建筑电气节能设计及绿色建筑电气技术分析探讨

文／张路 山东中慧咨询管理有限公司 山东菏泽 274000

引言：

电气能耗占建筑总能耗的绝大部分，电气节能设计仍有很大的发展空间，设计人员应转变节能设计理念，采用可实施的节能技术措施，包括：选用新型机电节能设备、优先采用绿色可循环资源、使用楼宇自动控制系统、能耗监测系统等智能控制系统以及提高能源系统的功率因数等。同时，通过对建筑全寿命周期碳排放计算，明确建筑减碳收益。有效降低建筑能耗，创造舒适、低碳、高效的生活环境。

1、绿色建筑电气技术概述

工业化、城市化建设过程中对自然环境产生了不同程度的影响和污染，温室效应越来越严重，因此在建筑行业倡导实行节能设计和绿色建筑电气技术是非常有必要的。绿色建筑是指建筑自身与施工作业达到节能环保要求，此理念与可持续发展目标和绿色发展理念具有一致性。绿色建筑与绿色能源之间关系密切，绿色能源具有可再生和持久性的特点，是绿色建筑电气技术发展的重点方向。风能、水能和太阳能等清洁型可再生能源在当前社会中实现了广泛应用，此形式的能源对环境的影响是非常小的，有着广阔的发展前景。在建筑电气节能设计中，应尽可能选择高效电光源和具有节能功能的电源开关，并估算负荷级别与总负荷容量。我国科学技术水平与发达国家相比还存在一定的差距，只依靠当前技术还无法实现绿色能源的充分开发和应用。绿色建筑对节能减排有着较为严格的要求和标准，在实际设计和施工过程中还要考虑节能设备的安全、使用与后续的各项维护保养等多方面的内容。

2、建筑电气节能设计的原则

2.1 注重节能环保

节能环保在建筑电气节能设计中非常重要。设计人员对电力系统进行合理的设计,可以有效减少能源消耗,保护环境。设计人员要在保证建筑电气安全运行的前提下对其进行优化,进而达到减少能源消耗的目的。因此,设计人员应采用更加先进的控制技术,选择低能耗、对环境影响不大的电气设备,以实现建筑电气设计的节能环保目标。

2.2 经济性原则

在设计建筑项目时，需要考虑建设工程经济性问题，因为预算是有限的，预算超支可能导致项目停工。因此，建筑电气设计的经济性原则也必须加以遵循。除了确保建筑管理设备的经济效益外，还解决了后期使用过程中设备设计问题。因此，经济性原则必须首先考虑到相关者的利益。首先，确保经济性原则的主要因素是材料，其中材料成本与整体投入直接相关。各方需要充分了解和选择市场上的建材，选择适当的建筑材料并进行良好的成本控制。第二，施工管理人员要在规定的时间内按照原定的施工工艺和施工技术完成工作。施工前应检查施工设备，以防止设备出现故障，防止后期对工程机械进行维护和修理，影响后续施工。建筑电气设备施工后，必须对设备进行良好的维护保养，延长施工设备的使用寿命是工程经济学原则的体现。

2.3 适用性准则

在设计过程中,设计人员应结合电气设施的具体应用情况,切实做好绿色建筑电气节能的改造与规划。例如,在商场等公共建筑场所中,因为其用电负荷相对较高,所以设计人员需要综合考量建筑的电力供应情况以及负荷层级,遵循适用性准则,科学调配供电系统,发挥建筑电气工程的最大价值。智能建筑在进行设计时，其中涉及的内容较为繁杂，而且各个环节之间存在密切的关联，针对建筑电气进行设计时，需要严格遵循合理性准则，对整体的智能楼宇进行把握，同时注意全面分析内部各个环节之间的关联，并结合电气节能设计的要求，对多项节能设计方案进行比较，从而选择出最优方案，这样节能设计的质量会得到良好的提升。

