建筑電氣節能設計問題應對措施

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摘要：文中通過對實際案例電氣節能設計的使用情況及存在問題進行分析，從前期規劃、光源與節能開關選擇、智能控制節能及合理可再生能源方面，探討了優化節能設計的措施。

關鍵詞：節能設計；智能控制；應對措施

建筑的電氣設計基本原則是經濟合理、高效節能，建筑電氣節能設計是推進建筑行業可持續發展的重要內容之一，這就要求在進行建筑電氣設計時，在滿足基本要求的情況下，需要依照國家規范合理地進行節能設計，根據實際情況盡可能提高能源利用率。

1實際案例中常見的問題

1.1各系統前期規劃不合理

設計之初，未對后期使用合理規劃，導致重復建設的浪費。某學村，前期設計規劃時，統一規劃、設計、施工，根據地塊設置各種設備房。實際使用時，卻劃分為兩個學校，兩個學校獨立管理，互相之間無教學往來。但是設備房公用，管理上有諸多不便。隨著時間推移，在不影響正常使用的情況下，很多必要的設施也因此廢棄，無人修復。由此，導致了資源的浪費。

1.2節能開關的選擇不合理

隨著節能理念的推廣，現代建筑越來越注重電氣節能，但實際使用中仍然存在一些問題：（1）樓梯間選擇聲光控制開關。經常能看到某個住宅樓樓梯間因為一聲響動，整個樓梯間燈就全亮了，但是有些區域并沒有亮燈需求，開關和燈具使用壽命均會因此大大縮短。（2）公共衛生間、酒店衛生間燈選擇延時開關。衛生間不等同于樓梯間，衛生間有很多使用功能，并非短暫停留，所以使用延時開關會帶來許多不便。酒店衛生間選用人體感應開關，本是一項人性化設計，但是人體感應開關并不能感應到衛生間的各個角落，導致需要照明時無法得到及時響應。在使用人員較多的場景下無法兼顧每個人的使用需求，每個人無法根據自己實際需求調整燈光開關、亮度。

1.3電梯控制不合理

因為無調控系統或控制系統不合理，導致電梯、扶梯運行不合理，故造成電能浪費及設備損耗。如：（1）一些配有多部電梯的建筑，電梯按鈕未能聯動，按一部電梯按鈕時，只有對應的電梯會啟動，其他電梯不會聯動，即使這部電梯在最高層，其他電梯就在本樓層也不會啟動。（2）公共場所扶梯不管有沒有人使用，一直在運行。

1.4可再生能源的選擇問題

由于各個地區自然資源不同，其對節能的要求也不同，本文僅對福建地區進行討論。根據DBJ13-305-2019《福建省公共建筑節能設計標準》第8.1.3條規定：有生活熱水需求且技術經理合理時，宜采用高效空氣源熱泵熱水系統或太陽能熱水系統；第8.1.4條規定：當環境條件允許且技術經濟合理時，宜采用太陽能、風能等可再生能源直接并網供電。市民生活中，光伏發電、風能發電的路燈比較實用。但實際使用過程中，往往被摒棄，究其原因主要是：前期投入大、各組件容易壞、電池使用壽命短等。功率較大的燈，前半夜還亮著，后半夜就不亮了，用過一段時間后，亮燈時間縮短，后期維護成本高。綜合考慮，不如采用普通電網供電照明實用［1］。廈門某高職院校學生宿舍項目響應國家節能減排號召，大范圍選用太陽能熱水器和空氣源熱泵組合供熱。廈門地處東南沿海，部分區域為海島，均屬于海洋性氣候，全年氣溫變化和緩，屬于夏熱冬暖地區，夏、秋季時間較差長，春溫低于秋溫，氣溫的年較差和日較差都小，出現最高和最低月平均氣溫的月份均比內陸地區延遲?？傮w上蒸發強，云、霧和降水較多，全年雨量分配均勻。春季多陰雨天氣，直接影響太陽光照，空氣源熱泵與太陽能搭配使用很有必要。顯然，該校區供暖設計符合規范要求且邏輯合理，但存在著以下幾個問題：（1）線路繁雜，故障率高。因為是組合熱源，且為整棟樓集中供水，兩套供熱系統的控制就變得更為繁雜。通過定時器啟動、關閉熱水循環等設計，定時檢測水溫，在水溫不達標時啟動空氣源熱泵加熱等等?？刂葡到y復雜再加上產品不夠成熟，控制系統的故障率極高，對產品質量難有保障。（2）集中使用，故障影響大。高職院校不同于普通高等院校，平時作息習慣及使用狀況接近普通高中，宿舍居住學生較多，熱水使用時間基本集中在晚自習后至夜間熄燈前，一旦出現故障，會導致整棟樓均無熱水可用。1.5其他除以上案例外，還有校園變壓器超配導致空載嚴重、變壓器直接閑置等問題。

