智能建筑电气设计存在的问题及优化策略

文／王义 济南中建建筑设计院有限公司 山东济南 250101

陈琦 中建八局发展建设有限公司 山东青岛 266000

引言：

随着科技的进步和城市化进程的加速，智能建筑作为现代城市建设的重要组成部分，受到广泛关注。智能建筑依赖于高效且可靠的电气系统，以实现其自动化、节能和舒适化的目标。然而，在智能建筑电气设计领域，存在着多种问题，如电气系统的安全隐患、能效不足和技术更新的挑战。这些问题不仅会影响建筑的运行效率，还会威胁到用户的安全和舒适体验。因此，深入分析智能建筑电气设计中的问题，并探索有效的优化策略，对于推动智能建筑技术的进步和提高城市建设质量具有重要意义。

1.智能建筑电气系统组成

智能建筑电气系统的构成是实现高效、安全和舒适建筑环境的关键。这一系统需融合结构设计、系统配置和服务管理，形成一个综合的组合模式。在设计智能建筑电气系统时，重点在于确保不同系统之间能够相互协调，实现无缝整合。例如，自动化控制系统、能源管理系统、安全监控系统等都应该与建筑物的物理结构紧密相连。这种集成化设计不仅能提升电气效能，还能优化能源消耗和增强用户体验。电气系统的每个组成部分都应当按照严格的标准进行设计，确保可以实现精准的控制和高效的运行。此外，智能建筑电气设计还应考虑未来的可扩展性和灵活性，以适应不断变化的技术和使用需求。通过这样的设计策略，可以确保智能建筑的电气系统不仅在当前符合最高标准，而且能够持续适应未来的发展[1]。

2.智能建筑电气的设计原则

2.1 经济性原则

智能建筑电气设计的经济性原则着重于成本效益的最大化，旨在通过精细的资源配置和高效的设计方案，达到节约成本的目的，同时不牺牲建筑的功能性和舒适性。在实践中，这一原则要求设计师在初步规划阶段就进行全面的成本效益分析，包括初期投资、运维成本以及潜在的节能效益。例如，通过采用节能材料和高效设备，如LED照明和智能温控系统，可以显著降低能源消耗和长期运营成本。此外，智能建筑电气设计还应考虑系统的可持续性和未来升级的可能性，避免因技术过时而导致的重复投资。在选择电气组件时，优先考虑那些性能稳定、寿命长的产品，以减少维修和更换的频率。同时，通过集成化的系统设计，确保各个电气子系统之间的兼容性和协同工作能力，从而提高整体系统的效率。采用这种经济性原则的设计不仅能降低长期的运维成本，也为建筑用户提供高效、环保的生活和工作环境。

2.2 实事求是原则

实事求是原则在智能建筑电气设计中强调基于实际条件和客观需求进行设计。这意味着设计师需深入分析建筑的具体功能、位置、使用人群和环境因素，而不是盲目追求技术趋势或过度设计。例如，针对不同的建筑类型和使用场景，设计师需要选择适合的电气系统和控制策略，确保它们能够满足实际的使用需求和环境适应性。在城市商业建筑中，重点放在高效能源管理和灵活的空间利用上；而在工业建筑中，则更注重系统的稳定性和安全性。此外，实事求是原则还要求考虑长期的可维护性和可靠性，避免因短视而导致的长期成本增加和性能下降。这种基于实际的设计方法不仅能确保电气系统的有效性和适用性，还有助于实现持续的运营效率和用户满意度。

2.3 功能性要求

功能性要求是智能建筑电气设计的核心，其目标是确保电气系统能够高效、可靠地满足建筑的运营需求。在设计过程中，必须考虑到系统的多功能性和适应性，以应对各种使用场景。例如，智能照明系统不仅需要提供足够的光照满足视觉需求，还应能够根据自然光线变化自动调节，以达到节能效果。同样，安全和监控系统需要能够实时监测和响应各种紧急情况，保障建筑用户的安全。此外，功能性要求还包括系统的用户友好性，这意味着电气系统应易于操作和维护，同时提供直观的用户界面。通过将这些功能性要求融入设计中，可以确保智能建筑电气系统不仅在技术上先进，而且在实际应用中高效、可靠且用户友好[2]。

