建筑電氣設(shè)計(jì)中的安全及節(jié)能問題探討

李秀麗

（煤炭工業(yè)太原設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司，山西太原 030001）

0 引言

建筑電氣設(shè)計(jì)包含整個(gè)建筑體系內(nèi)外的所有電氣設(shè)施，包含公共區(qū)域的道路照明、防雷設(shè)計(jì)，建筑物內(nèi)的空調(diào)、智能樓宇控制系統(tǒng)等，也分為強(qiáng)電與弱電兩個(gè)方面，由此看來設(shè)計(jì)內(nèi)容眾多，專業(yè)性較強(qiáng)。此外當(dāng)前的建筑物能耗較高，對(duì)電氣系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性等要求也越來越高。為了實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的節(jié)能優(yōu)化目標(biāo)，避免和減少各類電力事故，電氣工程設(shè)計(jì)師應(yīng)緊跟現(xiàn)代化設(shè)計(jì)理念及設(shè)計(jì)原則，在嚴(yán)格遵循國家電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，科學(xué)設(shè)計(jì)線路，合理配置電氣設(shè)施，減少無效益的能耗，努力保障民眾用電安全。

1 建筑電氣設(shè)計(jì)中的安全及節(jié)能設(shè)計(jì)基本介紹

1.1 安全及節(jié)能設(shè)計(jì)的必要性

當(dāng)前的建筑行業(yè)處在一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期，與國家的可持續(xù)發(fā)展理念遙相呼應(yīng)，致力于向綠色環(huán)保方向發(fā)展。而節(jié)能降耗就是其追求的一個(gè)重要目標(biāo)，也是促使建筑行業(yè)良好發(fā)展的重要舉措。因此建筑電氣設(shè)計(jì)也需要緊跟步伐，綜合建筑電氣高效性需求及影響電氣環(huán)保效果的因素，從材料的選擇、應(yīng)用節(jié)能電氣設(shè)備、線路的優(yōu)化等方面去提升設(shè)計(jì)效果。既要確保電力品質(zhì)，提高電氣系統(tǒng)運(yùn)行效率，也要重視起其節(jié)能設(shè)計(jì)指標(biāo)，以合理提高能源利用效率，將節(jié)能降耗措施落到實(shí)處，進(jìn)而促使建筑行業(yè)及其中的建筑電氣做到綠色和可持續(xù)發(fā)展。

1.2 安全及節(jié)能設(shè)計(jì)原則

（1）滿足建筑物基本功能需求：建筑物及建筑電氣都是為了給人們提供最安全優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，因此建筑安全及節(jié)能設(shè)計(jì)需要從人的需求的角度出發(fā)，各電氣設(shè)計(jì)需要達(dá)到基本的使用功能標(biāo)準(zhǔn)，如辦公、家用電氣的常規(guī)使用、公共照明和安全應(yīng)急（消防）等。要充分發(fā)揮建筑物的使用功能，不可影響業(yè)主的正常用電，在此基礎(chǔ)上來科學(xué)控制能源消耗。

（2）經(jīng)濟(jì)適用性：建筑電氣的安全節(jié)能設(shè)計(jì)需要一定的經(jīng)濟(jì)支持，如果過分追求安全及節(jié)能，盲目使用節(jié)能高科技和高端設(shè)備，雖然能達(dá)到節(jié)能降耗的目的，但是成本支出偏高，工程經(jīng)濟(jì)效益會(huì)降低。為此應(yīng)保證電能的使用處于合理范圍之內(nèi)。

（3）節(jié)能減排：節(jié)能是當(dāng)前國家、行業(yè)、社會(huì)的普遍要求，而建筑規(guī)模越大，電氣設(shè)備越多，能耗越高。為了避免能源無端損耗，為了提高各類電氣設(shè)備的利用率，使所消耗的能源最低化，在設(shè)計(jì)中要運(yùn)用節(jié)能理念，引進(jìn)節(jié)能技術(shù)和節(jié)能型設(shè)備，科學(xué)設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)，檢查耗電量過大的設(shè)備，探尋能源損耗的源頭，以進(jìn)行有針對(duì)性的電氣設(shè)計(jì)方案優(yōu)化，進(jìn)而控制好用電設(shè)備的無功消耗，有效約束浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)預(yù)期合理的節(jié)能目標(biāo)。

