建筑电气节能设计及绿色建筑电气技术分析袁帅

建筑电气节能设计及绿色建筑电气技术分析袁帅
发布时间：2023-06-17T07:48:16.166Z 来源：《工程建设标准化》2023年7期作者：袁帅
[导读] 现当今，我国经济发展十分迅速
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摘要：现当今，我国经济发展十分迅速，随着建筑规模的日益扩大，超高层建筑数量逐渐增多，电气设备节能设计、安装设计难度不断增加。

在绿色节能环保理念下，设计人员通过科学应用电气技术，能够有效实现电气节能目标，降低建筑的电能消耗。

本文主要探讨了建筑电气节能设计和绿色建筑电气技术，阐述了建筑电气节能设计的原则、类型以及绿色建筑电气技术的应用价值、应用要点等，以期为设计人员建造绿色节能建筑提供参考。

关键词：建筑电气；节能设计；绿色建筑；电气技术
引言
随着我国社会经济的不断发展，建设工程在规模上以及数量上都呈现出较大的增长，然而与此同时也面临着十分严峻的建筑资源消耗与浪费问题。

在实际开展建设项目过程中，怎样利用切实可行的方案降低资源浪费是当下必须要重视与解决的重要问题。

现阶段，我国建筑领域在缩减能耗方面遇到了较大的阻碍，所以，制定满足我国建筑发展行情与特征的解决方案，不断降低建筑领域的能源消耗十分有必要，有助于确保建筑工程项目稳定、顺利进行。

其中，节能技术是一个十分关键的工作，在降低建筑项目能源使用与浪费等问题上发挥了至关重要的作用。

1建筑电气节能设计遵循的原则
1.1基于建筑工程的实际情况出发
随着我国经济的发展，电气设备成为建筑工程中重要的一部分，并且能提升人们的生活质量，因此，在建筑电气设计占据非常关键的地位。

随着人们节能环保意识的不断提高，开展建筑电气节能设计已经非常关键，在设计过程中，电气工程节能设计人员要基于建筑工程的实际情况出发，保证电气设计的合理性，同时外形设计要满足当代人们审美要求。

其次，在设计过程中，要考量电气设备的适用性，在保证其质量的基础上开展建筑电气节能设计[1]。

1.2节约性原则
设计单位在开展建筑电气节能设计工作的过程中，应用绿色建筑电气技术的主要目的在于减少能源损耗，避免出现资源浪费问题。

绿色建筑电气技术需要在电气系统设计基础上做好节能方案的优化设计，在电气系统中充分应用绿色能源。

当前我国倡导“绿水青山就是金山银山”的绿色发展理念，我国建筑行业相应国家号召，开始朝着节能环保的方向转型发展，各项绿色技术已经开始越来越广泛地应用于我国各个工程项目中。

（1）节能照明技术的应用。

节能建筑已经有着良好的应用效果，有着较高的普及率，绿色照明技术已经广泛地应用于我国各类建筑工程中。

绿色照明技术在节约利用光源方面有着十分良好的效果，当前LED照明灯具是最为常见的节能灯具，其具有较高的普适度，较长的使用寿命，比传统的荧光灯、白炽灯有着更加突出的应用优势。

