民用建筑電氣設(shè)計中綠色節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用研究

摘 要：當前國家提出可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，綠色節(jié)能將成為建筑行業(yè)的全新發(fā)展方向。民用建筑電氣設(shè)計效果對建筑的整體能耗及環(huán)保效果具有較大影響，為此需在設(shè)計過程中合理應(yīng)用綠色節(jié)能技術(shù)。本文總結(jié)了民用建筑電氣節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的原則，對民用建筑電氣設(shè)計中綠色節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用策略及注意事項進行了深度分析，并列舉實例，總結(jié)綠色節(jié)能技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗，希望為設(shè)計人員提供參考。

關(guān)鍵詞：民用建筑；電氣設(shè)計；綠色節(jié)能技術(shù)文章編號：2095-4085（2024）03-0173-03

0 引言

當前，我國城市化進程日益加快，建筑行業(yè)取得了巨大發(fā)展。與此同時，各類民用建筑高能耗、高污染問題卻日益突出，嚴重影響了我國經(jīng)濟社會的持續(xù)健康發(fā)展。為此，民用建筑設(shè)計人員需分析電氣設(shè)計中存在的問題，結(jié)合實際情況調(diào)整完善設(shè)計方案，將綠色節(jié)能技術(shù)融入電氣設(shè)計中，以降低民用建筑能耗，減輕對生態(tài)環(huán)境的影響，進而促進民用建筑行業(yè)的穩(wěn)定健康發(fā)展。

1 民用建筑電氣設(shè)計中綠色節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的原則

民用建筑電氣設(shè)計內(nèi)容相對復(fù)雜，如設(shè)計質(zhì)量不佳則可能導(dǎo)致能耗增加，并影響節(jié)能環(huán)保效果。為此，需高質(zhì)量完成電氣設(shè)計，并在設(shè)計方案中融入綠色節(jié)能技術(shù)。現(xiàn)階段，電氣設(shè)計中綠色節(jié)能技術(shù)種類日益增多，為保證相關(guān)技術(shù)應(yīng)用的合理性，設(shè)計人員需把握如下原則。第一，節(jié)約無謂消耗能源。在實際應(yīng)用綠色節(jié)能技術(shù)的過程中，設(shè)計人員需明確與民用建筑功能無關(guān)的能耗，節(jié)約無謂能源消耗，比如電能傳輸線路功率損耗、變壓器功率損耗均屬于無謂消耗能源，可通過合理的綠色節(jié)能技術(shù)減少能耗［1］。第二，充分考慮經(jīng)濟效益。民用建筑電氣設(shè)計過程中，設(shè)計人員需充分考慮應(yīng)用綠色節(jié)能技術(shù)的成本及相關(guān)技術(shù)的運行費用，并分析投資回報，選擇經(jīng)濟適用的綠色節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于電氣設(shè)計中，以保證相關(guān)技術(shù)達到預(yù)期應(yīng)用效果。第三，滿足建筑功能要求。電氣設(shè)計應(yīng)用綠色節(jié)能技術(shù)過程中，需滿足建筑功能要求，要確保建筑運輸通道的通暢性，保證建筑顯色指數(shù)、色溫、照度、舒適度、進風(fēng)量等功能正常實現(xiàn)［2］。

2 民用建筑電氣設(shè)計中綠色節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用策略

2.1 線路綠色節(jié)能技術(shù)

民用建筑電氣系統(tǒng)復(fù)雜，內(nèi)部包含多條線路，線路能耗是影響節(jié)能環(huán)保效果的主要因素，為此需在電氣設(shè)計中合理應(yīng)用線路綠色節(jié)能技術(shù)。第一，在選用導(dǎo)線的過程中需關(guān)注其電阻率，選用鋁線材料、銅線材料等電阻率較低的導(dǎo)線，并保證導(dǎo)線的性能及質(zhì)量符合要求，適當控制導(dǎo)線成本。第二，設(shè)計人員需結(jié)合民用建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)及實際用電需求合理設(shè)定線路走行方向，控制供電線路距離。建議將變壓器與供電設(shè)備之間的距離設(shè)定為200m以內(nèi)，采用10kV線纜作為出線線纜，以減少線纜成本損耗，達到節(jié)能降耗的效果［3］。第三，在線路設(shè)計中需整合小負荷線路，適當增加供電線路截面積，避免使用過長的導(dǎo)線，可增加短線路整體數(shù)量，不得采用300mm2線纜，以減少電能浪費。第四，輸電功率維持不變的條件下電流強度與電能損耗量為正比關(guān)系，與電壓為反比關(guān)系，因此可在相關(guān)標準允許的電壓波動范圍內(nèi)適當增加電壓，以節(jié)約電能。