3、建筑电气设计中节能措施的现状问题

3.1 施工和监管存在问题

针对建筑节能，国家发布了一系列的节能政策以及标准，并从立法方面进行完善，加强建筑节能的监督管理。但是在实际实施方面，一些地方执行不到位，各地之间出现不平衡现象，存在设计方面高标准要求，但是施工低标准的情况。分析其原因，在建筑电气节能设计中，部分设计内容变更后，并没有对节能设计方案变更进行备案，一些建设单位为了节省工程建设资金，对设计规定的用材私自替换，没有得到设计单位的认可，而且审查工作也不到位，因而对节能最终效果产生不利的影响。监管工作中，一些工作人员对建筑节能的重视性不足，缺乏这方面的严格监督。

3.2 电气设计不合理

在工程项目的建设过程中需要连续的电力供应。电能是整个工程项目中不可缺少的基础能源，但现有部分电气设备已无法满足当前用户的需求，难以响应国家节能减排的政策，更难以实现能源可持续发展。此外，许多老旧的高能耗电气设备需更换成节能设备，其质量也达不到行业安全标准，潜藏安全隐患，影响人们日常生活，甚至威胁到人身安全。同时，许多单位对电能损耗没有足够的重视，节能意识薄弱，造成不必要的能源浪费，有效控制建筑物中电气设备的节能非常重要。因此，从电气设计开始，运用有效的节能技术就意味着顺应节能减排的基调，缓解国内能源危机的现状，确保真正实现碳达峰、碳中和的宏伟目标。

3.3 缺乏对节能设计的重视

节能降耗是未来建筑电气发展的主要趋势。传统的建筑电气设计中没有充分意识到节能的重要性，在设计过程中也缺乏对环保方面内容的落实。当前社会对节能环保理念的应用力度和重视度在不断提升，为了进一步贯彻落实节能理念，需要设计师充分提高节能设计水平，比如在电梯工程设计中可以积极应用智能化控制技术。不过仍然有部分企业没有积极响应国家号召，没有顺应节能社会发展趋势，仍然以利益第一的理念开展建筑电气工程设计，导致电气系统运行中能耗较高，建筑整体能耗偏高。

4、绿色建筑电气技术

4.1 太阳能集成技术

太阳能集成技术是绿色建筑的理想选择。太阳能具有绿色、节能、零排放的优点,加强太阳能的应用是建筑领域的重要节能减排方式。光伏发电技术已逐步取代传统的发电技术,在建筑中使用太阳能光电产品,可以有效减少建筑的能耗。太阳能系统可分为太阳能热利用（热水、供暖、空调）系统、光伏发电系统、光伏光热系统,它能够将太阳辐射能转换为热能或电能,可全年为建筑物供电、供生活热水、供暖以及供冷。近年来,太阳能光伏发电效率不断提高,成本大幅下降,使得太阳能集成技术在建筑领域得到了广泛应用,成为实现“碳中和”目标的重要技术路径。

4.2 空调系统节能技术运用

空调系统是建设项目冷热源系统中最重要的组成部分，通过空调系统可以自动调节室温。冷却系统、冷却塔系统和冷冻水系统是通风系统的三个主要组成部分，必须预先编排顺序，以满足建筑工程中空调系统的加热和冷却要求。电气设计师应分析施工现场的实际情况，尽量提高空调系统的稳定性。传统的手动通风控制系统难以实现节能降耗的目标。电气设计师积极运用现代智能化、自动化等技术，电子自动化系统可以对通风系统进行集中控制和监控。因此，需要根据实际环境和需要对设备设施进行适当的启动和停止控制。另外，要注意分析集中控制和检测系统的运行状态，平衡系统运行时间以及避免设备故障。水泵设施在调节温差时，其转速不会发生改变，这也会造成系统调节缺乏一定的精度，必须添加适量水进行调节，以达到节约能源的目的。变频调速技术中的水泵自动调节主要是借助采集冷冻主体和冷冻泵进出水温度差信息来实现的。温差信号可以准确地将冷冻主机运行过程中的实际回水和出水温差数据完全反映出来，压差信号是指冷冻泵在回水和出水过程中具体的压力差值。建筑室内温度发生明显改变时温差信息也会出现相应变化，使用变频器实现水泵转速的具体调节。

