现代智能建筑电气设计及节能措施分析

舒彬

（保定市建筑设计院有限公司 河北保定 071000）

引言

随着我国法律制度的不断健全与完善，对建筑节能要求有了标准规范，低能耗、低排放成为我国环境保护的重要政策，国家不断创建节约型、环保型社会，在这种全新概念的影响下，建筑电气节能设计也需要不断改进，满足环保设计总体要求，科技的创新，使绿色照明与建筑节能成为我国重点节能工程。

1 我国智能建筑电气节能现状

我国智能建筑电气节能设计发展时间较短，与发达国家相比还存在较大的差距，无论是设计人员的专业水平还是节能设计标准都存在不如意的地方，而且在建筑电气节能设计规范和设计要求方面还存在一些不足之处，这对智能建筑电气节能带来了较大的影响。同时当前部分建筑电气设计人员对于建筑电气节能的重要性缺乏深入的认识，对于一些新理念及新做法在理解上还存在一定的欠缺，建筑电气节能设计现有的标准对于建筑电气节能设计方面的约束还不全面，因此当前要进一步对行业制度和标准进行规范，设计人员在具体设计过程中要注意智能建筑的低能耗设计，以此来更好的推动智能建筑的快速发展。

2 现代智能建筑电气设计分析

2.1 照明电气的节能设计

2.1.1 光源的选取要恰当合适

（1）应用于室内场所的照明设施，可考虑选取例如U型管节能荧光灯、T5细管等相对小功率的高压钠灯或荧光灯作光源，不推荐使用白炽灯；如果开关灯的频率比较大，则可考虑使用双螺旋白炽灯。

（2）应用于室外场所或相对比较空旷的室内场所的额照明设施，可考虑选取钠灯等此种金卤灯中具有较高显色度且高光比较强的气体放电灯作为照明的光源。

2.1.2 节电开关要选取恰当且使用合理

在进行建筑照明系统的设计时，需时刻保持节能的理念，选择控制开关时也不能例外，尽量在满足使用场合的前提下，考虑引入声控、光敏、温度感应等手段对照明装置进行控制。

2.1.3 光源用电附件要选择合理

在设计建筑电气照明系统的过程中，应注重能耗相对较低、性能比较优异的光源用电附件并对其进行推广和普及。当然在进行设计时，也必须要对考虑到电子镇流器、电子触发器、电子变压器、节能型高功率因数电感镇流器等设备进行综合且充分的考虑，具体可参考《建筑照明设计标准》（GB50034-2013）。

2.2 电气防火设计

（1）火灾自动报警系统的设计。火灾自动报警系统主要由火灾探测器和警报器组成，其中火灾探测器在设置时要综合考虑建筑结构和人流量等因素，通常情况下，火灾探测器安装在过道、电梯前室和居民家中。另外，在进行探测器安装前，相关人员要对火灾探测器感烟和感温的敏感度进行测试，确保建筑在遇到火灾的第一时间发布火灾信息。在完成火灾探测器安装后，要对火灾报警系统进行设计，其材料通常选用防火材料，以确保在火灾发生时不会影响信号的传输。此外，还需要对报警系统线路进行敷设，敷设时要重点考虑电磁干扰等因素，确保火灾报警信号可以正常传输；

（2）消防联动控制系统设计。消防联动控制系统是电气防火设计的核心，该系统属于智能控制系统。当火灾发生时，火灾自动报警监控系统检测到火灾信号，将信号传输给智能警报系统，待智能警报系统识别火灾信息号，触发消防控制系统连接的一系列消防设备，从而达到紧急灭火的最终目的。

2.3 电气防雷设计

2.3.1 外部防雷设计

（1）接闪器设计。该装置位于建筑最高端，当遇到雷雨天气时，可以直接承接雷击，达到保护建筑的目的。

（2）引下线设计。该装置主要是通过智能建筑自身的金属结构以达到防雷的目的，相对比普通的建筑而言，建筑大都在30m以上。为了达到更好的防雷效果，在进行引下线设计时，要将建筑超出30m的部分按照三层为标准进行划分，同时将其与均压环连接，目的使雷电流更好的实现分流，从而减少对智能建筑内部电气的干扰。

2.3.2 内部防雷设计

（1）安装避雷器。在遇到雷雨天气时，智能建筑虽然具有外部防雷措施，但是当雷击过电压时，仍然会引起建筑内部配电、变压器的破坏，从而给智能建筑电气设备造成影响。因此，在配电、变压器中应当安装避雷器，避免雷击过电压对变压器造成损害；

