建筑电气设计中节能降耗措施探讨

摘 要：结合实际，探讨建筑电气设计中的节能降耗问题，通过优化电力供应、照明系统、暖通空调等多个方面的设计方法，旨在减少能源浪费，提高能源利用率，降低运营成本，减少对环境的不利影响。通过对不同方法的研究和实践，得出可行的节能方案。为建筑电气设计提供更加可持续和环保的解决方案，不仅能节约能源资源，减少能源消耗，还有助于减轻环境压力，为未来的可持续发展做出贡献。

关键词：建筑工程；电气设计；节能降耗

中图分类号：TU855                                文献标识码：A                                 文章编号：2096-6903（2023）12-0089-03

0 引言

建筑电气设计不仅涉及电力供应、照明系统、暖通空调等多个领域，还关系到建筑的长期运行成本和对环境的影响。因此，通过合理的电气设计，实现节能降耗已经成为建筑行业的迫切需求。

1 建筑电气设计中节能降耗意义分析

1.1 有效利用能源资源

随着全球能源资源的日益枯竭和环境污染的严重加剧，能源效率成为当今社会发展的重要课题。建筑电气系统是能源消耗的主要来源之一，通过采用节能措施，可以降低电气系统的用电量，实现能源资源的有效利用，减轻对能源的需求壓力。

1.2 降低运行成本

建筑的电气系统在其整个使用寿命内都需要消耗能源，包括供电、照明、暖通等。通过采用节能设计和设备，可以显著减少建筑的运行成本，包括电费、维护费用和设备更换成本。这对于建筑的长期可持续运行至关重要，尤其是商业建筑和工业建筑。

1.3 保护环境

电力生产和使用是导致大气污染和温室气体排放的主要原因之一。通过降低电气系统的能耗，可以减少对燃煤等高碳能源的需求，有助于减少CO2等温室气体的排放。

1.4 可持续发展

节能降耗是可持续建筑的核心原则之一。建筑电气系统的设计和运行需要考虑长期的可持续性，包括资源的可再生性、环境影响和社会责任。通过采用高效的电气设备和技术，可以提高建筑的可持续性评级，满足未来可持续性发展的需求。

2 建筑电气设计节能降耗现状

2.1 还采用传统照明系统

许多建筑仍然采用传统的白炽灯和荧光灯等能效较低的照明设备。这些陈旧的照明设备无法与现代的LED技术相媲美，在能源利用效率方面表现远远不如LED照明技术。这意味着建筑业主和管理者正在浪费大量的电能，这不仅对环境造成负面影响，还在电费支出方面带来不必要的成本。这一问题进一步延伸到对能源资源的浪费，因为这些旧式照明设备需要消耗更多的电能。

过时的照明设备还存在维护和更换费用高的问题。由于其寿命较短，需要频繁更换灯泡和荧光管，这不仅增加维护成本，还产生大量废弃的灯泡和电子废物，进一步对环境造成负担。这也意味着建筑业主和管理者需要不断购买新的照明设备[1]。

2.2 照明控制不足

很多建筑缺乏先进的照明控制系统，如智能照明系统或运动感应照明系统。传统的建筑通常依赖于传统的开关和定时器来控制灯光，这在现代要求更高的办公环境中显得过时，会导致在没有人员活动或足够自然光的情况下，灯光仍然保持亮度，浪费大量的电能。这不仅对能源利用效率构成威胁，还会产生额外的电费支出，对环境和电费支出产生不利影响。

缺乏先进的照明控制系统也影响建筑内部的舒适性和工作效率。在没有智能照明系统的情况下，员工和居民通常无法根据自己的需求和偏好调整灯光，导致不适和视觉疲劳。此外，运动感应照明系统的缺失也导致安全问题，增加事故风险。

2.3 低效电器设备

低效电器设备会造成能源的不必要消耗，不仅对电费支出构成负担，还会对环境造成不必要的碳排放和资源浪费。这一问题在夏季和冬季尤为突出，因为低效的空调和暖气系统需要大量电能来维持舒适的室内温度。能效低下的设备还会增加电器设备的维护成本。由于它们需要更频繁地维修和更换，建筑业主和管理者不仅要支付更多的电费，还需要投入更多的资金和资源来维护这些设备。

2.4 电气系统设计不合理

当电气系统未能适应负载需求的变化时，导致电力过剩或不足的情况。电力过剩会导致浪费。电力不足则引发设备故障或停机，对生产和生活造成不便。电力供应不稳定会影响电器设备的寿命和性能。

