现代建筑电气节能设计思考

曹 慧

（安徽省城建设计研究总院股份有限公司，安徽合肥 230051）

1 现代建筑电气节能设计原则

建筑电气节能设计符合现代建筑的绿色发展主题，力求在满足建筑基本使用功能的条件下，实现环境保护、资源节约的目的。

近年来，科学技术迅猛发展，建筑行业也随之创新，诞生了一系列新工艺新技术。在建筑电气设计过程中，如何最大限度地运用新兴技术与手段、合理选择各种电气设备及系统元件用以实现建筑的节能，是建筑电气设计工作中需要着重思考的问题。

从当下我国建筑电气行业节能创新技术的应用及设计情况分析，国内建筑电气行业对于电气节能设计的认识还不够深刻，具体表现在对于不同类型建筑节能设计理念认识不足，对于各类节能设备与系统的了解不够深入，选择能力有所匮乏，影响了建筑电气节能设计的进程。对于建筑电气设计人员而言，在进行电气设计的同时，应从各种电气设备的节能性能入手，结合建筑项目自身的特点及建筑需求，实现优化电气设备节能性能，提高其经济型，并采用合理的节能设计方法，控制建筑工程的建设以及使用成本。

2 建筑电气节能设计分析

建筑电气节能设计需要从电气设计的各个环节多重考虑节能和环保设计，提高资源利用率。本文通过设计实例，结合该建筑工程的实际用途，在变电所设计、配电线路设计等方面进行电气节能设计分析。

2.1 工程概况

本文所选案例为安徽省某地区学校工程的建筑电气设计项目，该项目总建筑面积约2 万m2，设计内容包括由南向北一栋教学综合楼及两栋教学楼、地下车库及其他附属设施工程。综合楼位于地块的北侧，平行城市道路布置，主要功能为专业教室、办公室、250人报告厅及辅助用房。

教学楼共2栋18个班，平行于综合楼布置。教学楼利用现状高差，设置底层架空，增加交流空间，学生活动室和多功能室等结合连廊设计，看台位于运动场的东侧与主席台一并设计。地下车库共一层，可停机动车200余辆，该项目泵房及风机房设置于地下车库内，地下建筑层高为3.9 m，地上建筑总高度为21.7 m。

2.2 工程电气节能设计

（1）建筑供配电节能设计。

①变配电系统节能设计。

该项目由市政电网引来两路独立10 kV电源供电，采用两路同时使用，互为备用电源形式。项目设置地上变配电所1座，位于地块东南侧，2路10 kV电源线路采用直埋方式引入变电所高压进线柜，主接线方式为单母线分段形式，所有高压电缆采用下进下出的方式，所有低压电缆采用上进上出的方式。

根据项目类别及电力需求，该变电所共设置两台干式变压器，两台变压器均使用低损耗、低噪声的节能型SCB11系列干式变压器，在变压器低压侧采用集中电容补偿，使低压侧功率因数达到0.93。1号变压器容量为1 250 kVA，2号变压器容量为500 kVA。该节能型变压器使得空载损耗大幅度降低，相较于使用普通的变压器，每年可以节省超过50%的电费支出。

项目采用在变电所低压柜出线回路处设计量与低压配电箱处设计量相结合的计量方式。此外，该校区设置用电能耗监测与计量系统。该系统采用分项能耗计量、分析、节能控制及现场总线技术对照明、动力、电梯、特殊用电分项监测与计量，并进行能效分析和管理。

能耗监测系统的系统架构如图1所示。

图1 能耗监测系统的系统架构

②负荷等级确定。

该工程为学校建筑，包括教学综合楼、教学楼、地下车库及其他附属设施工程，故在确定负荷等级时需要依据相关规范将不同建筑用途的负荷进行分别规划。该项目的应急照明、主要通道照明、网络中心、安防系统、消控室、消防风机、排污泵、生活泵房、消防泵房等为二级负荷，其他用电负荷为三级负荷。

