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现代建筑电气节能设计探究

摘要:随着节能环保意识的不断增强,我国提出了可持续性发展的战略方针,作为传统资源消耗型的建筑行业也要积极向节能减排方向发展,从而实现绿色建筑发展目标。因此在现代建筑的电气设计中,严格遵守节能设计的基本原则,在电气系统设计的各个环节中采取先进的节能技术,并采用智能化的监测控制技术,提高电气设计的节能效果,减少对能源的消耗,从而促进建筑行业的现代化发展。

关键词:现代建筑;电气工程;节能设计;设计方法

1现代建筑电气系统节能设计的基本原则分析

目前我国在现代建筑电气设计中还存在缺乏对节能设计的认识、节能设计技术尚不成熟的问题,影响了建筑电气系统节能效果的实现。因此设计人员应建立节能设计的新理念,并坚持优化电气系统设备的节能性能、提高建筑电气节能设计的经济性这两个基本的设计原则,通过积极运用先进的设计方法和技术设备来有效减少建筑电气系统的能耗,提高能源的利用率,并对建筑工程项目成本进行合理的控制[1]。

2提高现代建筑电气系统节能设计效果的有效方法分析

2.1现代建筑供配电节能设计的有效方法。2.1.1合理设计建筑中变电室的位置。在对现代建筑电气系统进行节能设计时,首先应选择建筑电力系统的负荷中心位置来设置变配电室,从而对供电线路长度进行合理控制,降低电力损耗以及线路材料的用量。同时在配电线路中的低压配电半径应不超过200m,因此当建筑面积比较大时,应根据实际情况来相应的增加配电室的数量,可以采取将多个配电室设置在一层建筑内的方式来减少线路的布设长度。另外,设计人员应选择邻近强电竖井的位置来设置变配电室,以避免出现电能倒送的问题。2.1.2提高变压器设备选择的合理性。在进行建筑电气设计时,变压器容量的合理选择是提高建筑电气系统节能效果的重要环节。一般变压器容量小于实际需要,出现过载情况时,电能损耗将明显增加,而且变压器如果长期处于超负荷运行状态下时,也会对电气系统的运行安全造成一定的风险隐患。相反,如果变压器容量明显超出了实际的需要,就会增加供电系统的空载损耗,并影响变压器的使用效率。因此设计人员应充分了解建筑工程的实际负荷情况,并合理确定变压器容量,一般应将变压器的负荷率控制在30%到80%之间为最佳。目前比较常用的节能变压器主要包括箱式变压器、干式变压器、单相配电的D10型变压器、S11型变压器以及非晶合金型的变压器设备等。其中S11型变压器能够将空载损耗减少约10%到25%左右,且其空载电流能够比叠片铁心型降低的50%左右。此外,该类型变压器在运行中所产生的噪音水平也相对较低,减少了周边环境的噪音污染。而D10型变压器由于采用的柱上式的密封结构,可以在负荷中心附近安装,且对维护管理的要求比较低。其负载损耗以及空载损耗均比相同容量条件下的三相变压器小,同时所需要的材料用量也比较少,且造价降低了20%到30%左右。节能效果更为突出的是新型的SBH15型非晶合金节能变压器,其空载损耗与传统的S11型变压器相比,仅为其20~30%左右,可以有效降低损耗,但是存在价格相对较高的问题,需要设计人员结合建筑工程使用者的用点特点来选择变压器的具体类型型号[2]。2.1.3合理选择配电线路的导线。在进行电气节能设计时,导线材料的材质和规格将对其通电效率产生重要的影响,因此也是节能设计中所必须考虑的因素之一。可以通过以下公式来计算配电线路的能耗:ΔP=3I2R×10-3其中ΔP代表的是输电线路所产生的功率损耗值,其单位为kW;I和R则代表的是电流值和电阻值,其单位则分别为A和Ω。而电阻值R与导线长度以及电阻率为正比例关系,而与导线截面则为反比例关系,其计算公式为:SLRρ=其中L代表导线长度,S代表导线截面面积,ρ代表电阻率。现代建筑电气系统中目前主要使用铜芯以及铝芯这两类导线。虽然铝质导线的价格相对较低,然而其在导电性能以及安全性方面与铜质导线相比也相对较差。因此设计人员应对各种因素进行综合性的分析评价,如果具备条件时应尽可能选择铜质导线以提高其通电效率。例如在设计照明系统的配电线路时,要减少电能损耗必须根据电压降的允许范围来进行导线截面的选择,同时还要根据导线的机械强度以及发热条件等来进行验算。通常在采取四线三相的配电系统内,线路中最大三相不平衡性电流以及单相负荷的最大值应大于其零线截流量的允许范围,同时还要符合接零保护的相关技术规范。