2.2 供電系統(tǒng)綠色節(jié)能技術(shù)

為實現(xiàn)供電系統(tǒng)綠色節(jié)能，需適當增加功率因數(shù)及運行電壓，并減少導(dǎo)線電阻及無功功率水平，降低系統(tǒng)中線路產(chǎn)生的損耗。第一，設(shè)計人員需結(jié)合民用建筑用電設(shè)備情況、負荷容量、供電距離等因素完成供配電系統(tǒng)的設(shè)計，并合理選擇供電電壓，簡化供配電系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，將相同電壓供電系統(tǒng)變配電層級數(shù)量控制為1～2級，并提升系統(tǒng)的可靠性［4］。第二，選擇距離負荷中心較近的位置建設(shè)變電所，并在不同變電所間設(shè)置聯(lián)絡(luò)線路，結(jié)合負荷情況將部分變壓器切除，以減少電能損耗總量。第三，在供電系統(tǒng)設(shè)計過程中需依據(jù)電流密度選擇導(dǎo)線截面，以降低電能損耗量。如民用建筑采用環(huán)形供電模式，則需將傳統(tǒng)的開式網(wǎng)運行模式調(diào)整為閉式網(wǎng)運行模式，并提高電壓等級，加裝并聯(lián)補償電容器，選用適宜的電氣設(shè)備容量，以達到綠色節(jié)能的效果［5］。

2.3 變壓器綠色節(jié)能技術(shù)

相關(guān)研究分析認為，變壓器損耗包括兩方面。其一是空載損失，變壓器在空載狀態(tài)下電流極小，銅損失可忽略不計，電能損失與鐵損相近。鐵損的形成與渦流損耗、磁滯損耗相關(guān)，在電壓穩(wěn)定的狀態(tài)下鐵損幾乎不發(fā)生變化。其二是負載損失，變壓器處于有載狀態(tài)下，電流通過線圈后可產(chǎn)生一定電能損耗。為降低變壓器能耗，設(shè)計人員需依據(jù)上述因素采取有效的措施。第一，減少空載損耗?？蛰d損耗為鐵損，包括漏磁產(chǎn)生的損耗及鐵心渦流產(chǎn)生的損耗，其具體數(shù)值與鐵芯制造工藝及選材具有相關(guān)性，與負荷無關(guān)，為此設(shè)計人員需優(yōu)先選用節(jié)能效果更佳的干式變壓器或油浸變壓器［6］。第二，減少負載所致?lián)p耗。負載損耗屬于變壓器線損，其數(shù)值與電流及電阻相關(guān)，因此可選用銅芯變壓器等電阻較小的變壓器。第三，合理選擇負載率。依據(jù)相關(guān)研究，變壓器負載率控制在75%～85%能夠明顯降低能耗，因此需通過調(diào)節(jié)變壓器運行過程中的實際容量控制負載率，在變壓器使用期限內(nèi)預(yù)留一定的余量，以達到最佳的節(jié)能環(huán)保效果。第四，調(diào)整減壓器運行方式。在設(shè)計變壓器運行方式的過程中，需合理分配變壓器負荷，選用電力負荷、容量相互匹配的變壓器，相同變電站內(nèi)的變壓器需采取并聯(lián)運行的模式，并結(jié)合民用建筑實際用電負荷變化情況調(diào)整并聯(lián)臺數(shù)，使變壓器處于低耗高效的運行狀態(tài)。第五，其他措施。設(shè)計人員需分析民用建筑中非線性用電設(shè)備形成的高次諧波，通過對其數(shù)值的調(diào)整降低變壓器能耗，并通過平衡三相負荷、調(diào)整運行環(huán)境溫度、選擇適宜的接線方式等措施達到綠色節(jié)能效果［7］。

