绿色节能技术在建筑电气设计中运用分析

吴海明

黄山新晨建筑科技有限公司 安徽 黄山 245000

引言

随着我国现代化建设的不断发展，建筑工程的规模不断扩大，虽然能够提升人民的生活品质，但也对自然环境与资源造成了一定的破坏，为能够解决不可再生资源紧缺，生态失衡等问题，人们则加大了对环境的保护力度，本文则以电气设计的角度对绿色节能技术进行深入探究，以期能够不断提升我国建筑电气设计质量，为我国环保事业的发展做出应有的贡献[1]。

1 在建筑电气中运用绿色节能技术的动因

1.1 降低建筑电气投入成本

据相关资料统计，建筑电气工程大多占建筑总成本的15%～20%左右，相比其他建设分项而言所要花费的资金投入成本要更高一些，而这些设备在投入生产运营以后，所产生的费用将会更多，这样会给建设以及运营单位造成一定的经济损失。而如果在设计的过程中引入绿色节能技术，不仅可以从宏观的角度科学配置部件设备，还可以保证其减少对资源的浪费，有效节约建筑建设以及运营成本，能够进一步提升项目的经济效益[2]。

1.2 加大建筑周围环境保护

据相关资料表明，建筑建设和运营过程中所产生的碳排放量可以达到全国总碳排放量的一半左右，建筑项目对于周围环境以及生态资源的破坏极大，如果长期累积下去不仅会造成生态的严重失衡，还会威胁到人类自身的生存安全。而绿色节能技术，则是在节约资源、利用资源、保护资源的基础之上构建起来的，对于我国的环境保护工作能够起到积极推动的作用，同时可以加大对建筑周围环境的保护，不断提升人们的生活品质。

2 建筑电气设计中应用绿色节能技术的原则

2.1 适应性原则

虽然绿色节能技术存在诸多优势，但在建筑电气设计的过程中由于需要涉及多个参建主体，因此也不能盲目开展，需要依照适应性的原则，提高与建筑结构以及使用性质的贴合度，在达到节能减排目标的同时，更能为建筑内人们的生活、学习、工作提供便利。一是设计人员需要做好前期的调研工作，充分了解建筑结构，以及用途，科学选配材料。二是可以依照项目周围气象以及水文地质的特点，加大对可再生资源的利用，以此提升资源控制质量，缩减建设管理成本。

2.2 功能性原则

在设计的过程中也不能一味地贴合绿色节能技术思想，而导致电气设计不便于人们的使用，应依照“以人为本”的设计思路，提升与优化建筑电气的实用性，保证其所有功能都可以在日常运作过程中发挥最大效能，利用最少的资源投入，产生最大的效益。一是在设计时要注重设计步骤的规范性，加大对建筑工程环境的控制，提高电气系统运行的安全稳定性与可靠程度。二是要加大对市场电气设备性能的研究，合理地选用与调配系统部件，保证其科学运行[3]。

2.3 经济性原则

从客观的角度来说，价格较高的电气设备，其功能性较强，并且质量也相对较好，更便于达到绿色减排的标准，反之部分价格较低的电气设备，不仅质量无法保证且在投入运营的过程中还会产生较多的能耗。从性价比的角度，提升建筑电气设计的经济性，不仅要加大对电气设备的控制，还要做好人工作业管理，避免不确定因素对成本投资与质量所造成的影响。

3 建筑电气设计中运用绿色节能技术应用策略

3.1 供电系统中的应用

3.1.1 整体结构。基于绿色节能技术的应用原则与动因，供电系统的整体结构应当尽可能简单、安全、可靠。整个供电系统中，同一电压的变配电等级应当控制在二级以内，以此种形式减少因等级差异过大产生的电能消耗现象。而且在变电站建设位置的选择方面，应当尽可能将位置设置在项目负荷中心，结合项目实际情况对供电网络结构进行设计，计划电缆铺设线路，减少电缆铺设所过程与电力传输过程所产生的电压浪费，确保供电系统的安全性以及稳定性。

