公共建筑电气节能设计实例分析

公共建筑电气节能设计实例分析

吴其舜

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摘要：在社会的不断发展和进步中，人们的生活质量得到大幅度提高，对建筑工程质量提出了更高的要求，安全、绿色成为人们所关注的重点。基于我国当前能源消耗较大及能源利用效率较差，资源能源极为短缺且建筑工程能耗较高的情况，社会、行业及建筑业主等高度重视公共建筑的电气节能设计。本文以某科研办公楼工程为基础，详细地阐述了公共建筑的电气节能设计和应用，针对存在的问题进行改善和研讨，以期为相类似的研究提供有效参考。

关键词：公共建筑；电气工程；节能设计

0引言

科学合理的电气节能设计，与现实条件相吻合，能在电能有效使用和节电措施的实施过程中降低电力的消耗程度。需要强调是建筑的电气节能设计是保证工程项目的各个部分在工作运行时，能够减少电力能源的消耗，并不是对设备和仪器加以限制使用。公共建筑中的电气节能设计直接关系到建筑智能化的实现，其设计的合理性与电器设备的电力资源调配情况直接相关，合理的设计方案必然能够提高电力资源的利用效率，同时也是减少电器运行资源能耗损失的有效方法，能够实现经济效益和社会效益的有效平衡。

1.公共建筑中建筑电气节能设计的应用

1.1电力供应环节中的节能设计

只有做到供配电系统无额外损耗，才是保证建筑电气节能的前提。根据供电系统的控制要求，对相应设备和仪器的功率、转速、控制方式等进行合理调配调试，将电流进行有效合理分配，将适宜的用电设备安装到合理部位，可降低无效的电力损耗。电气设备设施在建筑工程电能消耗量最大，变压器是其中的一种，因此在进行电气节能设计中，变压器的选型尤为重要，其功能也要进行改进和完善，对此，针对单台变压器负担较大用电负荷而出现的损耗现象，可合理分配其用负荷加以缓解。一般情况下，将两台或多台变压器通过并联的方式运行，其工作运行由中央处理来完成并予以监控，结合用电需求进行用电负荷的调节。对于电能损耗的情况利用数字化软件及信息技术进行监测，科学的设定好用电负荷区间阈值，当电能损耗大于该阈值上限时，能及时发现告警并予以调配，从而使电力资源利用率得到提升、智能化的控制得以实现。变压器的设计是否合理，确认其运行状态是否有负荷率偏低或超负荷的情况，是否在绿色建筑要求的负荷率范围内，如果能达到，则设计较为合适。因此，设计师要结合负荷计算和自身的设计经验精确计算后，分配好每台变压器所带负荷的大小，且能够做到灵活调配，确定出科学合理的设计方案。

电力运输环节中，若线路布设较长，电能损耗变大，存在一定的电力资源损耗。为了实现电能运输耗损量的最小化，方案的设计必须合理选择负荷中心，从变配电室引出电缆，随后再向周边敷设，其长度不得超过200米，由配电箱引出的末端导线，以不大于50m的长度向末端用电设备敷设。对于电缆线的选型，为提高导电性能，以线缆导电材料及品质为重点，同时线路外部的散热设计是必要的。另一重要点为，导线的截面要选择合理，过大不够经济，过小会过载升温及安全难以保证，且发热损耗较大。同时要减少过程中的配电环节，减少接触电阻等，这样才能保证线路运输达到最佳的传输效率。因此，线路路线的设计考虑合理的长度、电缆的材质、合理的截面以及优化的配电级数，既能减少线路能源消耗，又能为线路安全提供有效保障。

末端电器设备的选用，对电气节能亦至关重要，选择节能节电的电器设备、采用合理的控制方式等，是为电气节能的重要一环。

1.2给排水系统的电气节能设计

电气设计与给排水系统直接相关，都均属于公共建筑的重要组成部分，为了达到节能节电的效果，可以引入智能化控制系统。给排水自身首先要使用节能节电的电器设备，如合理的功率、变频方式等。电气为其提供合理的控制方式，如地下室集水井合理的启停水位，多台水泵的合理运转轮换等。