例如2021年北京地铁的照明设施通过更换7000多只LED灯具后，每年大约节约100万kWh的电能，是原有用电的40%[2]。

（2）太阳能技术应用。

作为一种新型能源，太阳能取之不尽用之不竭，人们可以通过合理地转化、利用自然光源、热能发挥太阳能的价值。

太阳能技术也可以应用于建筑电气系统中，技术人员可以在建筑中设置太阳能热水器、太阳能发电系统，将太阳能资源转化后充分利用。

当前太阳能技术升级利用中较为常见的是光伏建筑一体化技术，可以有效转化太阳能辐射。

该技术可以高效地转化和利用光能，将转化的电能应用于建筑电气系统，包括减少室内传统型太阳能灯具、太阳能热水器等的耗能[3]。

2建筑电气节能设计及绿色建筑电气技术分析
2.1照明节能措施
在照明设计过程中，可适当降低灯具工作电压或采用节能灯来延长灯具使用寿命和节约电力资源。

首先，设计前要了解各类电光源的特点，合理选择光源。

然后，做好计算工作，计算照度、三相平衡和灯具配光曲线等，根据不同的场合选择不同的灯具。

设计者要考虑灯具效率、照度值、功率消耗等因素，在满足照明需求的同时，应尽量保持美观性，使照明系统与周边环境相协调。

目前，在一些建筑照明的设计过程中，设计人员没有关注照明的功能性和节能性，而是一味地追求照明的美观性。

在设计建筑照明时，设计人员应该基于实际环境，在确保照明设计和建筑整体装饰相协调的同时，确保照明的节能性，保证光环境的合理性和照明的高效性。

设计人员要根据建筑所处环境的照度水平，设计照度标准值，实际照度值和标准值之间存在10%的误差空间，使照度值的设置更加灵活。

如果作业面临近区在作业面外侧的0.5m之下，照度值可根据实际需求降低1级，这能够大幅地降低实际功率密度。

照明质量的评价参数主要有色温、显色指数、眩
光、亮度比等。

现阶段存在的问题是建筑照明光源主要由承包商负责选择和购买，光源的色温和显色指数等往往很难达到对应标准。

建筑照明常使用冷色温荧光灯管，其中灯管色温偏高，照明偏亮，难以和使用场所相匹配，降低了光效水平。

现今，随着LED灯具的普及，不能再只寻求效率和价格而应用色温过高、显色指数过小的LED灯具。

为了控制照明水平，需要对照明参数进行全面衡量，不可一味地寻求高照度，而要综合设计标准、实际情况，遵循节能、绿色、环保的原则进行合理选择[4]。

2.2合理设计照明控制系统
照明系统的控制方式在一定程度上影响着节能效果，照明控制一般分为自动和手动控制方式，其中，自动控制中主要包含声控和红外线控制等。

设计人员需要综合建筑物特征、功能和其他要求，提高照明控制的实施性价高，进行科学管理。

实施照明控制的根本目的是在适当的时间开关照明灯具，这样能够节省能源。

随着社会经济的迅速发展，在计算机技术、互联网技术的共同作用下，人们对照明控制方面的需求逐渐上升，进而衍生出了智能照明控制系统。

使用智能照明控制系统能够完善照明环境，保障照明质量，延长照明工具的使用期限，为后续维护提供便捷。

要想提高照明设计的生态节能环保效果，可以采用智能照明控制系统，系统会根据预设的时间自动地在各种工作状态之间转换。

以高档办公楼的大厅、会议室为例，智能照明控制系统可以根据一天的不同时间和空间的不同用途进行灯光场景预设置和智能调光，系统会按照预先设置的标准亮度使建筑空间亮度在使用期间保持恒定，而不受灯具效率降低和墙面反射系数衰减的影响[5]。

2.3供配电系统节能设计
电力系统技术设计作为建筑电气节能设计的关键环节，在对电力系统进行不同项目设计时，必须认真地进行详细分析，并对电力系统所采用的各种节能措施进行全面记录。

针对不同的供电方式，结合不同的电力系统负载、容量、供电距离、用户的实际使用状况及供电的分布等，采取相应的节能措施。

根据不同的特点进行相应的节能设计，保证电力分配系统的最佳运行，体现出供配电系统的设计全面性。

相对来说，配电系统操作起来比较方便、简单，具有一定的安全保证。

在确定变电站位置之前，需要考虑尽可能靠近负荷中心，这样可以在一定程度上缩短配电半径，减少电力输送过程中的能源损耗，减少供电电缆的资金投入，体现出绿色建筑电气技术的综合使用效益[6]。