3.1.2 变压器选型。除上述设计方面的应用策略外，项目设计人员应科学选择变压器的容量以及级数，将变压设备的负载率控制在0.85以下，0.75以上。如此保证变压设备能够适应供电系统所产生的负荷波动，防止因负荷波动较大对变压器自身造成损害，进而达到延长变压器使用寿命的目的。变压器选择方面，设计人员应尽可能选择节能型变压器，此类变压器能够最大限度减少空载损耗，还会降低供电系统超频状态下产生的电流噪声。根据欧姆定律与热能定律，在电缆的电阻与电力输送功率不变的情况下，电压增大会直接使得电缆与相关电气设备的温度升高。

3.1.3 电缆设计。电缆是建筑电气系统中应用输料最多的材料。绿色建筑理念下，应充分考虑实际项目中的电压范围，从电缆的电压损失情况热稳定性以及电阻三方面进行综合考量，并且要以经济性为导向原则，在价格合理的条件下选择性能最好的电缆，减少电缆在电力输送的过程中带来的损失。

3.1.4 无功补偿。除上述内容以外，在建筑供电工程设计之中经常会出现无功功率，因此为能够实现节能减排的目标，则要对其进行补偿。首先，设计人员需要计算出功率因数，其中包括瞬时功率因数、均权功率因数、最大负荷时功率因数，以最终所得出的结果数据，来进行科学补偿，从而有效提升功率因数。提升的方法主要分为两种方式一是自然提升。二是人工补偿。在进行自然提升时，第一要正确选择感应电动机的型号以及容量；第二要限制感应电动机的空载运行。第三要提高感应电动机的检修质量。第四要合理使用变压器。第五要实现感应电动机同步化运行。在进行人工补偿时，第一可以采用移相电容器作为无功补偿装置；第二可以运用同步电动机；第三可以使用同步调相机[4]。

3.1.5 谐波治理。建筑供电系统是一个庞大的工程，其中会应用到多样化的设备，而发电机、输配电系统、用电设备等均会产生谐波，不仅增加了建筑的电能损耗，还会影响到电力测量的精准度，并对通信系统造成干扰，易引发安全事故，为能够减少供电危险，提升建筑节能实效，则要对供电系统的谐波进行治理。首先，设计人员需要依照建筑工程的实际特点选择正确的谐波检测方法，然后再有针对性地布设谐波治理方案，当前主要的治理途径有两种方式，一是主动型谐波抑制法；二是被动型谐波抑制法。

3.2 暖通系统中的应用

首先需要依照建筑热工分区，明确该地区的特点，然后制定科学的组配计划，可以引进先进的智能技术，引入可再生资源，从而达到低碳环保的目的。像在进行空调系统的节能设计时，可以采用非电驱动制冷技术，该项技术主要是通过燃气和蒸发冷却的形式来减少对于电能的消耗，其中的蒸发冷却空调又称为仿生空调，能够实现资源的循环使用与可持续发展，在我国西北部资源紧缺，温度较高的地区应用较为广泛，并且有较好的使用成效。

如果是办公性质的建筑，电力用电低谷和高峰时段较为明确，则可以利用蓄能技术，来达到建筑电气环保的目标。在运作时可以利用电力使用低谷时段启动制冷与制热设备，所产生的冷气与热能将会被存储在某一介质之中，当用电高峰时段则可以释放出来，达到减少高峰用电量的效果，并且运行成本也较低。

我国清华大学的某一教学楼可以称为超低能耗示范案例，建筑在顶部利用太阳光能设置了空气集热器以及碟式太阳光收集器，可以保证建筑内的暖通设备运作稳定，减少了电力资源的消耗，并结合了一些先进的建筑材料，科学规划了通风系统，像窗户可以利用电能进行开启与自动调节。建筑本身也自带一些热回收系统，可以针对运行过程中所产生的废弃余热，进行收集，并再次投入到暖通系统的使用之中，将智能化以及自动化技术效能发挥到了最大，可以有效平衡建筑电气系统运行状态。