（4）安全可靠性：安全才能長久，安全才能避免人員傷亡，因此必須要全力確保電氣設(shè)計(jì)的安全性。在設(shè)計(jì)階段要結(jié)合建筑工程特點(diǎn)使電氣設(shè)計(jì)方案更加可靠，如要做好電氣保護(hù)設(shè)計(jì)，對(duì)于短路保護(hù)，要選用合適的熔斷器，這樣在電力過載，電流過大時(shí)，可以確保電路的安全[1]。

2 建筑電氣設(shè)計(jì)中的安全問題防范

2.1 保障電力供應(yīng)安全

建筑電氣設(shè)備本身用電量較大，當(dāng)建筑規(guī)模較大時(shí)，總用電量更大，且不同的建筑空間用電量需求不同，為此需要對(duì)電力供應(yīng)系統(tǒng)的工作環(huán)境作出整體研究，根據(jù)用電情況進(jìn)行分項(xiàng)供電。因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要增設(shè)多個(gè)獨(dú)立電源，這樣可以保障用戶用電穩(wěn)定，在出現(xiàn)問題時(shí)，各獨(dú)立電源間可以相互支援，加強(qiáng)供電。此外還應(yīng)設(shè)置多個(gè)備用發(fā)電機(jī)組，這樣在特殊緊急情況，也可以應(yīng)急供電，滿足如住宅建筑樓梯通道的應(yīng)急指示燈、警報(bào)器等用電需求，以及醫(yī)院的手術(shù)室等生命維持系統(tǒng)的緊急供電，確保建筑物供電系統(tǒng)在各種情況下的安全與平穩(wěn)運(yùn)行。

2.2 合理布置供電線路

首先，要確保線路質(zhì)量合格，要檢查線路的通電性和外表的絕緣性，對(duì)于一些特殊位置的線路，還要確保其耐候性、耐久性較佳，避免因環(huán)境等外界因素而過早失去作用。此外要根據(jù)建筑使用功能的差異，選擇電線種類，如顏色、材質(zhì)等級(jí)等，以區(qū)別各不同安全標(biāo)準(zhǔn)區(qū)的線路，防止線路誤用，也方便日后檢修。其次，要確定合適的線路截面，這與供電性能、穩(wěn)定性和節(jié)能性有很大的關(guān)系，為了避免因線路造成的電能損失，確保高品質(zhì)的供電質(zhì)量，需要結(jié)合該地區(qū)的用電需求、用電標(biāo)準(zhǔn)等計(jì)算得出合適的供電線路截面，保證線路具備相應(yīng)的載流能力。最后，線路的走向要與建筑物的空間布局、裝修設(shè)計(jì)等相結(jié)合，合理配置電源線路，注意導(dǎo)線長度，減少迂回和暴露，使其安全有效的發(fā)揮作用，同時(shí)也可保障建筑物的美觀性，防止線路過度裸露而增加受損風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 做好安全防護(hù)設(shè)計(jì)

（1）自動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)：①利用備用電源保障緊急情況下的用電需要，確保供電穩(wěn)定。②要設(shè)置空氣開關(guān)等自動(dòng)保護(hù)裝置，這樣當(dāng)電氣系統(tǒng)突發(fā)故障時(shí)，可以自動(dòng)斷電進(jìn)行保護(hù)，以防引起嚴(yán)重的電力事故，進(jìn)而保障周圍的電氣設(shè)備、線路和人員的安全。

（2）接地處理：很多大功率的用電電器雖然能為人們提供很好的服務(wù)，但是也會(huì)增大建筑物電力工作負(fù)載，為此需要利用接地裝置進(jìn)行保護(hù)。設(shè)計(jì)時(shí)要明確接地線與接地體的組合，根據(jù)實(shí)際情況做好開關(guān)的自動(dòng)控制，這樣在用電高峰期，容易出現(xiàn)電力事故的時(shí)期可以有效保障電力安全，特別是能夠預(yù)防電力火災(zāi)事故。

（3）安裝防雷裝置：由于目前的高層建筑越來越多，防雷設(shè)計(jì)更有必要，且還需適時(shí)提高防護(hù)等級(jí)。通常是在建筑物的頂層安裝避雷針，由此將雷電時(shí)的放電引入地下。而為了確保避雷針的長期有效性，也為了提升電氣設(shè)備自身的防雷擊性，要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蚯闆r選擇防雷等級(jí)合適的電氣設(shè)備，還可安裝SPD（電涌保護(hù)器），有效避免雷擊對(duì)整個(gè)建筑的電氣產(chǎn)生影響[2]。