在建筑供配电系统设计过程中，变配电室应靠近负荷中心，且远离住户、教室等需要防电磁干扰的位置。

变压器应采用新型的低能耗干式变压器，电力系统应采用无功功率补偿装置。

设计人员应合理计算负荷电流，根据载流量合理选用导线，导线均采用铜芯电线、电缆。

照明系统应采用三相五线的配线方式，使用电负荷均衡，以减小零点漂移。

另外，三相不平衡电流应小于平均电流的±15％。

在进行负荷计算时，如果功率因数未达到要求，那么设计人员应设置无功补偿装置。

当功率因数低于规定要求时，设计人员除需要在变电所内的变压器低压侧设置集中无功补偿装置外，还需要对电容量较大且负荷平稳的用电设备及气体放电灯进行单独补偿。

另外，对于三相不平衡或单相负荷较多的供配电系统，设计人员可采用分相无功自动补偿装置来实现供电节能。

2.4能耗分项计量与分析系统
根据国家分项计量导则的要求，照明插座用电、动力用电、空调用电和其他特殊用电几项内容均属于建筑用电。

通过对各分项用电的实时监控，可以掌握分项能耗实际情况，及时发现用电的异常情况。

利用智能信息技术挖掘节能潜力，可分析不同时期、不同分支的综合能耗，发现设备匹配的不合理，通过互联网与建筑控制相结合实现“节能监管+最优控制”。

能耗分项计量系统的主要组成部分包括末端的用电计量装置、数据收集器以及系统服务器。

电路的电流、电压、功率等参数需要通过公共建筑用电计量装置进行实时测量，电能表的额定精度不低于1.0级，且支持数据的远程传输；电流互感器精度等级不低于0.5级，可监测有功功率或电流，采用标准串行的电气接口。

系统中的数据采集器用于各种用能计量表的实时数据采集，低功耗嵌入式系统满足电磁兼容相关的性能规范，且具有数据采集、处理、存储、远程传输等等功能。

能耗分项计量与分析系统进行能耗评价的重要途径，是能源管理的基本组成部分。

必须依靠能源管理系统来及时有效地处理能源分项测量分析系统中发现的问题，实现真正意义上的节能和环保的目标。

3可再生能源的应用
绿色建筑要求在其生命周期内，应有效减少能源消耗。

使用可再生能源这一需求是契合的，不仅可以替代煤炭等传统能源，减少污染物的排放，对可持续发展也具有深远意义[7]。

3.1太阳能
随着光伏产业技术的进步，将太阳能转化为电力的成本已降至非常低的水平。

太阳能相对清洁，易于安装和后期维护，是一种成本低、可靠性高的新能源。

太阳能利用有两种方式。

第一种是被动式太阳能应用，是指通过太阳能的传热效应收集太阳能，然后通过建筑物内的热交换提供给用户的应用，如太阳能热水器、太阳房采暖系统等，优点是成本低，同时便于维护，缺点是转化效率偏低。

第二种常见的应用是太阳能应用，它是通过将太阳能转化为电能来使用的，简称光伏发电系统。

光伏发电系统主要由光伏组件（太阳能电池板）、光伏控制器、逆变器、监控系统以及负载等组成，分离网型和并网型两类。

离网型光伏发电系统独立运行，系统简单，但需要设置专用于储能的蓄电池组，缺点是蓄电池体积大、维护难度高。

并网型光伏发电系统与市电并行运行，阳光辐射能较强，发电功率大于所需时，电能由光伏发电系统馈入电网；在夜晚、阴雨等光伏发电功率较小的情况下，建筑物内负荷改为由市电供电。

这种模式的光伏发电系统具有功率损耗低、电网调峰等优点，更具有发展潜力。

结合绿色建筑的特点，光伏发电可与建筑体结合，形成建筑一体化光伏发电系统（BIPV）[8]。

常见的有将太阳能电池与建筑材料合二为一，成为一块建筑材料，如光伏采光顶，这种安装形式可有效利用屋顶空间，受其他建筑物遮挡概率低，受光照时间长；在已建成的建筑物上加装光伏系统时，可以在现有建筑的基础上增加光伏组件的安装，安装位置可选择水平屋顶、坡面屋顶、墙面等处。

