智能建筑電氣設(shè)計存在的問題及優(yōu)化策略

黃玉良

（寧夏建筑設(shè)計研究院有限公司）

1 引言

隨著信息技術(shù)的不斷成熟，智能化成為各行各業(yè)發(fā)展改革的重要趨勢，智能建筑是一種涉及多學(xué)科、多技術(shù)的新型建筑，融合了現(xiàn)代建筑、智能通信、自動化控制、多媒體等多個領(lǐng)域，在樓宇管理、實時通信、公共安全、環(huán)境營造等方面效果突出，體現(xiàn)出高效性、舒適性、便捷性、靈活性等特點，而電氣設(shè)計是智能建筑實現(xiàn)諸多功能的基礎(chǔ)，需要將電氣技術(shù)與信息技術(shù)有效結(jié)合，才能提高建筑的智能化水平。

2 智能建筑電氣設(shè)計中存在的主要問題

智能建筑電氣系統(tǒng)主要包括樓宇自動化系統(tǒng)、通信自動化系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)等，正是由于這三種系統(tǒng)的協(xié)同工作，提升了建筑的智能化水平。其中，樓宇自動化系統(tǒng)是智能建筑電氣設(shè)計的基礎(chǔ)內(nèi)容，需要控制智能建筑所有機電設(shè)備，包括照明、供配電、給排水、通風(fēng)、供熱、電梯、空氣調(diào)節(jié)等，采用信息通信網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建分層管理、集中監(jiān)視、層級控制體系，實時檢測機電設(shè)備的運行參數(shù)，能夠根據(jù)外界環(huán)境變化，自動調(diào)整設(shè)備運行狀態(tài)，實現(xiàn)智能建筑的基本功能。通信自動化系統(tǒng)融合了計算機、網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)、接入系統(tǒng)，以中央集控器為核心，利用數(shù)字遠(yuǎn)程交換機和網(wǎng)絡(luò)布線組成完整系統(tǒng)，可實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星通信的有效連接，為建筑內(nèi)外通信需求提供有力支撐。辦公自動化系統(tǒng)主要針對建筑運營服務(wù)、物業(yè)管理等公共管理工作。另外，綜合布線系統(tǒng)、系統(tǒng)集成中心也在智能建筑電氣系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

2.1 變壓器設(shè)計

作為供配電網(wǎng)與供配電系統(tǒng)進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換的媒介，變壓器是重要的電能分配設(shè)備，智能建筑用電負(fù)荷大，大部分的變壓器需要常年接入電網(wǎng)運行，有些變壓器選型不合理、設(shè)計容量不合適，隨著使用年限的增長，變壓器的損耗逐漸增大，而且出現(xiàn)老化現(xiàn)象，不能滿足用電設(shè)備運行需求。系統(tǒng)電能總損耗量越來越多，容易出現(xiàn)一些安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性問題。所以，要做好智能建筑變壓器選型設(shè)計，充分考慮環(huán)境溫度、運行方式、技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)效益、高效節(jié)能等綜合因素，發(fā)揮變壓器的最佳功效[1]。

2.2 供配電線路設(shè)計

智能建筑的電氣設(shè)備比較多，需要應(yīng)用到各種型號的供配電導(dǎo)線電纜，由于線路較多分布復(fù)雜，在進(jìn)行輸配電時，會消耗大量有功功率，有必要在線路設(shè)計時充分考慮線路損耗問題。在許多智能建筑中，經(jīng)常會出現(xiàn)導(dǎo)線截面選擇不合適、布線迂回混亂、絕緣體老化等現(xiàn)象，而且隨著機電設(shè)備的不斷增多，以前的線路截面可能難以滿足系統(tǒng)正常工作需求，影響了系統(tǒng)工作的可靠性，而且整個線路電能損耗也會明顯增加，不符合節(jié)能化設(shè)計的基本理念，所以需要優(yōu)化供配電線路設(shè)計。

2.3 照明系統(tǒng)設(shè)計

照明系統(tǒng)設(shè)計主要是為了通過燈光營造方便和美化生活工作環(huán)境，為人們創(chuàng)造良好的空間氛圍，減少身體和心理壓力。在智能建筑照明系統(tǒng)設(shè)計中，由于傳統(tǒng)設(shè)計理念和方法的影響，依然存在燈具類型不合適、光源搭配不科學(xué)、設(shè)計照度不達(dá)標(biāo)、控制管理性能差、能源消耗量大等問題，限制了照明系統(tǒng)功能發(fā)揮，影響了建筑的智能化效果，需要從實用性、審美性、節(jié)能性、自動化等多個角度出發(fā)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，提高照明系統(tǒng)在智能建筑中的地位。

