建筑电气设计中的安全及节能问题探讨

李秀丽

（煤炭工业太原设计研究院集团有限公司，山西太原 030001）

0 引言

建筑电气设计包含整个建筑体系内外的所有电气设施，包含公共区域的道路照明、防雷设计，建筑物内的空调、智能楼宇控制系统等，也分为强电与弱电两个方面，由此看来设计内容众多，专业性较强。此外当前的建筑物能耗较高，对电气系统运行的稳定性等要求也越来越高。为了实现电气设备的节能优化目标，避免和减少各类电力事故，电气工程设计师应紧跟现代化设计理念及设计原则，在严格遵循国家电气设计标准的基础上，科学设计线路，合理配置电气设施，减少无效益的能耗，努力保障民众用电安全。

1 建筑电气设计中的安全及节能设计基本介绍

1.1 安全及节能设计的必要性

当前的建筑行业处在一个新的发展时期，与国家的可持续发展理念遥相呼应，致力于向绿色环保方向发展。而节能降耗就是其追求的一个重要目标，也是促使建筑行业良好发展的重要举措。因此建筑电气设计也需要紧跟步伐，综合建筑电气高效性需求及影响电气环保效果的因素，从材料的选择、应用节能电气设备、线路的优化等方面去提升设计效果。既要确保电力品质，提高电气系统运行效率，也要重视起其节能设计指标，以合理提高能源利用效率，将节能降耗措施落到实处，进而促使建筑行业及其中的建筑电气做到绿色和可持续发展。

1.2 安全及节能设计原则

（1）满足建筑物基本功能需求：建筑物及建筑电气都是为了给人们提供最安全优质的服务，因此建筑安全及节能设计需要从人的需求的角度出发，各电气设计需要达到基本的使用功能标准，如办公、家用电气的常规使用、公共照明和安全应急（消防）等。要充分发挥建筑物的使用功能，不可影响业主的正常用电，在此基础上来科学控制能源消耗。

（2）经济适用性：建筑电气的安全节能设计需要一定的经济支持，如果过分追求安全及节能，盲目使用节能高科技和高端设备，虽然能达到节能降耗的目的，但是成本支出偏高，工程经济效益会降低。为此应保证电能的使用处于合理范围之内。

（3）节能减排：节能是当前国家、行业、社会的普遍要求，而建筑规模越大，电气设备越多，能耗越高。为了避免能源无端损耗，为了提高各类电气设备的利用率，使所消耗的能源最低化，在设计中要运用节能理念，引进节能技术和节能型设备，科学设计供配电系统，检查耗电量过大的设备，探寻能源损耗的源头，以进行有针对性的电气设计方案优化，进而控制好用电设备的无功消耗，有效约束浪费，实现预期合理的节能目标。

（4）安全可靠性：安全才能长久，安全才能避免人员伤亡，因此必须要全力确保电气设计的安全性。在设计阶段要结合建筑工程特点使电气设计方案更加可靠，如要做好电气保护设计，对于短路保护，要选用合适的熔断器，这样在电力过载，电流过大时，可以确保电路的安全[1]。

2 建筑电气设计中的安全问题防范

2.1 保障电力供应安全

建筑电气设备本身用电量较大，当建筑规模较大时，总用电量更大，且不同的建筑空间用电量需求不同，为此需要对电力供应系统的工作环境作出整体研究，根据用电情况进行分项供电。因此在设计时需要增设多个独立电源，这样可以保障用户用电稳定，在出现问题时，各独立电源间可以相互支援，加强供电。此外还应设置多个备用发电机组，这样在特殊紧急情况，也可以应急供电，满足如住宅建筑楼梯通道的应急指示灯、警报器等用电需求，以及医院的手术室等生命维持系统的紧急供电，确保建筑物供电系统在各种情况下的安全与平稳运行。

