现代高层建筑电气节能设计原则及要点分析与探讨

现代高层建筑电气节能设计原则及要点分析与探讨

杜文强

佛山建发工程管理有限公司

摘要：建筑电气的节能设计将对其后期的使用效率和质量产生很大的影响。因此，建筑电气节能设计人员需要重视电气节能设计，提高对电气节能设计的认识，遵循电气节能设计的原则，使节能理念真正贯穿于整个建筑电气系统，为以后的建筑使用提供了更方便的条件和基础。基于此，本文主要对现代高层建筑电气节能设计原则及要点进行了分析与探讨，以供同仁参考。

关键词：现代高层建筑；电气节能；设计原则；设计要点

一、前言

近年来，随着经济和建筑行业的快速发展，节约能源是我国的基本国策。众所周知，建筑行业是目前能源消耗最大的行业，但随着能源危机的日益严重，建筑行业发展也面临严峻挑战。在高层建筑的日常使用中，离不开电气设备的运行，在高层建筑电力的传输、分配和使用等环节，电气设备都在发挥着重要的作用，电气设备已经融入了高层建筑日常使用的方方面面，对于人们的工作生活起着很重要的作用。而这些设备对于能源的消耗也十分巨大，严重影响了高层建筑的节能效果。相关的能源消耗主要包括变压器的功耗以及供电线路的能源消耗等。因此，要运用合理的节能技术降低高层建筑的能源消耗，提高高层建筑的节能效果，保障了高层建筑电气设备的正常运行，保障人们的正常工作和生活，实现城市建设中高层建筑的节能发展。

二、高层建筑电气节能设计的特点

由于高层建筑各种用电设备非常多，比如照明、电梯、给排水等，所以在供电的可靠性要求方面高层建筑的标准是非常高的。所以，在高层建筑中，将动力电和照明电系统分开，让其分别供电是可取的。我国高层建筑本身都有内部空间大、柱距大等显著特点，而且其电气设备还比较多，这样的情况带来的是墙面埋线和地面管道繁多的后果。在现代高层建筑主体中我们运用的主要是干法施工的方式，而且建筑构件的预制装配化能够促使施工的周期进一步缩短，通过各种各样的方式确保电气施工能够科学高效地运行。高层建筑本身有很高的防震要求，而高层建筑中的电气设备，例如，配电屏、灯具等等，这些对防震处理同样也有非常严格的要求。除此之外，对于管线的层间贯通和建筑伸缩缝与沉降缝等等同样也要进行相应的处理。

三、高层建筑电气节能设计原则

（1）符合建筑使用标准。建筑是一项系统性的工程，电气节能是这项工程的一个子模块。在实际的电气节能设计原则当中，相关设计规划必须要在符合建筑使用标准这一个大前提下进行制定。其具体要求就是在适宜用户、在用电安全和基本用电保障上，不断优化电气系统结构，减少不必要的能源损失，以达到节能的目的。因此建筑工程中的电气设计应该严格遵守国家相关的安全技术标准，为建筑用户的安全用电、稳定用电创设一个良好的环境。

（2）环保节能原则。建筑工程电气节能技术的核心即是要体现环保节能。环保节能原则要求建筑工程减少电气能源的损耗，优化电气系统结构，提倡使用环保用电设备，降低生产过程中能源浪费和环境污染。环保节能原则贯穿于建筑工程中电气节能技术的各个方面，是建筑工程电气系统建设人员所要仔细思考和探究的问题。节能和环保不是两个单独存在的理念，节能是促进环保的充分条件，环保是节能的直接反馈，这也是建筑工程可持续发展的重要体现。

（3）适用性原则。适用性原则是建筑工程电气节能技术得以发展应用的重要理论支撑，是衡量电气节能技术可操作性的重要指标。在建筑工程电气设备的安全运行的前提之下，为整体建筑工程提供能源以创造更加良好的建筑内部环境。适应性包括两个方面：建筑工程电气设备使用的适用性，其为建筑整体提供符合生活工作需求的相关物质条件，保障建筑内部的良好环境，维持和保障相关工作正常运行；经济适用性，在建筑工程电气节能技术的设计应用当中，经济适用原则是决定节能技术能否成功施行的重要因素。经济适用原则将实际建筑工程中的经济效益作为出发点，通过各种策略、措施（主要是使用节能技术）减少建筑工程开展过程中的开支，实现电气技能的目标，帮助建筑工程创造最大化的经济效益。

四、高层建筑节能设计要点

（1）优化配电系统节能。配电系统在整个电气节能结构中有着重要的作用，因此在节能优化设计中，应注意以下几点：第一，合理选择变配电室，可以减少供电半径，减少有色金属的使用和降低能耗、减少电压损失等。根据项目情况，一般100米至150米的超高层建筑可不在避难层设变配电室，在用电负荷中心设变配电室即可；150米至200米内的超高层建筑可根据用电负荷情况，如果上部楼层设有酒店、厨房、空调机组设备房等大功率集中负荷时，在避难层设置分变配电室，可节省能耗和减少投资；200米以上超高层建筑应在避难层设置分变配电室。第二，在设计中，应准确计算所使用的能量，并根据计算结果确定负荷能力以及变压器，变压器损耗主要有空载损耗、负载损耗、介质损耗和杂散损耗，选择高能效的变压器(SCB12)能有效降低损耗；通过科学的负荷计算合理选择变压器的容量与台数，使变压器的负载率不超过85%，能有效降低变压器损耗；第三，通过自动补偿三相或单相配电系统的不平衡，降低线路的能量损耗，提高供电系统的功率因数；第四，通过增加电抗器和滤波器的数量提高电能质量，解决谐波问题；第五，根据电气设备配置，合理确定配电柜位置，尽量减小配电柜与电气设备的距离，降低能耗。