电器设备通常需要稳定的电力供应以确保其正常运行。电力波动和不足会导致设备损坏或性能下降，这不仅增加维修和更换设备的成本，还会对建筑内的运营产生负面影响。不充分考虑负载需求变化的电气系统，无法满足建筑内部的特殊需求。例如，在高峰用电时，电力供应不足，会影响生产效率；而在低峰时段，电力过剩会导致能源浪费。

2.5 缺少能源管理系统

若缺乏实时监测手段，建筑运营者便无法准确掌握能源消耗情况。这使他们难以制定有效的节能策略和计划，没有准确的能源消耗信息，就无法确定哪些区域或设备是主要的能源消耗者，也无法识别潜在的能源浪费点。

缺乏实时监测系统，也意味着建筑运营者无法及时采取措施来减少能源浪费。在没有即时反馈的情况下，能源浪费长时间存在而不被察觉，导致巨大的资源和资金浪费。例如，如果暖气或空调在无人的房间中持续运行，没有实时监测系统的提醒，就会浪费大量的电力或燃气。

3 建筑电气设计中节能降耗措施

3.1 合理设计供配电系统

要综合考虑负荷容量、供电距离以及用电设备分布等多方面因素，加强供配电系统的设计，以选择最合适的供电电压参数。供配电系统应具备可靠性和简洁性，且不应包含超过两级的相同供电系统配电级数。

为优化电压选择，需结合负荷参数的信息，选定最适宜的变压器容量和数量，以适应负荷参数的变化，并根据经济运行效果进行变压器的投切设置。在相同条件下，较高的电压会导致系统损耗更小。在民用建筑项目中，通常采用220 V/380 V的设备电压，但对于某些大型或特大型的民用建筑空调主机，会采用10（6） kV的制冷设备，以满足系统的运行需求并提高节能性。

尽量减少变电所与负荷中心之间的距离，并在低压配电间增设电气竖井等设施，以加强供电系统网络的布局。这样可以确保低压系统供电负荷的运输半径不超过100 m，从而限制电压损失在规定范围内，减少能源流失，确保供电系统的运行质量满足要求，实现更高的经济效益。

在配电系统设计中，必须确保三相负荷达到平衡状态，其中最大相负荷应在三相平均负荷的115%以内，而最小相负荷则应在三相平均负荷的85%以内。为实现负荷均衡，可以采用移相平衡法或容抗平衡法，以有效改善系统的不平衡状态，降低空余荷载波动，从而有效减小能量损耗[2]。

3.2 合理设计节能变压器

变压器的总能耗通常占发电总量的2%～3%。因此采用节能变压器确保有效节约能源至关重要。干式变压器具有更低的能耗损失、更轻的质量、更低的噪声水平和更好的抗冲击性能等特点，满足多种应用需求。

与传统的S9型干式变压器相比，S10型干式变压器的空载损耗减少约8%，负载损耗量减小约5%。此外，随着变压器技术的不断进步，其噪声水平也降低约7～10 dB，而价格与S9型变压器相差不大。目前S10型干式变压器已成为许多工程项目的首选变压器型号。

在进行变压器能耗计算时，可以按照式（1）进行计算。

△p=p0+β2pk                                                          （1）

式中，P表示变压器的有功损耗（kW），P0表示变压器的空载损耗（kW），Pk表示变压器的短路损耗（kW），β表示变压器的负载率。

P0通常代表变压器的主要空载损耗，这些损耗主要来自铁芯的涡流损耗和漏磁损耗。这些损耗与铁芯的材料和生产工艺直接相关，而与负荷量無关。因此在选择变压器类型时，需要考虑采用节能型变压器，如 S9、SL9、SC8等。设计变压器系统时，应选用高质量的冷轧取向硅钢片，通过取向处理，使磁通的方向基本一致，从而降低铁芯的涡流损耗。并采用45°全倾斜方式设置，以确保连接紧密性。

Pk代表变压器额定负载条件下的损耗，即变压器的线损。该参数直接受到变压器绕组和通过绕组的电流大小的影响，与负载率的平方成正比。因此在选择变压器时，应选择绕组较小的变压器，如铜芯变压器。

βP通过微分计算参数值，表示在负载率为50%时每千瓦的负荷，以实现最小损耗。然而，当负载率为 50% 时，只能减小线损，而变压器的铁损并不会减小，因此节能效果相对较差。经过对安装成本、变压器成本、土建投资和运行费用等方面的分析，通常最经济的变压器运行负载率在75%～85%[3]。

在变压器的容量、数量选择的环节，需综合分析负荷的参数，从投资、年运行费用方面出发，对负荷进行合理的分析和选择，使用容量与电力负荷比较相近的变压器，使得能耗有效控制，预防造成能耗超标等问题。

