建筑电气节能设计问题应对措施

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摘要：文中通过对实际案例电气节能设计的使用情况及存在问题进行分析，从前期规划、光源与节能开关选择、智能控制节能及合理可再生能源方面，探讨了优化节能设计的措施。

关键词：节能设计；智能控制；应对措施

建筑的电气设计基本原则是经济合理、高效节能，建筑电气节能设计是推进建筑行业可持续发展的重要内容之一，这就要求在进行建筑电气设计时，在满足基本要求的情况下，需要依照国家规范合理地进行节能设计，根据实际情况尽可能提高能源利用率。

1实际案例中常见的问题

1.1各系统前期规划不合理

设计之初，未对后期使用合理规划，导致重复建设的浪费。某学村，前期设计规划时，统一规划、设计、施工，根据地块设置各种设备房。实际使用时，却划分为两个学校，两个学校独立管理，互相之间无教学往来。但是设备房公用，管理上有诸多不便。随着时间推移，在不影响正常使用的情况下，很多必要的设施也因此废弃，无人修复。由此，导致了资源的浪费。

1.2节能开关的选择不合理

随着节能理念的推广，现代建筑越来越注重电气节能，但实际使用中仍然存在一些问题：（1）楼梯间选择声光控制开关。经常能看到某个住宅楼楼梯间因为一声响动，整个楼梯间灯就全亮了，但是有些区域并没有亮灯需求，开关和灯具使用寿命均会因此大大缩短。（2）公共卫生间、酒店卫生间灯选择延时开关。卫生间不等同于楼梯间，卫生间有很多使用功能，并非短暂停留，所以使用延时开关会带来许多不便。酒店卫生间选用人体感应开关，本是一项人性化设计，但是人体感应开关并不能感应到卫生间的各个角落，导致需要照明时无法得到及时响应。在使用人员较多的场景下无法兼顾每个人的使用需求，每个人无法根据自己实际需求调整灯光开关、亮度。

1.3电梯控制不合理

因为无调控系统或控制系统不合理，导致电梯、扶梯运行不合理，故造成电能浪费及设备损耗。如：（1）一些配有多部电梯的建筑，电梯按钮未能联动，按一部电梯按钮时，只有对应的电梯会启动，其他电梯不会联动，即使这部电梯在最高层，其他电梯就在本楼层也不会启动。（2）公共场所扶梯不管有没有人使用，一直在运行。

1.4可再生能源的选择问题

由于各个地区自然资源不同，其对节能的要求也不同，本文仅对福建地区进行讨论。根据DBJ13-305-2019《福建省公共建筑节能设计标准》第8.1.3条规定：有生活热水需求且技术经理合理时，宜采用高效空气源热泵热水系统或太阳能热水系统；第8.1.4条规定：当环境条件允许且技术经济合理时，宜采用太阳能、风能等可再生能源直接并网供电。市民生活中，光伏发电、风能发电的路灯比较实用。但实际使用过程中，往往被摒弃，究其原因主要是：前期投入大、各组件容易坏、电池使用寿命短等。功率较大的灯，前半夜还亮着，后半夜就不亮了，用过一段时间后，亮灯时间缩短，后期维护成本高。综合考虑，不如采用普通电网供电照明实用［1］。厦门某高职院校学生宿舍项目响应国家节能减排号召，大范围选用太阳能热水器和空气源热泵组合供热。厦门地处东南沿海，部分区域为海岛，均属于海洋性气候，全年气温变化和缓，属于夏热冬暖地区，夏、秋季时间较差长，春温低于秋温，气温的年较差和日较差都小，出现最高和最低月平均气温的月份均比内陆地区延迟。总体上蒸发强，云、雾和降水较多，全年雨量分配均匀。春季多阴雨天气，直接影响太阳光照，空气源热泵与太阳能搭配使用很有必要。显然，该校区供暖设计符合规范要求且逻辑合理，但存在着以下几个问题：（1）线路繁杂，故障率高。因为是组合热源，且为整栋楼集中供水，两套供热系统的控制就变得更为繁杂。通过定时器启动、关闭热水循环等设计，定时检测水温，在水温不达标时启动空气源热泵加热等等。控制系统复杂再加上产品不够成熟，控制系统的故障率极高，对产品质量难有保障。（2）集中使用，故障影响大。高职院校不同于普通高等院校，平时作息习惯及使用状况接近普通高中，宿舍居住学生较多，热水使用时间基本集中在晚自习后至夜间熄灯前，一旦出现故障，会导致整栋楼均无热水可用。1.5其他除以上案例外，还有校园变压器超配导致空载严重、变压器直接闲置等问题。

2应对策略

2.1深入了解业主需求，合理设计系统

对于前期供电、供热系统选择及规划问题，若方案设计之初没有因地制宜地规划方案，实际使用中容易出现上述许多问题。因此，在设计之初，应与建设单位深入沟通，了解系统配置方面的情况，制定合适的方案，避免后期维护、改建造成的资源浪费。

2.2供配电系统节能设计

在建筑工程项目当中，供配电系统是其重要的电气设计基础部分，也是极为关键的部分，直接关系到电气设计整体的节能降耗效果，应综合考虑，再进行供配电系统负荷节能技术的规划与应用。2.2.1计算和布局首先，应根据建筑类别采用单位指标法进行估算，得出初步模型，根据初步计算模型对建筑群体做设备房位置、变压器台数和容量的初步供电设计规划，选址应尽量位于负荷中心，且距最远点不超过250m。再根据建筑主体及各专业提供的用电负荷进行详细计算，对配电系统做详细设计。最后再根据单位指标法对计算结果做校核，防止由于某些数值取值偏差，导致变压器选择与实际不匹配。2.2.2设备选择变压器应选用能效等级二级以上的变压器，如SCB13或更高等级。变压器负载率介于60%~85%之间，并设置无功补偿装置。