3.3 照明系统中的应用

照明系统是建筑电气中耗能最大、使用频率最高的部分，所以此系统的节能潜力较大。虽然白炽灯的后期维护简单、观色较暖，但此类设备电能转化为光能的效率较低，与节能灯相比，在同等亮度以及照明条件下，白炽灯所消耗的电能巨大，因此。实际设计中，应完全摒弃白炽灯的使用。

此外，绿色建筑中，为增强白天采光效果，选择尺寸较大的门窗，增加自然光照时间，但在窗墙比方面，应当符合GB 50176-2016《民用建筑热工设计规范》中规定：居住建筑各朝向的窗墙面积比，北向不大于0.25；东西向不大于0.30；南向不大于0.35。灯具摆放方面，应当合理把控照明功率密度，有效提升照明系统的实际效能。在计算时可以参考如下公式：

其中LPD代表照明功率密度值；P为单个光源的输入功率（包含配套镇流器以及变压器的功耗），单位为W；PL为单个光源的额定功率，单位为W；PB光源配套镇流器（或者变压器）的功耗，单位为W；S为房间或者场所的面积，单位为m2。根据室内面积，灵活调整照明密度。比如在内部空间较大的场所内，灯具的摆放位置应当尽可能与外窗平行，并严格按照照明功率密度值进行分区分级设计，在距离门窗较近的位置设计照明等级较低的灯具，在室内光线弱时，打开门窗附近灯具便可起到加强光纤的目的。在距离门窗位置较远的区域布置照明等级较高的灯具，当外界光线微弱或消失的情况下，打开室内灯具便可满足照明需求。在走廊、地下室等使用频率较低的区域，可采用声控开关，当有人经过或使用时，便可利用声音控制光源，以此种形式在满足人们实际采光需求的条件下，尽可能减少能源消耗。

3.4 清洁能源的应用

清洁能源泛指自然界中的风能以及光能，但风力发电相关设备通常体较大，对场地存在较高要求，不适合应用在建筑中。所以当前绿色建筑中应用频率较高的为光能发电。

光伏发电装置体积较小，可在所有项目中应用。以某地区建筑项目为例，此地区年太阳辐照量在1887-1932kW·h/m2之间，若不采用相关技术对光能进行利用便会产生能源浪费。所以该项目在屋顶、草坪以及庭院应用了此项技术，以此完成对清洁能源的利用。

3.4.1 屋顶。该项目在屋顶安装了太阳能芯片，并在建筑内部设置了能够进行反复充电的蓄电池组。白天时，太阳能芯片便可将光能转化为电能存储在蓄电池组中。夜间将电能输送至电力系统中，减少建筑电气整体的电能消耗。

3.4.2 庭院。该项目在庭院附近设置了太阳能路灯，采用低压钠灯。蓄电方面采用控制器、镇流器和一体化蓄电池组。只要在白天光照满足十小时左右就可以在蓄电池组中储存路灯三天的光照用电量。如此便满足了夜间建筑外部的照明需求。

3.4.3 草坪。该项目在草坪顶部安装了太阳能电池，白天接受光照辐射后，将电能存储在电池中。由于草坪灯所需功率较小，所以不需要额外布线与蓄电池组。当外界光线强度低于一定程度时，自动控制装置便会将草坪灯与电池相连接，将草坪灯点亮。通常十小时的光照时间能够支撑八小时左右照明。

4 结束语

综上所述，我国住建部于2020年在《中国建筑能耗研究报告》中显示，全国建筑全过程碳排放总量已经达到了49.3亿吨，这也占到了全国碳排放量比重的51.3%，在如此严峻的局势下，设计人员要加大对建筑设计过程中节能问题的研究，依照我国《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规划》指导思想，有效减少建筑对资源的破坏与损耗，以此快速达到绿色城市建设的目标。