2應對策略

2.1深入了解業主需求，合理設計系統

對于前期供電、供熱系統選擇及規劃問題，若方案設計之初沒有因地制宜地規劃方案，實際使用中容易出現上述許多問題。因此，在設計之初，應與建設單位深入溝通，了解系統配置方面的情況，制定合適的方案，避免后期維護、改建造成的資源浪費。

2.2供配電系統節能設計

在建筑工程項目當中，供配電系統是其重要的電氣設計基礎部分，也是極為關鍵的部分，直接關系到電氣設計整體的節能降耗效果，應綜合考慮，再進行供配電系統負荷節能技術的規劃與應用。2.2.1計算和布局首先，應根據建筑類別采用單位指標法進行估算，得出初步模型，根據初步計算模型對建筑群體做設備房位置、變壓器臺數和容量的初步供電設計規劃，選址應盡量位于負荷中心，且距最遠點不超過250m。再根據建筑主體及各專業提供的用電負荷進行詳細計算，對配電系統做詳細設計。最后再根據單位指標法對計算結果做校核，防止由于某些數值取值偏差，導致變壓器選擇與實際不匹配。2.2.2設備選擇變壓器應選用能效等級二級以上的變壓器，如SCB13或更高等級。變壓器負載率介于60%~85%之間，并設置無功補償裝置。

2.3合理選擇光源與控制開關

我國早在九十年代就已經提出建筑節能設計，經過幾十年的不斷嘗試和創新，產品不斷迭代更新，目前市場上照明及其相關產品相當豐富，設計也均能在符合規范的基礎上作到更節能。常用的燈具已經從以往的金鹵燈、熒光燈等逐漸換成半導體發光二極管（LED燈），LED燈具有產品多樣、發光效率高等優點，可以替代曾經的主流光源［2］。拿三基色熒光燈與LED燈做比較，如下：表1三基色熒光燈與LED燈管參數比較品種燈管功率/W光通量/Lm使用壽命/h相同房間相同照度同類燈具時需要的燈管數三基色熒光燈1813701200023LED燈管1818001500017注：燈管技術參數選用同一品牌的數據。選用房間尺寸為8m×7.35m×3m的房間，以工作面高度為0.75m的辦公室為例，計算照度和功率密度分別為278.23lx/7.04W/m2和270.2lx/5.2W/m2。從表中的數據中可以發現，LED燈節能方面表現優秀。但仍需要注意，LED燈具是否存在頻閃和藍光超標情況。根據GB50034-2013《建筑照明設計標準》第7.3.4條規定：住宅建筑共用部位的照明，應采用延時自動熄滅或自動降低照度等節能措施。GB50096-2011《住宅設計規范》第8.7.5條規定：共用部位應設置人工照明，應采用高效節能的照明裝置和節能控制措施［3］。目前市場上常用的節能自息開關產品很多，例如：聲光控節能自息開關、觸摸延時開關、紅外人體感應開關。前兩者由于價格優勢，在以往的建筑中被大量使用，但缺點較多，近年來，隨著人們的生活水平提高，紅外人體感應開關成為新的主流。

