建筑電氣節(jié)能設(shè)計與綠色建筑電氣技術(shù)分析

沈飛澎

（吉林省社會工作服務(wù)中心，長春 130000）

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，建設(shè)工程在規(guī)模上以及數(shù)量上都呈現(xiàn)出較大的增長，然而與此同時也面臨著十分嚴(yán)峻的建筑資源消耗與浪費(fèi)問題[1]。在實(shí)際開展建設(shè)項(xiàng)目過程中，怎樣利用切實(shí)可行的方案降低資源浪費(fèi)是當(dāng)下必須要重視與解決的重要問題?，F(xiàn)階段，我國建筑領(lǐng)域在縮減能耗方面遇到了較大的阻礙。所以，制定滿足我國建筑發(fā)展行情與特征的解決方案，不斷降低建筑領(lǐng)域的能源消耗十分有必要，有助于確保建筑工程項(xiàng)目穩(wěn)定、順利進(jìn)行。其中，節(jié)能技術(shù)是一個十分關(guān)鍵的工作，在降低建筑項(xiàng)目能源使用與浪費(fèi)等問題上發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。所以，在開展建筑項(xiàng)目施工過程中，應(yīng)當(dāng)重視電氣節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用，將其充分融入到各個施工環(huán)節(jié)中，盡可能地提高能源利用的價值，減少建設(shè)項(xiàng)目施工中的能源損耗，達(dá)到建筑節(jié)能的目的[2]。

1 綠色建筑電氣技術(shù)的作用

從現(xiàn)階段我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)以及發(fā)展實(shí)際情況來看，大力推廣綠色建筑建設(shè)具有十分重大的意義與社會價值，能夠最大程度避免建筑項(xiàng)目施工過程中造成較多的能源損耗與環(huán)境污染，并且還能夠有效提高建筑公司的經(jīng)濟(jì)效益，具有雙向利好作用[3]。綠色建筑建設(shè)能夠保障經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的和平共處，減少能源損耗，在此背景下還能夠促進(jìn)能源的循環(huán)利用，降低國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中的環(huán)保與能源壓力，為社會經(jīng)濟(jì)效益的提升進(jìn)一步奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

2 建筑電氣節(jié)能設(shè)計的原則

在實(shí)際開展建筑電氣節(jié)能設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格依照實(shí)際需求性、經(jīng)濟(jì)適用性與節(jié)約環(huán)保性等原則進(jìn)行，具體如下。

2.1 實(shí)際需求性

在開展建筑電氣節(jié)能設(shè)計時，需要緊密結(jié)合建筑實(shí)際需求，同時滿足建筑功能層面的需求與實(shí)際需要。建筑電氣應(yīng)用的本質(zhì)是為了改善人們的生活質(zhì)量，為人們的生活帶來更高的便利性[4]。所以，在進(jìn)行建筑電氣節(jié)能設(shè)計過程中應(yīng)當(dāng)充分意識到這點(diǎn)，最大程度滿足建筑應(yīng)用中人們的實(shí)際生活需求，比如說公共區(qū)域照明、電路穩(wěn)定供應(yīng)和管道順暢等，此外達(dá)到基本應(yīng)用功能之后，還應(yīng)當(dāng)要注重制作工藝上的改進(jìn)，最大程度提高外觀的美觀度。從建筑電氣節(jié)能技術(shù)層面來看，滿足實(shí)際需求是必須達(dá)到的要求，任何其他相關(guān)要求都必須建立在實(shí)際需求基礎(chǔ)之上才能夠彰顯出自身的意義與價值。對建筑進(jìn)行有效管控，不斷提高能源的利用率，貫徹落實(shí)節(jié)能降耗理念，盡可能地避免對環(huán)境產(chǎn)生不良影響。然而要特別留意的是，切不可以因噎廢食，為了能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的，對建筑電氣給予十分苛刻的管控，這必然會影響到建筑領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

