浅析住宅建筑电气节能设计分析

摘 要：研究住宅建筑电气节能设计的目的在于了解节能设计对于国民经济的重大影响，找到适合中国住宅建筑电气节能设计的途径。文章介绍了我国电气节能设计的现状，分析了电气节能设计原则，并从照明、供配电、机电设备和空调四个方面阐释了节能设计的举措。

关键词：住宅；建筑；电气；节能；设计

电气节能概念的出现缘自于在全球不断出现的能源紧张问题，人类的世界自进入工业化时代以来，能源成为了大力推动现代文明快速发展的“助推剂”。而电力则是工业化文明中能源最主要、也是最重要的组成部分。可以说，自从发明了电力，人类不仅掌控了改变昼夜长短的“法宝”，更以电力作为最强有力的“武器”，加速了改变自然环境的步伐。然而，当人类将大量自然资源转化为电的同时，对电的依赖也日渐深入地将人类拖入了对资源消耗过快和迅速衰竭的担忧甚至恐惧中。在这样的背景下，利用一切可能的技术节能成为了很长一段时间以来工业生产、社会发展的重要方向。当前的电气节能主要是指在满足人类生产生活等正常发展需求的前提下，利用包括电气设备设计的创新、节能新技术的广泛应用等举措尽可能降低能源消耗，也就是以最大限度降低消耗取得尽可能多的能源产出，提高能源的单位利用率，进而实现节能、降耗的目的。

1 我国电气节能设计的现状

从世界范围看，发达国家多年前就认识到了能源短缺可能给产业生存和社会发展造成的潜在危害，因而很早就开始了在包括工业和民用领域开展电气设施设备等的节能设计。反观中国，改革开放以来，市场经济快速发展让物质财富迅速累积的同时，人们对节能、降耗的意识却常常只停留在口头议论或宣传方面。而具体落实到日常生产生活的细节上时，却可能由于增加的成本投入或者因之造成的不便而持观望甚至抵触的态度。与认识和观念上的相对落后并行的，还有节能、降耗技术发展的缓慢。许多生产单位在面对能源消耗问题时，关注的重点往往只是如何从中攫取更多的利润，却对增加节能设计方面的投入兴趣缺缺。至于民用层面，基层群众在口头上谈及节能、降耗、减排等问题时也能说出一番道理，却在需要为具有节能功能的生活用品额外支付费用时迟疑甚至退缩。

至于在具体的电气节能设计环节，受到资金、成本、观念、技术等诸多因素的制约，当前我国电气节能设计的情况并不理想。一方面节能设计水平较国际先进行列存在着十分显著的差距，另一方面电气节能设计应用也比实际需要或存在潜在可能的范围小得多。种种因素的共同制约造成我国在能源使用效率上始终处于高投入、高消耗、高排放的粗放模式：我国单位工业产值的能耗比却常常较发达国家高出若干倍。仅以每万美元工业增加值对水资源的消耗数量为例，我国的消耗量高达569m3，同等情况下，日本仅消耗88m3，韩国消耗55m3，英国消耗89m3。我国电气节能设计的短板通常表现在以下几方面：对于漏电防范、保护的开关的设计、选择；对于节能设施设备型号与实际应用场合的匹配选择；计算设施设备的载荷数据；配电线路在接地等故障保护方面的处理等。

2 电气节能设计原则

2.1 适用原则

此原则也可以解释为平衡性原则，概括地说，就是在满足需求基础上的节能设计。任何电气节能设计的前提必须是适应生产、生活场所中设施设备的正常使用。比如在进行电源节能设计时，足够的动力提供是不能忽略和牺牲的环节，电源的节能不能损害供电的质量，不能丧失供电的可靠性，必须满足设施设备既定的载荷等等。电气节能设计不能与同一功能系统中的其他设施设备发挥正常效能相矛盾、冲突，更不能以损害这些设施设备的功效为代价实现节能目的。也就是说，电气节能虽然势在必行，却也不能盲目、过度，必须和整个系统中的所有设施设备正常发挥功能达成适当的平衡，在满足正常使用需要的同时进行节能设计、取得节能效果。选择节能设计方案时需要避免过度堆砌节能设备，避免在节能环节的过度投入，否则顾此失彼，过多的投入反而让节能的效果大打折扣，违背了设计的初衷。

