建筑電氣節(jié)能設(shè)計及照明設(shè)計探析
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摘要：建筑電氣是建筑物的重要組成部分，發(fā)揮著不可替代和不可或缺的關(guān)鍵作用，其節(jié)能設(shè)計在建筑物的能源節(jié)約與利用方面占有較大比例，有利于建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。現(xiàn)階段，建筑物中的照明、電梯、空調(diào)系統(tǒng)等電器設(shè)施的能耗相對較高，大大增加了電力系統(tǒng)的負擔。因此，在保障電氣系統(tǒng)功能正常穩(wěn)定的前提下，做好電氣節(jié)能設(shè)計與照明節(jié)能設(shè)計能夠最大程度地降低能源消耗。本文主要結(jié)合建筑電氣節(jié)能設(shè)計與照明節(jié)能設(shè)計的特點，提出科學、合理的節(jié)能設(shè)計措施，以此為相關(guān)學者以及從業(yè)人員提供有價值的參考依據(jù)。
關(guān)鍵詞：建筑電氣；節(jié)能設(shè)計；照明節(jié)能
目前，在不斷完善建筑物功能設(shè)計的同時，也要注重對能耗的控制，加強建筑電氣節(jié)能設(shè)計及照明節(jié)能設(shè)計，進而從根本上提升建筑物的綜合性能，一方面提高建筑物的能源利用率，節(jié)約能源；另一方面，推動建筑電氣行業(yè)朝著節(jié)能方向發(fā)展進步，提升建筑電氣系統(tǒng)的系統(tǒng)性和實用性。建筑功能的實現(xiàn)離不開電氣系統(tǒng)，因此，建筑物中需要預(yù)留大量的電力負荷和用電接口，以滿足建筑物不同功能和不同場景的使用要求，提升用戶的體驗感。此外，建筑物在后期運行過程中需要從運行成本和能源消耗等方面綜合考慮，以合理控制能源的利用。可以從設(shè)計階段就開始著手優(yōu)化、完善建筑電氣節(jié)能設(shè)計和照明節(jié)能設(shè)計，顯著提升建筑物的節(jié)能效果。本文將從電氣節(jié)能、建筑電氣節(jié)能設(shè)計及照明節(jié)能設(shè)計的原則、建筑電氣節(jié)能設(shè)計、建筑照明節(jié)能設(shè)計要求、建筑照明節(jié)能設(shè)計等方面來進行深入剖析。
1建筑電氣節(jié)能概述
在保證使用電氣設(shè)備和系統(tǒng)正常的基礎(chǔ)上，建筑電氣節(jié)能考慮能源消耗和整體的經(jīng)濟效益，通過科學合理措施，有效減少電能損耗，對現(xiàn)存能源危機進行緩解。在建筑中，電氣系統(tǒng)占據(jù)著重要位置，是其組成部分之一，發(fā)揮著不可替代和不可或缺的關(guān)鍵作用。不僅如此，在人們生活中，電氣已經(jīng)成為了一種不可缺少的元素。因此，在實際展開建筑電氣節(jié)能設(shè)計過程中，要對電氣節(jié)能展開高度重視，分別從照明和電氣兩大方面為出發(fā)點，科學合理的規(guī)劃節(jié)能設(shè)計內(nèi)容，提高自然能源利用率，例如地能熱、太陽能等，從而實現(xiàn)節(jié)能任務(wù)。與此同時，還要運用電氣節(jié)能展開進一步的規(guī)劃，針對現(xiàn)存能源危機進行有效緩解，從而更好的推動建筑行業(yè)的發(fā)展和繁榮。
2建筑電氣節(jié)能設(shè)計及照明節(jié)能設(shè)計的原則
針對于建筑電氣節(jié)能設(shè)計及照明節(jié)能設(shè)計的原則，共整理了四點，分別是：經(jīng)濟高效、科學適用、綠色照明、安全使用，下面將展開論述。
2.1經(jīng)濟高效
建筑電氣節(jié)能設(shè)計及照明節(jié)能設(shè)計在考慮能源利用效率的同時，還需要綜合考慮建筑的建設(shè)成本。將各種建設(shè)方案中的節(jié)能效果和建設(shè)成本進行分析與對比，選擇最為經(jīng)濟、高效的設(shè)計方案，以提升建筑節(jié)能設(shè)計的長期效益。
2.2科學適用
