民用建筑电气设计中的节能措施

陕宏博

(中建建设有限公司，山西 太原 030000)

在目前的节能形势下，作为高能耗单位的民用建筑物，应当首先受到影响，并积极地进行节能减排。当今社会，人民群众对生活水平的不断提升，这也导致了民用建筑的电气设计变得越来越复杂。因此，在进行建筑电气系统的设计时，要以建筑的具体状况为依据，既要确保电气系统具有实用的品质，又要尽可能地达到节能减排的目的。

1 民用建筑电气节能设计的重要意义

创建节能型社会是国家可持续发展的一个重要方向，而民用建筑电气系统的节能设计是其中的一个关键环节。所以，在我国民用建筑中，怎样对其进行电气节能系统的设计，就成为了建设单位和建筑设计者必须要考虑的问题。而按照其电网运行的原理，为了让民用建筑电能可以设计出一种节能的设备和设备，来满足人们的日常用电需求，必须对民用建筑的电能网络的布置方式进行优化，以达到节约能源的目的，进而减少人们的用电成本和支付的费用[1]。

2 民用建筑电气节能设计的基本原则

随着科学技术的不断进步，人们对能源的需求也越来越多，特别是电能的需求也越来越大。当前能源消耗总量越来越高，能源消耗的压力也越来越大，减少各类能源消耗，建设节能型社会已是当务之急。在民用建筑中贯彻节能发展的需求，最主要的表现之一就是在电气设计上采用节能措施。将具体实施过程中，必须遵守下列几个方面的规定。

2.1 节能性原则

在谈到民用建筑中电气设计的节能性原则时，我们首先要思考如何在电气系统设计和运行中实现能源消耗的降低。这个过程涉及到多个方面，包括对供电系统进行优化布局，以减少电能在输送过程中的损耗。为此，设计师需要精心规划线路走向，考虑到电气设备之间的相互作用与影响，以实现最大程度的能源效益。这不仅限于电气设备本身的选择，还包括设备间的协同工作。我们要从整体上提高系统性能，避免低效的运行模式，借此来优化能源的调度和利用，降低设备本身的能耗。

2.2 经济性原则

在我国，民用建筑中存在着很多较为先进的电力节能技术，但其技术含量较高，若电力节能技术投入过大，则其效益将大打折扣。所以，在对民用建筑进行的电力节能设计中，既要确保电力的有效利用，又要有较好的经济效益，不能为了实现电力的节约，而在其它领域进行了大量的投资，这与节能的概念是相悖的。

2.3 实用性原则

每个民用建筑的形式和布置形式都有很大的差别，因此，在进行民用建筑的电气节能设计时，要充分考虑到这些差别。因此，在进行电气节能设计时，不应机械地照搬照抄，而应结合民用建筑的实际情况，进行电气设计。如果没有实用的电力节能设计，就不能确保电力系统的正常运转，对民用建筑的性能产生不良的影响，同时也会大大降低其节能效率。民用建筑的节能设计要在满足其使用功能的基础上进行，不能只注重节能而忽略了实用性[2]。

3 民用建筑电气设计的节能措施

3.1 优化配电线路

配电线路在整个供配电系统中起着至关重要的作用。没有配电线路，住宅建筑中的各类电器设备就不能与电源相连，从而不能起到相应的作用。配电网中的无功损失，使总的电能损失也不能忽略。为降低线路无功损失，改善配电网的运行品质，应在住宅建筑配电网中进行节能设计。具体如下。

(1)在设计配电线路时，应尽量缩短配电线路的总长度；随着线路长度的增加，线路的电阻也会随之增大。在进行民用建筑配单线的设计时，应尽量缩短配单线的长度。也就是在设计线路时，要加大直线的走线，减少弯道。这样不仅能够减小线阻，而且能够有效地防止配电电压下降，从而保证了建筑物的电能质量。为此，应尽量将配电箱设置在离负载中心越近越好。

(2)在设计配电线路时，应注意导线材质的导电性；电线的阻值愈小，则表示电线的导电性愈高，故配电线应以确保电线的导电性为宜[3]。但是，越是高导电性的材料，其成本和价格往往也就越高。对于配电网中的导线，在经济费用许可的情况下，应选用导电性较好的导线。常用的电线有铝芯，也有铜芯，铜芯的导电性能要好一些，但是价格也要贵一些。所以，在不考虑两者成本差异的情况下，最好选用铜芯。

