淺析住宅建筑電氣節(jié)能設(shè)計分析

摘 要：研究住宅建筑電氣節(jié)能設(shè)計的目的在于了解節(jié)能設(shè)計對于國民經(jīng)濟(jì)的重大影響，找到適合中國住宅建筑電氣節(jié)能設(shè)計的途徑。文章介紹了我國電氣節(jié)能設(shè)計的現(xiàn)狀，分析了電氣節(jié)能設(shè)計原則，并從照明、供配電、機電設(shè)備和空調(diào)四個方面闡釋了節(jié)能設(shè)計的舉措。

關(guān)鍵詞：住宅；建筑；電氣；節(jié)能；設(shè)計

電氣節(jié)能概念的出現(xiàn)緣自于在全球不斷出現(xiàn)的能源緊張問題，人類的世界自進(jìn)入工業(yè)化時代以來，能源成為了大力推動現(xiàn)代文明快速發(fā)展的“助推劑”。而電力則是工業(yè)化文明中能源最主要、也是最重要的組成部分。可以說，自從發(fā)明了電力，人類不僅掌控了改變晝夜長短的“法寶”，更以電力作為最強有力的“武器”，加速了改變自然環(huán)境的步伐。然而，當(dāng)人類將大量自然資源轉(zhuǎn)化為電的同時，對電的依賴也日漸深入地將人類拖入了對資源消耗過快和迅速衰竭的擔(dān)憂甚至恐懼中。在這樣的背景下，利用一切可能的技術(shù)節(jié)能成為了很長一段時間以來工業(yè)生產(chǎn)、社會發(fā)展的重要方向。當(dāng)前的電氣節(jié)能主要是指在滿足人類生產(chǎn)生活等正常發(fā)展需求的前提下，利用包括電氣設(shè)備設(shè)計的創(chuàng)新、節(jié)能新技術(shù)的廣泛應(yīng)用等舉措盡可能降低能源消耗，也就是以最大限度降低消耗取得盡可能多的能源產(chǎn)出，提高能源的單位利用率，進(jìn)而實現(xiàn)節(jié)能、降耗的目的。

1 我國電氣節(jié)能設(shè)計的現(xiàn)狀

從世界范圍看，發(fā)達(dá)國家多年前就認(rèn)識到了能源短缺可能給產(chǎn)業(yè)生存和社會發(fā)展造成的潛在危害，因而很早就開始了在包括工業(yè)和民用領(lǐng)域開展電氣設(shè)施設(shè)備等的節(jié)能設(shè)計。反觀中國，改革開放以來，市場經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展讓物質(zhì)財富迅速累積的同時，人們對節(jié)能、降耗的意識卻常常只停留在口頭議論或宣傳方面。而具體落實到日常生產(chǎn)生活的細(xì)節(jié)上時，卻可能由于增加的成本投入或者因之造成的不便而持觀望甚至抵觸的態(tài)度。與認(rèn)識和觀念上的相對落后并行的，還有節(jié)能、降耗技術(shù)發(fā)展的緩慢。許多生產(chǎn)單位在面對能源消耗問題時，關(guān)注的重點往往只是如何從中攫取更多的利潤，卻對增加節(jié)能設(shè)計方面的投入興趣缺缺。至于民用層面，基層群眾在口頭上談及節(jié)能、降耗、減排等問題時也能說出一番道理，卻在需要為具有節(jié)能功能的生活用品額外支付費用時遲疑甚至退縮。

至于在具體的電氣節(jié)能設(shè)計環(huán)節(jié)，受到資金、成本、觀念、技術(shù)等諸多因素的制約，當(dāng)前我國電氣節(jié)能設(shè)計的情況并不理想。一方面節(jié)能設(shè)計水平較國際先進(jìn)行列存在著十分顯著的差距，另一方面電氣節(jié)能設(shè)計應(yīng)用也比實際需要或存在潛在可能的范圍小得多。種種因素的共同制約造成我國在能源使用效率上始終處于高投入、高消耗、高排放的粗放模式：我國單位工業(yè)產(chǎn)值的能耗比卻常常較發(fā)達(dá)國家高出若干倍。僅以每萬美元工業(yè)增加值對水資源的消耗數(shù)量為例，我國的消耗量高達(dá)569m3，同等情況下，日本僅消耗88m3，韓國消耗55m3，英國消耗89m3。我國電氣節(jié)能設(shè)計的短板通常表現(xiàn)在以下幾方面：對于漏電防范、保護(hù)的開關(guān)的設(shè)計、選擇；對于節(jié)能設(shè)施設(shè)備型號與實際應(yīng)用場合的匹配選擇；計算設(shè)施設(shè)備的載荷數(shù)據(jù)；配電線路在接地等故障保護(hù)方面的處理等。

