建筑電氣設(shè)計(jì)中節(jié)能降耗措施探討

摘 要：結(jié)合實(shí)際，探討建筑電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能降耗問題，通過優(yōu)化電力供應(yīng)、照明系統(tǒng)、暖通空調(diào)等多個(gè)方面的設(shè)計(jì)方法，旨在減少能源浪費(fèi)，提高能源利用率，降低運(yùn)營(yíng)成本，減少對(duì)環(huán)境的不利影響。通過對(duì)不同方法的研究和實(shí)踐，得出可行的節(jié)能方案。為建筑電氣設(shè)計(jì)提供更加可持續(xù)和環(huán)保的解決方案，不僅能節(jié)約能源資源，減少能源消耗，還有助于減輕環(huán)境壓力，為未來的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：建筑工程；電氣設(shè)計(jì)；節(jié)能降耗

中圖分類號(hào)：TU855? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2023）12-0089-03

0 引言

建筑電氣設(shè)計(jì)不僅涉及電力供應(yīng)、照明系統(tǒng)、暖通空調(diào)等多個(gè)領(lǐng)域，還關(guān)系到建筑的長(zhǎng)期運(yùn)行成本和對(duì)環(huán)境的影響。因此，通過合理的電氣設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗已經(jīng)成為建筑行業(yè)的迫切需求。

1 建筑電氣設(shè)計(jì)中節(jié)能降耗意義分析

1.1 有效利用能源資源

隨著全球能源資源的日益枯竭和環(huán)境污染的嚴(yán)重加劇，能源效率成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的重要課題。建筑電氣系統(tǒng)是能源消耗的主要來源之一，通過采用節(jié)能措施，可以降低電氣系統(tǒng)的用電量，實(shí)現(xiàn)能源資源的有效利用，減輕對(duì)能源的需求壓力。

1.2 降低運(yùn)行成本

建筑的電氣系統(tǒng)在其整個(gè)使用壽命內(nèi)都需要消耗能源，包括供電、照明、暖通等。通過采用節(jié)能設(shè)計(jì)和設(shè)備，可以顯著減少建筑的運(yùn)行成本，包括電費(fèi)、維護(hù)費(fèi)用和設(shè)備更換成本。這對(duì)于建筑的長(zhǎng)期可持續(xù)運(yùn)行至關(guān)重要，尤其是商業(yè)建筑和工業(yè)建筑。

1.3 保護(hù)環(huán)境

電力生產(chǎn)和使用是導(dǎo)致大氣污染和溫室氣體排放的主要原因之一。通過降低電氣系統(tǒng)的能耗，可以減少對(duì)燃煤等高碳能源的需求，有助于減少CO2等溫室氣體的排放。

1.4 可持續(xù)發(fā)展

節(jié)能降耗是可持續(xù)建筑的核心原則之一。建筑電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行需要考慮長(zhǎng)期的可持續(xù)性，包括資源的可再生性、環(huán)境影響和社會(huì)責(zé)任。通過采用高效的電氣設(shè)備和技術(shù)，可以提高建筑的可持續(xù)性評(píng)級(jí)，滿足未來可持續(xù)性發(fā)展的需求。

2 建筑電氣設(shè)計(jì)節(jié)能降耗現(xiàn)狀

2.1 還采用傳統(tǒng)照明系統(tǒng)

許多建筑仍然采用傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈等能效較低的照明設(shè)備。這些陳舊的照明設(shè)備無法與現(xiàn)代的LED技術(shù)相媲美，在能源利用效率方面表現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如LED照明技術(shù)。這意味著建筑業(yè)主和管理者正在浪費(fèi)大量的電能，這不僅對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響，還在電費(fèi)支出方面帶來不必要的成本。這一問題進(jìn)一步延伸到對(duì)能源資源的浪費(fèi)，因?yàn)檫@些舊式照明設(shè)備需要消耗更多的電能。

