建筑電氣節(jié)能設(shè)計探討

鄔 靖

（云南興滇建筑設(shè)計咨詢有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

建筑電氣節(jié)能設(shè)計涵蓋了建筑內(nèi)部所有電氣設(shè)施，其主要的節(jié)能設(shè)計目標(biāo)，是利用現(xiàn)代化設(shè)計理念以及設(shè)計原則，不斷對傳統(tǒng)的建筑電氣進(jìn)行優(yōu)化和更新，通過對電氣設(shè)施的位置、型號、功能等一系列內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，實現(xiàn)電氣設(shè)備的節(jié)能優(yōu)化目標(biāo)，促使建筑總體電力能源得到有效節(jié)約，提高現(xiàn)代建筑電氣設(shè)計的整體水平。

1 建筑電氣節(jié)能設(shè)計概述

建筑電氣節(jié)能設(shè)計是基于建筑電氣的基本使用標(biāo)準(zhǔn)，以節(jié)能實用為設(shè)計的主要出發(fā)點，圍繞電氣設(shè)施能源消耗問題的有效控制，不斷提高建筑電氣設(shè)施的經(jīng)濟(jì)價值，促進(jìn)建筑工程常態(tài)化建設(shè)和健康化發(fā)展，能夠融合大量實用設(shè)計，有效實現(xiàn)建筑電氣設(shè)施節(jié)能目標(biāo)。建筑電氣節(jié)能設(shè)施涵蓋建筑所有電氣設(shè)備，如燈具、電梯、水泵、風(fēng)機(jī)、加熱設(shè)備、電纜設(shè)施、消防系統(tǒng)設(shè)備等，這些設(shè)備需要電力能源的有效供給。

2 建筑電氣節(jié)能設(shè)計的主要原則

2.1 構(gòu)建人性化的節(jié)能設(shè)計理念

建筑節(jié)能設(shè)計理念，需要遵循人性化的設(shè)計原則，特別是在能源節(jié)約的規(guī)則制定方面，需要加強對于能源的管控，融合人性化的管理內(nèi)容。人性化的節(jié)能設(shè)計理念，要遵循人們?nèi)粘；顒拥幕拘枨?，能夠滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，借助多種技術(shù)措施、管理措施，實現(xiàn)建筑電氣能源的有效節(jié)約，并且保證日?；净顒硬粫艿较拗苹蛴绊慬1]。

2.2 強化節(jié)能設(shè)計的經(jīng)濟(jì)合理性

建筑電氣節(jié)能設(shè)計，需要從經(jīng)濟(jì)層面進(jìn)行分析，特別是在設(shè)計過程中需要考慮電氣節(jié)能設(shè)計的成本，應(yīng)進(jìn)行全壽命周期技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，達(dá)到既節(jié)能又經(jīng)濟(jì)的效果。不少建筑電氣節(jié)能設(shè)計，會陷入節(jié)能設(shè)計的極端問題，為了增加項目的節(jié)能成效，采用昂貴的節(jié)能電氣設(shè)施，其電氣設(shè)施的采購成本遠(yuǎn)超過設(shè)施的節(jié)約成本，無法保證電氣節(jié)能設(shè)計的經(jīng)濟(jì)合理性[2]。

2.3 落實現(xiàn)代化智能設(shè)計策略

現(xiàn)代化智能電氣設(shè)計策略，是應(yīng)用智能化的管理模式，對電氣設(shè)備進(jìn)行管控措施的升級和改造，通過將電氣設(shè)備運行系統(tǒng)進(jìn)行智能化管理，以軟件的形式對建筑電氣設(shè)備的運行情況進(jìn)行分析，從而判斷設(shè)備的節(jié)能情況，根據(jù)自動化分析，實現(xiàn)電氣設(shè)備的有效節(jié)能。通過對所有電器進(jìn)行邏輯編輯，以智能化的管理模式，對各個電器的運行情況進(jìn)行分析，對比電器的功率和運行效果，從而實現(xiàn)更科學(xué)有效的電氣運行方案，實現(xiàn)了電氣節(jié)能設(shè)計的創(chuàng)新和突破[3]。