2 電氣節(jié)能設(shè)計原則

2.1 適用原則

此原則也可以解釋為平衡性原則，概括地說，就是在滿足需求基礎(chǔ)上的節(jié)能設(shè)計。任何電氣節(jié)能設(shè)計的前提必須是適應(yīng)生產(chǎn)、生活場所中設(shè)施設(shè)備的正常使用。比如在進(jìn)行電源節(jié)能設(shè)計時，足夠的動力提供是不能忽略和犧牲的環(huán)節(jié)，電源的節(jié)能不能損害供電的質(zhì)量，不能喪失供電的可靠性，必須滿足設(shè)施設(shè)備既定的載荷等等。電氣節(jié)能設(shè)計不能與同一功能系統(tǒng)中的其他設(shè)施設(shè)備發(fā)揮正常效能相矛盾、沖突，更不能以損害這些設(shè)施設(shè)備的功效為代價實現(xiàn)節(jié)能目的。也就是說，電氣節(jié)能雖然勢在必行，卻也不能盲目、過度，必須和整個系統(tǒng)中的所有設(shè)施設(shè)備正常發(fā)揮功能達(dá)成適當(dāng)?shù)钠胶?，在滿足正常使用需要的同時進(jìn)行節(jié)能設(shè)計、取得節(jié)能效果。選擇節(jié)能設(shè)計方案時需要避免過度堆砌節(jié)能設(shè)備，避免在節(jié)能環(huán)節(jié)的過度投入，否則顧此失彼，過多的投入反而讓節(jié)能的效果大打折扣，違背了設(shè)計的初衷。

2.2 安全原則

與適用原則同等重要的還有安全原則。電的使用首重安全。采用節(jié)能設(shè)計時必須重視供電、用電、耗電全過程的安全性。例如在節(jié)能線路設(shè)計上預(yù)留足夠的絕緣空間、距離；根據(jù)實際應(yīng)用場合的要求維持足夠的載荷與介電強度；節(jié)能設(shè)計兼顧電力的熱穩(wěn)定性；計算出足夠的動態(tài)穩(wěn)定余量等。也就是說，電氣節(jié)能設(shè)計無論是在電源操作、配電線路或電氣設(shè)施設(shè)備正常使用方面都需要滿足安全原則。不僅如此，自然界的電力與人造的電力在某些特定環(huán)境下會意外遭遇，也就是雷電對人類電氣設(shè)施設(shè)備的影響。在節(jié)能設(shè)計時不能忽略防雷擊環(huán)節(jié)，防雷、避雷的裝置不可或缺。若是一些要求比較苛刻的場合，還需要關(guān)注靜電消除問題。

2.3 合理原則

即節(jié)能設(shè)計的合理性。兼顧實際使用的要求和確保安全使用，并在此基礎(chǔ)上從設(shè)施設(shè)備的選擇、盡量減少各環(huán)節(jié)上能源的損耗、降低使用或維護(hù)過程的費用等各層面入手提高能源使用效率，由此達(dá)到節(jié)能、降耗的最終目標(biāo)。

3 住宅建筑電氣節(jié)能設(shè)計策略

3.1 照明設(shè)施設(shè)備的智能管控

住宅建筑中存在著一大類電氣設(shè)施設(shè)備，就是隨處可見的照明設(shè)備，對這類電氣設(shè)備的節(jié)能設(shè)計能夠在很大程度上起到節(jié)能、降耗的作用。比如聲控?zé)舻氖褂谩Ｒ簿褪窃跐M足規(guī)定照明強度的前提下，選擇可聲控的照明燈具。這類氣體放電的照明設(shè)備具有很高的自由控制程度，其安裝與操作簡便易行，不僅能夠節(jié)能能源，而且在延長光源與附件的使用壽命方面具有比較好的優(yōu)勢。特別是住宅建筑樓梯間的照明設(shè)備，又如建筑之間道路照明設(shè)備或景觀照明設(shè)備等均可以采用這種類型的節(jié)能設(shè)計方案。其他如節(jié)電控制器與光電自動控制器也具備相似的特點和可操作性。