2.3合理选择光源与控制开关

我国早在九十年代就已经提出建筑节能设计，经过几十年的不断尝试和创新，产品不断迭代更新，目前市场上照明及其相关产品相当丰富，设计也均能在符合规范的基础上作到更节能。常用的灯具已经从以往的金卤灯、荧光灯等逐渐换成半导体发光二极管（LED灯），LED灯具有产品多样、发光效率高等优点，可以替代曾经的主流光源［2］。拿三基色荧光灯与LED灯做比较，如下：表1三基色荧光灯与LED灯管参数比较品种灯管功率/W光通量/Lm使用寿命/h相同房间相同照度同类灯具时需要的灯管数三基色荧光灯1813701200023LED灯管1818001500017注：灯管技术参数选用同一品牌的数据。选用房间尺寸为8m×7.35m×3m的房间，以工作面高度为0.75m的办公室为例，计算照度和功率密度分别为278.23lx/7.04W/m2和270.2lx/5.2W/m2。从表中的数据中可以发现，LED灯节能方面表现优秀。但仍需要注意，LED灯具是否存在频闪和蓝光超标情况。根据GB50034-2013《建筑照明设计标准》第7.3.4条规定：住宅建筑共用部位的照明，应采用延时自动熄灭或自动降低照度等节能措施。GB50096-2011《住宅设计规范》第8.7.5条规定：共用部位应设置人工照明，应采用高效节能的照明装置和节能控制措施［3］。目前市场上常用的节能自息开关产品很多，例如：声光控节能自息开关、触摸延时开关、红外人体感应开关。前两者由于价格优势，在以往的建筑中被大量使用，但缺点较多，近年来，随着人们的生活水平提高，红外人体感应开关成为新的主流。

2.4设置智能控制系统，减少无人运行

前面提到的电梯控制问题，主要是控制系统的问题。多部垂直电梯可以采取电梯群控措施，通过微机控制和统一调度多台集中并列的电梯，既能节约能耗，还能提高运送效率。电梯群控已是技术成熟的产品，且经济合理。公共扶梯则可增加称重传感器及釆用变频器，带动传动电机运行速度，来实现有人时运行，无人时停止，特别适合用在人流量小或者人流有明显周期的场所。随着社会的发展，人工成本在逐步提高，采用上述系统虽前期投入稍大，但后期管理成本得以降低，并且电梯的使用寿命也得以提高［4］。综合对比，适当增加技术成熟的控制系统，能够大大提高使用效率，节约成本。

2.5合理设置可再生能源

可再生能源在电气方面，主要有水力发电、光伏发电和风力发电。相对水力和火力发电，光伏发电和风力发电算是新型电力系统，由于新型电力系统都有随机性、波动性等特点，大量新型能源的电力系统，将会让整个电力系统产生很大变革。本文主要讨论光伏-建筑一体化［5］。光伏发电主要是通过光伏电池将光能转化为电能，其由蓄电池组、充放电控制器、逆变器、交流配电柜、太阳能跟踪控制系统等设备组成。2.5.1光伏组件的选择当前，光伏建筑一体化中主要使用的是晶硅光伏组件，该组件成本低、效率高、不透明、颜色单一、尺寸固定。包括碲化镉、铜铟镓硒、非晶硅薄膜光伏组件，这三种组件颜色美观，可用作幕墙玻璃或屋瓦，但效率低、成本高，所以应用规模不大。2.5.2光伏组件的安装位置除产品特性区别外，还应考虑环境影响，分析建筑所在环境，如西北高海拔地区，光线充足、空气稀薄，相比东南沿海，空气湿度大，云雾雨天气占全年时间多，更适合安装光伏组件。我国处于北半球，建筑南面日照时间长、北面短，所以除了屋面外，建筑南面安装光伏组件收益相对高［6］。2.5.3光伏应用场景分析除可与电网并网外，光伏发电能作为高耗能工厂的电能补充；可用作民用建筑中公共区域的用电，如公共区域照明，汽车充电桩等；在偏远地区，景区等城市电网不容易到达的区域，可采用光伏发电，有利于降低电能长距离传输的各种成本，且由于偏远地区地多人少，有足够的空间设置光伏组件及其他设备，从而减少线路长距离铺设的消耗［7］。

3结语

电力行业碳排放占总排放量比例较大，做好供电、用电系统规划对达成“碳中和”目标有着重大意义。节能要从前期规划开始考虑，各个环节都不能疏忽，设计师应掌握相关知识，严格按照规范要求，合理选择产品。

参考文献

［1］福建省建筑科学研究有限责任公司.DBJ13-305-2019福建省公共建筑节能设计标准［S］.福州：福建省住房和城乡建设厅，2019.

［2］中国中元国际工程公司.GB50057-2010公共建筑节能设计标准［S］.北京：中国计划出版社，2010.

［3］中国建筑东北设计研究院有限公司.GB51348-2019民用建筑电气设计标准［S］.北京：中国建筑工业出版社，2019.

［4］任元会.提高认识，实施标准，推进建筑照明节能［J］.建筑电气，2005（2）：15-18.

［5］中国建筑设计研究院.JGJ203-2010民用建筑太阳能光伏系统应用技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2010.

［6］周民康.太阳能光伏供电在高层建筑标志系统的应用［J］.建筑电气，2002（4）：153-156.

［7］华锡锋，周名嘉.广州珠江城项目建筑节能新技术应用综述［J］.智能建筑电气技术，2011（3）：7-14.

作者：黄燕玉 单位：海口市城市规划设计研究院厦门分院