2.2 安全原则

与适用原则同等重要的还有安全原则。电的使用首重安全。采用节能设计时必须重视供电、用电、耗电全过程的安全性。例如在节能线路设计上预留足够的绝缘空间、距离；根据实际应用场合的要求维持足够的载荷与介电强度；节能设计兼顾电力的热稳定性；计算出足够的动态稳定余量等。也就是说，电气节能设计无论是在电源操作、配电线路或电气设施设备正常使用方面都需要满足安全原则。不仅如此，自然界的电力与人造的电力在某些特定环境下会意外遭遇，也就是雷电对人类电气设施设备的影响。在节能设计时不能忽略防雷击环节，防雷、避雷的装置不可或缺。若是一些要求比较苛刻的场合，还需要关注静电消除问题。

2.3 合理原则

即节能设计的合理性。兼顾实际使用的要求和确保安全使用，并在此基础上从设施设备的选择、尽量减少各环节上能源的损耗、降低使用或维护过程的费用等各层面入手提高能源使用效率，由此达到节能、降耗的最终目标。

3 住宅建筑电气节能设计策略

3.1 照明设施设备的智能管控

住宅建筑中存在着一大类电气设施设备，就是随处可见的照明设备，对这类电气设备的节能设计能够在很大程度上起到节能、降耗的作用。比如声控灯的使用。也就是在满足规定照明强度的前提下，选择可声控的照明灯具。这类气体放电的照明设备具有很高的自由控制程度，其安装与操作简便易行，不仅能够节能能源，而且在延长光源与附件的使用寿命方面具有比较好的优势。特别是住宅建筑楼梯间的照明设备，又如建筑之间道路照明设备或景观照明设备等均可以采用这种类型的节能设计方案。其他如节电控制器与光电自动控制器也具备相似的特点和可操作性。

加大节能降耗宣传力度，帮助人们在日常工作生活中养成节电习惯也是住宅建筑节能设计的另一类举措。选择节能灯具是具体手段之一。应当鼓励人们选择具有正规合格证明的节能灯具，并且定期对住宅建筑中的照明设备进行除尘、清洁工作。对照明设备的清洁同样是节能的手段。正常情况下，白色是反光率最强的颜色，也就是说，住宅建筑中使用白色墙壁能够使照明设备的光反射率提高到80%以上。而当白色因为灰尘污染降低色度接近灰色时，由于反光率降低，灯具的照明效果变差，就形成了事实上的高耗电情况。同时，若灯具出现损坏时，应当尽快进行维修或更换，因为受损的灯具不仅发光率下降，也会同时造成不必要的电消耗甚至浪费。

住宅建筑中扩大自然采光设计比率也是节能降耗手段之一。尤其是现代化高层建筑中，使用大面积玻璃幕墙设计能够很大程度上实现自然光线的照明，这种设计至少能够实现白天不使用人造灯具采光的目的。而若是在高原等自然光照比较强烈且持续时间较长的地区，如果建筑中具备使用太阳能设备的条件，还可视具体情况安装小型太阳能发电系统，如此一来，白天的太阳光照积聚的能量就基本能够满足夜晚的采光照明需求了。

3.2 在供配电环节的节能设计

首先参考电气结构布局、电力载荷、电力供应的距离、电气设施设备的型号类型等因素，根据实际住宅建筑用电耗能的客观需要，设计选择最适宜的电压与配、供电体系。配、供电体系的设计在满足可靠性前提下尽量选择相对简单的方案。若供电系统中同一电压下的变、配电级数应当尽量维持在两级以下。