2.4 嚴(yán)防電力事故

2.4.1 觸電事故

生活中因漏電造成的各種傷亡事故并不少見，有些只是輕微發(fā)麻感，有時(shí)只是插座出冒小火花，但是如果漏電問題嚴(yán)重，或電流電壓過大時(shí)，有人誤觸接觸，會(huì)被大電流擊中身體，危及人們的身體健康。為了解決這些安全隱患，在建筑電氣設(shè)計(jì)階段要加強(qiáng)預(yù)防，高度重視易出現(xiàn)泄漏的位置和人們易接觸到的場(chǎng)所，進(jìn)行有效控制和保護(hù)。如可以在電源處設(shè)置電流防護(hù)電器，或是設(shè)置漏電保護(hù)器[3]。

2.4.2 火災(zāi)事故

建筑電氣安全設(shè)計(jì)中對(duì)于火災(zāi)的預(yù)防主要是為了避免因電氣設(shè)備故障、線路問題等導(dǎo)致的起火事件和降低其影響性。而這類的火災(zāi)不可按照一般火災(zāi)處理，必須要先斷電，還要考慮滅火方式對(duì)電氣設(shè)備的影響，以及是否會(huì)引起更大災(zāi)害。因此需要重視消防建設(shè)，可以在跳閘點(diǎn)設(shè)置一個(gè)選擇性RCD（剩余電流動(dòng)作保護(hù)器），設(shè)置額定動(dòng)作電流為500mA，延時(shí)為0.2～0.4s，達(dá)到二層保護(hù)。還要綜合考慮可能發(fā)生的火災(zāi)類型，易燃和已擴(kuò)散的位置，設(shè)置火災(zāi)探測(cè)器、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)和噴淋裝置等常規(guī)消防設(shè)備。

3 建筑電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能措施

3.1 供電電壓和線路節(jié)能設(shè)計(jì)

（1）供電電壓設(shè)計(jì)：電壓、電流與線路截面面積之間呈現(xiàn)一定的關(guān)系，通常截面越小，電流越小。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的，需要根據(jù)具體的供電需求合理設(shè)定壓力級(jí)別，確定最合適的電纜截面面積，由此節(jié)省電纜成本，減少線路損耗。

（2）優(yōu)選導(dǎo)線類型：導(dǎo)線的電導(dǎo)率在一定程度上決定了供電效率，一般越小其總體效益越高。而經(jīng)有關(guān)試驗(yàn)和事實(shí)驗(yàn)證，銅芯電纜比鋁芯線纜電導(dǎo)率小，輸電質(zhì)量更好，但是其應(yīng)用成本也更高。因此在進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)線路的負(fù)載量對(duì)比選擇，當(dāng)供電需求較大時(shí)選用銅芯電纜，其最終的節(jié)能環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益綜合上更高。

（3）合理控制線路長度：為了避免線路過長，電力輸送過程中損耗過多，設(shè)計(jì)師應(yīng)優(yōu)先選擇直線布線方案，并嚴(yán)格把控間距，規(guī)避電磁場(chǎng)作用的影響。當(dāng)線路因建筑結(jié)構(gòu)等受限而無法直線布置時(shí)，可合理調(diào)整變配電所、低壓配電室的位置，以適當(dāng)?shù)乜s短線路。

3.2 變壓器節(jié)能設(shè)計(jì)

變壓器能耗在整個(gè)電氣系統(tǒng)中占比較大，在對(duì)變壓器進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)需從其功率著手，一方面要減少其無功功率消耗，主要是盡可能減少空載損失，根據(jù)其空載原理，需要考慮交流變壓器鐵芯磁通密度、晶片厚薄、材質(zhì)特性等因素，選用較高牌號(hào)的電工鋼帶。另一方面要減少變壓器的負(fù)載損失，要正確計(jì)算負(fù)荷，了解不同建筑物的用電量差異，建筑內(nèi)部相應(yīng)能源的使用范圍，根據(jù)實(shí)際需求選擇對(duì)應(yīng)規(guī)格的變壓器，如用電負(fù)荷較小時(shí)采用小型變壓器，較大時(shí)采用大型變壓器，并設(shè)置一定比例的設(shè)計(jì)余量，以確保配電系統(tǒng)的整體協(xié)調(diào)性，供電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。最后要合理布置變壓器，設(shè)計(jì)師需明確配電室的位置，以建筑靠近負(fù)荷中心部位為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。此外變壓器數(shù)量也要合理，依據(jù)建筑工程規(guī)模和建筑物樓棟的分布情況布置，如對(duì)大型高壓網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供連通的專門的單相變壓器[4]。