3.智能建筑电气设计中存在的问题

3.1 配电箱设计不合理

在中国的智能建筑电气设计中，配电箱设计的问题日益凸显，尤其是在采用PZ20 技术进行模数化配电箱作业时。这种技术虽然在传统建筑中普遍使用，但在智能建筑项目中，由于未充分考虑建筑的结构特点和特定需求，便直接采用PZ30 技术，导致应用标准与智能建筑的要求相背离。这种做法的一个主要问题是安全性难以保证。智能建筑对电气系统的安全性和可靠性有着更高的要求，而标准化的PZ30 技术无法满足这些要求。此外，这种技术的应用忽视智能建筑对于电气系统灵活性和可扩展性的需求，这在动态变化的建筑环境中尤为重要。因此，智能建筑中的配电箱设计，如果仍旧依赖于传统技术和标准，无法适应建筑的智能化和自动化需求，从而影响整个建筑电气系统的性能和安全。这种问题的存在，不仅会增加系统故障的风险，还会导致更高的维护成本和运营效率的下降。

3.2 内部线路管线设计不合理

智能建筑电气设计中内部线路管线设计的不合理性成为一个显著问题。由于智能建筑内部的各个系统相对独立，如照明、通信、安全监控等，每个系统都根据自己的职能要求单独进行线路敷设。导致线路数量众多且复杂，增加电线敷设的难度。然而，现行的设计和施工标准却没有对管线敷设提出严格的约束和指导，使得整体管线布局缺乏系统性和合理性。此外，施工人员的技术水平参差不齐，也是导致问题的关键因素之一。在很多情况下，管线敷设工作由技术水平不足的人员完成，这不仅会影响工程的进度，还会导致安全隐患。由于缺乏有效的设计和施工监管，内部线路和管线的敷设处理工作往往无法达到预期的质量标准，这不仅会影响建筑的整体电气性能，还会增加日后的维护成本和安全风险。这种设计上的疏忽和施工上的不规范，使得智能建筑的电气系统难以发挥其应有的高效和智能化作用。

3.3 防护技术不到位

在智能建筑电气设计中，防护技术的不足表现在多个方面，尤其是在防雷和安全防护方面。首先，防雷带的定位准确性常常不足，这是一个严重的问题。正确的防雷带定位对于保护建筑免受雷击的损害至关重要，但在许多智能建筑项目中，由于缺乏精确的测量和规划，防雷系统的布置往往无法达到最佳效果。此外，防雷系统的线路焊接操作也常常未能遵循标准化流程，这会导致连接不牢固，增加系统故障的风险。安全防护技术不达标是另一个主要问题，这直接影响到电气设备的稳定性和使用寿命。由于防护措施不充分，电气设备容易受到环境因素如湿度、温度变化的影响，加速腐蚀和损坏的过程。这种安全防护技术上的不足不仅会增加设备故障的风险，还会导致更高的维护成本和潜在的安全隐患[3]。

4.智能建筑电气设计的优化策略

4.1 提高供配电系统的设计规范性

智能建筑中供配电系统的设计规范性至关重要，它直接关系到整个建筑的能源效率和安全性。为提高供配电系统的设计标准，首先需要进行集中校对和分析，以确定最优的供电方式。这包括采用自动切换设计模式，确保在不同的运行条件下，如电网故障或维护时，能源供应仍能持续稳定。此外，结合混合式配电技术的应用是提高系统规范性的关键一步。混合式配电技术结合传统电网和可再生能源，如太阳能或风能，从而提高能源利用的灵活性和系统的可靠性。这种技术不仅能增强建筑对不同能源来源的适应能力，也有助于减少对传统电网的依赖，进而提高能源效率和环境友好性。同时，这种技术的应用还需要精确考虑智能建筑的具体应用情况和状态，以确保供配电系统能够精准满足建筑的实际需求。