加大節(jié)能降耗宣傳力度，幫助人們在日常工作生活中養(yǎng)成節(jié)電習(xí)慣也是住宅建筑節(jié)能設(shè)計的另一類舉措。選擇節(jié)能燈具是具體手段之一。應(yīng)當(dāng)鼓勵人們選擇具有正規(guī)合格證明的節(jié)能燈具，并且定期對住宅建筑中的照明設(shè)備進(jìn)行除塵、清潔工作。對照明設(shè)備的清潔同樣是節(jié)能的手段。正常情況下，白色是反光率最強的顏色，也就是說，住宅建筑中使用白色墻壁能夠使照明設(shè)備的光反射率提高到80%以上。而當(dāng)白色因為灰塵污染降低色度接近灰色時，由于反光率降低，燈具的照明效果變差，就形成了事實上的高耗電情況。同時，若燈具出現(xiàn)損壞時，應(yīng)當(dāng)盡快進(jìn)行維修或更換，因為受損的燈具不僅發(fā)光率下降，也會同時造成不必要的電消耗甚至浪費。

住宅建筑中擴大自然采光設(shè)計比率也是節(jié)能降耗手段之一。尤其是現(xiàn)代化高層建筑中，使用大面積玻璃幕墻設(shè)計能夠很大程度上實現(xiàn)自然光線的照明，這種設(shè)計至少能夠?qū)崿F(xiàn)白天不使用人造燈具采光的目的。而若是在高原等自然光照比較強烈且持續(xù)時間較長的地區(qū)，如果建筑中具備使用太陽能設(shè)備的條件，還可視具體情況安裝小型太陽能發(fā)電系統(tǒng)，如此一來，白天的太陽光照積聚的能量就基本能夠滿足夜晚的采光照明需求了。

3.2 在供配電環(huán)節(jié)的節(jié)能設(shè)計

首先參考電氣結(jié)構(gòu)布局、電力載荷、電力供應(yīng)的距離、電氣設(shè)施設(shè)備的型號類型等因素，根據(jù)實際住宅建筑用電耗能的客觀需要，設(shè)計選擇最適宜的電壓與配、供電體系。配、供電體系的設(shè)計在滿足可靠性前提下盡量選擇相對簡單的方案。若供電系統(tǒng)中同一電壓下的變、配電級數(shù)應(yīng)當(dāng)盡量維持在兩級以下。

其次，在變壓器數(shù)量與容量選擇方面，應(yīng)當(dāng)根據(jù)電載荷實際情況進(jìn)行設(shè)計。若接線能夠滿足載荷變動的要求，則可依經(jīng)濟(jì)原則相對靈活地投切變壓器。同時，變電設(shè)施應(yīng)視情況盡量接近載荷的中心區(qū)，通過使配電半徑得以縮短而盡量降低線路方面的能源損耗。

第三，考慮到變壓器使用的特殊性，這一環(huán)節(jié)的節(jié)能設(shè)計需要從大力降低變壓器損耗與提高變壓器使用效率兩個方向著手。首先是變壓器損耗的降低問題，造成變壓器損耗有兩部分情況，其一在于空載情況下能耗損失；其二是與載荷呈平方的載荷損失。針對前一種的解決辦法在于盡量減少變壓器空載現(xiàn)象；后一種則需要同時考慮變壓器固有的損耗以及一二次線圈對電流的電阻消耗情況。其次是提高變壓器使用效率。由于變壓器使用效率取決于設(shè)備結(jié)構(gòu)布局的本質(zhì)屬性、空載與短路造成的損耗，故當(dāng)處于四季分明、氣候變化差異較大區(qū)域內(nèi)的住宅建筑中時，變壓器節(jié)能設(shè)計可以考慮采取雙設(shè)備運行策略。也就是設(shè)置兩臺變壓器，當(dāng)出現(xiàn)較長時間的低載荷情況下，可以考慮暫停其中一臺，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。