過時(shí)的照明設(shè)備還存在維護(hù)和更換費(fèi)用高的問題。由于其壽命較短，需要頻繁更換燈泡和熒光管，這不僅增加維護(hù)成本，還產(chǎn)生大量廢棄的燈泡和電子廢物，進(jìn)一步對(duì)環(huán)境造成負(fù)擔(dān)。這也意味著建筑業(yè)主和管理者需要不斷購買新的照明設(shè)備[1]。

2.2 照明控制不足

很多建筑缺乏先進(jìn)的照明控制系統(tǒng)，如智能照明系統(tǒng)或運(yùn)動(dòng)感應(yīng)照明系統(tǒng)。傳統(tǒng)的建筑通常依賴于傳統(tǒng)的開關(guān)和定時(shí)器來控制燈光，這在現(xiàn)代要求更高的辦公環(huán)境中顯得過時(shí)，會(huì)導(dǎo)致在沒有人員活動(dòng)或足夠自然光的情況下，燈光仍然保持亮度，浪費(fèi)大量的電能。這不僅對(duì)能源利用效率構(gòu)成威脅，還會(huì)產(chǎn)生額外的電費(fèi)支出，對(duì)環(huán)境和電費(fèi)支出產(chǎn)生不利影響。

缺乏先進(jìn)的照明控制系統(tǒng)也影響建筑內(nèi)部的舒適性和工作效率。在沒有智能照明系統(tǒng)的情況下，員工和居民通常無法根據(jù)自己的需求和偏好調(diào)整燈光，導(dǎo)致不適和視覺疲勞。此外，運(yùn)動(dòng)感應(yīng)照明系統(tǒng)的缺失也導(dǎo)致安全問題，增加事故風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 低效電器設(shè)備

低效電器設(shè)備會(huì)造成能源的不必要消耗，不僅對(duì)電費(fèi)支出構(gòu)成負(fù)擔(dān)，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成不必要的碳排放和資源浪費(fèi)。這一問題在夏季和冬季尤為突出，因?yàn)榈托У目照{(diào)和暖氣系統(tǒng)需要大量電能來維持舒適的室內(nèi)溫度。能效低下的設(shè)備還會(huì)增加電器設(shè)備的維護(hù)成本。由于它們需要更頻繁地維修和更換，建筑業(yè)主和管理者不僅要支付更多的電費(fèi)，還需要投入更多的資金和資源來維護(hù)這些設(shè)備。

2.4 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理

當(dāng)電氣系統(tǒng)未能適應(yīng)負(fù)載需求的變化時(shí)，導(dǎo)致電力過?；虿蛔愕那闆r。電力過剩會(huì)導(dǎo)致浪費(fèi)。電力不足則引發(fā)設(shè)備故障或停機(jī)，對(duì)生產(chǎn)和生活造成不便。電力供應(yīng)不穩(wěn)定會(huì)影響電器設(shè)備的壽命和性能。

電器設(shè)備通常需要穩(wěn)定的電力供應(yīng)以確保其正常運(yùn)行。電力波動(dòng)和不足會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞或性能下降，這不僅增加維修和更換設(shè)備的成本，還會(huì)對(duì)建筑內(nèi)的運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生負(fù)面影響。不充分考慮負(fù)載需求變化的電氣系統(tǒng)，無法滿足建筑內(nèi)部的特殊需求。例如，在高峰用電時(shí)，電力供應(yīng)不足，會(huì)影響生產(chǎn)效率；而在低峰時(shí)段，電力過剩會(huì)導(dǎo)致能源浪費(fèi)。

2.5 缺少能源管理系統(tǒng)

若缺乏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)手段，建筑運(yùn)營(yíng)者便無法準(zhǔn)確掌握能源消耗情況。這使他們難以制定有效的節(jié)能策略和計(jì)劃，沒有準(zhǔn)確的能源消耗信息，就無法確定哪些區(qū)域或設(shè)備是主要的能源消耗者，也無法識(shí)別潛在的能源浪費(fèi)點(diǎn)。

