建筑電氣設計中節(jié)能技術應用

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［摘要］當前，在國家節(jié)能減排的大政策下，大力發(fā)展可再生能源及研發(fā)節(jié)能減排新技術，已成為構建低碳清潔高效安全的能源體系、逐步實現(xiàn)能源獨立的必然選擇。本文對建筑行業(yè)的電氣節(jié)能設計進行了分析，重點闡述了建筑電氣設計中的有效節(jié)能技術措施，并結合實際項目，對節(jié)能減排效果進行對比。對建筑設計中電氣節(jié)能技術有著指導性意義，可為我國夏熱冬暖地區(qū)電氣節(jié)能設計提供參考。

［關鍵詞］節(jié)能減排；建筑電氣設計；節(jié)能措施

0引言

當前，能源供給與人們日益增長的能源需要矛盾正在加劇，這也促進了全球節(jié)能減排的快速發(fā)展，如何研發(fā)出高效節(jié)能的技術手段已成為世界各國科研團隊突破的重點。電能作為能源主要消耗品已成為關系到能源可持續(xù)發(fā)展的重要問題，如何有效節(jié)能減排在建筑能源系統(tǒng)是一個刻不容緩的課題。針對這種嚴峻情況，我國相關部門也通過并實施了一系列行業(yè)標準，以促進建筑電氣節(jié)能設計的發(fā)展。我國建筑能源消耗還在不斷增加，如何提高節(jié)能設計符合國家能源節(jié)能減排大環(huán)境，也影響到未來建筑行業(yè)的發(fā)展方向。因此，為了有效落實建筑電氣節(jié)能設計，促進電氣節(jié)能效果的提高，設計人員應該對電氣節(jié)能的基礎概念展開詳細分析，并對其有效措施進行深入研究，這樣才能真正達到節(jié)能減排的目的。

1建筑電氣設計中節(jié)能措施的現(xiàn)狀問題

11電氣設計不符合國家行業(yè)標準

在工程項目建設中，建筑電氣設計是建筑設計中重要的組成部分，但隨著近幾年的發(fā)展，居民生活水平不斷提高，建筑用電需求猛增。在工程項目設計初期，很大一部分電氣設計人員沒有很好貫徹國家相關節(jié)能標準，導致許多電氣設備安裝不合理，例如選用傳統(tǒng)燈泡做為照明光源及選用高能耗的老舊動力設備等。電氣系統(tǒng)甚至不符合行業(yè)標準，有時會出現(xiàn)粗狂設計，生搬硬套。造成這個問題的主要原因是，設計師僅僅考慮滿足用戶當前的用電需求，而完全沒有意識到將節(jié)能措施融入到建筑電氣設計中，這不僅會無故增加電能損耗，同時增加了項目交付后的運營成本。此外，根據資料顯示，傳統(tǒng)建筑業(yè)仍然存在粗狂建設，不重視節(jié)能減排的問題。無論是個人還是企業(yè)，都缺乏節(jié)能的理念，相關部門編制適應當前的《綠色建筑評價標準》GB／T50378－2019等標準，因未進行廣泛的有效宣貫，設計人員對其內容理解深度不一致，導致落實到建筑電氣設計中千差萬別，真正實施效果不理想。

12電氣設計不合理

在工程項目的建設過程中需要連續(xù)的電力供應。電能是整個工程項目中不可缺少的基礎能源，但現(xiàn)有部分電氣設備已無法滿足當前用戶的需求，難以響應國家節(jié)能減排的政策，更難以實現(xiàn)能源可持續(xù)發(fā)展。此外，許多老舊的高能耗電氣設備需更換成節(jié)能設備，其質量也達不到行業(yè)安全標準，潛藏安全隱患，影響人們日常生活，甚至威脅到人身安全。同時，許多單位對電能損耗沒有足夠的重視，節(jié)能意識薄弱，造成不必要的能源浪費，有效控制建筑物中電氣設備的節(jié)能非常重要。因此，從電氣設計開始，運用有效的節(jié)能技術就意味著順應節(jié)能減排的基調，緩解國內能源危機的現(xiàn)狀，確保真正實現(xiàn)碳達峰、碳中和的宏偉目標。