2.4 電梯系統(tǒng)設(shè)計

電梯在智能建筑中發(fā)揮著越來越重要的作用，尤其對高層建筑而言更為關(guān)鍵，要采取針對性的優(yōu)化設(shè)計措施，提高電梯控制和服務(wù)水平，在最短時間內(nèi)科學(xué)決策，優(yōu)化電梯資源配置，為人們出行提供高效服務(wù)[2]。

3 智能建筑電氣設(shè)計優(yōu)化策略研究

3.1 遵循基本原則

智能建筑電氣設(shè)計是一項具有較強綜合性的技術(shù)，需要遵循一定的設(shè)計原則，包括節(jié)能性、實用性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、智能性等。節(jié)能減排是當(dāng)前工程建設(shè)行業(yè)的主要發(fā)展趨勢，有利于提高資源利用率、降低能源消耗、減少環(huán)境破壞，而電氣系統(tǒng)節(jié)能則是重點所在，需要從設(shè)計上著手，降低建筑運行整體能耗水平。隨著智能建筑功能性需求的持續(xù)增加，電氣材料設(shè)備的類型越來越多，有些設(shè)備、材料、技術(shù)應(yīng)用不成熟，在系統(tǒng)運行過程中存在許多問題，所以要慎重選擇新型電氣產(chǎn)品，采用技術(shù)更成熟、設(shè)備更實用的產(chǎn)品，符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，避免出現(xiàn)質(zhì)量安全隱患。設(shè)計與施工是密不可分的，從設(shè)計方面加強經(jīng)濟(jì)性控制，能夠減少施工過程中的資源浪費，尤其是面對電氣系統(tǒng)材料、設(shè)備采購量較大的情況，加強電氣設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。另外，智能建筑必須能夠提供智能化的服務(wù)和體驗，而電氣系統(tǒng)是體現(xiàn)智能化、支持智能化的基礎(chǔ)，在設(shè)計時適當(dāng)增加智能設(shè)備、智能技術(shù)的應(yīng)用，能夠提高智能建筑的自動化控制水平。

3.2 優(yōu)化變壓器設(shè)計

變壓器在不同環(huán)境下有著不同的性能參數(shù)，所以，在設(shè)計時，要根據(jù)建筑實際需求，選擇合適參數(shù)的變壓器，在電量傳輸效果不受影響的基礎(chǔ)上，優(yōu)化變壓器運行模式，最大程度發(fā)揮變壓器性能。

從理論上講，在不變損耗等于可變損耗的條件下，負(fù)荷系數(shù)為0.6 時，單個變壓器能夠達(dá)到最高效率，對于多臺變壓器聯(lián)合使用的情況，因為銅耗和負(fù)載水平成正比例關(guān)系，需要通過調(diào)整變壓器的容量和數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，系統(tǒng)性地分析變壓器節(jié)能經(jīng)濟(jì)運行方式，從有功功耗損失最小、無功功耗損失最小、綜合運行功效損失最小等方面出發(fā)，優(yōu)化比選，確定變壓器經(jīng)濟(jì)運行工況區(qū)。

建筑用電負(fù)荷是不斷波動的，在計算變壓器裝機容量時，不能直接選取最佳負(fù)荷率，而應(yīng)該采用稍高于最佳負(fù)荷率的負(fù)荷率，同時，要考慮到多臺變壓器同時使用時的相互作用系數(shù)，能夠滿足不同建筑組團(tuán)用電調(diào)節(jié)需求。

在高溫條件下，變壓器會逐漸出現(xiàn)絕緣老化的問題，運行效率越來越低，所以，需要將變壓器室設(shè)計在陽光照射較弱的位置，并且具備良好的通風(fēng)散熱條件。在變壓器類型的選擇上，盡可能選用新型節(jié)能變壓器，提高變壓器運行效率水平，減少能源損耗，比如，非晶合金鐵芯變壓器具有明顯的節(jié)能效果，空載損耗和負(fù)載損耗較低，這些都是在變壓器設(shè)計時需要重點優(yōu)化的方面[3]。

3.3 優(yōu)化供配電線路設(shè)計

智能建筑電氣系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)該根據(jù)設(shè)備布局、供電距離、設(shè)備參數(shù)、負(fù)荷容量等情況進(jìn)行綜合考量，保證供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可靠，所有機電設(shè)備的配電級數(shù)不超過三級。作為電能輸送的主要載體，必須充分重視供配電線路的優(yōu)化設(shè)計，合理選擇導(dǎo)線類型，電力線纜要具有良好的供電穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性，能夠承受一定的拉力、壓力作用，通過采取有效措施，降低線路電壓損耗，盡可能減少輸電線路長度，選擇直線布線方式，避免低壓回頭線路，將變壓器設(shè)置在負(fù)荷中心附近，能夠縮短輸電線路。同時，低壓配電室要接近豎井，防止出現(xiàn)電能倒送導(dǎo)致的額外損耗。