（2）安装浪涌保护器。由于电网周围遭受雷击会使得雷电电压侵入到建筑电气系统内部，对一些电气设备造成影响，从而给居民人身安全构成威胁。而安装浪涌保护器可以有效避免上述问题的发生，同时它还可以有效降低雷击电压产生的电磁脉冲，从而避免建筑电气遭受电磁干扰。

2.4 供配电系统的节能设计

在智能建筑电气节能设计过程中，供配电系统的节能设计是非常重要的环节，在具体设计时不仅要对现场内的各因素进行全面考虑，同时还要针对不同建筑的使用功能来合理布置重要设备，确保用电负荷容量设置的合理性，确保供配电设施能够与节能标准要求相符，实现供配电系统的低能耗运行。为了全面提高智能建筑供配电系统的环保节能效果，在具体设计过程中，要通过选择合理的电压，即参照电气设备整体用电情况来对电压的大小进行确定，即在满足用电设备要求的基础上，保证电压处于最低水平，以此来减少电能的损耗。同时在电气系统设计时，在确保其简单可靠性，即要强调设计的整体性，设计过程中要对零散部件进行集成，这样在同一电压等级状态下，这些零散部件的配电级数和变电都会处于同一状态，有利于实现节能的目标。另外对于智能建筑供配电的布线要做到短直，设置变电所位置时要尽可能使其与负荷中心位置接近，在建筑低压配电房附近来设置电气竖井，这样可以有效的降低能源损失，全面提升供电系统的工作效率，而且有利于保证供电系统运行的稳定性。

3 现代智能建筑电气节能措施

3.1 变压器节能的措施

通过变压器来实现节能，其实质是保证变压器有功功率损耗的降低来促进其运行效率的提升，计算变压器有功损耗的算式见式（1）。

式（1）中：△P为变压器的有功损耗，kW；Po为变压器的空载损耗，kW；Pk为变压器的短路损耗，kW；β为变压器的负载率。

（1）Po用来表示变压器的空载损耗，亦称铁损，其由铁芯涡流损耗和漏磁损耗共同组成，铁芯的制造工艺和材料会影响到Po的值，但不会受到负荷大小的影响，因此，在选取变压器时最好选择例如SC8、S9、SL9等相对节能型的变压器。这些节能型的变压器均采用优质的冷轧取向矽钢片，对矽钢片进行“取向”处理不但可让矽钢片在磁畴方向上保持高度的一致，还能在最大程度上减少铁芯涡流的损耗。

（2）Pk表示变压器在额定负载传输时的损耗，也就是变压器的线损，在使用微分求取β2Pk的极值时，此时的负荷是β=50%时每1kW的负荷，变压器的能耗值在此时最小，但是如果在β=50%负载率的情况下只保证减小变压器的线损，而不能保证变压器铁损的减少，这样也不能达到有效节能的目的。通过综合初装费、土建投资、运行费用等各项费用，再结合变压器在使用时需要预留出适当余量的需求可得出，变压器最节能且经济的运行负载率约为75～85%。

（3）在设计变压器的台数和容量时，要对用电负荷进行合理分配，从而对变压器的台数和数量进行合理选择，保证变压器在高效区内工作，这样能在最大程度上减少变压器的总损耗。如果负荷降至30%以下，则要按照实际的负荷更换容量较小的变压器。若负荷大于80%且通过计算得出不利于经济运行时，可考虑更换容量大一级的变压器。若容量较大且需要选择多台变压器时，一定要根据现场的实际情况对负荷进行合理分配，尽量选取容量较大的变压器，减少投入运行的变压器台数。针对分期实施的项目，可考虑采用多台变压器分时运行的方案，尽量避免变压器轻载运行而使损耗加大。可将联络线铺设在内部多个变电所之间，然后按照现场的实际情况和负荷的大小来切除部分变压器，从而减小能耗；若负荷对于可靠性的要求较高且不能受到影响时，比较适合设置专用的变压器。

3.2 提高供配电系统的功率因数

（1）促进设备自然功率因数的提高。在设计建筑电器系统时，尽量在功能和工艺条件允许的状况下用功率因数比较高的同步电机来代替异步电动机，也可考虑通过异步电机进行同步运行的方式来提升系统的整体功率因数。图1是电机变频控制系统的结构框图。

图1 电机变频控制系统结构图

（2）为系统配置无功补偿装置。因为电容器会在运行的过程中产生超前的无功，而大量的非线性负载则会在建筑电气系统的运行过程中产生大量滞后的无功，针对这两个性质，可通过为系统配置无功补偿装置的方法来帮助系统提升功率因数。

4 结语

综上所述，在对建筑电气进行设计时，采用的技能设计措施和方法不仅要满足技术方面的功能需要，还要让整个建筑物在电气设计时具有一定的经济合理性和先进性，契合建筑物节能环保的需求，满足可持续发展的要求。