2建筑電氣設計中具體有效的節(jié)能措施

21建筑照明設計中的有效節(jié)能措施

在照明設計中采取的有效節(jié)能措施，包括照明方式和照明控制兩個方面。照明方式可以根據建筑的功能布局，區(qū)分各個功能房間的照度要求，合理選擇燈具光源并精準布置燈具數量，同時盡可能高效利用天然采光，在具有天然采光條件或有天然采光設施的區(qū)域，優(yōu)先考慮利用天然采光滿足室內照明要求。照明控制措施應根據走廊、樓梯間、門廳、大堂、大空間、地下停車場等場所的照明系統(tǒng)進線分區(qū)，采用定時或感應等節(jié)能控制。211在優(yōu)先考慮采用自然光的前提下，室內燈具光源應選用發(fā)光效率高、顯色性能穩(wěn)定、使用壽命長、色溫適宜的高效光源。根據房間或場所對識別顏色要求和場所特點選用相應顯色指數的光源，可采用符合標準發(fā)光效率高的LED燈。另外，各場所內設計的功率密度值均應不高于《建筑照明設計標準》GB50034—2013的目標值。以某橡膠集團生產車間為例，該集團為大型輪胎高新技術企業(yè)，在建廠初期，為建設成節(jié)約型公司，推動循環(huán)經濟，提高能源利用率和循環(huán)率，在硫化段車間及成型段車間中，設計了多套無電照明系統(tǒng)（光導管采光系統(tǒng)，見圖1）作為工作照明。光導管傳輸的自然光提供車間日間照明，投資回收率十分可觀，同時提高了能源利用率。又因為該系統(tǒng)采用無電照明系統(tǒng)，且管道均為不可燃合金材質，無需敷設線路，消除電氣安全隱患，成為這類車間安全、節(jié)能采光照明設計的理想選擇。212照明燈具控制方式應根據不同功能場所進行分區(qū)控制。例如走廊、樓梯間、架空空間、門廳、大空間等區(qū)域場所的照明系統(tǒng)可采取分區(qū)、延時、感應等節(jié)能控制措施；學校、醫(yī)院等大型公建項目的走廊、電梯廳、門廳等場所的照明，應根據建筑功能使用情況，采取集中控制；室內功能房間裝設兩列或多列燈具時，應按分組區(qū)分控制等措施達到照明節(jié)能目的。213大力提倡使用智能照明控制系統(tǒng)。在大型公建項目中，如商場、大開間辦公場所，采用智能照明控制系統(tǒng)對照明燈具進行控制管理，并形成一套獨立的照明控制管理系統(tǒng)。它不但可以對照明供電系統(tǒng)進行實時監(jiān)控與跟蹤，調節(jié)電力的電壓和電流幅度，改善照明電路中不平衡負荷所帶來的額外功率損耗，還能保證照明設備的高效工作，讓照明燈具長期處于最佳工作狀態(tài)，提高設備使用壽命，確保光照均勻分布，產生良好的節(jié)能效果。214景觀和道路的照明控制方式：景觀照明控制應根據場地大小情況采用集中控制方式，并設置開啟不同的照明場景來滿足景觀照明在平日、節(jié)假日和重大節(jié)日等不同時間的照明需要，并預留設置手動控制功能，對參觀、重大事件等臨時調整開關燈時間的情況進行緊急調度。道路照明的節(jié)能控制分為技術節(jié)能和管理節(jié)能兩個方面，對于技術節(jié)能是通過降低變壓器輸電線路的損耗來減少配電系統(tǒng)的損耗，以及采用多光源路燈，實現(xiàn)在后半夜人或車輛比較少的時候，保留局部照明，減少電能消耗，控制運行成本。對于管理節(jié)能可采用智能控制方式，實現(xiàn)在不同路段，不同時間以及不同交通狀況下，對道路照明進行實時動態(tài)化管理。