2.2 經(jīng)濟(jì)適用性

經(jīng)濟(jì)適用性是在建筑節(jié)能設(shè)計過程中，特別重視建筑物的經(jīng)濟(jì)性以及適用性，從而保障建筑工程能夠獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)階段，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，市面上出現(xiàn)了不同類型的先進(jìn)設(shè)備與先進(jìn)技術(shù)，然而在具體選用時，在確保其滿足使用需求的基礎(chǔ)之上，還應(yīng)當(dāng)考慮到成本因素，使用性價比高的新技術(shù)與新設(shè)備。根據(jù)我國實(shí)際情況及建筑工程使用者的確切需求，合理使用電氣技術(shù)與設(shè)備。

2.3 節(jié)約環(huán)保

在開展建筑電氣節(jié)能設(shè)計時，能耗與環(huán)境保護(hù)也應(yīng)當(dāng)受到足夠的重視，2者均非常重要。確保建筑電氣節(jié)能設(shè)計的合理性，有助于減少建筑電氣能源損耗，加強(qiáng)對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)[5]。建筑物的電氣安裝必須要能夠滿足基本的使用功能，在此前提下對和建筑功能關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)的電氣部分進(jìn)行完善，進(jìn)一步提高該部分的科學(xué)性與合理性，依托于節(jié)能設(shè)計來降低能耗。另外，為了達(dá)到優(yōu)化建筑能耗的目的，科學(xué)選擇高科技控制技術(shù)也能夠獲得良好的效果，例如利用變壓器來調(diào)節(jié)功率、采用智能化照明等，在不降低設(shè)備性能及應(yīng)用效果的前提下，應(yīng)當(dāng)要盡可能地使用能耗更低、對環(huán)境影響更小的設(shè)備。

3 建筑電氣節(jié)能設(shè)計的主要內(nèi)容

3.1 供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計

以常用建筑為基準(zhǔn)，建筑電氣節(jié)能設(shè)計通常涵蓋3個部分，分別是供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及建筑設(shè)備系統(tǒng)[6]。其中，供配電系統(tǒng)是建筑電氣節(jié)能設(shè)計的重中之重，從根本上來看，某個單體建筑的總體電氣系統(tǒng)能否穩(wěn)定工作、能否實(shí)現(xiàn)高效低耗，其關(guān)鍵在于供配電系統(tǒng)所能夠提供的供電品質(zhì)，而和供電品質(zhì)息息相關(guān)的因素，即諧波含量、功率因數(shù)及三相平衡。

3.1.1 諧波含量管控

在發(fā)電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)、供電系統(tǒng)與電氣設(shè)備等多種因素的影響下，傳輸?shù)浇ㄖ姎庀到y(tǒng)中的電力往往難以始終保持50 Hz的正弦交流電，往往會融入一些分量諧波，不僅會對電氣系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生較大威脅，還會導(dǎo)致能源的無故浪費(fèi)[7]。例如諧波電流會引起輸電線路溫度升高、變壓器升溫等，根據(jù)能量守恒定律，這必然會產(chǎn)生較多的能源損耗，并會對建筑電氣系統(tǒng)的應(yīng)用功能產(chǎn)生不良影響。例如會經(jīng)常無征兆跳閘、部分電子元件被燒毀等。所以，在實(shí)際開展建筑電氣節(jié)能設(shè)計過程中，應(yīng)當(dāng)特別留意對諧波的有效處理，現(xiàn)階段常用的處理手段有以下2種。首先是針對電網(wǎng)進(jìn)行治理，依托于非線性負(fù)載設(shè)備的使用，最大程度避免諧波電流的產(chǎn)生；其次，以電氣系統(tǒng)的運(yùn)行設(shè)備為控制目標(biāo)，在開展電氣節(jié)能設(shè)計過程中，需要全面審視各方面影響因素，依托于科學(xué)計算方式，準(zhǔn)確獲取運(yùn)行設(shè)備的供電大小，使其保持在較低諧波含量狀態(tài)。

3.1.2 增大功率因數(shù)