2.2 合理布置供电线路

首先，要确保线路质量合格，要检查线路的通电性和外表的绝缘性，对于一些特殊位置的线路，还要确保其耐候性、耐久性较佳，避免因环境等外界因素而过早失去作用。此外要根据建筑使用功能的差异，选择电线种类，如颜色、材质等级等，以区别各不同安全标准区的线路，防止线路误用，也方便日后检修。其次，要确定合适的线路截面，这与供电性能、稳定性和节能性有很大的关系，为了避免因线路造成的电能损失，确保高品质的供电质量，需要结合该地区的用电需求、用电标准等计算得出合适的供电线路截面，保证线路具备相应的载流能力。最后，线路的走向要与建筑物的空间布局、装修设计等相结合，合理配置电源线路，注意导线长度，减少迂回和暴露，使其安全有效的发挥作用，同时也可保障建筑物的美观性，防止线路过度裸露而增加受损风险。

2.3 做好安全防护设计

（1）自动保护设计：①利用备用电源保障紧急情况下的用电需要，确保供电稳定。②要设置空气开关等自动保护装置，这样当电气系统突发故障时，可以自动断电进行保护，以防引起严重的电力事故，进而保障周围的电气设备、线路和人员的安全。

（2）接地处理：很多大功率的用电电器虽然能为人们提供很好的服务，但是也会增大建筑物电力工作负载，为此需要利用接地装置进行保护。设计时要明确接地线与接地体的组合，根据实际情况做好开关的自动控制，这样在用电高峰期，容易出现电力事故的时期可以有效保障电力安全，特别是能够预防电力火灾事故。

（3）安装防雷装置：由于目前的高层建筑越来越多，防雷设计更有必要，且还需适时提高防护等级。通常是在建筑物的顶层安装避雷针，由此将雷电时的放电引入地下。而为了确保避雷针的长期有效性，也为了提升电气设备自身的防雷击性，要根据当地的气候情况选择防雷等级合适的电气设备，还可安装SPD（电涌保护器），有效避免雷击对整个建筑的电气产生影响[2]。

2.4 严防电力事故

2.4.1 触电事故

生活中因漏电造成的各种伤亡事故并不少见，有些只是轻微发麻感，有时只是插座出冒小火花，但是如果漏电问题严重，或电流电压过大时，有人误触接触，会被大电流击中身体，危及人们的身体健康。为了解决这些安全隐患，在建筑电气设计阶段要加强预防，高度重视易出现泄漏的位置和人们易接触到的场所，进行有效控制和保护。如可以在电源处设置电流防护电器，或是设置漏电保护器[3]。

2.4.2 火灾事故

建筑电气安全设计中对于火灾的预防主要是为了避免因电气设备故障、线路问题等导致的起火事件和降低其影响性。而这类的火灾不可按照一般火灾处理，必须要先断电，还要考虑灭火方式对电气设备的影响，以及是否会引起更大灾害。因此需要重视消防建设，可以在跳闸点设置一个选择性RCD（剩余电流动作保护器），设置额定动作电流为500mA，延时为0.2～0.4s，达到二层保护。还要综合考虑可能发生的火灾类型，易燃和已扩散的位置，设置火灾探测器、火灾自动报警系统和喷淋装置等常规消防设备。

3 建筑电气设计中的节能措施

3.1 供电电压和线路节能设计

（1）供电电压设计：电压、电流与线路截面面积之间呈现一定的关系，通常截面越小，电流越小。为了实现节能目的，需要根据具体的供电需求合理设定压力级别，确定最合适的电缆截面面积，由此节省电缆成本，减少线路损耗。

（2）优选导线类型：导线的电导率在一定程度上决定了供电效率，一般越小其总体效益越高。而经有关试验和事实验证，铜芯电缆比铝芯线缆电导率小，输电质量更好，但是其应用成本也更高。因此在进行电气设计时，需要根据线路的负载量对比选择，当供电需求较大时选用铜芯电缆，其最终的节能环保效益和经济效益综合上更高。

（3）合理控制线路长度：为了避免线路过长，电力输送过程中损耗过多，设计师应优先选择直线布线方案，并严格把控间距，规避电磁场作用的影响。当线路因建筑结构等受限而无法直线布置时，可合理调整变配电所、低压配电室的位置，以适当地缩短线路。