3.3 機電設(shè)備的節(jié)能設(shè)計

住宅建筑中機電設(shè)備數(shù)量眾多，比如照明、電梯、給排水等。眾多的機電設(shè)備不僅數(shù)量龐大且分布廣泛而零散，幾乎每個樓層都會出現(xiàn)若干種不同的機電設(shè)備。在這種環(huán)境中開展電氣節(jié)能設(shè)計可以盡量采取自動化設(shè)備管控系統(tǒng)。自動化系統(tǒng)的設(shè)計能夠?qū)崿F(xiàn)自動監(jiān)測、自動控制、自動測量、自動完成設(shè)備管理等諸多功能。有了自動管控體系，建筑中機電設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況、能源消耗程度、電力載荷的變動甚至出現(xiàn)事故的狀態(tài)等都能夠得到實時、全面的監(jiān)控，由此便能夠為開展節(jié)能處置提供準(zhǔn)確、詳實的數(shù)據(jù)，從而使電氣節(jié)能降耗實現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。

另一方面，在住宅建筑中使用著大量的電動機，此時的節(jié)能設(shè)計著眼點在于提高電動機的使用效率。具體的方案包括選擇更加節(jié)能的設(shè)備，其前提是明確建筑內(nèi)的載荷是斷續(xù)的情況還是連續(xù)的情況。當(dāng)出現(xiàn)斷續(xù)的載荷情況時，若輕載時不得中上電動機的工作狀態(tài)，則需要采用調(diào)速策略，即在標(biāo)準(zhǔn)載荷時使用常規(guī)的電源，確保電動機在標(biāo)準(zhǔn)載荷狀態(tài)下工作；而當(dāng)有低速工作的需要時，則要采用變頻處理手段，對電動機進(jìn)行調(diào)速以降低能耗。但是如果載荷狀態(tài)是連續(xù)工作時，則要求選擇的電動機功率與對應(yīng)的各類載荷相匹配，此時若出現(xiàn)輕載情況，需要打開閥門與風(fēng)門，調(diào)整電動機速度以實現(xiàn)低速工作來節(jié)能降耗。

3.4 對空調(diào)的節(jié)能設(shè)計

一些現(xiàn)代化程度較高的住宅建筑中具備循環(huán)式供熱（冷）系統(tǒng)，這能夠在很大程度上提升能源使用率。此外，適時調(diào)節(jié)風(fēng)量、改變流量也可以實現(xiàn)節(jié)能降耗。有條件時還可以采用“全熱”式交換設(shè)備或熱電聯(lián)供系統(tǒng)進(jìn)一步降低能源的消耗。

4 結(jié)語

電氣節(jié)能設(shè)計是在全球能源供應(yīng)緊張的大背景下產(chǎn)生的提升能源使用效率的新興設(shè)計理念，在西方發(fā)達(dá)國家已經(jīng)流行多年，中國近年來也開始關(guān)注并推廣這種先進(jìn)的設(shè)計方法。能源的節(jié)約能夠使有限的自然資源在相同的損耗情況下實現(xiàn)更大的能量輸出，從而大幅提高投入產(chǎn)出效益。盡管從表面上看這種設(shè)計思路關(guān)注的是在經(jīng)濟(jì)方面取得更高的收益率，但在本質(zhì)上，節(jié)約能源實質(zhì)上等于降低人類對自然環(huán)境的索取程度，延緩自然資源被人類肆意掠奪而消耗殆盡的時間。資源的節(jié)約不僅是人類經(jīng)濟(jì)活動高效率的要求，更是維護(hù)人文生態(tài)的現(xiàn)實需要。中國在住宅建筑電氣節(jié)能設(shè)計上還需要加快腳步，這不僅是對建筑或相關(guān)產(chǎn)業(yè)的促進(jìn)，更是實現(xiàn)中國各行業(yè)轉(zhuǎn)型升級、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

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作者簡介：亢軍（1977.07- ），男，山西襄汾人，?？?，山西一建集團(tuán)有限公司，工程師，研究方向：電氣設(shè)備安裝。