在物理學(xué)領(lǐng)域，功率因數(shù)表示的是有功功率和視在功率的比值，該參數(shù)指標(biāo)在建筑電氣節(jié)能設(shè)計中有著至關(guān)重要的作用[8]。從當(dāng)下我國建筑電氣設(shè)備使用情況來看，大部分電氣設(shè)備均為感性負(fù)載，設(shè)備的功率因數(shù)往往保持在偏低水準(zhǔn)，而因?yàn)槠渲泻w有無功功率，所以必須要不斷增加視在功率，為此會造成電動機(jī)及變壓器等電氣設(shè)備的裝機(jī)容量進(jìn)一步提高。除此之外，當(dāng)功率因數(shù)值保持在較低水平時，往往還會導(dǎo)致線路損耗過快。為了避免這種問題的產(chǎn)生，當(dāng)下普遍使用的改善手段便是安裝無功補(bǔ)償裝置，既能夠取得良好的效果，同時也具有經(jīng)濟(jì)成本低的優(yōu)勢，見表1。通過對無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，一方面能夠很好地降低電能損耗，另一方面也可以實(shí)現(xiàn)對電氣系統(tǒng)的優(yōu)化，選擇一些容量較小的發(fā)電機(jī)與變壓器便可滿足使用需求，同時也可以將電氣線路切換為直徑更小的導(dǎo)線。

表1 無功功率補(bǔ)償率

3.1.3 維持三相平衡

三相不平衡會給電氣系統(tǒng)產(chǎn)生非常大的影響，例如造成線路損壞、電機(jī)不正常發(fā)熱、電機(jī)振動加大及降低電機(jī)正常使用壽命等[9]，為了有效維持三相平衡，可以從以下幾個方面入手。首先，建筑中所有用電設(shè)施在設(shè)計連接220 V與380 V三相系統(tǒng)時，需要按照要求保證三相平衡，防止出現(xiàn)三相負(fù)荷不同的問題，從根本上保證三相平衡。其次，依照電氣設(shè)施功能的不同對整個系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化與劃分，其中將照明系統(tǒng)連接到220 V低壓電網(wǎng)中，當(dāng)電流數(shù)值未超過60 A時，選擇使用單相供電，確保三相平衡供電，當(dāng)電流數(shù)值超過60 A時，則要運(yùn)用220 V/380 V三相四線制供電。最后，根據(jù)建筑電氣設(shè)計實(shí)際情況，增加平衡裝置，保證三相平衡。

3.2 建筑設(shè)備節(jié)能設(shè)計

在開展建筑設(shè)備節(jié)能設(shè)計時，通?？梢詮脑O(shè)備選型與設(shè)備運(yùn)行2個方面進(jìn)行。其中設(shè)備選型是指根據(jù)實(shí)際使用需求選擇相匹配的變壓器、電動機(jī)等電氣設(shè)施，而設(shè)備運(yùn)行則是管控空調(diào)系統(tǒng)及電梯等設(shè)施的運(yùn)行能耗。

在建筑電氣系統(tǒng)中，變壓器是一個非常關(guān)鍵的電氣設(shè)備，然而由于其電氣系統(tǒng)損耗較大，通常能夠占據(jù)總電力系統(tǒng)的一半左右，所以確保變壓器選型的科學(xué)性與合理性至關(guān)重要。在實(shí)際開展變壓器型號選擇時，需要嚴(yán)格遵守以下幾個原則。首先，在條件允許的前提下盡可能地使用新型節(jié)能變壓器，比如說非晶合金鐵芯變壓器，該變壓器與普通硅鋼片作鐵芯變壓器比較，在空載狀態(tài)下能夠有效節(jié)約大約80%的能耗。其次，依照電氣系統(tǒng)具體運(yùn)用情況科學(xué)合理選擇變壓器容量。最后，盡可能地確保與負(fù)載匹配，當(dāng)負(fù)荷較小時會造成實(shí)際功耗比值升高。從成本層面來分析，將以往耗能較高的變壓器全部替換掉是不切實(shí)際的，所以需要結(jié)合上述選型原則，再聯(lián)系實(shí)際狀況進(jìn)行合理選擇。

電動機(jī)是1種將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的設(shè)備，也是屬于能耗較高的設(shè)備范疇內(nèi)，正常情況下電動機(jī)消耗的電能能夠占據(jù)建筑總電能的38%～55%，所以盡可能地降低電動機(jī)的能源消耗非常重要，并具有較大的節(jié)能空間。在實(shí)際確定電動機(jī)型號時，需要緊密結(jié)合實(shí)際負(fù)載大小，確保電動機(jī)容量盡可能地靠近設(shè)備實(shí)際需求容量，最大程度運(yùn)用電動機(jī)功率。為了有效降低電動機(jī)運(yùn)行過程中的能源損耗，可采用增加電動機(jī)功率及優(yōu)化功率因數(shù)2種方法。