缺乏實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，也意味著建筑運(yùn)營(yíng)者無法及時(shí)采取措施來減少能源浪費(fèi)。在沒有即時(shí)反饋的情況下，能源浪費(fèi)長(zhǎng)時(shí)間存在而不被察覺，導(dǎo)致巨大的資源和資金浪費(fèi)。例如，如果暖氣或空調(diào)在無人的房間中持續(xù)運(yùn)行，沒有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的提醒，就會(huì)浪費(fèi)大量的電力或燃?xì)狻?/p>

3 建筑電氣設(shè)計(jì)中節(jié)能降耗措施

3.1 合理設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)

要綜合考慮負(fù)荷容量、供電距離以及用電設(shè)備分布等多方面因素，加強(qiáng)供配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以選擇最合適的供電電壓參數(shù)。供配電系統(tǒng)應(yīng)具備可靠性和簡(jiǎn)潔性，且不應(yīng)包含超過兩級(jí)的相同供電系統(tǒng)配電級(jí)數(shù)。

為優(yōu)化電壓選擇，需結(jié)合負(fù)荷參數(shù)的信息，選定最適宜的變壓器容量和數(shù)量，以適應(yīng)負(fù)荷參數(shù)的變化，并根據(jù)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效果進(jìn)行變壓器的投切設(shè)置。在相同條件下，較高的電壓會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)損耗更小。在民用建筑項(xiàng)目中，通常采用220 V/380 V的設(shè)備電壓，但對(duì)于某些大型或特大型的民用建筑空調(diào)主機(jī)，會(huì)采用10（6） kV的制冷設(shè)備，以滿足系統(tǒng)的運(yùn)行需求并提高節(jié)能性。

盡量減少變電所與負(fù)荷中心之間的距離，并在低壓配電間增設(shè)電氣豎井等設(shè)施，以加強(qiáng)供電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的布局。這樣可以確保低壓系統(tǒng)供電負(fù)荷的運(yùn)輸半徑不超過100 m，從而限制電壓損失在規(guī)定范圍內(nèi)，減少能源流失，確保供電系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量滿足要求，實(shí)現(xiàn)更高的經(jīng)濟(jì)效益。

在配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，必須確保三相負(fù)荷達(dá)到平衡狀態(tài)，其中最大相負(fù)荷應(yīng)在三相平均負(fù)荷的115%以內(nèi)，而最小相負(fù)荷則應(yīng)在三相平均負(fù)荷的85%以內(nèi)。為實(shí)現(xiàn)負(fù)荷均衡，可以采用移相平衡法或容抗平衡法，以有效改善系統(tǒng)的不平衡狀態(tài)，降低空余荷載波動(dòng)，從而有效減小能量損耗[2]。

3.2 合理設(shè)計(jì)節(jié)能變壓器

變壓器的總能耗通常占發(fā)電總量的2%～3%。因此采用節(jié)能變壓器確保有效節(jié)約能源至關(guān)重要。干式變壓器具有更低的能耗損失、更輕的質(zhì)量、更低的噪聲水平和更好的抗沖擊性能等特點(diǎn)，滿足多種應(yīng)用需求。

與傳統(tǒng)的S9型干式變壓器相比，S10型干式變壓器的空載損耗減少約8%，負(fù)載損耗量減小約5%。此外，隨著變壓器技術(shù)的不斷進(jìn)步，其噪聲水平也降低約7～10 dB，而價(jià)格與S9型變壓器相差不大。目前S10型干式變壓器已成為許多工程項(xiàng)目的首選變壓器型號(hào)。

在進(jìn)行變壓器能耗計(jì)算時(shí)，可以按照式（1）進(jìn)行計(jì)算。

△p=p0+β2pk? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

式中，P表示變壓器的有功損耗（kW），P0表示變壓器的空載損耗（kW），Pk表示變壓器的短路損耗（kW），β表示變壓器的負(fù)載率。

P0通常代表變壓器的主要空載損耗，這些損耗主要來自鐵芯的渦流損耗和漏磁損耗。這些損耗與鐵芯的材料和生產(chǎn)工藝直接相關(guān)，而與負(fù)荷量無關(guān)。因此在選擇變壓器類型時(shí)，需要考慮采用節(jié)能型變壓器，如 S9、SL9、SC8等。設(shè)計(jì)變壓器系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)選用高質(zhì)量的冷軋取向硅鋼片，通過取向處理，使磁通的方向基本一致，從而降低鐵芯的渦流損耗。并采用45°全傾斜方式設(shè)置，以確保連接緊密性。