1.3照明动力系统的电气节能设计

对于照明系统的电气节能设计，首先需采用节能节电的照明灯具，在办公等场所细化灯具控制组合，公共场所是应该采用多样化的灯光控制方法，例如光感、声控等，为了最大程度的节约资源，满足人们的照明需求，可以按时段、区域开关灯具，人们没有用电需求的时候即可关上灯具，减少人为的资源损失。照明设备的安装施工也是进行优化设计的重要组成部分，部分场所可根据需求配置可操纵的机器设备，布置过程中需要根据空间情况选择合理的照明设备。一般情况下，照明设备的节能设计，需要根据建筑的室内采光以及空间光速度进行综合分析，使用的照明种类要符合空间的应用性和功能性要求。而照明照度大小则需要按照室内功能要求来确定，最终根据灯具功率和照度来布设的照明设备数量。建筑物内部的建筑材料同样也会影响照明效果，如果颜色较深，就需要增加反射装置，以此来提高室内的亮度；建筑的露天设计部分则以相关太阳能功能的照明设备为主；若同一空间内有不同的照度和色光要求，要结合实际情况分别进行设计。

动力设备首先要使用节能型电器，采用智能型控制方式，如风机的启停方式、电梯采用联动的控制方式等。

1.4空调系统的节能设计

公共建筑中的空调系统，是公共建筑中能耗的重要部分，空调系统的节能设计与建筑的节能效果直接相关，为了最大程度地满足人们的使用需求，需要明确人体的空调使用时间，分别采用采暖制冷等不同的方式方法，设计方案应该能够体现季节的差异性。空调的运行会伴随大量的资源消耗，对其进行优化设计能够有效减少电力资源消耗，所以在安装时需要充分思考空调效率、空间结构布局等相应信息，达到既能保证温度又能降低电力消耗的功效，同时结合智能化系统平台，根据应用场景进行定时启停、分机、分片、群控等智能控制方式，已达到节能节电的目的。

2.设计实例分析

2.1工程概况

某科研办公楼工程，建筑总面积达47230m2，总高度达到60m。该工程分为地上地下两个部分，地上主要用于办公室和会议室，地下则设置了餐厅、设备用房、车库等，为一类高层公共建筑。当对建筑初期设计时，需要充分贯彻绿色建筑设计理念，严格执行GB/T50378—2019《绿色建筑评价标准》相关要求，根据工程实践优化设计方案，达到节能减排的最终目的。智能化系统是建筑物中的重要组成，为了设定科学合理的智能化控制方案，需要对相关的耗能项目进行综合分析，真正的做到节能降耗。

2.2能耗分项计量及能效管理系统的应用

2.2.1能耗分项计量

（1）将计量仪表安装到配变电所低压开关柜的出线位置，分别计量空调机组、风机、水泵、电梯等动力设备和弱电设备的用电情况。（2）将楼层配电箱分照明、插座分开设置，计量仪表安装到照明插座配电箱内，分别计量照明、办公插座用电情况。

2.2.2能效管理系统的具体布设

（1）系统主要包括信息采集和信息通信两部分。能效管理系统能够对大量的信息资料进行采集分析和处理，实现信息获取的实时性和系统性，加强了对设备和系统信息的管理管控。建筑物的使用会伴随大量的能源消耗，包括供水、供电、供气等，为此需在低压出线回路上增加多功能数量表，能够对空调、照明插座等设备的用电情况进行统计。低压出线仪表能够对电流功率等数据进行有效监测，同时也满足长距离的数据传输，能够让管理人员实时了解能量的消耗变化。

（2）系统主要包括楼宇自控、电力监控、DALI智能照明控制三个子系统。楼宇自控系统的运行是建立在数据采集网技术之上的，能够对供热、冷热、给水、中水4个系统进行集中管理，实施自动监控，系统监控室内设置了数字控制器，能够直接连接冷热量表、水表、气量表。变配电所中涵盖电力监控系统，能够对用户电量进行直接统计，然后与自控系统进行连接进行统一管理。DALI智能照明控制系统采用自动监控方法，能够进行集成管理。

2.3 DALI智能照明控制系统的应用

2.3.1 优势所在

DALI指的是数字可寻址照明接口，可将其归属于智能照明系统的数字传输协议。系统内部涵盖大量灯具，每一种灯具都具有独特地址，使用者可对其进行编程操作，无论灯具回路怎样，均可根据业主需求对其进行整体调控，而且不能随意更改照明线路。考虑到系统形式并不复杂，所以没有特殊的布线方式要求，该系统调试时间短，布线成本低，安装操作简单，远比回路控制的智能照明控制系统更加优越，功能和效果进一步提升。将DALI智能照明控制系统应用到地下车库、走廊和大空间办公区，根据空间情况发挥出自然采光的作用，以此来调整开关或是整体的光亮度。