在提高供配电系统的设计规范性方面，特别是在高层建筑中，分层供电方式的应用显得尤为重要。通过实施分层管理，可以更有效地控制和监测每层的能源使用情况，从而提高整体的能源效率。分层供电不仅有助于实现更精细的能源管理，还能提升供电的稳定性和安全性。此外，将用户需求和供配电系统规范标准作为衡量设计内容实效性的标准是至关重要的。这意味着在设计过程中，不仅要考虑系统的技术性能，还要充分考虑用户的具体需求和使用习惯。例如，对于需要高电力稳定性的设备，如服务器房或医疗设施，需要确保供电系统能够提供持续稳定的电力。

4.2 变压器设施的设置

4.2.1 变压器数量的科学设置

在智能建筑中，变压器设施的设置是确保电力供应稳定性和效率的关键环节，其中变压器数量的科学设置尤为重要。合理配置变压器的数量，需要综合考虑建筑的用电需求特点，特别是在不同时间段的用电波动。例如，在用电高峰期，如早上7 至9 点和晚上5 至8 点，多台变压器需要同时运行以满足高峰时段的电力需求。而在用电低峰期，如夜间或非工作时间，只需一台或两台变压器便能满足供电需求。这种动态调整变压器运行的策略不仅能确保电力供应的连续性和稳定性，还有助于提高能源利用效率，减少能源浪费。此外，从安全性角度出发，科学配置变压器数量还能降低因用电高峰期电力负荷过大而引发的安全隐患。例如，过度集中的电力负荷会导致设备过热、电线老化，甚至触发电路故障。因此，智能建筑中变压器数量的科学设置不仅关乎电力供应的效率和稳定性，更是保障建筑安全的必要措施。通过对变压器数量的精准调控，可以在保障安全的前提下，实现智能建筑电力供应的最优化。

4.2.2 变压器功率组合方案的合理设计

智能建筑中变压器功率组合方案的合理设计是确保电力系统高效运行的关键。这一设计过程需要基于实际的电力需求，选择适当的变压器设备，并进行全面的计算分析。首先，对变压器的空载损耗和负载损耗进行精确计算是至关重要的。空载损耗反映变压器在无负载条件下的能耗，而负载损耗则代表在正常运行负载下的能耗。理想的变压器组合方案应当最大限度减少这两种损耗，以提高能源利用效率。此外，空载电流的百分比数据也是决定变压器选择的关键因素，它直接影响到变压器在低负载条件下的性能表现。通过对这些关键参数的综合评估，可以确定最合理的变压器功率组合方案。例如，对于负载波动较大的建筑，需要选择空载损耗较低的变压器以应对频繁的负载变化；而对于负载相对稳定的建筑，则可以重点考虑负载损耗的优化。

4.2.3 变压器型号的选择

在智能建筑中，变压器型号的选择是一个关键决策，它对建筑的能源效率和运行成本产生深远影响。优选变压器型号的过程中，首要目标是确保所选变压器在实现节能效果的同时，能维持标准的功率参数。这意味着变压器不仅要满足建筑的电力需求，还要具有较高的能效比，以减少能源消耗和运营成本。在变压器型号的选择过程中，节能效果和价格因素需要进行综合考虑。一方面，节能型变压器虽然初期投资较高，但由于其运行效率更高，长期来看可以减少能源消耗，从而节约运维成本。另一方面，需要评估不同型号变压器的性能参数，如其效率曲线、负载能力和耐久性，以确定其在实际应用中的表现。正确的变压器型号选择不仅可以优化能源使用，降低长期成本，还能提高电力系统的可靠性和稳定性。因此，选择适合智能建筑需求的变压器型号，需要在节能性能和经济性之间找到最佳平衡点，确保变压器在满足电力需求的同时，也能支持建筑的长期可持续发展目标[4]。