（2）优化电气节能自动化设计。为保证电气节能自动化设计的有效优化，需要通过创新安全控制体系，实现对其整体运营能力的有效优化。为此，需要对安全控制平台进行有效的升级，如通过人工自动识别体系进行设备的安装，进而为发现问题的实时性提供渠道。此外，通过自动化设备的预警系统以及视频监控系统的综合运作，使自动化技术渗透到现有设备应用的各个领域，进而为设备的实际应用节省更多电能。除此之外，需要对电气自动化技术的应用网络进行优化。例如，在进行智能化消防设备的安装过程中，可以借助网络的有效覆盖，通过对网络系统的有效控制实现每个设备的独立操作，进而减少操作程序，实现人力、物力的合理优化。对于智能化设备的选择，相关的技术人员需要通过应用环境以及设备公用的有效参考，提升设备应用的程度，这就需要从业人员通过有效的学习与实践经验的积累，最大化地发挥智能化节能设备在实际应用中的效能。

（3）做好照明系统设计。照明系统是高层建筑中不可或缺的重要电气组成部分，在进行建筑电气照明设计过程中，必须充分考虑建筑的结构及采光特点，做好节能设计，广泛采用玻璃、采光井等设施发挥天然光源的照明作用，从而分担室内电气照明负载，进而达到建筑照明的节能降耗目的。在建筑工程照明系统控制方式设计时，可以采取分区控制方式，全面结合区域光照覆盖情况、光量强度，光照时间等各项因素，通过对建筑中照明系统控制方式的合理设计，实现对照明系统的合理控制，达到节能的最终目的。此外，设计人员要全面结合建筑物的具体情况，以及空间的应用需求，在建筑中设计不同类型的照明开关，进而减少电力能耗量。区域设计时，可以在不同区域的设计不同类型的开关，例如，可以在卧室、客厅、病房、客房灯不同区域设置对照明设备光亮程度调节开关，完成对不同区域灯光情况的调节；而在旅客房等区域，则应布置带钥匙的开关照明设备，当取出钥匙时，旅客房将会断电，各种用电器都会停止工作，避免浪费电能；针对建筑工程中的公共空间，在实际设计期间，可以采取集中控制或自动控光的照明设备开关。

（4）加强电梯系统的节能技术。对于高层建筑的电气设备组成来说，电梯系统也是重要的组成部分，同时，电梯系统的能耗情况也不容小觑。对于一些高层建筑而言，其超高的楼层意味着电梯设备的使用情况十分频繁，同时，产生的能耗非常多。因此，在对电梯系统进行节能技术的应用时，必须从以下几个方面进行考虑：第一，在高层建筑的电梯系统中使用变频调速的控制方式，实现电梯设备能耗的降低。传统的电梯设备自动化控制程度不高，对于电梯没有合理的调速控制，造成了大量的能源消耗，因此，安装变频调速控制器，可以动态地调节电梯的运行速度，使得电梯系统的能耗大大降低。第二，根据电梯的实际运行情况，合理地设置电机的驱动容量，大大降低电机的能源损耗，在提高电梯运行效果的同时降低能耗，达到很好的节能效果。第三，合理地设置控制系统，调节电梯的位置，实现电梯利用率的最大化，减少电梯空载的情况，降低电梯系统的能源损耗。第四，采用能量回馈技术，使电梯在运行的过程中对于电气的消耗相对稳定，减少配电变压器的损耗，从而实现节能的效果。

（5）合理采用分布式能源利用技术，提高建筑综合能源利用效率。对于高层建筑而言，其一般都有热/冷集中需求区域（如旅馆区域、数据机房等），合理的设计与选型可保证系统运行的经济性。分布式能源系统是一种成熟的能源综合利用技术，它具有靠近用户、梯级利用、一次能源利用效率高、环境友好、能源供应安全可靠等特点。分布式能源系统有多种形式，独立的大中型建筑使用的冷热电三联供(简称CCHP)就是其中一种。采用燃气冷热电三联供系统即是以天然气为一次能源，产生热、电、冷的联产联供系统，它以城市天然气为燃料，利用小型燃气轮机、燃气内燃机等设备将天然气燃烧后获得的高温烟气首先用于发电，然后利用余热在冬季供暖；在夏季通过驱动吸收式制冷机供冷；同时利用排气热量提供生活热水，大大提高能源利用率

（6）合理利用可再生能源。随着可再生能源技术的发展与突破，风能发电、光伏发电技术与相关产品日趋成熟，造价成本逐渐降低，可再生能源已逐步大范围推广。超高层建筑可根据当地的风力与日照情况综合分析，结合建筑特性，屋面构造、玻璃幕墙等可利用物，进行综合分析比对，有经济效益的情况下尽可能采用新能源替代部分常规能源的措施实现节能。

五、结论

综上所述，高层建筑结构相对复杂，因此，对电气功能的要求就较高，在这种情况下，优化节能设计，提高能源利用率就变得十分重要。电气节能技术的合理应用，可以有效的降低能耗，同时还可以给建筑业带来可观的经济效益，实现低成本、可持续的建筑发展之路，同时响应国家节能减排、低碳消费的新号召。因此，电力设计工作者需要细致的考虑、多次对比设计方案，在达成功能需要的基础之上，制定满足不同的技术、经济指标，运用切实可行的节能发展设计，真正实现节能的目标。

参考文献

[1]钱济强.高层建筑电气设计的主要内容及节能原则[J].科技创新导报，2018(32):104.

[2]杨辛愉.探析高层建筑电气设计主要内容及节能考虑[J].低碳世界,2020,10(07):68-69.

[3]孙祥磊.建筑电气在高层建筑中的应用研究[J].住宅与房地产,2019(16):271.