建筑電氣設(shè)計在綠色建筑中的應(yīng)用研究

許保平

（安慶市第一建筑設(shè)計研究院有限公司，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。在這種形勢下，綠色建筑成為建筑行業(yè)中新的標(biāo)準(zhǔn)，電氣設(shè)計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電氣設(shè)計進(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，最大程度上減少對能源的消耗和降低碳排放量。通常綠色建筑電氣設(shè)計涉及照明、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自然資源的利用率，并且建筑物對周圍的環(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，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、對環(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，盡可能降低對自然資源的消耗，把對建造過程中對周圍環(huán)境產(chǎn)生的影響降到最低。該項技術(shù)中有一項較為顯著的特點，是在建造的過程中施工材料會根據(jù)就近原則選用，基本上使用的都是項目所在地建材市場中的材料，這便減少了運輸方面的成本，減少了對石油資源的消耗。

2 綠色建筑設(shè)計要素

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

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。在實際的設(shè)計中，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)計方面把人們的舒適、便利、健康作為設(shè)計原則，這才是未來建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢。

2.2 節(jié)約要素

在綠色建筑設(shè)計當(dāng)中，最為重要的設(shè)計要素就是節(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，但不論在哪個城市中，土地資源都是有限的，隨著建筑物越建越多，各個城市中可以供人們使用的土地面積越來越少，為解決該項問題，綠色建筑技術(shù)和綠色建筑理念應(yīng)運而生，在此種條件下綠色建筑的設(shè)計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建造儲水池，實現(xiàn)了對自然資源的重復(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自然資源的消耗，這就要求設(shè)計人員要在保障人們舒適程度的基礎(chǔ)上盡可能減少對施工材料的消耗，降低對自然環(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)計原則

在對綠色建筑中建筑電氣進(jìn)行設(shè)計的過程中，設(shè)計人員要把社會、經(jīng)濟(jì)、項目環(huán)境等多方面的因素綜合考量，在設(shè)計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、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)計人員可以遵循3 個方面的設(shè)計原則[1]。

（1）實用原則。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)計建筑電氣的過程中也要遵循著實用的原則，設(shè)計方案盡量簡約實用，使用符合國家能效標(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。在對綠色建筑的建筑電氣進(jìn)行設(shè)計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)計中仍舊為了節(jié)約能源去做一些高投入的設(shè)計方案，很容易導(dǎo)致項目整體超出預(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。設(shè)計人員不能為了達(dá)到綠色建筑的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，盲目的對電氣設(shè)計方案進(jìn)行精簡，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)計要盡可能簡單的同時還要安全、可靠。同一用戶內(nèi)，高壓變配電的級數(shù)不得超過二級，低壓級數(shù)不超三級。各級數(shù)保護(hù)電器之間應(yīng)具有選擇性，避免接地故障時，越級跳閘，擴(kuò)大停電范圍。

根據(jù)項目用電負(fù)荷的容量及分布情況，合理的配置變電站的位置，盡量靠近項目中的負(fù)荷中心，縮短低壓供電半徑，并且根據(jù)實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)電流密度選擇長壽命周期電纜例如配電干線電纜，計劃好電纜的鋪設(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。如項目中多個負(fù)荷中心時，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，還能在一定程度上延長變壓器的使用壽命。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)能評價值》（GB 20052—2013）中規(guī)定，且能效等級為2 級及以上的變壓器，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，提高運行效率，如采用變頻措施及兩臺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

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

照明設(shè)計應(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；同時根據(jù)建筑物自身的特點，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、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，因為二極管的電阻較小，所以在通電的過程中不會產(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，對場地要求較高，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)的房屋建筑項目為例，該地區(qū)的年太陽輻照量為1768～1896kWh/m2，所以在該項目中應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)對于節(jié)約能源來說有著極強(qiáng)的現(xiàn)實意義，不僅可以對其他項目起到帶頭的作用，還能減少對能源的消耗，增加業(yè)主的經(jīng)濟(jì)效益。

該項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存路燈3d 的光照用電量。

該項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，自動控制裝置會自動啟動，把太陽能電池和草坪燈的電路相連接，將其點亮，通常白天10h 的光照可以支撐夜晚8h 左右的照明。

該項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，在白天的時候，太陽能芯片就可以把光能轉(zhuǎn)化為電能儲存到內(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，該項目把控制器的開啟方式設(shè)計為手動，只有在人們需要的時候手動開啟才能啟動庭院燈。該設(shè)備每次自動充電完成可以連續(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、儲能、直流配電、柔性用電為一體的“光儲直柔”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)計會極大程度上推進(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)成為時代發(fā)展的主題，在設(shè)計人員對建筑電氣進(jìn)行設(shè)計的過程中，要時刻秉承著節(jié)能環(huán)保的理念，在設(shè)計過程中融合國家制定的標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合國家的相關(guān)節(jié)能環(huán)保政策，使用科學(xué)合理的設(shè)計方法來設(shè)計節(jié)能環(huán)保的綠色建筑，從而為我國的環(huán)保事業(yè)做出貢獻(xiàn)，給我國的經(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)計體現(xiàn)了以人為本的設(shè)計理念，人們堅信，推進(jìn)節(jié)能環(huán)保的發(fā)展就是推進(jìn)社會的進(jìn)步。