4.3 供配电线路的损耗及节能措施

由于变压器有功损耗主要出现在负载和空载情况下，所以在实际的设计工作中，对变压器的选择，需要注重考量节能变压器的性能，比如SC8、SL9 等型号的变压器，其接缝具有良好的密封性，而且关于漏磁损耗和涡流损耗都能够最大程度降低。同时，对变压器容量以及绕阻组织进行合理的控制，以防止供电线路在过载情况下出现损耗。设计人员针对供配电系统进行节能化设计时，还需要对前期投入和成本消耗进行全面考虑，对变压器预留出一定的余量。此外，对变压器的运行方式需要进行改善。设计人员在设计前需要对智能建筑的负荷需求进行细致的考虑，对用电负荷进行科学的分配，设计合理的变压器容量，使其较好的匹配电力负荷，保证工作的低能耗。建筑设计中供配电线路错综复杂，系统中的线路长且多。电流通过电缆会因为电缆导体本身有电阻的存在，而产生发热耗能。因此线路的节能措施主要考虑以下几个方面：（1）采用导电性能良好的优质导体电缆，但考虑到导体本身的造价，常规电缆一般采用铜芯或者铝芯电缆；（2）将高压变配电室设置于用电负荷中心，减少低压侧电力电缆长度，缩短线路的敷设路径，在电气设计中，线路尽量少走或者不走回头路；（3）避免电缆电线成捆敷设于密闭空间，因电流通过电缆时会产生大量的热量，若电缆成捆敷设于密闭空间内，散热困难，会导致电缆内导体电阻值增大，影响电能质量，增加电能损耗。

4.4 建筑照明系统节能技术应用

在建筑电气节能设计阶段,科学挑选灯具非常关键。以往建筑内部所应用的荧光类灯具的光效普遍在50m/W～70lm/W,电源效率为65%左右。如今的LED 灯具光效可以保持在100lm/W～150lm/W,实际电源效率高达95%。尽管LED 灯具的单价比荧光类灯具高,但是在日常使用中,LED 灯具的使用寿命更长,能够实现对电力能耗的有效控制。考虑到建筑项目长期运作的成本支出,挑选LED 灯具更加合理,而且它完全符合我国所颁布的新国标《建筑照明设计标准》（GB50034—2018）的要求。LED 灯具完全符合办公建筑照明功率密度值的要求。创建标准、科学的灯光照明管控模式,可以更快达成建筑内部照明设计节能目标。对此,设计人员应全面应用自然光源,合理挑选自然采光,并可结合光传感器对临近外窗的灯具进行独立化管控。在楼梯、走廊等建筑内部公共区域,为了有效控制照明电力能源损耗,设计人员可采用声控、触控等方式来合理调配管控模式；针对建筑内部面积较大的公共区域,设计人员可应用智能照明系统来进行自动化管控照明。另外,依据建筑内部的具体照明需求,设计人员还需要规范调配照明电路,以实现电力的平稳供应。普遍采取人为手动控制方式来启闭照明灯具，受人为因素影响，偶尔出现灯具忘关、延误关闭的问题，致使照明系统运行时间延长，产生不必要的电能浪费，并造成照明灯具使用寿命缩短、照明系统温度持续升高等一系列后果。对此，在建筑电气施工期间，需要采取新推出的自动控制、智能控制技术，自动控制是根据预先设定方案在特定时间段内启闭照明灯具，智能控制是根据室内外环境变化而调整照明灯具启闭状态。同时，根据建筑用途来选择控制方式，常见控制方式包括时序控制、环境探测控制、场景控制与远程控制。例如，对于办公楼、工业建筑、商业综合体建筑等照明系统遵循特定时间规律运行的建筑工程，应采取时序控制方式，提前预定各区域照明灯具的启闭时间，到达时间节点后，系统自动开启、关闭指定照明灯具。而对于住宅建筑，则采取场景控制方式，设定回家、离家、睡眠、家庭影院等照明场景，由居住者发出语音指令，控制照明系统切换至特定场景。