其次，在变压器数量与容量选择方面，应当根据电载荷实际情况进行设计。若接线能够满足载荷变动的要求，则可依经济原则相对灵活地投切变压器。同时，变电设施应视情况尽量接近载荷的中心区，通过使配电半径得以缩短而尽量降低线路方面的能源损耗。

第三，考虑到变压器使用的特殊性，这一环节的节能设计需要从大力降低变压器损耗与提高变压器使用效率两个方向着手。首先是变压器损耗的降低问题，造成变压器损耗有两部分情况，其一在于空载情况下能耗损失；其二是与载荷呈平方的载荷损失。针对前一种的解决办法在于尽量减少变压器空载现象；后一种则需要同时考虑变压器固有的损耗以及一二次线圈对电流的电阻消耗情况。其次是提高变压器使用效率。由于变压器使用效率取决于设备结构布局的本质属性、空载与短路造成的损耗，故当处于四季分明、气候变化差异较大区域内的住宅建筑中时，变压器节能设计可以考虑采取双设备运行策略。也就是设置两台变压器，当出现较长时间的低载荷情况下，可以考虑暂停其中一台，从而实现节能降耗的目的。

3.3 机电设备的节能设计

住宅建筑中机电设备数量众多，比如照明、电梯、给排水等。众多的机电设备不仅数量庞大且分布广泛而零散，几乎每个楼层都会出现若干种不同的机电设备。在这种环境中开展电气节能设计可以尽量采取自动化设备管控系统。自动化系统的设计能够实现自动监测、自动控制、自动测量、自动完成设备管理等诸多功能。有了自动管控体系，建筑中机电设备的运转情况、能源消耗程度、电力载荷的变动甚至出现事故的状态等都能够得到实时、全面的监控，由此便能够为开展节能处置提供准确、详实的数据，从而使电气节能降耗实现预期的目标。

另一方面，在住宅建筑中使用着大量的电动机，此时的节能设计着眼点在于提高电动机的使用效率。具体的方案包括选择更加节能的设备，其前提是明确建筑内的载荷是断续的情况还是连续的情况。当出现断续的载荷情况时，若轻载时不得中上电动机的工作状态，则需要采用调速策略，即在标准载荷时使用常规的电源，确保电动机在标准载荷状态下工作；而当有低速工作的需要时，则要采用变频处理手段，对电动机进行调速以降低能耗。但是如果载荷状态是连续工作时，则要求选择的电动机功率与对应的各类载荷相匹配，此时若出现轻载情况，需要打开阀门与风门，调整电动机速度以实现低速工作来节能降耗。

3.4 对空调的节能设计

一些现代化程度较高的住宅建筑中具备循环式供热（冷）系统，这能够在很大程度上提升能源使用率。此外，适时调节风量、改变流量也可以实现节能降耗。有条件时还可以采用“全热”式交换设备或热电联供系统进一步降低能源的消耗。

4 结语

电气节能设计是在全球能源供应紧张的大背景下产生的提升能源使用效率的新兴设计理念，在西方发达国家已经流行多年，中国近年来也开始关注并推广这种先进的设计方法。能源的节约能够使有限的自然资源在相同的损耗情况下实现更大的能量输出，从而大幅提高投入产出效益。尽管从表面上看这种设计思路关注的是在经济方面取得更高的收益率，但在本质上，节约能源实质上等于降低人类对自然环境的索取程度，延缓自然资源被人类肆意掠夺而消耗殆尽的时间。资源的节约不仅是人类经济活动高效率的要求，更是维护人文生态的现实需要。中国在住宅建筑电气节能设计上还需要加快脚步，这不仅是对建筑或相关产业的促进，更是实现中国各行业转型升级、实现可持续发展的当务之急。

参考文献

[1] 王国峰.建筑楼宇中的电气节能综合措施研究[J].建筑技术，2010， 02（03）：16.

[2] 杨航超.建筑电气节能设计及照明节能设计的探讨[J].灯与照明， 2010，01（10）：21.

作者简介：亢军（1977.07- ），男，山西襄汾人，专科，山西一建集团有限公司，工程师，研究方向：电气设备安装。