3.3 建筑照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)

首先要結(jié)合室內(nèi)光照需求合理利用自然光線，這就要求在建筑空間設(shè)計(jì)時(shí)合理控制門窗數(shù)量和大小，安裝透光效果好的玻璃，將自然光與人工照明設(shè)計(jì)結(jié)合起來，從而減少室內(nèi)照明設(shè)施的用電量。其次要合理選材，如照明線路應(yīng)盡量選用電阻較小的導(dǎo)線，同時(shí)合理控制導(dǎo)線的長度和橫截面積等，避免造成過多的額外損耗。要綜合考慮燈光品質(zhì)、燈具效率、照明功率等各種因素，合理運(yùn)用節(jié)能型燈具與高效光源，如壽命長、顏色高的T5、T8 燈具、LED 燈、太陽能等，并根據(jù)不同建筑類型和建筑空間合理設(shè)計(jì)燈具安裝數(shù)量，以取得低能耗、照明度合適的理想照明成效[5]。最后要配置鎮(zhèn)流器，如稀土三基色熒光燈具配電子鎮(zhèn)流器，可以明顯提高燈具的工作效率，減少頻閃現(xiàn)象。

3.4 電動(dòng)節(jié)能設(shè)計(jì)

電機(jī)系統(tǒng)是將電力轉(zhuǎn)換成電機(jī)功率的裝置，當(dāng)實(shí)際的用電量過高，輸出功率會(huì)增大，有可能出超過設(shè)計(jì)時(shí)的負(fù)荷量，此時(shí)用電安全難以保障，電動(dòng)機(jī)工作效率也不穩(wěn)定，因此是建筑電氣設(shè)計(jì)中較為關(guān)鍵的內(nèi)容。而對(duì)于電動(dòng)機(jī)的節(jié)能設(shè)計(jì)，可在滿足相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范要求的情況下，選用高效率的電動(dòng)機(jī)，如具備自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速功能電動(dòng)機(jī)。或是采用變頻控制系統(tǒng)來調(diào)整電動(dòng)機(jī)自身的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，以降低空載及輕載負(fù)荷造成的電能損耗。此外對(duì)于大功率的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)單獨(dú)配置電壓表、電流表、有功電能表等計(jì)量?jī)x表，以便實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)管，及時(shí)調(diào)整其工作效率來促進(jìn)節(jié)能實(shí)現(xiàn)?；蚴遣扇∽择罱祲夯蜃冾l啟動(dòng)方式來避免對(duì)電網(wǎng)造成較大的沖擊，使其平穩(wěn)啟動(dòng)和運(yùn)行。

3.5 高效利用可再生能源

現(xiàn)代化的建筑物智能特點(diǎn)較為明顯，各種高科技產(chǎn)品和節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用也較為成熟，從而為太陽能等清潔能源的利用提供了基礎(chǔ)。在節(jié)能環(huán)保的理念下，可以將太陽能轉(zhuǎn)化為電能、熱能，由此減少電氣設(shè)備的電能、燃?xì)獾饶茉聪?。如將光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用到建筑物的外圍結(jié)構(gòu)當(dāng)中，以屋頂、墻面等較大的吸收太陽能的表面結(jié)構(gòu)來有效吸收太陽光的熱量，并將其與建筑照明系統(tǒng)結(jié)合，進(jìn)而用于道路、公共區(qū)域、景觀等照明，從而達(dá)到節(jié)約電能的效果[6]。

4 結(jié)語

總之，安全節(jié)能是建筑行業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的必然要求，提高建筑電氣設(shè)計(jì)的安全與節(jié)能性也是必然的趨勢(shì)。在這個(gè)創(chuàng)新過程中，面對(duì)建筑電氣設(shè)計(jì)中復(fù)雜的內(nèi)容和嚴(yán)格的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為了科學(xué)合理地開展設(shè)計(jì)工作，有效貫徹安全節(jié)能理念。相關(guān)設(shè)計(jì)人員一定要加強(qiáng)對(duì)建筑電氣節(jié)能技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品的了解，采取可行性、合理性的方式，在滿足建筑電氣設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及建筑用戶需求的基礎(chǔ)上，不斷優(yōu)化建筑電氣設(shè)計(jì)方案，從而確保建筑電氣的安全性以及節(jié)能性，使建筑電氣系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，最終獲得較高的綜合效益。