2.3.2地下车库照明控制方案

该工程部分区域存在大量的人员流动，例如办公区、地下车库，早高峰、晚高峰人流量非常大，其他时间人流量小。车库照明方案设计时，可以采用车位灯和车道灯两大类，拥有独立的回路加控制，具体可见图1。车流量增加时，将会开启行车道路两回路灯，其余时间仅需开启一半，夜间仅开启值班照明，停车位可采用具有感应功能的方式控制。

图1办公区地下车库照明平面图

3.3开敞办公区的照明控制方案

灯具的选择会对开场办公区的照明能耗产生其他影响，为了达到降能减排的效果，可以采用高效节能型灯具，同时增加调光型电子镇流器，达到调光控制的效果。为了做好亮度测试，可以增加人体感应探测器。考虑到室内空间存在纵深差异，可以采用灯具照明或是自然光照明等方式进行调光，使其符合工作照度需求。时间的变化会直接影响自然光照强度，与窗口接近的部位，照明效果明显更强，灯具可以暂不使用；反之，则要进行灯具的设置。

3.3.1人体感应探测器的安装设计

对于灯光和空调的控制由人体感应探测器来完成，人在的情况下，灯亮且空调开启；人离开后，灯灭空调关闭。避免了空调忘记关闭的现象发生。参照图2进行人体感应探测器的设置，位于吊顶的3m处，一个人体感应探测器可控制每个隔间所在区域的照明灯具和风机盘管，监视功能较好，可对7mm范围实施探测，并能保持照度的恒定。开敞办公室照明平面图可参见下图3。

图2人体感应探测器布置方式

图3开敞办公室照明平面图

3.3.2开关设计

（1）联网型温控器和单机类温控器的使用对比。前者对于风机盘管的启动和停止动作主要是利用室内温度进行控制，保证办公区处于恒定温度中，既可联网也可就地实施温度控制，其合理的使用可以为物业的集中管理以及对室内进行温度控制提供助力。而后者不具备以上的功能，只能按设定的风速工作并在设定的温度内对水阀进行调节，但却并未增加自动定时关闭功能，如果使用者忘记关闭空调，空调将会一直开启，资源浪费现象严重。

（2）联网型温控器的优势。第一，电费成本更低。空调处于恒温状态，将对其运行状态进行锁定，使其达到人体的最佳舒适度，无论是压缩机功率还是冷凝，温度均整体不变。水冷式冷水机组运行时，冷凝温度与压缩机单位制冷量功率直接相关，如果能够保持冷凝温度不变，就能够取得更加的节能效果。第二，人力资源节约明显。运行过程需要配备电脑核查人员，了解空调使用状态，如果存在使用故障或异常，可以通过电脑进行直接查询和处理。

3.4地下停车库使用灯具的选择

LED照明灯具有寿命长、耗电量低、安全可靠，绿色环保等诸多优势，而且能够直接发光，无需进行过滤，电能向可见色光的转化高达90%。该工程地下车库面积广阔，高达10000m2，为了了解单管T8-36W灯具与LED-24W灯具。的应用效果，文章按照50LX设计车库照度对其进行了总结，具体可见表1。根据图中数据可知， LED灯管前期投资大，但是整体能耗更低，从全年费用来看，与荧光灯的差异不大。LED灯管通常可使用3～5年的时间，维修成本基本为零，按使用2～3年计算，可节省电费约6万元的电费。

表1单管T8-36W灯具与LED-24W灯具的比较

注：电费为1元/（kW·h）。

3结束语

当前公共建筑行业朝着智能化方向发展，对其积极开展电气节能设计，以自动化来监控能源的消耗情况，是促进城市生态建设、保护资源环境、节约物质能源的有效手段。电气节能设计是建筑工程项目中的核心内容，要结合实际开展节能措施的制定和实施，为建筑物具备实用性和稳定性提供有效保障，降低资源损耗，为建筑行业的健康发展起到积极的推动作用。

参考文献

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