22配電系統(tǒng)的常用節(jié)能設計措施

221供配電線路的損耗及節(jié)能措施。建筑設計中供配電線路錯綜復雜，系統(tǒng)中的線路長且多。電流通過電纜會因為電纜導體本身有電阻的存在，而產生發(fā)熱耗能。因此線路的節(jié)能措施主要考慮以下幾個方面：（1）采用導電性能良好的優(yōu)質導體電纜，但考慮到導體本身的造價，常規(guī)電纜一般采用銅芯或者鋁芯電纜。（2）將高壓變配電室設置于用電負荷中心，減少低壓側電力電纜長度，縮短線路的敷設路徑，在電氣設計中，線路盡量少走或者不走回頭路。（3）避免電纜電線成捆敷設于密閉空間，因電流通過電纜時會產生大量的熱量，若電纜成捆敷設于密閉空間內，散熱困難，會導致電纜內導體電阻值增大，影響電能質量，增加電能損耗。222變壓器功率損耗及節(jié)能具體措施。（1）在選擇變壓器型號時，優(yōu)先選用高效節(jié)能的變壓器，例如低損耗、低噪聲節(jié)能干式變壓器，接線型式采用DYn11型，并設強制風冷系統(tǒng)、溫度監(jiān)測和報警裝置。變壓器各項指標需滿足《電力變壓器能效限定值及能效等級》GB20052—2020的相關規(guī)定；（2）對季節(jié)性或較大用電負荷的設備（如中央空調機組、演唱會大型音響設備、大功率X光機等），可設置專用變壓器，并在不需要對設備進行使用的季節(jié)，將該變壓器停運，以降低變壓器損耗，達到節(jié)約電能目的；（3）對變壓器的運行效率、最佳負載率、負載運行特點以及經濟運行條件進行綜合考慮，盡量保持變壓器的負載率處在高效運行區(qū)間。223選用高效節(jié)能的計量產品與控制方式。對電能的精確計量與高效管理也能有效地降低電能損耗。通過準確性高的計量儀表，組成運行可靠的系統(tǒng)對建筑物中電能參數進行檢測：包括電壓、電流、用電量、有功功率、無功功率、功率因數等。采用該系統(tǒng)對建筑能源消耗進行管理，按特殊用電層或功能分區(qū)對應急照明、照明、動力、空調等進行能耗監(jiān)測、統(tǒng)計、分析和管理。此外選擇高質量、高能效的冷水機、水泵、熱交換器、散熱器和風扇等設備，也能夠有效降低20％～30％設備運行能耗，同時，在機組選擇過程中，有必要配備一個低溫熱泵機組或一個通過收集熱量來降低能耗的設備，回收利用空氣中的余熱。此外，設備和管道的隔熱保溫必須有效，確保最大限度地減少能量損失。

3案例分析

本人參與的漳州市行政服務中心建設項目（圖2），該項目為地上七層，地下室為地下一層Ⅰ類停車庫，局部為人防地下室，屬于一類高層公共建筑，總建筑面積約為8057261m2，建筑高度為379m。該項目除滿足綠色建筑設計標準外，其采用新的節(jié)能技術就是智能外遮陽技術，在屋面采用了1800m2電動采光窗，采用此技術可以根據建筑內部照明情況，調整內部局部照明，減低照明用電負荷。同時采用室內傳感器，檢測室內溫度、濕度等參數，調節(jié)空調使用頻率，使建筑在夏季時的制冷能耗大幅度降低，從而減輕空調負荷，節(jié)省中心運行費用。外遮陽技術還能根據室外實時氣象狀況和室內人員需求進行自動調節(jié)，對提高室內居住舒適性有顯著效果，可避免過強的日光對辦公或居住人員視覺和精神上的影響，起到采光、隔熱節(jié)能，營造舒適生活環(huán)境的功效。根據調查資料顯示，在建筑能耗中，大部分的能耗都來自電氣能耗，其中空調系統(tǒng)能耗占總建筑能耗的40％～50％；水泵設備占總建筑能耗的9％～15％；照明能耗占總建筑能耗的15％～25％；其他設備占總建筑能耗的5％～15％。因此采用的外遮陽技術，不僅可以節(jié)省照明用電負荷，而且有效節(jié)省空調用電量，并且維護管理方便，使用周期長，適合在夏熱冬暖地區(qū)大面積推廣。

4結語

電氣能耗占建筑總能耗的絕大部分，電氣節(jié)能設計仍有很大的發(fā)展空間，設計人員應轉變節(jié)能設計理念，采用可實施的節(jié)能技術措施，包括：選用新型機電節(jié)能設備、優(yōu)先采用綠色可循環(huán)資源、使用樓宇自動控制系統(tǒng)、能耗監(jiān)測系統(tǒng)等智能控制系統(tǒng)以及提高能源系統(tǒng)的功率因數等。同時，通過對建筑全壽命周期碳排放計算，明確建筑減碳收益。有效降低建筑能耗，創(chuàng)造舒適、低碳、高效的生活環(huán)境。

參考文獻

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作者:肖明政 單位:北京東方筑中建設規(guī)劃設計公司漳州分公司