(3)选择合适的电缆断面，以降低线路压降和热损失。合理的电缆断面可以在保证安全性的前提下，有效减少线损和提高设备的运行效率。电缆断面的选定需要综合考虑负荷电流、线路长度、运行环境等因素。选用过小的电缆断面将带来过大的功率损耗，而过大的电缆断面会造成材料浪费和成本增加。寻求与电缆种类相匹配的绝缘材料和导体材料，如优选铜导体而非铝导体，因为铜导体具有更高的导电率，使得相对较小的断面积能够承载相同的电流，从而降低线路的热损失。在系统设计时，要充分考虑不同负荷设备的特点。瞬时大电流或谐波较大的负荷设备，如：电梯、空调等，需要考虑引入限制高次谐波进入入电网的方法，如安装滤波器或谐波补偿器。这样不仅可以提高系统效率，还能避免不必要的电缆损耗。

3.2 电气照明

3.2.1 光源选择

(1)光源必须满足起动时间、显色性等条件，并对各种影响因素进行全面分析，经过技术、经济比较，最终选择出最适合的光源。

(2)照明节能设计应该符合下列几点：1)在光线亮度比较低的室内，使用的应该是细长的直管型三基色日光灯；2)如在有商业用途的地方，可以使用细管直管形三基色萤光灯或陶瓷金属卤化物等，需要留意的是，光源的功率不能太大，在关键区域的照明，推荐使用发光二极管灯；3)在具有比较高的光源高度的室内，需要以特定的应用需求为依据，选用具有更高频率和更高功率的细管直管型三基色荧光灯；4)通常情况下，不能使用常规照明设备，也就是普通的白炽灯，但在一些有特别要求的地方除外[4]。

3.2.2 灯具与附属装置选择

在满足炫光限值和配光标准的前提下，优先选择性能好的产品。对于一些常见的光源，照明装置的效率应该达到下列要求。

(1)对于直管型荧光灯，在开放式条件下，其照明效率不得小于75%；在透光型防护盖下，灯管的效率不得低于70%；在棱镜型防护盖下，灯管的效率不得低于55%；格栅式灯管照明的效率不得低于65%。

(2)对于紧凑型荧光灯，在开放式照明条件下，照明效率不得低于55%；在使用防护罩的情况下，灯管的效率不得低于50%；格栅式灯管照明效率不得低于45%。

(3)对于金属卤化物灯，在开放式照明条件下，照明效率不得低于60%；使用防护罩的情况下，灯管的效率不得低于55%；栅式灯管照明效率不得低于50%。

(4)对于发光二极管灯(筒式)：1)在色温为2 700K的情况下，格栅式灯具的效能不能小于551m/W，在使用防护罩的情况下，其效能不能小于601m/W；2)在色温为3 000 K的情况下，格栅式灯具的效能不能小于601m/W，在使用防护罩的情况下，其效能不能小于651m/W；3)在色温为4 000 K的情况下，格栅式灯具的效能不能小于651m/W，在使用防护罩的情况下，其效能不能小于701m/W；以镇流器为主要辅助设备，应按下列要求进行选型：优先选用节能型电感镇流器；若室内有特别需要的频闪效果，应安装高频镇流器；所选择的镇流器，其电磁性能和谐波性能均要达到目前的标准；在电压变化比较大的情况下，应该选用恒定功率的镇流器；功率比较低时，宜选用电子镇流器[5]。对于气体放电灯来说，触发装置及光源的设定距离应符合实用要求。