2.4 電動機綠色節(jié)能技術(shù)

為有效降低電動機能耗，需提高電動機的功率因數(shù)及工作效率。相關(guān)研究資料證實，高層民用建筑中水泵、風(fēng)機、電梯等設(shè)備均通過交流電動機供電，而交流電動機在運行過程中產(chǎn)生的電能損耗量較大，進而影響民用建筑的節(jié)能環(huán)保效果。為解決此類問題，可采用如下措施：第一，民用建筑設(shè)計中選用效率及平均功率因數(shù)較高的電動機，如Y、YZ、YZR等高效電動機能夠減少電能消耗量，但此類電動機費用偏高，因此需結(jié)合民用建筑情況合理選擇。筆者認為，民用建筑電動機每年持續(xù)運行時間超過3 000h、負載率超過0.6、電動機運行過程中無需多次進行啟停操作、單機容量大者可選用高效電動機［8］。第二，合理應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)，使電動機能夠在低負載狀態(tài)下自主改變轉(zhuǎn)速，進而實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的效果。目前應(yīng)用的變頻調(diào)速技術(shù)主要利用變頻器及輔助控制裝置完成輸入電壓與頻率的調(diào)整，調(diào)速的精確度及效率較高，自身損耗小，可將其應(yīng)用于高層建筑風(fēng)機、電氣、水泵電動機中。第三，在應(yīng)用電動機綠色節(jié)能技術(shù)的過程中，需不斷完善控制技術(shù)，采取有效的方案減少電動機的啟動制動次數(shù)，以達到最佳節(jié)能環(huán)保效果（如圖1）。

2.5 照明系統(tǒng)綠色節(jié)能技術(shù)

照明系統(tǒng)是民用建筑電氣設(shè)計方案的重要組成部分，也是影響民用建筑節(jié)能環(huán)保性的主要因素，為此設(shè)計人員需在照明系統(tǒng)中合理應(yīng)用綠色節(jié)能技術(shù)。第一，照明節(jié)能設(shè)計。照明節(jié)能設(shè)計的主要目的是在滿足照明要求的基礎(chǔ)上減少光能損傷，降低照明能耗，進而達到節(jié)能環(huán)保的效果。在照明節(jié)能設(shè)計的過程中，設(shè)計人員需結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)特點合理利用自然光，使自然光與室內(nèi)照明有效融合，進而減少人工照明所致電能消耗。同時，設(shè)計人員需在滿足視覺要求、照明功率密度、照度標準的前提下合理設(shè)定單位面積燈具安裝數(shù)量，并選用高效光源。比如在廠房、體育館、車間等場所照明中，可選用照明效率較高的金屬鹵化物燈、高壓鈉燈，在居民室內(nèi)照明中可選用緊湊型熒光燈。在燈具中可應(yīng)用性能優(yōu)良且能耗較低的附件，如節(jié)能電感鎮(zhèn)流器、電子鎮(zhèn)流器、電子變壓器、電子觸發(fā)器等，并配備具有一定補償作用的燈具。在照明節(jié)能設(shè)計中也需選擇適宜的控制方式，可依據(jù)自然光照的變化情況選擇電氣照明的點亮范圍，并采取增加開關(guān)點、分區(qū)控制等模式，轉(zhuǎn)變照明全開的方式。也可增設(shè)節(jié)能總控開關(guān)，在走廊、樓梯間等區(qū)域設(shè)置自熄節(jié)能開關(guān)，對公共場所照明實施集中遙控管理［9］。第二，改善配電系統(tǒng)功率。適當提高配電系統(tǒng)的功率因素能夠有效減少無功率損耗總量，進而達到綠色環(huán)保的效果。在設(shè)計過程中，應(yīng)優(yōu)先采用同步電機等功率因數(shù)較高的用電設(shè)備，并采用靜電電容器完成無功補償，進而改善配電系統(tǒng)功能，減少電能損耗總量。

2.6 空調(diào)系統(tǒng)綠色節(jié)能技術(shù)