對于建筑電氣節(jié)能設(shè)計及照明節(jié)能設(shè)計方案的確定，一方面需要保證設(shè)計方案的精準性，另一方面要保證設(shè)計方案與建筑運行需求的一致性[1]。建筑節(jié)能效果要控制在合理范圍內(nèi)，以免造成過度節(jié)能，進而影響到建筑物在實際使用過程中的照明效果。
2.3綠色照明
對于建筑照明節(jié)能設(shè)計方面，在保證建筑物正常穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上，建筑物電氣照明節(jié)能設(shè)計要嚴格按照相關(guān)規(guī)范要求來執(zhí)行，以保證節(jié)能體系的高效性和規(guī)范性，最大程度地降低電力能源損耗。
2.4安全使用
優(yōu)化建筑電氣節(jié)能設(shè)計要堅持安全性理念和原則，設(shè)計人員在展開工作期間，首先要將安全作為所有工作的首要考慮。在保障安全運行建筑電氣系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，再開展節(jié)能改善和優(yōu)化處理工作，盡可能防止出現(xiàn)節(jié)能過度引發(fā)安全問題的情況。為此，建筑電氣節(jié)能設(shè)計工作應(yīng)當首先確定任務(wù)，嚴格對建筑電氣系統(tǒng)中的特殊部分展開節(jié)能控制，例如，消防配電系統(tǒng)等，從而保障運行的安全性。設(shè)計人員在建筑電氣系統(tǒng)中引入運用各個節(jié)能技術(shù)和設(shè)施期間，要對其應(yīng)用效果的安全性進行細致評估，及時消除可能出現(xiàn)的安全隱患。
3建筑電氣節(jié)能設(shè)計
針對于建筑電氣節(jié)能設(shè)計，整理了五點，分別是：供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計、變壓器節(jié)能設(shè)計、電動節(jié)能設(shè)計、水暖系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計、安全系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計，以下將逐一進行闡述。
3.1供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計
建筑電氣節(jié)能設(shè)計的核心部分是供配電系統(tǒng)的設(shè)計，結(jié)合建筑物的實際情況，合理規(guī)劃建設(shè)項目的負荷指標，而這些指標的制定要嚴格按照不壓縮、不浪費的原則來執(zhí)行[2]。同時，供配電系統(tǒng)涉及到供電設(shè)備的安裝部署、規(guī)格型號的選擇等，其綜合配置要具有一定的合理性，在滿足系統(tǒng)功能的同時達到節(jié)能的效果。對于供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計，還需要綜合考慮建筑物中的配電房、開閉所等，一般需要根據(jù)不同類型建筑物的用電指標對整個建筑物進行負荷用電量的估算。在設(shè)計階段需要重點明確項目建設(shè)中有沒有用電量較大的設(shè)備，如消防水泵、廚房設(shè)備、舞臺的聲、光、電設(shè)備等。如果有的話就需要對其用電量進行單獨核算，避免電力的過度浪費，也需要保證各種用電設(shè)備的合理配置，避免存在漏項問題，確保估算用電量接近實際用電負荷[3]。如果出現(xiàn)建筑物與配電房之間供電距離較遠的情況，需要合理控制電壓損失，其控制方式有增大導(dǎo)線截面積等。但是，一般情況下，低壓線路的供電半徑應(yīng)該控制在250m以內(nèi)。尤其是開閉所和配電房位置的設(shè)置要嚴格遵守相關(guān)工程技術(shù)規(guī)范。
3.2變壓器節(jié)能設(shè)計