3 建筑節(jié)能電氣設(shè)計的內(nèi)容

3.1 燈具的節(jié)能設(shè)計和科學(xué)選定

燈具的節(jié)能設(shè)計，需要對建筑燈具設(shè)計方案進(jìn)行分析，按國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)確定照度水平，合理運用混合照明方式。

首先，燈具的設(shè)定和選用必須符合架設(shè)區(qū)域的基本要求，根據(jù)場地的實際情況選擇對應(yīng)的照明設(shè)備，在設(shè)計過程中，秉持燈光利用成效最大化的設(shè)計理念，合理布置燈具的間距和照明范圍，特別是對于照明較高的建筑區(qū)域，需要結(jié)合對應(yīng)的高度、開窗、墻體反光、光照系數(shù)等進(jìn)行綜合分析。既要確保燈具節(jié)能設(shè)計嚴(yán)格執(zhí)行《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》的要求，根據(jù)國家照明設(shè)施的節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行應(yīng)用，同時也需要強化對架設(shè)場地的照明成效，著重突出照明設(shè)施的節(jié)能效果。

其次，在照明設(shè)施的選擇策略中，需要進(jìn)一步考慮天然光照對室內(nèi)的照明影響[4]。自然光照是綠色能源的照明方式，通過墻壁地面等反光效應(yīng)能夠進(jìn)一步提高室內(nèi)的光照程度，減少對照明設(shè)施的基本需求，從而實現(xiàn)對照明燈具數(shù)量的有效控制，實現(xiàn)對照明設(shè)施能耗的精準(zhǔn)把控。利用自然光照，實現(xiàn)室內(nèi)光照程度的有效均衡，是當(dāng)前燈具節(jié)能設(shè)計的重要強化目標(biāo)，需要對光照均衡度和光照反射度以及建筑所在區(qū)域朝向等一系列因素的綜合比對進(jìn)行研究。針對室內(nèi)光照程度較強的區(qū)域可以適當(dāng)縮減燈具的安裝數(shù)量，而光照區(qū)域不足的地方，可以靈活調(diào)整室內(nèi)區(qū)域的功能設(shè)定。根據(jù)辦公室、會議室、休息室等不同區(qū)域、不同照度的要求靈活進(jìn)行燈具設(shè)施的選擇和設(shè)計，從而實現(xiàn)燈具設(shè)施的節(jié)能設(shè)計目標(biāo)。

最后，燈具的設(shè)定和選擇要根據(jù)當(dāng)前燈具節(jié)能設(shè)計的發(fā)展趨勢進(jìn)行設(shè)備采購。以傳統(tǒng)節(jié)能燈為例，雖然整體的節(jié)能效應(yīng)對比傳統(tǒng)的鎢絲燈泡具有良好的節(jié)能性，但隨著時代的創(chuàng)新發(fā)展，以LED 燈為代表的新能源燈成為節(jié)能燈具的重要發(fā)展方向，其綜合耗能是普通節(jié)能電燈耗能比的20%。LED 燈具有高光效、長壽命和調(diào)光方便等優(yōu)勢，有極強的替代性和可發(fā)展性，并且LED 燈屬于冷光源燈具，不會由于長時間使用而導(dǎo)致燈具受熱進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)等一系列問題，是當(dāng)前節(jié)能燈具設(shè)定和選擇的重要代表內(nèi)容。