而由于相线以及零线在单相线路中所流经的电流相同,所以零线与相线也应选择相同的截面面积。以较短距离配电线路的设计为例,在确定导线截面时只需要考虑电流值即可;而较长距离的输电线路设计中设计人员应对导线采取增加截面面积的方式来提高通电效率,其导线截面的选择应参考电压降的限定值,以提高节能的效果。虽然增加导线截面积会增加线路敷设成本,不过在电气系统的运行过程中将通过减少能耗、提高通电效率的方式来降低运行成本。还可以采取将电压等级提高方式来减少损耗,当电压增加10%时,可以降低约17.4%的传输损耗。2.1.4提高布线设计的合理性。现代建筑电气系统的布线设计不仅关系到电气系统运行的安全性和可靠性,同时也会影响建筑电气系统的节能效果。在现代建筑中需要分别对供配电线路、办公系统、通信系统以及安保系统等进行布线设计。而且由于在现代建筑的电气系统中往往还包括弱电以及强电两类系统类型,而其中强电系统中由于存在大量电流,因此会有明显的电磁干扰产生,当电磁干扰比较强时,会对弱电系统的正常运行造成影响,并造成设备以及能源的损失。所以设计人员在进行布线设计时,应严格按照设计规范合理控制强弱点系统间距,从而减少电磁干扰对电气系统的影响,提高节能的效果。同时,在综合布线设计中也要合理控制导线长度,根据配电箱和低压柜等设备的出口位置等因素来进行布线,多采取直线布线方式,减少出现回头线的机率。2.1.5根据负荷类型合理设计配电回路。在现代建筑内,不同用点设备的负荷类型也存在一定的差异,部分负荷的稳定性比较高,部分负荷则会存在较大幅度的波动,此外还包括线性以及非线性的负荷类型。因此电气设计人员应首先准确判断用点设备的具体负荷类型,并采取对不同类型负荷分别设计回路以及配电方式的方法来提高节能效果,同时也能够减少不同类型负荷对用点设备造成影响和损耗。例如应为现代建筑内部的空调设备、热水器以及风机等普通负荷的电气设备单独设置一条供电电缆,从而有效解决空调不运行期间的输电线路中截面电流比较低的问题,从而达到减少线路损耗的问题。同时这种布设方式也可以避免家用电气在消防用电做切电处置时受到损坏。2.1.6采取抑制谐波方式来提高节能效果。谐波不仅会影响建筑电气系统的正常运行,而且由于其会降低电动机以及用电设备的工作效率,并导致变压器出现局部过热的情况,因此不仅会对设备造成损耗,同时增加线损。电气设计人员可以采取在变压器低压侧设置无源或者有源滤波装置的方式来抑制谐波的产生,也可以采取综合运用不同类型滤波装置的方式来提高抑制效果,从而实现净化电路,减少电气系统运行的安全风险的目的,同时还能够有效减少能源以及对电气设备的损耗,延长电气设备的使用寿命,提高电气设计的节能效果。以照明设备中的荧光灯为例,其负荷类型为非线性类,在设备工作过程中会产生谐波,并影响用电设备以及线性负荷的正常运行。故而设计人员应采取单独为非线性负荷设计配电回路的方式将其分隔开来,从而减少谐波所造成的能耗,并提高电气系统运行的安全性和稳定性。2.2现代建筑照明节能设计的有效方法。2.2.1充分利用自然光源。设计人员要充分结合建筑的结构特点,根据建筑的坐落朝向等条件来进行光源设计,充分利用自然光源,以减少能耗。这需要电气设计人员加强与其他专项设计之间的沟通协调,在保证建筑结构安全和外观造型的基础上适当增加窗口数量,并采用具有较好透光性的门窗材料等来提高建筑的通光条件,从而使更多的自然光能够进入建筑,并得到有效的利用。2.2.2合理选择照明设备。合理选择照明设计将直接关系到照明系统的节能效果。设计人员在选择灯具时应充分考虑灯具效率因素,尽量选择低压荧光灯、透光罩灯或者开敞型灯灯效率在60%以上的设备来保证照明效果能够满足实际需要,并减少对能源的消耗。此外,新型的LED灯具具有更大的功率和较好的照明效果,同时能够有效减少对电力资源的消耗。因此在设计中应结合建筑的实际照明特点和需要,来选择相应的照明设备。例如在设计建筑面积较大的工业厂房或者体育场等工程项目的照明系统时,设计人员应选择金属卤化灯或者高压钠灯等照明设备,以满足此类建筑对于照明时长以及照明光效的较高要求。而在设计办公楼、学校以及其他商用建筑的照明系统时,由于其建筑层高大多在4.5m以内,因此可以选择直管荧光灯等照明设备。特别是目前比较长远的T5型灯管不仅具有较好的光效,能够长时间使用,而且其节能效果也比传统灯管提高了10%以上,成为了电气节能设计中广泛使用的一种照明设备。此外在设计住宅、餐饮住宿等建筑的照明系统时,设计人员应尽量选择节能效果更好的紧凑式荧光灯等照明设备。