4.5 电动机设备应用控制

电气设备比其他备具有更高使用价值。电动机的运行效率和状况直接影响到建筑电气装置的整体效率。目前，将绿色节能技术应用于电气装置的运行管理，可以有效减少设备故障和电力转换，如将绿色节能技术应用于建筑电气改造项目，可以显著提高运行效率，减少能源浪费。建筑项目需要为所有类型的电气设备的应用制定能源节约标准。同时，需要进行节能维护，更换电动机可以有效减少电容性线路损耗，可以适当控制发动机负荷，并提高电动机的工作性能。

4.6 电气工程调试技术

每个电气设备设施在完成安装后都需要经过调试测验才能保证其高效运行，才能充分发挥其价值，才能提高建筑电气安全节能水平。在首次调试测验中，第一，要通过通电检测每个安装完成的电气设备。第二，要根据生产标准调节检验电气设备设施的空载和带负荷运行情况。第三，做好机电维护数值的审核，并且做好安装图纸的核查校对，尤其要注意调整优化复杂设备设施的安装情况，做好主要设施实验设计、系统启用优化管控，科学地指导电气调试工作，保证所有电气设备设施能够正常运转。相关工作者在开展电气工程调试工作时要注意根据相关标准做好调试费昂发的编写，加强了解电气设备设施图纸信息、出厂质量情况等详细资料，保证高效完成电气调试工作。工作人员还要对设施所在位置的部署情况、电气接线情况进行检查。在完成电气安装后，要通过试运行提升电气工程的整体安全性。在试运转过程中，要将电气工程运转的操作方法详细地编写，做好电气系统运行操作规范的编写。在试运转中，要详细记录设备运转状态，及时解决缺陷问题，确保电气安装符合图纸中的要求。在完成调试确认电气系统安装合格后可以向使用部门提供检验合格报告。

4.7 合理使用变频器

随着人们对环境保护的日益重视，许多电气装置消耗大量资源并对环境造成严重破坏。因此，必须提高电气工程的质量和效率，在电气设备设计中秉持环保理念，利用变频技术有效推广绿色能源，提高电气设备设计效率，从而有效支持环保活动。变频器具有自动控制功能，能够有效节省人力和物力。首先要确保逆变器运行环境的温度和湿度符合要求，控制逆变器安装现场的灰尘量，并指定维护人员定期检查内部结构，发现问题立即进行修理。如果逆变器在运行过程中发出警报，工作人员应及时对发生警报的原因进行分析与推测。在处理完故障后，变频器就可以重新投入运行。

结语：

基于绿色节能的建筑电气设计,是指在设计过程中,设计人员将传统的电力设计进行科学调控,应用全新的技术及绿色材料以达到节能降耗的目标,进而有效控制建筑工程的电力损耗,提升电力系统的整体运作效率,达成全面管控成本的目标的过程。目前,我国建筑电力损耗体量在逐年攀升,因此加强建筑电气的节能设计显得尤为关键。由此看来,建筑电气节能设计对建筑领域乃至我国经济的长期发展有着重要的意义。在满足建筑能源需求的基础上,设计人员可通过科学应用建筑电气节能技术,对设施、能源消耗进行有效控制,从而建造出节能环保型建筑。创新是工业发展的源动力，建筑电气设计还依然存在较多问题，我们必须摒弃原有的设计理念，遵循绿色节能技术应用的规则，努力向健康、环保领域发展。也就是说，将根据电气设计经验，根据人类生活的基本需求，加强节能环保理念的渗透，减少资源浪费的现象，提高资源可利用率，从而对中国建筑业的可持续发展的有效保障奠定坚实的基础。