除了燈具的選擇，還需要對燈具的鎮(zhèn)流器以及電源設(shè)施進(jìn)行相關(guān)的節(jié)能設(shè)計，強化鎮(zhèn)流器等設(shè)備的運行穩(wěn)定性，構(gòu)建現(xiàn)代化節(jié)能型鎮(zhèn)流器設(shè)備，促進(jìn)燈具節(jié)能成效的進(jìn)一步提高。燈具的照明方式和控制方式，也能夠?qū)艟吖?jié)能設(shè)計目標(biāo)起到良好的助力作用，包括集中控制、分區(qū)控制、分時控制、分組控制、就地控制、調(diào)光控制等一系列控制措施，均可以實現(xiàn)對應(yīng)的便捷性和操作性，滿足現(xiàn)代建筑節(jié)能設(shè)計的基本要求，同時符合多功能燈具的設(shè)定目標(biāo)，實現(xiàn)方便性和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。圖1 為節(jié)能燈具與LED燈具對比。

圖1 節(jié)能燈具（左）與LED 燈具（右）對比

3.2 電纜設(shè)施的節(jié)能型號設(shè)定

電纜是電力能源重要的傳導(dǎo)工具，電力供給的成效和電力的穩(wěn)定性需要電纜設(shè)施給予支持。目前市場上電纜型號種類多樣，基于建筑電氣節(jié)能設(shè)計的基本要求，在開展電纜設(shè)施的節(jié)能設(shè)計時，需要針對其型號的設(shè)定靈活調(diào)整電纜的采購需求。市場中主要的電纜材料是由銅、鋁、銅包鋁、鋁合金等組成，根據(jù)對應(yīng)的需求靈活選用不同材質(zhì)的電纜材料。在選擇電纜型號時，要根據(jù)所在區(qū)域的電力供給需求進(jìn)行選擇。例如，室內(nèi)以照明區(qū)域為主的電纜設(shè)施，其電纜單根線芯的平面面積通常不超過2.5 mm2?？偠灾?，電纜型號的選擇要根據(jù)對應(yīng)的參數(shù)和設(shè)置目標(biāo)進(jìn)行綜合分析、合理選擇，既要確保電纜設(shè)施的型號設(shè)定符合電氣節(jié)能設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)，同時也要防止電纜型號過大而導(dǎo)致的能源浪費問題。圖2 為不同型號電纜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

圖2 不同型號電纜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

3.3 電氣設(shè)備的節(jié)能設(shè)計

電氣設(shè)備的節(jié)能設(shè)計涵蓋了建筑電力供給裝置、電力保障裝置以及管理管控裝置等，涉及整個建筑電子設(shè)備運行的穩(wěn)定和安全，其設(shè)施的綜合運行能耗較大，需要從基礎(chǔ)層面進(jìn)行研究。建筑供配電系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的負(fù)荷計算，當(dāng)功率因數(shù)未達(dá)到供電主管部門要求時，應(yīng)采用無功補償。電力變壓器、電動機(jī)等的能效水平應(yīng)高于能效限定值。以電力供給裝置為例，所有電氣設(shè)備的電源供給方式節(jié)能設(shè)計的理念需要進(jìn)一步強化。例如，采用變頻控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)環(huán)境對電力能源的實際需求進(jìn)行電機(jī)功率的靈活調(diào)整，既能夠保障各項設(shè)施電氣設(shè)備的穩(wěn)定運行，同時還能夠為實現(xiàn)電氣設(shè)備的節(jié)能設(shè)計目標(biāo)給予重要的支持。電氣設(shè)備節(jié)能設(shè)計在電梯設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、自動門設(shè)備等一系列電氣設(shè)備中都能夠得到良好的應(yīng)用，例如，在民用建筑中，空調(diào)設(shè)施消耗的能源比例較高，是當(dāng)前節(jié)能設(shè)計調(diào)控的重要對象，在系統(tǒng)運行過程中使用變頻調(diào)控技術(shù)，能夠進(jìn)一步實現(xiàn)設(shè)備運行功率的精準(zhǔn)化調(diào)控，實現(xiàn)電氣設(shè)備能源的有效節(jié)約。