虽然该类型的灯具在建设成本上相对较高,但其在后期使用中的节能效果十分明显,同时也能够很好地满足照明需要,因此可以极大地弥补初期的建设成本。2.2.3加强照明控制的设计。现代建筑照明系统控制方式设计的合理性将直接关系到能源的利用率和建筑的使用成本,是电气节能设计中的重要组成部分。在设计照明系统的控制方式时,应采取分区控制的设计方式,根据自然光的强度差异来进行开关点的设置,并合理设计照明点的覆盖范围,时期能够在设定的地点以及时间来提供相应的照明效果,从而实现节能的目的。同时,设计人员应根据建筑空间使用功能的不同来分别设计不同类型的照明开关,以起到节约电力能源的效果。比如可以在卧室、客房或者病房设置调光开关的照明设备,或者在旅馆客房等建筑空间设治节电钥匙开关的照明设备。此外,对于在一定时间段内可以实现自然采光的走廊或者楼梯间等位置可以选择自熄式的节能控制开关;对于公共空间则可以选择自动控光或者集中遥控的开关控制方式。2.2.4合理布设照明线路。设计照明系统的相关线路时,应根据三相四线的基本原则来进行线路设计,并尽量控制线路长度,以减少电力资源在传输过程中的消耗。2.3现代建筑电机系统节能设计的有效方法现代建筑中大多需要通过电动机来控制电梯以及中央空调等设备的运行,而电动机所消耗的电力能源同时是建筑整体能耗的65%左右,因此是电气节能设计中的核心环节。2.3.1提高电机设备选择的合理性。设计人员首先应充分了解建筑电气系统的实际需要,提高电机容量选择的合理性,确保电机设备的负载率能够超过75%,从而减少对能源的浪费。同时应尽量选择损耗更低的高效电机,其虽然一次性建设成本相对较高,不过其运行能耗却能够减少约25%,从而长期效果上来看,高效电动机的经济性更好。2.3.2通过变频调速方式来进行节能设计。应尽量选择具有变频调速功能的电机设备,不仅能够有效提高工作效率,还能够根据负载的实际情况来对电机转速进行相应的调节,具有很好的节能效果。一般现代建筑的电气系统均在工频条件下工作,设计人员可以根据实际需要采用GTR或者SCR变频设备。2.3.3通过无功补偿方式来进行节能设计。由于电动机属于感性负载类型,一旦电感值较大就会影响电气系统的正常运行,并造成电机功率下降。设计人员应通过合理选择并联参数或者增设滤波设备的方法来进行无功补偿,以提高功率因数,降低视在功率,达到节约电力能源的设计目标[3]。2.4现代建筑空调节能设计的有效方法现代建筑中的空调系统是能源消耗比较严重的一个环节,因此也需要对其加强节能设计。设计人员应积极采用自控技术来对空调设备的运行环境进行智能化的分析判断,并实现对空调的稳定、风量以及流量等运行参数的自动调节,从而减少对能源的消耗。此外,电气设计人员还应与建筑的其他专项设计加强沟通协调,对空调系统的接口加以优化,以提高空调系统的节能效果。2.5通过智能控制技术的应用来进行电气节能设计的有效方法。再按现代建筑的电气设计中,设计人员应积极利用先进的智能化监测装置来对电气设备在运行过程中的实际能耗进行实时监测,全面采集不同方位不同控制点的能耗数据信息,并对其进行综合性的判断分析,从而实现智能化的自动调节控制,从而实现节能设计的目的。例如可以通过智能化的断开控制技术来断开低功耗设备的供电,从而降低能源消耗。随着智能化控制技术的不断发展,将实现对电气系统网络化的智能化调节,从而进一步提高节能的效果。

3总结

为了促进建筑行业的可持续性发展,必须从建筑设计阶段入手,提高建筑的节能效果。因此建筑电气设计人员应积极运用节能设计理念,根据建筑工程的特点以及使用功能来提高电气系统设计方案的合理性,在电气系统的供配电、照明、空调以及电机等子系统的设计环节都要采取合理的节能设计方法,在保证电气系统安全的基础上,对不同设计方案的节能效果以及经济性等指标进行综合性的分析评价,不断优化设计方案,全面提高建筑电气设计的质量和水平,改善建筑工程电气系统的节能性能,降低工程成本,减少对能源的消耗。

参考文献

[1]马英林.智能建筑电气设计中节能理念的融入与实现[J].居舍,2019(17):106.

[2]杨毅英.建筑电气的节能及供配电线路设计[J].工程建设与设计,2019(15):98-99.

[3]陈浩.供配电系统工程[J].安徽建筑,2019,26(4):190-191.

作者:陈江川 单位:甘肃省城乡规划设计研究院有限公司

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