Pk代表變壓器額定負(fù)載條件下的損耗，即變壓器的線損。該參數(shù)直接受到變壓器繞組和通過繞組的電流大小的影響，與負(fù)載率的平方成正比。因此在選擇變壓器時(shí)，應(yīng)選擇繞組較小的變壓器，如銅芯變壓器。

βP通過微分計(jì)算參數(shù)值，表示在負(fù)載率為50%時(shí)每千瓦的負(fù)荷，以實(shí)現(xiàn)最小損耗。然而，當(dāng)負(fù)載率為 50% 時(shí)，只能減小線損，而變壓器的鐵損并不會(huì)減小，因此節(jié)能效果相對(duì)較差。經(jīng)過對(duì)安裝成本、變壓器成本、土建投資和運(yùn)行費(fèi)用等方面的分析，通常最經(jīng)濟(jì)的變壓器運(yùn)行負(fù)載率在75%～85%[3]。

在變壓器的容量、數(shù)量選擇的環(huán)節(jié)，需綜合分析負(fù)荷的參數(shù)，從投資、年運(yùn)行費(fèi)用方面出發(fā)，對(duì)負(fù)荷進(jìn)行合理的分析和選擇，使用容量與電力負(fù)荷比較相近的變壓器，使得能耗有效控制，預(yù)防造成能耗超標(biāo)等問題。

3.3 合理選擇供電線路和導(dǎo)線截面

考慮到當(dāng)前建筑規(guī)模、用電負(fù)荷性質(zhì)以及電氣系統(tǒng)容量等因素，必須科學(xué)合理地規(guī)劃電氣系統(tǒng)的布局，使其更靠近電力負(fù)荷中心，從而減小電能損失并縮短電能輸送路徑。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，一旦照明系統(tǒng)投入使用，線路損耗通常占總電能的約4%。此外，在照明系統(tǒng)運(yùn)行期間，電能消耗受到供電方式和導(dǎo)線截面積等參數(shù)的影響。在滿足允許的負(fù)荷流量和電壓損失等指標(biāo)的前提下，選擇適當(dāng)?shù)碾娎|和導(dǎo)線截面積參數(shù)，有利于降低能耗和初期投資，并提高系統(tǒng)的綜合性能。在確定導(dǎo)線截面積參數(shù)時(shí)，需要依據(jù)經(jīng)濟(jì)電流密度原則。這一原則通常要以全年運(yùn)行成本最小化為依據(jù)，以確定最適合的經(jīng)濟(jì)電流密度。一方面，應(yīng)優(yōu)先選擇具有較低電阻率的導(dǎo)線材料，如銅芯導(dǎo)線性能最佳，鋁導(dǎo)線次之。另一方面，應(yīng)盡量縮短導(dǎo)線長(zhǎng)度，采用直線布線方式，減少回頭線路的數(shù)量[4]。

3.4 合理選擇照明方式和節(jié)電型產(chǎn)品

照明方式比較多，如一般照明、局部照明、混合照明等。在符合標(biāo)準(zhǔn)照度的基礎(chǔ)之下，合理的節(jié)電力能源，選擇最佳的照明方式極為重要。

3.4.1 照明控制方式的選擇

為了提升照明系統(tǒng)的能效和降低能源消耗，建議結(jié)合照明使用的頻率，采用分區(qū)系統(tǒng)控制，并加強(qiáng)燈光控制，以確保照明點(diǎn)位在不同的情境下都能滿足要求，并降低能源損失。

