建筑电气设计节能技术思考

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【摘要】电气设计在建筑建设、运用全周期内得到广泛重视，其基本思路是保证安全性的同时实现能耗控制。基于此，本文以常见建筑电气设计中的节能技术作为切入点，予以简述，再以此为基础，分析相关技术的应用方法，给出有功补偿应用、太阳能应用等内容，并通过实例分析论证理论可行性，服务后续具体工作。

【关键词】建筑电气设计；节能技术；太阳能；有功补偿

电气设计是根据规范要求，确定电源、负荷等级和容量，并对供配电系统接线图、线路、照明系统、动力系统、接地系统进行设计，使其与电源端、用户端实现功能匹配。现代建设电气设计除重视上述内容外，额外强调节能技术的运用，降低建筑能耗，契合节约型社会建设要求。本文就节能技术及应用进行分析。

1常见建筑电气设计中的节能技术

1.1清洁能源技术。清洁能源技术始于德国，20世纪70年代，德国科学家在慕尼黑的基地进行了建筑节能设计的广泛尝试，系统提出并论证了清洁能源技术的价值和运用方式。如太阳能技术，该技术是指应用光电转化设备对电能进行存储，用于建筑内电能的日常需求。此外，我国广东地区的闭路水循环空调、美国各地广泛运用的地道风空调，也有助于通过降低建筑常规能耗的方式实现节能。1.2照明节能技术。照明节能技术体现在两个层面，一是做好建筑内照明需求的分析，合理进行电气参数设计、设备选取；二是采用现代音控技术（也称声控技术），使设备的在非作业状态下处于关闭状态，实现电能的节约。在此前学者的研究中，照明能耗约占民用建筑电能消耗的9%~14%、占商用建筑的22%~26%，在推行上述技术后，均可实现能耗降低，民用建筑下降约3.4%，商用建筑下降约2.1%[1]。1.3补偿技术。补偿技术此前主要用于平衡电压，确保建筑的供电质量，现代补偿技术在此基础上拥有了节能功效，该功效主要体现在有功补偿方面。如此前建筑作业过程中，各类用电器的工作态势存在动态变化，供电部门无法获知建筑用电的精准信息，传输的电能可能超过实际需求，导致电能浪费。有功补偿机制是指对多余电能、太阳能转化的电能等进行存储，供电部门传输的电能可酌情少见，在建筑用电增加的情况下，启动补充设备保证足量供电，避免电能过量传输造成的浪费。1.4智能调控技术。智能调控技术是指通过智能设备进行用电信息的监测，合理进行电能分配，同时生成大数据信息，为下一阶段的电能供应提供参考。智能调控技术在我国东部部分省份已经得到广泛运用，效果理想。如辽宁省沈阳市部分变电站的智能流量监控，使建筑内的用电信息及时得到捕捉，合理分配电能，提升了资源使用效率。安装至用户端的智能电表也有助于大数据信息的收集，避免电能传输浪费。

