建筑电气设计安全性和节能性的综合考虑
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摘要：本文介绍了现代建筑设计中的现状，指出建筑电气是建筑的一部分，做好建筑电气设计的安全性和节能性是建筑电气设计师的职责。分别从变配电室、供电线路、照明设备、动力设备、防雷及保护接地、火灾报警及弱电系统等几个方面介绍了建筑电气设计对建筑安全性和节能性的综合考虑。
关键词：建筑电气；安全性；节能性
引言
我国现阶段建筑能耗总量持续快速增长、建筑用能效率普遍偏低。据统计，目前我国建筑运行能耗约占我国全社会总能耗的30%，抓好建筑节能是控制温室气体排放的重要举措。为响应国家有关节能减排号召，加强建筑节能控制工作显得势在必行。而随着社会的发展和人民物质生活水平的提高，建筑领域电气智能化、自动化的大量应用更使得建筑本体用电量猛增。这些都要求建筑电气工程师充分发挥专业特长，在满足建筑功能要求，给居民提供安全、舒适、便捷生活空间的同时，尽可能的减少建筑电气方面的耗能。但所有这一切都要在保证用电安全、建筑物安全使用的基础上进行。下面分别从建筑电气设计安全和节能两个方面进行分析。
一、建筑电气设计的原则
设计规范是国家或地方制定的设计准则，它体现了国家的相关政策对建筑的质量要求，是建筑电气设计者设计的执行标准。建筑电气设计应严格遵守相关的设计规范。
建筑电气设计应满足建筑的功能需求，并保证安全可靠的连续运行，为居民创造安全、舒适、便捷的生活空间。做为建筑本体的一部分，建筑电气在设计过程中，要衡量各方面因素，在经济方面既要考虑前期投资费用也要兼顾以后的运行成本及维护费用，最大限度降低寿命周期费用。考虑建筑的寿命周期费用是也就是考虑经济性，也是节能的一种体现。
二、建筑电气设计的安全性和节能性的权衡
建筑电气设计分为变配电室、供电线路、照明设备、动力设备、防雷及保护接地、火灾报警及弱电系统等几个方面。下面我就从这几方面进行分别阐述：
（一）变配电室
电力在现代建筑中占据重要位置，没有了电，建筑（尤其是高层建筑）就会处于瘫痪状态。保证建筑电力的稳定供给是保证居民正常生活的基础。而变配电室是整个电力系统的心脏部分。加强这部分的设计，是保证整个电力系统正常可靠运行的关键。这一部分有三个关键点：
1、确定供电方案及计算用电负荷量。要确定供电方案首先要确定用电负荷等级，用电负荷等级是根据建筑物的不同属性来进行划分的，其中一、二级负荷的供电电源应有两个独立的回路供电或采用一条回路电源和备用电源（发电机、应急EPS）供电，即所谓的双电源供电方式。在确定供电方案后，首先就要计算用电负荷量，这步相当关键，因为从节能的角度来看，用电量计算小了，以后的用电量的扩容可能就不会得到满足，用电量计算大了，无形之中就会造成所选变压器的容量、开关的容量、线缆线径都要相应的增加，直接会增加成本，如果增加的这部分在现实中使用不到，那不可避免的会造成浪费。所以确定用电负荷量相当关键。
2、选择变压器。因为变压器的形式和种类比较多，所以选择什么样的变压器会直接影响到使用的安全性和经济性。变压器应选用“节能型变压器”，这里所指的“节能型变压器”是性能参数空载、负载损耗均比GB／T6451平均下降10%以上的三相油浸式电力变压器(10kV及35kV电压等级)；产品性能参数空载、负载损耗比Gwr10228(组I)平均降低 10%以上的干式变压器。它们都是选用高导磁的优质冷轧晶粒取向硅钢片和先进工艺制造的新系列节能变压器。由于“取向”处理，使硅钢片的磁场方向接近一致，以减少铁芯的涡流损耗；45°全斜接缝结构，使接缝密合性好，可减少漏磁损耗。与老产品比，节能型变压器空载损失和短路损失降低，10kV系列分别降低41.5%和13.93%。平均每千伏安年节电9kW•h。节能型变压器，因其具有损耗低、质量轻、效率高、抗冲击、节能显著等优点，而在近年得到了广泛的应用。再有就是变压器的容量选择。理论上计算变压器负载率为50%时，变压器的有功耗能能耗最小，但此时变压器的无功能耗增加，因此要考虑综合经济效益后进行选择。工程中变压器的容量选择在考虑初始投资和运行费用后，一般变压器的负载率取容量的80%。