3.2 变压器节能设计

变压器能耗在整个电气系统中占比较大，在对变压器进行节能设计时需从其功率着手，一方面要减少其无功功率消耗，主要是尽可能减少空载损失，根据其空载原理，需要考虑交流变压器铁芯磁通密度、晶片厚薄、材质特性等因素，选用较高牌号的电工钢带。另一方面要减少变压器的负载损失，要正确计算负荷，了解不同建筑物的用电量差异，建筑内部相应能源的使用范围，根据实际需求选择对应规格的变压器，如用电负荷较小时采用小型变压器，较大时采用大型变压器，并设置一定比例的设计余量，以确保配电系统的整体协调性，供电系统运行的稳定性。最后要合理布置变压器，设计师需明确配电室的位置，以建筑靠近负荷中心部位为设计基准。此外变压器数量也要合理，依据建筑工程规模和建筑物楼栋的分布情况布置，如对大型高压网络系统提供连通的专门的单相变压器[4]。

3.3 建筑照明系统的节能设计

首先要结合室内光照需求合理利用自然光线，这就要求在建筑空间设计时合理控制门窗数量和大小，安装透光效果好的玻璃，将自然光与人工照明设计结合起来，从而减少室内照明设施的用电量。其次要合理选材，如照明线路应尽量选用电阻较小的导线，同时合理控制导线的长度和横截面积等，避免造成过多的额外损耗。要综合考虑灯光品质、灯具效率、照明功率等各种因素，合理运用节能型灯具与高效光源，如寿命长、颜色高的T5、T8 灯具、LED 灯、太阳能等，并根据不同建筑类型和建筑空间合理设计灯具安装数量，以取得低能耗、照明度合适的理想照明成效[5]。最后要配置镇流器，如稀土三基色荧光灯具配电子镇流器，可以明显提高灯具的工作效率，减少频闪现象。

3.4 电动节能设计

电机系统是将电力转换成电机功率的装置，当实际的用电量过高，输出功率会增大，有可能出超过设计时的负荷量，此时用电安全难以保障，电动机工作效率也不稳定，因此是建筑电气设计中较为关键的内容。而对于电动机的节能设计，可在满足相关设计规范要求的情况下，选用高效率的电动机，如具备自动调整转速功能电动机。或是采用变频控制系统来调整电动机自身的运行转速，以降低空载及轻载负荷造成的电能损耗。此外对于大功率的电动机，应单独配置电压表、电流表、有功电能表等计量仪表，以便实现实时监管，及时调整其工作效率来促进节能实现。或是采取自耦降压或变频启动方式来避免对电网造成较大的冲击，使其平稳启动和运行。

3.5 高效利用可再生能源

现代化的建筑物智能特点较为明显，各种高科技产品和节能技术的运用也较为成熟，从而为太阳能等清洁能源的利用提供了基础。在节能环保的理念下，可以将太阳能转化为电能、热能，由此减少电气设备的电能、燃气等能源消耗。如将光伏发电系统应用到建筑物的外围结构当中，以屋顶、墙面等较大的吸收太阳能的表面结构来有效吸收太阳光的热量，并将其与建筑照明系统结合，进而用于道路、公共区域、景观等照明，从而达到节约电能的效果[6]。

4 结语

总之，安全节能是建筑行业持续稳定发展的必然要求，提高建筑电气设计的安全与节能性也是必然的趋势。在这个创新过程中，面对建筑电气设计中复杂的内容和严格的设计标准，为了科学合理地开展设计工作，有效贯彻安全节能理念。相关设计人员一定要加强对建筑电气节能技术和相关产品的了解，采取可行性、合理性的方式，在满足建筑电气设计的相关标准以及建筑用户需求的基础上，不断优化建筑电气设计方案，从而确保建筑电气的安全性以及节能性，使建筑电气系统稳定运行，最终获得较高的综合效益。