2建筑电气设计中节能技术的应用方法

2.1太阳能应用太阳能应用的基本原理为光电转化，其主要工作设备为光伏发电设备，利用太阳电池板、控制器和逆变器构成总体设备，借助半导体的光电转化效应进行电能的转化。太阳能电池板在光照条件下，可将电子吸收，使其成为光电子、形成电流。在电气设计中，利用太阳能实现节能，需要重视半导体材料的选取，一般单晶硅的生产转化率为17.5%，多晶硅的生产转化率为16%，砷化镓的生产转化率为23%，但价格较高，无法普及[2]。以单晶硅应用为例，某建筑为多层建筑，电气设计采用常规模式，为保证节能效果，额外应用太阳能设备。建筑占地面积369.3m2，处于北纬41°40′，东经117°20′，太阳照射的入射角相对较小，应用单晶硅设备的面积应在20~25m2左右，与地面水平角为30°~33°左右。因发电总量有限，无需单独设置大容量蓄电池，完成光电转化后的电能直接存储于小容量设备中。上午电池板倾角为30°，中午为33°，下午为30°，非阴雨天气持续工作10h的情况下，可产生电能11~15kWh，满足40L水加热的需求，减少建筑用于冷水加热的能耗12~18kWh。2.2音控灯应用音控灯应用可采用大范围集中式，将建筑楼梯间的照明全部更新为音控式。该技术的基本原理为借助音频放大器捕捉灯具周围环境的变化，人员经过、交谈发出的声音，均由音频放大器捕捉，之后借助选频电路、延时开启电路和可控硅电路，启动、关闭照明设备。其应用于建筑电气设计活动中时，一般借助光敏二极管保持闭路电路系统内的电阻值超过80甚至100kΩ，三极管的导向保持不变。以长度为50m、宽度2m的走廊为例，音控灯的安装间隔以6~10m为宜，如果灯具亮度较低，也可适当缩短安装间隔。220V电压下，发射极约有0.8V的电压，满足灯具随时开始的要求。人员活动发生的响动，由音频放大器进行收集，得到放大后可互动选频电路，可控硅电路得到触发，灯具即可亮起，声音消失后，音频放大器无法捕捉对应信息，灯具重新进入待工作状态[3]。2.3有功补偿应用有功补偿技术的应用由来已久，建筑电气设计中，有功补偿主要针对一些用电总量较大、持续时间长的用户。如商民两用建筑的中央空调，夏季、冬季需要持续作业，能耗较大。在实际工作中，要求在用电一端设备具有一定蓄电能力的设备，常规作业状态下，设备的作业依托电力系统的电能，建筑收集的太阳能、剩余电能等，均通过蓄电设备存储。在设备次日的工作中，直接启动蓄电设备，作为辅助，一方面保持电压稳定，避免因电能消耗快速增加导致用电波动，另一方面补偿的电能也能降低中央空调对电力系统电能的需求，从而实现节能。以功率为90kV的中央空调为例，要求蓄电池容量应达到60Ah的水平，每日存储的电能总量，应在10kWh时以上，如果建筑周边缺乏理想光照环境，可借助电力线路，使光电转化设备和蓄电池连为一个整体，利用建筑顶部少遮挡的情况实现太阳能的利用，确保设备的补偿能力。2.4智能技术的应用智能技术主要用于建筑整体电能分配和调节，其可以独立工作，但为保证控制能力，建议与有功补偿设备共同使用。以某大型建筑为例，该建筑为某互联网企业总部，总建筑面积超过10万m2，日间总用电量较大，为保证节能效果，于电能控制室设置智能流量监控设备，另借助分布监控的方式，对建筑内的14个主要用电部门分别进行用电量实时监测，借助CAN总线技术确保不同用电部门的用电信息能够得到分别处理。一般情况下，不同部门的用电量是稳定的，设为X，该部门的实际用电量则围绕X上下波动，可通过一个非线性变化的数集表达为：X=[X-n……X-2；X-1；X；X1；X2……Xn]当监控设备发现某一个用电部门的实际用电量小于X-n且持续超过30min时，表明该部门的用电信息异常，小于当前供电需求，可据此降低供电量，剩余电量则输入有功补偿设备的蓄电池中存储。当该部门用电恢复时，其实际用电量达到X-n到Xn之间，再恢复供电，如果建筑总用电量快速增加，当前输电量不足所用，则以有功补偿设备进行辅助，避免供电中断。

3模拟分析

以某多层建筑为例，进行模拟。在该建筑原有方案基础上，引入清洁能源技术、照明节能技术、补偿技术、智能调控技术。评估两套方案的能耗水平，采用计算机进行参数模拟。结果上看，应用上述节能技术进行建筑电气设计，可降低能耗水平11%，但造价方面，较原计划增加了22%，其中设备支出为10%、人员以及建安费用等增加12%，预计新系统持续作业（夏季）7个月后，其节省的电能可与增加的支出实现平衡。总体来看，强调在建筑电气设计中引入节能技术依然具有长期的积极作用。

4总结

综上，现代社会发展对能耗控制越发关注，建筑电气设计中的节能技术有助于实现能耗控制。目前可用于建筑电气设计的节能技术包括清洁能源技术、照明节能技术、补偿技术、智能调控技术等，其应用方式、工作原理各不相同。模拟分析中，上述技术的价值得到体现，可作为后续建筑电气设计的参考酌情选用。

参考文献

[1]王义，闫飞.绿色节能技术在民用建筑电气设计中的应用研究[J].住宅与房地产，2018（34）：50.

[2]薛源.建筑电气节能的技术措施及其在工程设计中的合理应用[J].中国标准化，2018（22）：51-52.

[3]白建龙.绿色节能技术在民用建筑电气设计中的应用分析[J].建材与装饰，2018（04）：69-70.

作者:刘卓然 单位:贵州省建设工程造价管理总站