制器。然后，利用控制器嵌入的控制算法，便可對(duì)建筑內(nèi)燈具的光照強(qiáng)度做出調(diào)整，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能的目的。其中，照度傳感器模塊主要由光敏感應(yīng)元件構(gòu)成，它對(duì)光照強(qiáng)度的變化非常敏感。此外，紅外感應(yīng)模塊也是照明控制系統(tǒng)的重要組成部分，人體熱輻射波長(zhǎng)主要介于9～10 μm 之間。在開展建筑電氣設(shè)計(jì)工作時(shí)，通過紅外感應(yīng)模塊的應(yīng)用，能夠?qū)崟r(shí)查看建筑內(nèi)部人員的具體位置，進(jìn)而通過控制照明設(shè)施的開關(guān)，增強(qiáng)照明燈具的節(jié)能效果[4]。照明控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 照明控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 配電線路與配電方案的節(jié)能設(shè)計(jì)

2.2.1 配電線路的節(jié)能設(shè)計(jì)

首先，在開展配電線路設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要對(duì)建筑之間的距離、用電設(shè)備的特點(diǎn)與功能做出分析，同時(shí)還要考慮到建筑用電的遠(yuǎn)景規(guī)劃、重點(diǎn)設(shè)施建設(shè)等方面的內(nèi)容。在對(duì)供電系統(tǒng)現(xiàn)狀、發(fā)展方向以及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益做出綜合分析后，合理設(shè)計(jì)配電線路，提高節(jié)能效果。其次，建筑項(xiàng)目施工期間，在確保供電電壓滿足要求的前提下，盡可能使用高壓供電的方式，降低配電總電源線路的電能耗損量。再次，要通過合理的規(guī)劃設(shè)計(jì)，縮短配線的長(zhǎng)度。尤其在開展配線拉網(wǎng)工作時(shí)，每一條配電線路應(yīng)確保被拉成直線。對(duì)于低壓線路的設(shè)計(jì)，應(yīng)避免發(fā)生走回頭線等問題，而且應(yīng)結(jié)合施工條件，盡量與負(fù)荷中心相接近，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。另外，對(duì)于導(dǎo)線的材質(zhì)選擇，應(yīng)當(dāng)優(yōu)選導(dǎo)電率小的材質(zhì)，比如銅芯線等類型的導(dǎo)線。需要注意的是，銅芯線的造價(jià)較高，可能引發(fā)資源浪費(fèi)問題。因此，施工期間應(yīng)當(dāng)將銅芯線與其他材質(zhì)的導(dǎo)線配合使用。除此之外，對(duì)于低壓線路的設(shè)計(jì)，應(yīng)注重配電線路的短路保護(hù)。設(shè)計(jì)時(shí)，配電線路的保護(hù)應(yīng)當(dāng)具備選擇性，同時(shí)還要避免絕緣導(dǎo)線長(zhǎng)期處于過載狀態(tài)[5]。

2.2.2 配電方案的節(jié)能設(shè)計(jì)

為改善建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)效果，要結(jié)合建筑的實(shí)際情況，并通過合理、可信的數(shù)據(jù)與信息，做好用電負(fù)荷的核算工作。具體設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)從用電容量等方面著手，通過對(duì)用電容量等數(shù)值的核算，合理選擇變壓器等設(shè)備。此外，在滿足用戶用電需求的基礎(chǔ)上，盡量少使用大功率設(shè)備。在條件允許的情況下，優(yōu)先選擇節(jié)能型變壓器，以降低變壓器設(shè)備自身的電能損耗。另外，電氣設(shè)計(jì)人員還應(yīng)考慮到季節(jié)性用電高峰問題，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)結(jié)合實(shí)際情況，預(yù)留出后續(xù)增加電氣設(shè)備的容量，以免增加后期改造工作的費(fèi)用[6]。

2.3 變壓器的節(jié)能設(shè)計(jì)

變壓器是電氣系統(tǒng)重要的組成設(shè)備，通過提高變壓器的節(jié)能設(shè)計(jì)效果，能夠達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

（1）設(shè)計(jì)期間應(yīng)當(dāng)根據(jù)建筑的實(shí)際用電工況，在確保變壓器空載損耗符合項(xiàng)目要求的前提下，從變壓器的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，重點(diǎn)匹配好數(shù)量，提高變壓器負(fù)荷分配的科學(xué)性、合理性。

（2）要合理選擇變壓器的容量。在此期間，既要對(duì)變壓器的負(fù)荷率進(jìn)行考慮，同時(shí)還要對(duì)變壓器的負(fù)載進(jìn)行重點(diǎn)考察，確保變壓器可以處于最優(yōu)運(yùn)行工況，以達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

（3）要從負(fù)荷分析的角度出發(fā)，選擇與之匹配的變壓器型號(hào)。為提高居住、辦公環(huán)境質(zhì)量，應(yīng)優(yōu)先選擇低噪聲變壓器，以免出現(xiàn)噪聲污染的問題。

（4）配電系統(tǒng)的功率因數(shù)和電氣設(shè)備的利用率有著重要的關(guān)系。為提高功率因數(shù)，應(yīng)當(dāng)最大限度地降低無用功率的損耗。為有效提高供配電系統(tǒng)功率因數(shù)，應(yīng)當(dāng)在變電所內(nèi)低壓側(cè)使用電容器，進(jìn)行無功補(bǔ)償，以降低變壓器和配電線路的損耗，同時(shí)還能減少諧波帶來的不利影響。