變壓器在建筑物整體的電氣節(jié)能設(shè)計中占據(jù)著重要位置。對于變壓器的節(jié)能設(shè)計，需要重點關(guān)注變壓器的電能損耗問題。一般情況下，變壓器電能損耗的原因主要包含兩方面：一是變壓器的空載損失；二是變壓器的負載損失。如果整個配電系統(tǒng)中變壓器的負載率相對較低，就會存在不同程度的空載問題，使變壓器自身的損耗變大，嚴重降低變壓器的運行效率，增加了變壓器的電能損耗[4]。因此，對于變壓器的節(jié)能設(shè)計，需要從用電的重要程度、用電性質(zhì)、用電容量以及運行方式等方面綜合考慮，盡可能規(guī)避變壓器的電能損耗問題。例如，如果民用建筑物中居民用電量之間的差異較大，設(shè)計人員需要考慮設(shè)置兩種不同規(guī)格的變壓器，當建筑物整體用電負荷較小時，就可以采用小型變壓器以減少在使用大型變壓器時所造成的電能損耗問題。而在正常大用電負荷的情況下，則采用大型變壓器以保證供電系統(tǒng)的正常運行。通常情況下，變壓器的負載率一般設(shè)置在80%左右，并結(jié)合實際用電情況，設(shè)置一定比例的設(shè)計余量，這主要是方便建筑物在交付后產(chǎn)生新增用電負荷，不用再對配電房進行重新改造。此外，在設(shè)計過程中還應(yīng)重視變壓器類型的選擇，不同變壓器類型起到的節(jié)能效果存在較大的差異，以SCB13-30型干式電力變壓器為例，其空載損耗為150W，負載損耗為710W，產(chǎn)品的空載損耗相較于SCB11-30型干式電力變壓器低20%左右，具有更好的節(jié)能性能。
3.3電動節(jié)能設(shè)計
電動節(jié)能設(shè)計也是電氣節(jié)能設(shè)計的重要組成部分。一般在民用建筑物中電梯、水泵、消防風機會占有很大的比重，這些電動機在連續(xù)負荷的情況下會造成用電損耗，如果實際運行過程中用電系統(tǒng)的輸出功率有所提升，就會與建設(shè)用地的負荷量發(fā)生沖突，在這種情況下，電動機損耗也是不可避免的。因此，對于可以從兩方面進行電動機的節(jié)能設(shè)計，一方面是電動機的工作效率，另一方面是電動機的功率因數(shù)。對于電動機工作效率的調(diào)整，主要依靠變頻裝置來實現(xiàn)，結(jié)合建筑物在實際使用過程中的負荷量，設(shè)定電動機自身的運行轉(zhuǎn)速，以滿足實際節(jié)能需求[5]。當然，對于電動機的節(jié)能設(shè)計，在滿足相關(guān)設(shè)計規(guī)范要求的情況下，要注意采取合理的運行方式，以降低電動機運行對電網(wǎng)造成的沖擊。尤其是對大功率的電動機，應(yīng)盡量采用星三角降壓、自耦降壓或變頻啟動方式，保證電動機能夠平穩(wěn)啟動。此外，當電動機存在輕載現(xiàn)象時，可以采取降低電動機轉(zhuǎn)速或打開閥門、風門的方式，減少電動機在實際運行過程中的部分電量消耗。
3.4水暖系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計
現(xiàn)階段，建筑物中存在空調(diào)、供熱、供水等水暖系統(tǒng)，這些水暖系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)同樣需要各種能源的供給。其中比較典型的就是空調(diào)能源、熱泵機組能源、電輔助制熱等。在電能消耗方面，空調(diào)的電能消耗占有很大的比例，其節(jié)能設(shè)計的優(yōu)化效果也是最為明顯的。因此，空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計是至關(guān)重要的，一方面可以積極引進地熱、太陽能、風能以及自然通風等新能源，加強對新能源的利用，另一方面可以積極引進先進的優(yōu)化設(shè)計方案，如節(jié)能模糊聯(lián)動控制技術(shù)等，從多維度對水暖系統(tǒng)進行節(jié)能設(shè)計，以滿足建筑空調(diào)的實際需求。此外，在設(shè)計中空調(diào)系統(tǒng)要盡可能采用變頻空調(diào)設(shè)備，通過變頻降低對電能的損耗。
3.5安全系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計