3.4 建筑節(jié)能設(shè)施的科學(xué)調(diào)控

建筑節(jié)能設(shè)施涉及的范圍極為廣泛，涉及建筑功能的各個領(lǐng)域。以建筑電梯控制系統(tǒng)為例，作為建筑能源的重要消耗設(shè)施，應(yīng)用建筑節(jié)能設(shè)施對電梯運行成效進(jìn)行科學(xué)的調(diào)控和有效的管理，能夠借助智能化的應(yīng)用設(shè)備，對電梯工作狀態(tài)和空閑狀態(tài)進(jìn)行有效的區(qū)別，實現(xiàn)電梯能耗問題的有效控制。一方面，電梯設(shè)施運載效率不足必然會引起大量能源的浪費，為了進(jìn)一步提高電梯的使用效率，可以進(jìn)行階段性的電梯功能設(shè)定，既能夠滿足建筑用戶日常的生活需求，也能實現(xiàn)電梯能耗的有效節(jié)約；另一方面，通過對空閑階段和工作階段的靈活區(qū)別，能夠為其他類似建筑電氣設(shè)施的科學(xué)調(diào)控提供良好的參考意見和使用方案，進(jìn)一步促使建筑電氣設(shè)施節(jié)能設(shè)計目標(biāo)的有效達(dá)成。

3.5 光伏設(shè)計的有效實施

光伏設(shè)計主要依據(jù)光伏發(fā)電設(shè)施進(jìn)行節(jié)能設(shè)計，通過在建筑外墻、遮陽構(gòu)件、屋面及頂板架設(shè)太陽能光板，實現(xiàn)對太陽能的有效吸收并轉(zhuǎn)化為電能，為建筑的日常電力設(shè)備提供穩(wěn)定的能源，從而實現(xiàn)電氣設(shè)備的節(jié)能設(shè)計目標(biāo)。光伏與建筑相結(jié)合是光伏應(yīng)用中的重要領(lǐng)域之一，綠色建筑中以光伏為代表的清潔能源建筑應(yīng)用迎來了快速的發(fā)展機(jī)遇期。目前，我國不少地區(qū)相繼開展了光伏發(fā)電設(shè)施的架設(shè)，在某種程度上極大地提高了電力能源的利用水平，并為地區(qū)的電力供給提供穩(wěn)定的能源。但是由于鋪設(shè)面積較大，對于城市建筑來說，應(yīng)用光伏發(fā)電滿足整個建筑所有電力設(shè)備的電力供給，依然需要長期的研究，需要不斷增強太陽能光板的吸收能力，提高光能轉(zhuǎn)化為電能的實際效率，為建筑電氣設(shè)施的節(jié)能發(fā)展提供有效而穩(wěn)定的電力能源。需要注意的是光伏發(fā)電設(shè)計應(yīng)根據(jù)使用地區(qū)的氣候特征，考慮建筑、結(jié)構(gòu)、電氣防火安全的要求，綜合考慮朝向、光伏設(shè)備安裝面積及檢修條件，不應(yīng)影響建筑日常的正常使用。圖3 為某建筑光伏發(fā)電設(shè)計效果。

圖3 某建筑光伏發(fā)電設(shè)計效果

4 結(jié)語

建筑電氣節(jié)能設(shè)計的有效實施，能夠促進(jìn)建筑運營成本的有效控制，能夠在一段時間內(nèi)實現(xiàn)電力能源的有效節(jié)約，為工程的經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供重要的支持。圍繞電力設(shè)備運行原理、設(shè)備性能、運行成效等方面的內(nèi)容，實現(xiàn)建筑電氣節(jié)能設(shè)計的創(chuàng)新和升級，構(gòu)建建筑電氣設(shè)計技術(shù)層面、經(jīng)濟(jì)層面、管理層面的改善和強化，踐行節(jié)能設(shè)計領(lǐng)域的新模式和新樣板。