（5）可通過改善電氣設(shè)備運(yùn)作情況、優(yōu)化配套工藝流程等方式提高功率因素。

2.4 電動(dòng)機(jī)設(shè)備的節(jié)能設(shè)計(jì)

電動(dòng)機(jī)設(shè)備的工作效率會(huì)直接影響建筑電氣系統(tǒng)的節(jié)能性與經(jīng)濟(jì)性。為降低電動(dòng)機(jī)的電能損耗，在進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)期間，應(yīng)對(duì)電動(dòng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)設(shè)計(jì)與加強(qiáng)管理。例如，很多小區(qū)的電動(dòng)機(jī)設(shè)備存在著能耗較高的問題，為符合節(jié)能考核指標(biāo)，需要對(duì)其進(jìn)行節(jié)能改造。在此期間，要結(jié)合建筑項(xiàng)目的實(shí)際情況，選擇高效率的電動(dòng)機(jī)設(shè)備。同時(shí)，還要借助變頻器等設(shè)施，確保電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的平穩(wěn)。此外，還要減少電動(dòng)機(jī)的空載、輕載負(fù)荷，進(jìn)而降低電動(dòng)機(jī)損耗。設(shè)計(jì)期間，對(duì)于電動(dòng)機(jī)設(shè)備的選擇，應(yīng)當(dāng)選擇具備自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速等方面功能的設(shè)備。另外，還要根據(jù)負(fù)載的動(dòng)態(tài)變化情況，及時(shí)為設(shè)備匹配合理的轉(zhuǎn)速。需要注意的是，在開展電氣改造工作期間，如果電動(dòng)機(jī)的功率在50 kW 以上，應(yīng)當(dāng)單獨(dú)配置電壓表、電流表以及有功電能表等，借助計(jì)量?jī)x表對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和計(jì)量，這對(duì)能源消耗的控制有著極為重要的意義。除此之外，為了能改善電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性，大容量電動(dòng)機(jī)使用了軟啟動(dòng)器、變頻器。軟啟動(dòng)器通過控制雙向晶閘管導(dǎo)通角，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)端電壓的調(diào)節(jié)，進(jìn)而增強(qiáng)電動(dòng)機(jī)的平滑啟動(dòng)效果，并利用限流的方式達(dá)到節(jié)約電能的目的。在輕載時(shí)，軟啟動(dòng)器可以通過減小電機(jī)端電壓、提高功率因數(shù)的方式，達(dá)到節(jié)能的目的，同時(shí)還可以降低電機(jī)的銅耗、鐵耗[7]。變頻器主要通過改變電動(dòng)機(jī)電源頻率的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的調(diào)節(jié)。變頻器的應(yīng)用能夠提高電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率，并且無附加轉(zhuǎn)差損耗?？偠灾ㄟ^調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速等參數(shù)，可以使其處于最佳的工作狀態(tài)。

2.5 暖通空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

提高建筑空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的水平對(duì)提高能源的利用率有著重要的意義。在開展設(shè)計(jì)工作期間，首先要對(duì)暖通空調(diào)的接口進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，以增強(qiáng)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果。其次，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)空調(diào)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面了解。設(shè)計(jì)時(shí)，可以將弱電傳感器安裝在接口處，并調(diào)查統(tǒng)計(jì)空調(diào)系統(tǒng)的管徑、風(fēng)速等參數(shù)，以便對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的接口控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的改造。具體改造過程中，要重視對(duì)智能化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，增強(qiáng)控制空調(diào)接口的智能化效果。再次，暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，還應(yīng)注重控制系統(tǒng)的分季節(jié)、分時(shí)段設(shè)計(jì)?？刂葡到y(tǒng)是相對(duì)獨(dú)立的，其設(shè)計(jì)效果對(duì)變流量、變風(fēng)量系統(tǒng)的正常運(yùn)行有著重要的影響。最后，暖通空調(diào)系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備需要能夠根據(jù)使用者的具體需求，實(shí)現(xiàn)有效的關(guān)閉、開啟，進(jìn)而達(dá)到高效利用能源的效果。

2.6 加強(qiáng)對(duì)清潔能源的利用

電氣設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)清潔、可循環(huán)能源的利用。例如，在開展建筑電氣設(shè)計(jì)時(shí)，可引進(jìn)太陽能光伏供電系統(tǒng)（圖3），節(jié)約火電、水電資源。太陽能光伏供電系統(tǒng)可以將太陽能直接轉(zhuǎn)化為建筑使用期間所需要的電能，并為建筑內(nèi)部的各類電氣設(shè)備供電。相比發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)對(duì)于各類清潔能源的研究與利用尚處于發(fā)展階段。因而，要加強(qiáng)對(duì)清潔能源的研究與利用。除此之外，隨著清潔能源的發(fā)展，照明設(shè)施、熱水系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)還能獲得新的能源供應(yīng)。

圖3 太陽能光伏供電系統(tǒng)

3 結(jié)語

提高建筑電氣設(shè)計(jì)的水平，對(duì)緩解當(dāng)前的能源緊張局勢(shì)有著極為重要的作用。因此，在開展建筑電氣設(shè)計(jì)時(shí)，要加強(qiáng)節(jié)能理念與技術(shù)的應(yīng)用，通過優(yōu)化配電方案，改善照明設(shè)備，提高變壓器、電動(dòng)機(jī)設(shè)備以及空調(diào)暖通系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)水平，加強(qiáng)對(duì)各類清潔能源的利用，提高建筑電氣設(shè)計(jì)的整體水平。