建筑工程的安全性是整個設(shè)計和建設(shè)過程中需要優(yōu)先把控的，所以在這方面的能耗也相對較高。其中，比較常用的安全系統(tǒng)涉及監(jiān)控、電動門窗、防火報警、排煙防風以及消防泵房等，這些安全設(shè)備一般都是需要長時間持續(xù)不間斷運行的，會消耗大量的能量。這就需要在設(shè)計階段結(jié)合建筑物的安全性能要求，對安全系統(tǒng)的設(shè)計進行優(yōu)化和精簡，并采用樓宇自控系統(tǒng)，最大程度地提升安全系統(tǒng)的自動操控和調(diào)節(jié)能力，以實現(xiàn)建筑安全系統(tǒng)的節(jié)能[6]。
4建筑照明節(jié)能設(shè)計要求
建筑照明節(jié)能設(shè)計的首要任務(wù)是保證照明設(shè)計能夠滿足用戶的實際使用需求，尤其是一些特殊的要求。然后在此基礎(chǔ)上，盡量選用一些高效的燈具以滿足照度、色溫要求，從節(jié)能角度合理把控照明系統(tǒng)的設(shè)備配置。此外，建筑照明系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計還需要考慮到建筑的其他系統(tǒng)，以進行綜合全面的把控，使其符合整個建筑的節(jié)能設(shè)計要求。例如，照明系統(tǒng)的形式和風格需要與建筑主體結(jié)構(gòu)和外觀保持一致。建筑照明節(jié)能設(shè)計要在符合國家相關(guān)行業(yè)標準規(guī)范的基礎(chǔ)上進一步實施開展。
5建筑照明節(jié)能設(shè)計
針對于建筑照明節(jié)能設(shè)計，整理了六點，分別是：照明節(jié)能方案設(shè)計、照明技術(shù)優(yōu)化設(shè)計、合理選用節(jié)能燈具、合理控制照明系統(tǒng)、提高系統(tǒng)功率因數(shù)、引入自動化控制技術(shù)，下面將展開說明。
5.1照明節(jié)能方案設(shè)計
進行照明節(jié)能方案設(shè)計需要全面了解建筑照明的需求，在建筑照明設(shè)計的相關(guān)規(guī)范和標準指導(dǎo)下，對照明系統(tǒng)中的設(shè)備和照明方式等加以選擇確認，使設(shè)計方案具有一定的可行性。隨著新能源的不斷產(chǎn)生與應(yīng)用，在建筑工程照明系統(tǒng)中也應(yīng)加強對自然光源的利用，在滿足照明需求的基礎(chǔ)上，適當減少照明設(shè)備的數(shù)量和功率，例如，太陽能光伏發(fā)電就可以應(yīng)用在夜間照明系統(tǒng)中。此外，照明節(jié)能方案設(shè)計需要注重照明燈具的選擇，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，合理的照明燈具選擇能夠降低30%左右的光源消耗。因此，對于照明節(jié)能方案的制定，設(shè)計人員需要綜合考慮建筑物的環(huán)境因素、光源需求、照明燈具的規(guī)格與類型等。
5.2照明技術(shù)優(yōu)化設(shè)計
照明技術(shù)的優(yōu)化需要與電氣節(jié)能設(shè)計相結(jié)合。照明系統(tǒng)中除了照明燈具，還會涉及照明線路，而照明線路中通過電流時就會產(chǎn)生電阻，造成額外的電能損耗。對此，照明電路應(yīng)盡量選用電阻較小的導(dǎo)線，同時通過合理控制導(dǎo)線的長度和橫截面積等，將電能消耗控制到最低。建筑照明系統(tǒng)中照明度的設(shè)計也是十分重要的，要遵循相關(guān)標準規(guī)范和照明要求，以保證照度值的科學、合理[7]。另外，照明技術(shù)優(yōu)化設(shè)計還需要吸納一些先進的照明技術(shù)，并選用創(chuàng)新型的節(jié)能設(shè)備。近年來應(yīng)用較多的就是LED照明技術(shù)，這種技術(shù)具有電能消耗低、使用壽命長等優(yōu)勢，并且能夠很好的滿足用戶的照明需求。照明功率密度值LPD是評價照明節(jié)能性能的重要指標，相關(guān)規(guī)范中對不同類型建筑物的LPD值進行了規(guī)定和約束，其設(shè)計原則是要符合規(guī)范規(guī)定的現(xiàn)行值或目標值，設(shè)計人員要以照度標準值為設(shè)計依據(jù)，核算燈具安裝數(shù)量，達到節(jié)能的效果。
5.3合理選用節(jié)能燈具