4.3 合理设计配电负荷

合理设计智能建筑的配电负荷是确保电力系统高效运行的关键。这一过程需要技术人员集中监督和管理智能建筑外部环境的数据，并强化对建筑需求类数据的监测工作。具体来说，对智能建筑的外部环境，如气候条件、周边建筑的用电模式等因素进行细致分析，对电力需求产生直接影响的因素进行精准评估。此外，还需要重点监测和分析建筑内部需求，例如照明、暖通空调、电梯等主要电力消耗设备的使用模式和负荷特性。对于智能建筑自身的基础扩展功能，如排水系统，也需进行集中分析，确保这些辅助系统的电力需求得到妥善考虑和安排。通过这种全面的数据监测和分析，可以确保配电负荷设计既满足建筑的日常运行需求，又能适应特殊情况下的电力需求变化。有效的配电负荷设计不仅能提高整个电力系统的运行效率和可靠性，还为智能建筑提供更加灵活和可持续的能源管理方案。通过这种方法，技术人员能够为智能建筑打造一个既高效又可靠的电力供应环境，满足建筑的各种需求，同时优化能源消耗，实现可持续发展目标。

4.4 消防防雷系统

智能建筑的消防防雷系统设计关乎建筑的安全性和可靠性。在设计消防系统时，尤其需要重视火灾报警控制系统和联动装置控制系统的集成。这些系统的设计要确保在火灾发生时能够迅速、准确地探测到火情，并通过控制系统有效地启动应急响应措施，如自动喷水灭火系统。同时，消防系统的设计还应包括建筑内电气运行数据的采集和分析功能，以监测引发火灾的电气故障。此外，信号传输的可靠性也至关重要，确保在紧急情况下系统可以及时响应并发送准确的警报。

在防雷系统设计方面，接闪杆作为主要的防雷设置，应被合理布置在建筑物的最高点，以有效接收雷电并将其安全导入地面。此外，利用建筑物自身的钢筋或金属管道作为接地系统，是一种有效的方法来确保雷电能够被及时且安全地导入地下，从而保护建筑内的人员和设备免受雷电的直接和间接影响。这些设计考虑不仅能提高系统的安全性，还能增强建筑物整体的电气安全和稳定性。因此，智能建筑的消防和防雷系统设计需要综合考虑最新的技术标准和实际的建筑需求，以确保在任何情况下都能提供最大程度的安全保护。

4.5 电气照明系统的合理设计

智能建筑中电气照明系统的合理设计关键在于提升能源效率和增强用户体验。首先，提升节能灯具的使用频率是降低照明系统运行过程中电能消耗的有效策略。这不仅包括传统的节能灯泡，如LED 灯，还涉及到智能照明控制系统的应用，比如可以根据室内外光线强度自动调节亮度的系统。此外，通过采光井的应用，能够有效实现自然光的收集与利用，从而在白天减少对人工照明的依赖。采光井结合高透光性材料的使用，可以大幅度提升建筑内部的自然光照明效果，同时降低能源消耗。进一步地，声光控制系统的应用也是优化电气照明系统的重要方面。这类系统可以根据环境噪音和人员活动自动调节照明，从而确保在提供必要照明的同时，最大限度地减少能源浪费。这些措施的综合应用不仅能提高照明系统的能源效率，还有助于创造更加舒适和健康的室内光环境。因此，智能建筑的电气照明系统设计需要综合考虑节能技术的应用、自然光的最大化利用以及智能控制系统的集成，以实现高效、经济和舒适的照明解决方案[5]。

结语：

综上所述，在智能建筑电气设计领域，虽存在配电箱设计不合理、内部线路管线设计缺陷、防护技术不到位等问题，但通过实施一系列优化策略，可以显著改善这些问题。提高供配电系统的设计规范性、合理配置变压器设施、科学规划配电负荷、加强消防防雷系统以及合理设计电气照明系统等措施，都是确保智能建筑电气系统高效、安全运行的关键。这些优化策略的实施将直接提升智能建筑的整体性能，确保电气系统的安全性和可靠性，同时也有助于提升能源效率和用户体验。智能建筑电气设计的持续改进和创新，是适应现代建筑发展需求的必然趋势，对促进建筑行业的可持续发展具有重要意义。