3.3 合理选择供电线路和导线截面

考虑到当前建筑规模、用电负荷性质以及电气系统容量等因素，必须科学合理地规划电气系统的布局，使其更靠近电力负荷中心，从而减小电能损失并缩短电能输送路径。

根据统计数据，一旦照明系统投入使用，线路损耗通常占总电能的约4%。此外，在照明系统运行期间，电能消耗受到供电方式和导线截面积等参数的影响。在满足允许的负荷流量和电压损失等指标的前提下，选择适当的电缆和导线截面积参数，有利于降低能耗和初期投资，并提高系统的综合性能。在确定导线截面积参数时，需要依据经济电流密度原则。这一原则通常要以全年运行成本最小化为依据，以确定最适合的经济电流密度。一方面，应优先选择具有较低电阻率的导线材料，如铜芯导线性能最佳，铝导线次之。另一方面，应尽量缩短导线长度，采用直线布线方式，减少回头线路的数量[4]。

3.4 合理选择照明方式和节电型产品

照明方式比较多，如一般照明、局部照明、混合照明等。在符合标准照度的基础之下，合理的节电力能源，选择最佳的照明方式极为重要。

3.4.1 照明控制方式的选择

为了提升照明系统的能效和降低能源消耗，建议结合照明使用的频率，采用分区系统控制，并加强灯光控制，以确保照明点位在不同的情境下都能满足要求，并降低能源损失。

比如，在医疗设施如病房、卧室和客厅等区域，可以采用调光开关来管理灯光。这样的系统允许用户根据需要调整灯光的亮度，不仅提供了更大的照明灵活性，还可以有效节省电能。在白天或照明需求较低的时候，可以降低灯光亮度，以减少不必要的能源消耗。对于旅店客房，可以考虑使用节电钥匙开关，当客人离开客房时，通过插入钥匙卡来关闭不必要的照明和电器设备，从而避免空房间的能源浪费。

当前照明开关应用比较常见的是触摸延时开关、声光控延时开关、红外延时开关灯。灯具控制开关合理设置，加强光源数量的控制，应在2個灯具以上。但是控制光源的数量不能过多，防止造成严重的影响。灯具应根据侧窗的设置，采取平行控制方案。对于某些光源的控制来说，采取声、光控制的方式，也可以进行全夜、半夜的方式控制。

3.4.2 照明光源、灯具的选择

根据光源的光效、色温、显色系数、寿命、价格等多个方面的要素，选择节能型的光源设备，并落实每瓦输出光通量高的光源，比如紧凑型荧光灯、高强度气体放电灯、LED灯。灯具的附件选择极为重要，需根据要求确定最佳的镇流器装置。按照照明设计标准要求，自镇流荧光灯应配置电子镇流器，直管形荧光灯需要设置电子镇流器或者节能型镇流器等，从而使得系统达到节能性的效果，实现能源有效控制，防止造成能源浪费过于严重，实现节能降耗。

3.5 引进能源管理系统

通过安装传感器和仪表，能源管理系统能够即时收集各种能源数据，包括电力、水、燃气等，使建筑运营者能够全面了解能源消耗情况。通过数据分析和算法可以帮助建筑管理者识别潜在的能源浪费点，确定哪些区域或设备消耗最多的能源，并发现不合理的能源使用模式。智能控制系统可以根据实时数据进行自动调整，优化能源使用，例如在没有人员活动时降低照明和暖通设备的功率，以减少不必要的能源消耗。能源管理系统还可以提供定制化的能源报告和建议，帮助建筑运营者制定有效的节能策略，并监测和评估这些策略的实施效果。

4 结束语

建筑电气设计中的节能降耗作为非常关键的一项内容，因此需要给予高度重视。本文对建筑电气设计中的节能降耗措施进行分析，阐述建筑电气设计在减少能源浪费、降低碳排放、提高建筑可持续性方面的重要性。在设计工作开展时，为创造更加节能、环保、舒适的建筑环境，还要不断地改进设计方法、采用先进技术、加强管理和监测，并培养更多的节能意识，为社会的可持续发展贡献力量。

参考文献

[1] 袁安有.建筑电气设计中节能降耗措施应用的重要性分析[J].门窗，2019（2）：7-8.

[2] 梁良.对建筑电气设计中变压器节能问题的分析[J].工程建设与设计，2021（20）：36-37+54.

[3] 蔡建斌.住宅小区建筑电气设计中的有效节能策略分析[J].江西建材，2021（3）：92-93.

[4] 李筱华.建筑电气设计中的节能措施探讨[J].工程建设与设计，2020（24）：40-41.

收稿日期：2023-08-25

作者简介：高柏迎（1970—），男，安徽合肥人，本科，高级工程师，从事建筑电气设计工作。