3.2.3 照明功率密度

对各功能室的照明布局，在符合《建筑节能与可再生能源利用通用规范》中有关照度要求的基础上，尽可能的选用高光效光源灯具，且满足功率密度的限值要求。

3.2.4 照明控制

在民用建筑中，在走廊和楼梯等地方，应采用区域控制和其他节约能源的方法。

3.3 建筑设备

3.3.1 空调系统设备

(1)根据建筑物的种类和用途，选用合适的空调控制方式，并与物业管理系统有较好的配合，根据不同的功能划分区域，达到分时控制的目的。

(2)在人流量较大的室内，可按要求配置空气品质的实时监控系统。利用该系统，可以实时地收集、分析CO2的真实浓度，并依据这些数据来控制整个通风系统的运行。

(3)通风设备必须达到目前的技术要求，并且要有较好的节能效果。

3.3.2 给排水系统设备

(1)对供水系统，排水系统的水箱实际水位和压力值进行实时监控。

(2)根据水位、压力等参数，自动控制水泵的启停，并对主、副泵的启停次序进行优化。

(3)当系统出现故障、超时、水位超标等情况时，为了不影响正常用水，应自动发出警报。

3.3.3 电动机设备

(1)在满足工艺要求并保持稳定运行的前提下，对电机采用变频调速控制。实践证明，采用变频调速装置可达到很好的节能效果。

(2)对于感应电动机来说，在就地补偿无功功率下，可以有效地提高设备的功率因数，从而达到降低线损的目的。

(3)以节能型电梯及辅助设备为重点，通过合理的智能化控制手段，进一步提升电梯的节能效率。

3.4 供配电系统的节能措施

(1)对变配电所和变电站的选址进行合理的设计。供配电系统为居民住宅中的电力装置的调节提供了一个关键的能量来源，因此，在对其进行规划时，必须优先选择合理的安装位置，以保证其具有较高的效率。为缩小供电半径，降低配电网在运行时的损失，变配电所与变电站均应位于建筑物的负荷中心附近。

(2)对变压器的数目及容量进行合理配置。在民房供配电系统中，变压器是一种非常重要的、消耗很大的用电设备。天然冷却或风冷式的干式变压器通常比油浸式变压器具有更优的节能效果。具有超低损耗特性的节能变压器也成为节能设计的首选。例如，采用铁氧体磁芯的变压器，其空载损耗显著低于传统硅钢片磁芯的变压器。对于数量配置，我们需要依据供电可靠性、负荷特性等多个因素综合考虑。在大型民用建筑中，可以安排两台或者更多台变压器，将其切换或并联使用，以应对不同的负载和应急需求。在小型建筑中，可以选择适量的微型变压器，满足建筑供电需求，同时实现能源的有效利用。

(3)确保高功率因数。功率因数是衡量电能利用效率的指标，一个较高的功率因数意味着电能的利用更高效，从而减少浪费和节省成本。在民用建筑的供配电系统中，选择高效率的电气设备是提高系统功率因数的直接方法。比如使用能效等级高的电动机、变频器等设备，这些设备通常具备了改善功率因数的功能。安装功率因数修正(PFC)设备，比如电容器和调谐滤波器，可以补偿无功功率，并且减少供电系统的电流损耗。这些装置能够动态匹配建筑负载的变化，实时调整功率因数，保持供配电系统运行在最佳状态。在分配电气负荷时，将线性负载和非线性负载合理分配，避免因为非线性负载引起的谐波问题，影响到整体的功率因数。同时，通过优化电路线路的布局，可减少线路的电阻和感抗，有助于提高整体的功率因数。

3.5 应用太阳能等新能源

面对目前的能源消耗和环境污染问题，利用太阳能这种可再生能源代替非再生能源是一条有效的方法，它不仅可以有效地提升能量利用效率，还对节能减排和资源节约有着重大的现实意义。在建筑电气照明系统中，要对太阳能展开合理的深层次的开发与应用，就必须对太阳能的辐射量与分布面积进行科学的分析，因为太阳能可以为人们提供自然光照功能，所以它被视为一种全新的概念能源，在节能减排方面也起到了很大的作用。

3.6 运营管理

建筑节能是指在设计时所采用的各种节能措施，到了最后的运行阶段，还可以利用智能监测手段，对每一种电力系统展开自动监测和管理。

(1)建筑设备监控系统。运用现代的自动控制技术，对大楼中的用电设备展开全面有效的监控与管理，同时，通过多种控制策略，使得被控装置能够按照用户的要求和波动范围，将能源负载冗余维持在最优的边际成本水平上。

(2)能源管理系统。能源管理系统，实时监控建筑物用水、用电、用气的状况，能够及时发现能源消耗的异常点，不仅可以降低管理成本，还可以降低能源浪费。

4 结语

目前，在建设行业中，各种节能产品、节能技术不断地推出，使得民用建筑可以实现的节能效果有了很大的提高，能耗也有了很大的下降。在我国，民用建筑的能源消耗占到了很大的比例，所以，对其进行有效的节能减排，已成为一个国家可持续发展的重大课题。在中国，民房占了相当大的比重，要想从根本上减少民用建筑的能源消耗，仍然任重而道远。