③电气设备节能设计。

水泵、通风机、电梯、空调等电气设备的选择应依据相应规范要求，满足国家能效标准。例如电梯设备应选用节能型产品，并结合具体的载客容量、使用频率，采用节能的控制设备及控制策略，达到节约用电的目的。

（2）建筑照明系统节能设计。

①确定不同场所的照度、显色性和均匀度。

该校区不同建筑的不同功能场所应严格按照其使用特点、环境条件和规范要求进行照明设计。例如教室照明应满足照度、显色性、控制炫光等要求，教室黑板处应设置专用黑板照明；计算机教室、语音教室、美术教室的照度要求相比于普通教室应有所提升；多功能教室、多媒体教室应选用相关色温较低的室内照明。

②注重使用节能型灯具。

进行灯具选型时，在满足校区不同场所照明设计标准的基础上，优先选用灯具效率高且控光性能合理的照明灯具。例如，校区教学楼内选用的照明灯具均为高效节能光源、高功率因数电子型整流器灯具；设备机房等场所采用防水防尘节能型荧光灯；车道、车位、楼梯间等场所均采用LED灯。选取的LED照明灯具的光输出波形应满足国家标准的规定。

LED光源和灯具光输出波形波动深度要求如表1所示。

表1 波动深度限值

波动深度的计算表达式为：

式中：A、B——分别代表一个波动周期内光输出的最大、最小值。

③合理选择照明控制方式。

在照明设计中，考虑电气照明和自然采光的关系，采用分散控制、集中遥控或自动光控等方式。例如，对于建筑公共部分的灯具控制，可根据建筑形态和使用特点，采取分区控制或隔化控制节约用电；大空间开敞区域亦采用隔化控制，并充分利用天然光条件进行灯具布置和设计。

3 建筑节能设计要点分析

结合案例可知，建筑电气节能设计需要重点考虑供配电系统中和照明系统中的电气节能设计，尤其对于大中型建筑项目，合理的电气节能设计可以节省大量用电费用。

（1）在建筑项目设计过程中，电气节能设计应考虑天然光的优势，结合建筑的风格和结构设计特点，从建筑的综合走向等角度出发，根据场所条件和使用特点，充分利用自然光源，选择合理的供配电和控制方式，可以最大限度减少建筑的能源消耗。

（2）在供配电系统设计中，应合理选择低损耗、低噪声的节能型变压器，并对配电网络进行无功补偿以提高设备的运行功率因数；采用性能可靠有效、符合国家能效标准的节能型电气设备；根据负荷种类和特点合理设计高低压配电系统，并设置电能监测与计量系统，进行能效分析和管理。

（3）在照明系统设计中，合理选用环保节能型灯具，例如低压的荧光灯、透光罩灯，也可选用新兴的LED灯具，不仅能够满足大功率灯具使用需求，也具备更好的照明效果。在照明系统中采用三相四线制供电方式比单相二线、两相三线供电方式线路损耗小；选用电导率较小的铜芯材质作为导线、减少导线长度、增大导线截面积，可降低线路阻抗，降低配电线路上的能量损耗。在照明控制方式的选择方面，应根据各场所不同的照明需求，考虑电气照明和自然采光的关系，采用分散控制、集中遥控或自动光控等方式。

（4）建筑电气的节能设计应注重科学技术的创新，通过运用智能化控制技术实现电气节能。例如在建筑电气设计中，可以运用建筑设备节能控制与管理系统，该系统采用集配电、控制、能耗计量及分析、安全报警、现场总线为一体的智能化设备，对建筑机电设备的运行工况、能耗状态、运行效率进行实时监测和控制，也可设置智能照明控制模块，满足不同时段及场合下对灯光场景的需求。

4 结语

综上所述，建筑电气节能设计是一个不断创新的过程，需要在满足建筑设计需求的前提下，在电气设计各个环节充分发挥节能设计的作用，推动建筑电气领域的创新，促进建筑行业的发展。