2.4設置智能控制系統，減少無人運行

前面提到的電梯控制問題，主要是控制系統的問題。多部垂直電梯可以采取電梯群控措施，通過微機控制和統一調度多臺集中并列的電梯，既能節約能耗，還能提高運送效率。電梯群控已是技術成熟的產品，且經濟合理。公共扶梯則可增加稱重傳感器及釆用變頻器，帶動傳動電機運行速度，來實現有人時運行，無人時停止，特別適合用在人流量小或者人流有明顯周期的場所。隨著社會的發展，人工成本在逐步提高，采用上述系統雖前期投入稍大，但后期管理成本得以降低，并且電梯的使用壽命也得以提高［4］。綜合對比，適當增加技術成熟的控制系統，能夠大大提高使用效率，節約成本。

2.5合理設置可再生能源

可再生能源在電氣方面，主要有水力發電、光伏發電和風力發電。相對水力和火力發電，光伏發電和風力發電算是新型電力系統，由于新型電力系統都有隨機性、波動性等特點，大量新型能源的電力系統，將會讓整個電力系統產生很大變革。本文主要討論光伏-建筑一體化［5］。光伏發電主要是通過光伏電池將光能轉化為電能，其由蓄電池組、充放電控制器、逆變器、交流配電柜、太陽能跟蹤控制系統等設備組成。2.5.1光伏組件的選擇當前，光伏建筑一體化中主要使用的是晶硅光伏組件，該組件成本低、效率高、不透明、顏色單一、尺寸固定。包括碲化鎘、銅銦鎵硒、非晶硅薄膜光伏組件，這三種組件顏色美觀，可用作幕墻玻璃或屋瓦，但效率低、成本高，所以應用規模不大。2.5.2光伏組件的安裝位置除產品特性區別外，還應考慮環境影響，分析建筑所在環境，如西北高海拔地區，光線充足、空氣稀薄，相比東南沿海，空氣濕度大，云霧雨天氣占全年時間多，更適合安裝光伏組件。我國處于北半球，建筑南面日照時間長、北面短，所以除了屋面外，建筑南面安裝光伏組件收益相對高［6］。2.5.3光伏應用場景分析除可與電網并網外，光伏發電能作為高耗能工廠的電能補充；可用作民用建筑中公共區域的用電，如公共區域照明，汽車充電樁等；在偏遠地區，景區等城市電網不容易到達的區域，可采用光伏發電，有利于降低電能長距離傳輸的各種成本，且由于偏遠地區地多人少，有足夠的空間設置光伏組件及其他設備，從而減少線路長距離鋪設的消耗［7］。

3結語

電力行業碳排放占總排放量比例較大，做好供電、用電系統規劃對達成“碳中和”目標有著重大意義。節能要從前期規劃開始考慮，各個環節都不能疏忽，設計師應掌握相關知識，嚴格按照規范要求，合理選擇產品。

參考文獻

［1］福建省建筑科學研究有限責任公司.DBJ13-305-2019福建省公共建筑節能設計標準［S］.福州：福建省住房和城鄉建設廳，2019.

［2］中國中元國際工程公司.GB50057-2010公共建筑節能設計標準［S］.北京：中國計劃出版社，2010.

［3］中國建筑東北設計研究院有限公司.GB51348-2019民用建筑電氣設計標準［S］.北京：中國建筑工業出版社，2019.

［4］任元會.提高認識，實施標準，推進建筑照明節能［J］.建筑電氣，2005（2）：15-18.

［5］中國建筑設計研究院.JGJ203-2010民用建筑太陽能光伏系統應用技術規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2010.

［6］周民康.太陽能光伏供電在高層建筑標志系統的應用［J］.建筑電氣，2002（4）：153-156.

［7］華錫鋒，周名嘉.廣州珠江城項目建筑節能新技術應用綜述［J］.智能建筑電氣技術，2011（3）：7-14.

作者：黃燕玉 單位：?？谑谐鞘幸巹澰O計研究院廈門分院