首先，變頻器依照電動機(jī)負(fù)載功率實(shí)時改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速不同時，電動機(jī)的實(shí)際功率也會發(fā)生變化，見表2，從中可以看出，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的50%時，其實(shí)際功率比額定功率減小了88.6%，降低了能源消耗，所以避免空載或者輕載運(yùn)行有助于節(jié)能。其次，設(shè)置就地補(bǔ)償電器，改善公路因數(shù)，能夠減小線路損耗，也可以達(dá)到節(jié)能的目的。

表2 多種轉(zhuǎn)速下電動機(jī)的實(shí)際功率

4 綠色建筑電氣技術(shù)分析

4.1 建筑耗能監(jiān)控技術(shù)

建筑耗能監(jiān)控技術(shù)通常設(shè)定在建筑物的內(nèi)部，是一種能夠?qū)ㄖ锬芎倪M(jìn)行實(shí)時監(jiān)測的系統(tǒng)。將建筑能耗監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用到建筑物中，能夠?qū)崿F(xiàn)對建筑物光源系統(tǒng)的管控，依托于各種傳感設(shè)備，根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際需求科學(xué)合理地調(diào)整燈具地明亮度，同時還能夠根據(jù)確切的施工要求，對電梯等相關(guān)施工設(shè)施進(jìn)行合理管控。從我國建筑施工現(xiàn)狀來看，目前對該技術(shù)的應(yīng)用場景還較為有限，大多數(shù)情況下只出現(xiàn)在國內(nèi)大城市的豪華商場中，然而，在國外許多國家中已經(jīng)有了非常高的應(yīng)用率，同時取得較為理想的應(yīng)用效果。

4.2 科學(xué)使用太陽能技術(shù)

太陽能屬于一種新型的清潔能源，將其應(yīng)用到建筑中可以起到節(jié)能、環(huán)保的作用。太陽能是存在于自然界中的能源，對太陽能進(jìn)行合理運(yùn)用，使其逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)電力光源，有助于提高建筑的環(huán)保性能。所以，在實(shí)際開展綠色施工時，需要重視對太陽能的使用，像人們平時生活中常用的太陽能熱水器、太陽能照明設(shè)施等，既為人們生活帶來了較大便利性，同時還有效減少了對傳統(tǒng)電能的使用，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的，與綠色發(fā)展理念相吻合。例如，某個城市區(qū)域的日均太陽輻射量大約為3.8 kWh/m2，可以達(dá)到低溫太陽能的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，然而在實(shí)際調(diào)查走訪后發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域建筑僅僅安裝了太陽能熱水器，并未實(shí)現(xiàn)對太陽能的最大化運(yùn)用，為此可以增設(shè)太陽能照明系統(tǒng)，提高對太陽能的運(yùn)用，降低傳統(tǒng)電能使用。

4.3 節(jié)能照明技術(shù)

在現(xiàn)階段綠色建筑電氣技術(shù)中，節(jié)能照明技術(shù)發(fā)揮了越來越重要的作用，在具體使用中主要是針對光源方面進(jìn)行節(jié)能，比如應(yīng)用到LED等照明設(shè)施上。相比較于普通的照明設(shè)施，LED燈具具有節(jié)能、節(jié)電等較多應(yīng)用優(yōu)勢，滿足同等照明需求的前提下，LED燈具可以節(jié)約大概87%的電能，同時照明效果及使用壽命等更加優(yōu)越，其壽命周期往往是普通燈泡的10倍以上。所以，在開展工程建設(shè)時，應(yīng)當(dāng)盡可能地使用LED燈具來滿足施工照明需求，一方面有助于改善工程建設(shè)效果，另一方面也可以節(jié)約大量的電能。

5 結(jié)束語

綜上所述，要想切實(shí)達(dá)到節(jié)能降耗的目標(biāo)，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)做好前期的規(guī)劃與設(shè)計，確保電氣設(shè)備在使用過程中擁有節(jié)能、環(huán)保、健康和高效等作用。現(xiàn)階段，節(jié)能已經(jīng)成為了綠色建筑的剛性指標(biāo)。