民用建筑空調(diào)系統(tǒng)耗電量較大，為達到節(jié)能環(huán)保的效果，需合理應(yīng)用綠色節(jié)能技術(shù)。具體開展空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的過程中，設(shè)計人員需對屋面及墻體實施綠色設(shè)計，通過養(yǎng)護植被等方式減少陽光直射量，并在屋頂設(shè)置綠色植物，采用隔熱材料，以有效調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，進而減少空調(diào)系統(tǒng)的使用時間，節(jié)約電能。同時，設(shè)計人員可在空調(diào)系統(tǒng)中引入智能技術(shù)，對空調(diào)進行遠程控制，從而減少空調(diào)運行過程中的電能消耗總量［10］。

3 民用建筑電氣設(shè)計中綠色節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的注意事項

民用建筑電氣設(shè)計中，需明確綠色節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的注意事項，以保證相關(guān)技術(shù)達到預(yù)期的應(yīng)用效果。首先，設(shè)計人員需提高對綠色節(jié)能技術(shù)的重視程度，并加強對相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)及研究，明確設(shè)計應(yīng)用要點，評估設(shè)計風(fēng)險，確定合理的設(shè)計方案，以達到最佳設(shè)計效果。其次，在民用建筑電氣設(shè)計中需積極引入太陽能、地源熱泵、風(fēng)能等新能源，以達到最佳的節(jié)能效果。最后，相關(guān)部門需加強組織管理，協(xié)助調(diào)節(jié)綠色節(jié)能技術(shù)應(yīng)用中存在的問題，以促進電氣設(shè)計質(zhì)量及節(jié)能環(huán)保效果的同步提升。

4 實例分析

某展覽館為兩層建筑，建筑高度約為12m，建筑總面積為7 500m2。設(shè)計人員在電氣設(shè)計中合理應(yīng)用綠色節(jié)能技術(shù)，并取得了良好的應(yīng)用效果。第一，配變電系統(tǒng)設(shè)計。該工程配變電房設(shè)置于主體建筑結(jié)構(gòu)東南方向附屬建筑內(nèi)部，共有干式變壓器2臺，均為非晶合金變壓器。此類變壓器主要特點是空載損耗較低，用電效率高，運行穩(wěn)定，使用壽命較長，且具有高效及高功率因素的優(yōu)勢。同時，設(shè)計人員在該工程的供電系統(tǒng)中加入無功率補償裝置，可明顯提高供電的整體質(zhì)量，提升設(shè)備的綜合利用率，改善供電效率。第二，照明系統(tǒng)設(shè)計。該工程內(nèi)部展示城市建設(shè)發(fā)展成果，展示區(qū)面積為800m2，并包含會議室、監(jiān)控室、體驗區(qū)、辦公區(qū)等。為達到節(jié)能降耗的效果，設(shè)計人員選用智能照明控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)中包含輸入與輸出單元、系統(tǒng)單元等，整體回路簡單，線材用量較少，投資成本低廉，并配備軟啟動及軟關(guān)閉等技術(shù)，可實現(xiàn)對室內(nèi)照明的自動化控制，進而有效節(jié)約電能。第三，光源設(shè)計。該工程在光源設(shè)計中選用LED燈具，該燈具具有高效節(jié)能的特點，配合采用埋地?zé)?、LED燈帶等，可明顯提高照明的舒適度，并可減少電能消耗量。第四，能耗統(tǒng)計分析。該工程設(shè)置智能化能耗統(tǒng)計分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠智能化分析確定各區(qū)域能耗，工作人員可依據(jù)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)制定干預(yù)措施，以減少建筑的總體能耗。第五，光伏發(fā)電系統(tǒng)。該工程在屋頂安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)，每年發(fā)電量約為5萬kW·h，可有效減少電能消耗總量。

5 結(jié)語

民用建筑電氣設(shè)計中合理應(yīng)用綠色節(jié)能技術(shù)可降低能耗，保護生態(tài)環(huán)境，對建筑行業(yè)的發(fā)展具有積極意義。為此，需結(jié)合實際情況制定合理設(shè)計方案，綜合運用各項綠色節(jié)能技術(shù)，以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標。

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