比如，在醫(yī)療設(shè)施如病房、臥室和客廳等區(qū)域，可以采用調(diào)光開關(guān)來管理燈光。這樣的系統(tǒng)允許用戶根據(jù)需要調(diào)整燈光的亮度，不僅提供了更大的照明靈活性，還可以有效節(jié)省電能。在白天或照明需求較低的時(shí)候，可以降低燈光亮度，以減少不必要的能源消耗。對(duì)于旅店客房，可以考慮使用節(jié)電鑰匙開關(guān)，當(dāng)客人離開客房時(shí)，通過插入鑰匙卡來關(guān)閉不必要的照明和電器設(shè)備，從而避免空房間的能源浪費(fèi)。

當(dāng)前照明開關(guān)應(yīng)用比較常見的是觸摸延時(shí)開關(guān)、聲光控延時(shí)開關(guān)、紅外延時(shí)開關(guān)燈。燈具控制開關(guān)合理設(shè)置，加強(qiáng)光源數(shù)量的控制，應(yīng)在2個(gè)燈具以上。但是控制光源的數(shù)量不能過多，防止造成嚴(yán)重的影響。燈具應(yīng)根據(jù)側(cè)窗的設(shè)置，采取平行控制方案。對(duì)于某些光源的控制來說，采取聲、光控制的方式，也可以進(jìn)行全夜、半夜的方式控制。

3.4.2 照明光源、燈具的選擇

根據(jù)光源的光效、色溫、顯色系數(shù)、壽命、價(jià)格等多個(gè)方面的要素，選擇節(jié)能型的光源設(shè)備，并落實(shí)每瓦輸出光通量高的光源，比如緊湊型熒光燈、高強(qiáng)度氣體放電燈、LED燈。燈具的附件選擇極為重要，需根據(jù)要求確定最佳的鎮(zhèn)流器裝置。按照照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，自鎮(zhèn)流熒光燈應(yīng)配置電子鎮(zhèn)流器，直管形熒光燈需要設(shè)置電子鎮(zhèn)流器或者節(jié)能型鎮(zhèn)流器等，從而使得系統(tǒng)達(dá)到節(jié)能性的效果，實(shí)現(xiàn)能源有效控制，防止造成能源浪費(fèi)過于嚴(yán)重，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

3.5 引進(jìn)能源管理系統(tǒng)

通過安裝傳感器和儀表，能源管理系統(tǒng)能夠即時(shí)收集各種能源數(shù)據(jù)，包括電力、水、燃?xì)獾?，使建筑運(yùn)營(yíng)者能夠全面了解能源消耗情況。通過數(shù)據(jù)分析和算法可以幫助建筑管理者識(shí)別潛在的能源浪費(fèi)點(diǎn)，確定哪些區(qū)域或設(shè)備消耗最多的能源，并發(fā)現(xiàn)不合理的能源使用模式。智能控制系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，優(yōu)化能源使用，例如在沒有人員活動(dòng)時(shí)降低照明和暖通設(shè)備的功率，以減少不必要的能源消耗。能源管理系統(tǒng)還可以提供定制化的能源報(bào)告和建議，幫助建筑運(yùn)營(yíng)者制定有效的節(jié)能策略，并監(jiān)測(cè)和評(píng)估這些策略的實(shí)施效果。

4 結(jié)束語

建筑電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能降耗作為非常關(guān)鍵的一項(xiàng)內(nèi)容，因此需要給予高度重視。本文對(duì)建筑電氣設(shè)計(jì)中的節(jié)能降耗措施進(jìn)行分析，闡述建筑電氣設(shè)計(jì)在減少能源浪費(fèi)、降低碳排放、提高建筑可持續(xù)性方面的重要性。在設(shè)計(jì)工作開展時(shí)，為創(chuàng)造更加節(jié)能、環(huán)保、舒適的建筑環(huán)境，還要不斷地改進(jìn)設(shè)計(jì)方法、采用先進(jìn)技術(shù)、加強(qiáng)管理和監(jiān)測(cè)，并培養(yǎng)更多的節(jié)能意識(shí)，為社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

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收稿日期：2023-08-25

作者簡(jiǎn)介：高柏迎（1970—），男，安徽合肥人，本科，高級(jí)工程師，從事建筑電氣設(shè)計(jì)工作。