建筑照明節(jié)能設(shè)計的重要應(yīng)用對象就是節(jié)能燈具。節(jié)能燈具的選擇要根據(jù)建筑物內(nèi)部的室內(nèi)功能配置要求來定，然后綜合考慮建筑物的整體配置，將節(jié)能的設(shè)計元素融入進去，這樣能夠有效避免因燈具選擇不合理造成的能源消耗過多。總體來說，建筑物的類型越多，其照明需求空間就越大，對照明燈具的數(shù)量和類型都會產(chǎn)生較多的需求[8]。如果整個建筑物的室內(nèi)外空間都能夠選用節(jié)能燈具，會在很大程度上提升建筑物的節(jié)能性能，如果建筑物對照明燈具沒有特定要求，就以熒光燈和LED燈具為主。光源也是照明系統(tǒng)中的重要組成部分，結(jié)合室內(nèi)運行的實際需求。光源需要與照明系統(tǒng)實際需求相匹配，因此，采用何種形式的光源是需要綜合考慮建筑物的工程情況、光源使用場所以及照明實際需求等因素的。設(shè)計人員對光源的設(shè)計主要是從光源的啟動時間、照度要求、照度質(zhì)量以及光源使用年限等多方面綜合考慮的，需要選擇最優(yōu)的光源配置方案。
5.4合理控制照明系統(tǒng)
照明系統(tǒng)在實際運用過程中需要選用合理的控制方式，這與照明系統(tǒng)所處的環(huán)境和照明功能特性有關(guān)。通常情況下，如果照明場所的空間范圍有限，則需要采取一對一或者二對一的控制方式，如果照明場所的空間范圍相對較大，則整個空間范圍內(nèi)配置的照明燈具也就較多。在這種情況下，設(shè)計人員需要對照明區(qū)域進行合理的劃分，結(jié)合各個區(qū)域的照明特點和實際需求，配置相應(yīng)的光源，并盡量采用多對一的控制方式。例如，在建筑外部道路的路燈設(shè)計中，可引入智能控制系統(tǒng)，通過對光學傳感器信號、聲學傳感信號做出采集，然后自動控制路燈的開關(guān)，并對所需要的亮度進行控制，使其更具節(jié)能性，如圖1所示。此外，對于一些公共走廊、大堂區(qū)域等公共區(qū)域的照明，可以采用紅外感應(yīng)或者聲光控制的方式，也可以采用智能照明控制或感應(yīng)控制方式，這樣就能有效縮短照明系統(tǒng)的使用時間，進而達到照明節(jié)能的效果[9]。
5.5提高系統(tǒng)功率因數(shù)
在建筑照明系統(tǒng)中，無用功率主要由電感元件產(chǎn)生，其存在會直接影響對電能的利用。因此，為了更好地使用電能，避免發(fā)生浪費問題，需要采用電子鎮(zhèn)流器將補償電容器安裝好，有效降低無功效率，提高用戶的功率因數(shù)，滿足照明節(jié)能設(shè)計的需要。
5.6引入自動化控制技術(shù)
建筑照明系統(tǒng)節(jié)能在設(shè)計期間，還有高度重視處理優(yōu)化控制方面內(nèi)容，通過先進化、現(xiàn)代化的控制手段，進一步優(yōu)化運用建筑照明系統(tǒng)，從而在后續(xù)使用期間防止產(chǎn)生損耗嚴重的情況。例如在建筑照明系統(tǒng)中，當前應(yīng)用十分廣泛的節(jié)能方法之一就是自動化控制技術(shù)，采用感聲以及感光等傳感器，靈活調(diào)控照明系統(tǒng)，在不需要時防止出現(xiàn)長期照明的情況，與此同時，還能實時調(diào)節(jié)光照強度，從而優(yōu)化控制能耗損失。
6結(jié)語
綜上所述，建筑物電氣節(jié)能設(shè)計和照明節(jié)能設(shè)計是建筑工程設(shè)計的重要組成部分，直接關(guān)系到建筑物的使用效果和長期效益。而建筑物的規(guī)劃與建設(shè)需要滿足社會可持續(xù)發(fā)展的長久目標。對此，設(shè)計人員就要在相關(guān)行業(yè)標準規(guī)范的指引下，充分結(jié)合建筑工程的總體情況，對建筑電氣系統(tǒng)和照明系統(tǒng)進行科學、合理的設(shè)計，在滿足用戶需求的基礎(chǔ)上將節(jié)能環(huán)保因素納入其中，優(yōu)化和改善節(jié)能設(shè)計的應(yīng)用，提升建筑工程的節(jié)能環(huán)保特性，推動建筑工程的可持續(xù)發(fā)展，從而造福于民、造福于社會。
作者:蘇勤 單位:廣東國技建設(shè)發(fā)展有限公司中級建筑