如果其他因素不變，線纜橫截面越大，電能損耗越小，但會增加建設(shè)費用，需要考慮成本回收問題，可以適當(dāng)增加線纜截面，能夠兼顧經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性要求，滿足智能建筑電氣系統(tǒng)未來發(fā)展擴容需求。

在高層建筑電氣設(shè)備供電線路布設(shè)時，倘若無功功率需求較大、距離較遠(yuǎn)，那么則需要采用就地?zé)o功補償措施，可以有效提升供電穩(wěn)定性，達(dá)到節(jié)能降耗水平，供配電系統(tǒng)線路設(shè)計要根據(jù)實際情況結(jié)合運用多種技術(shù)措施，提升供電質(zhì)量。

3.4 優(yōu)化照明系統(tǒng)設(shè)計

在照明系統(tǒng)設(shè)計時，綜合多種情況，系統(tǒng)分析解讀各種信息，通過科學(xué)性規(guī)劃、針對性設(shè)計，優(yōu)化照明系統(tǒng)整體運行水平。明確各種燈具的主要照明參數(shù)，根據(jù)應(yīng)用場景需求，采用高效節(jié)能的燈具和光源，在開闊空間可以選用敞開式燈具，滿足光照、審美等多種需求。同時，選擇合適材料和形態(tài)的反射罩也能夠提高燈具反光率。

根據(jù)照度計算理論，采用多種照明方法，能夠使配光更加合理。一方面，要降低房間減光效應(yīng)，如果受光面比較潔凈，那么就能獲得更好的配光效果，如果房間比較高、下面空間相對狹窄，那么選用窄配光照明器能夠有效提升利用系數(shù)。另一方面，要采取不同的照明對配光進(jìn)行調(diào)配。不同區(qū)域，照明空間和照明功能都是不同的，在不同季節(jié)、不同時間段，照明需求也不同，要結(jié)合多種照明方法，靈活運用一般照明法、局部照明法、重點照明法、混合照明法、應(yīng)急照明法、點綴照明法、裝設(shè)照明法、泛光照明法等，滿足多元化照明需求。

另外，提高照明系統(tǒng)的自動化控制水平也是優(yōu)化設(shè)計的主要方面，采用智能照明裝置，通過智能傳感器，能夠?qū)Σ煌瑘鼍?、不同環(huán)境進(jìn)行自動調(diào)光，充分利用自然光的補光效果，在擁有更為理想光照效果的同時，實現(xiàn)照明節(jié)能的目的，引入智能照明電壓控制系統(tǒng)，能夠保證燈具輸出電壓的穩(wěn)定性，延長燈具使用壽命，提高照明光線的均勻度、柔和度。

3.5 優(yōu)化電梯系統(tǒng)設(shè)計

在制定電梯系統(tǒng)電氣控制方案時，要充分考慮高效、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、可靠等方面因素，改變傳統(tǒng)繼電控制方式，采用變頻調(diào)速控制方法，按照要求調(diào)整和控制電源輸入端的頻率，使電機拖拽系統(tǒng)處于相對平衡狀態(tài)，改變電機驅(qū)動容量，有利于在保證電梯運行安全可靠的情況下，達(dá)到最佳運行狀態(tài)。

采用電梯群控呼梯分配控制技術(shù)，針對高層建筑空載、輕載問題，可以在相同群控系統(tǒng)下設(shè)置目標(biāo)導(dǎo)向?qū)樱_定公共呼叫按鍵，通過智能分析技術(shù)，選擇最能滿足實際需求的運行方式，提高電梯系統(tǒng)的響應(yīng)速度和服務(wù)效率。面對重載下行、輕載上行的工作狀態(tài)，拖拽電機是在制動發(fā)電狀態(tài)下運行的，受變頻控制器的限制，產(chǎn)生的再生電能無法有效利用，易造成能源浪費和消耗。采用電梯回饋技術(shù)，能夠?qū)㈦娞葸\行中產(chǎn)生的部分能耗重新轉(zhuǎn)換并流入配電系統(tǒng)中，實現(xiàn)電能的回收利用[4]。

4 結(jié)語

綜上所述，在智能建筑中電氣系統(tǒng)和電氣設(shè)備越來越多，需要在整個建筑物中進(jìn)行穿插覆蓋，如果設(shè)計不合理，不但影響智能建筑的正常運行，而且還有可能引發(fā)重大安全事故。所以，要正確認(rèn)識智能建筑電氣設(shè)計中存在的不足之處，結(jié)合工程特點和實際需求，不斷調(diào)整設(shè)計思路，改善設(shè)計方法，促使電氣技術(shù)與信息技術(shù)的深度融合。