在公共建筑中，照明负荷不受季节影响，需求比较稳定，最适合使用光伏发电系统供电。

对于部分建筑室内区域，白天不能正常接受阳光而需要覆盖照明设备的，光伏发电系统可以高效工作，最大限度地发挥作用；对于夜间户外景观照明需求，可以连接电池储存白天产生的电能，达到夜间照明的效果。

工业负荷情况复杂，不确定性较高；动力负荷冲击电流较大，同时具有随时间、季节波动的特点，均不建议使用光伏系统供电。

结合使用主动式、被动式两种太阳能利用技术，可以最大限度保证建筑的电能、热能
的供应，构建节能型建筑对于减少对传统能源的需求是可行的，为未来建筑的发展提供了新的思路，也能保证可持续发展的战略建筑目标[9]。

3.2地热能
地热能是一种常见的能源，大量的热能储存在地球的内部。

地球从太阳中接收到的能量大约是全球总能源消耗的2 000倍，地表10 m以上的地表温度是受大气环境影响的，10 m以下不受大气环境影响。

因此，浅层的地热资源丰富、分布广泛，温度是稳定的（略高于当地平均温度3~5℃），是一种存量丰富的能源储备形式。

浅层地热能的利用主要借助地源热泵完成，这种能源可以通过热能的方式对建筑进行制冷、供暖，从而达到节能减排的目的，还可以有效解决太阳能利用率受天气影响的问题，同时地表热能受气候的影响较小，建筑施工
也不会影响建筑的外观，因此适用性比较强[10]。

3.3风能
风能是一种可再生的清洁能源。

风力发电是将风的动能转换成机械能，机械能转化为电能。

风力发电所需的设备被称为风力发电机组。

小型风电场在建筑中的应用主要体现在以下两个方面。

一个是在城市里的高层建筑之间，第二是建筑物楼顶。

高层建筑两楼之间的墙体是垂直的，风通过时，比开阔区域更集中，可将风力发电效果提高25%；建筑物楼顶安装的小型风力发电系统一般作为独立电源，向建筑物供电。

与光伏发电系统类似，其发电功率具有强时变性，需电池组配置为照明负载供电。

3.4生物质能
地球上的生物质能资源丰富，光合作用每年产生1 730亿t生物质能。

随着绿色节能的倡导，生物智能的应用潜力也有所提高。

然而，由于原材料收集困难，生产技术不成熟，我国生物质能的利用率仍处于较低的水平。

将生物质能转化为固态、液态、气态的燃料加以利用是常见的生物质能应用方式主要。

目前在一些生物质能丰富的地区已实现了建筑一体的生物质燃气系统。

结语
为从根本上提升建筑电气节能设计工作整体质量与水平，工作人员需要充分意识到绿色建筑电气技术的重要作用与地位，需要充分凸显绿色建筑电气技术的应用价值。

在开展建筑工程设计工作与后续设计工作的过程中，应用不同类型的绿色建筑电气技术，探索更加多元化、系统化、智能化、现代化、全面化的建筑工程设计工作新型模式，深层次推进建筑电气节能设计工作改革与创新，以便进一步实现绿色建筑电气技术的科学化运用与创新性发展。

建筑行业随着社会科学技术的不断发展也得到了进一步地创新，无论是住宅建筑还是公共建筑，作为建筑行业中必不可少的一部分内容都需要加大对绿色节能技术的应用，为此，在规划设计建筑电气工程时，要提高其安全性、节能性，推动建筑电气工程朝着更加长远、健康、稳定的方向发展进步。

本文认为，现代建筑电气系统应当从供配电、照明系统、暖通空调系统等多方面入手，优化设计方案，同时加大变频技术、智能控制技术、电线电缆铺设技术等绿色技术的应用。

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