3、确定配电盘柜及元器件。在设置配电盘柜时，应根据当地供电部门的要求设置无功补偿，即设置电容补偿柜，按全国供用电规则规定，高压供电的用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户，在当地供电局规定的电网高峰负荷时功率因素应不低于0.9。有必要指出的是，针对无功能耗高的用电设备，就地安装无功补偿装置，可有效减少线路上的无功负荷传输，其节能效果比集中安装、异地补偿要好。同时积极选用具有节电效果的新系列低压电器，以取代功耗大的老产品，从而既保证安全可靠运行，又能取得较高的节电效益。
（二）供电线路
建筑中供电线路繁多，为保证各种用电设备线路的稳定、安全运行，通常要根据用电负荷计算线缆线径，供电线路的线径一旦确定就不能随意更改。如果要更改也要参照规范和各种类型线缆的载流量及敷设方式作相应的计算验证后再确定。否则线路截面的变小，使电阻变大，功率过载将导致电路发热或引发火灾。建筑中供电线路长且多，由于电阻的存在，当电流通过时就会产生功率损耗，其计算公式是ΔP=3I2R：式中：ΔP―三相输电线路的功率损耗；I―负荷电流；R―导线电阻。对于供电线路选定的条件下，“R”值不变。可见电流越大，电路损失越大。线路的电阻R=ρL/S，故电阻R与电阻率ρ、导线长度L成正比，与导线截面S成反比。考虑到用电的节能性，就要减少线路电阻损耗。因此，应从以下几个方面考虑：1、选用电阻率ρ较小的导线，如铜芯导线较佳，铝线次之。2、减少导线长度L，在设计中线路应尽量走直线少走弯路，另外在低压配电中尽可能不走或少走回头路。变电所的设置应尽可能地靠近负荷中心，以减少供电半径，尽量缩减低压侧的传输距离，因为低压侧的电流较大，线路电损相对要高，同时还能有效减少低压电缆的初始投资费用。3、增大导线截面积S，对于较长的线路，在满足载流量、热稳定、保护配合及电压降要求的前提下，在选定线截面时加大一级线截面。这样做既能保证用电安全，预留电力扩容，同时可降低线路功率损耗，其增加的线路费用，可以由以后节省的运行费用进行补偿。
（三）照明设备
照明节能设计就是在保证作业面视觉要求、不降低照度的前提下，减少照明系统中光能的损失，从而最大限度的利用光能，通常的节能措施有以下几种：1、充分利用自然光，在设计中电气设计人员应多与建筑专业配合，做到充分合理地利用自然光使之与室内人工照明有机地结合，从而节约人工照明电能；室内表面采用高反射率的浅色饰面材料，以更加有效地利用光能。2、使用高效节能灯具和高效电子镇流器、节能型电感镇流器、电子触发器以及电子变压器等。公共建筑场所内的荧光灯宜选用带有无功补偿的灯具；高大空间和室外场所的一般照明、道路照明，应采用金属卤化物灯、高压钠灯等高光强气体放电灯，气体放电灯应采用耗能低的镇流器，如电子触发器。且荧光灯和气体放电灯，必须安装电容器，补偿无功损耗。3、对于照明灯具进行控制也是一种行之有效的节电方法。根据照明使用特点可采取分区控制灯光或适当增加照明开关点。卧房、病房、客房等床头灯可采用调光开关；高级客房可采用节电钥匙开关；公共场所及室外照明可采用程序控制或光电、声控开关；走道、楼梯等人员短暂停留的公共场所可采用节能自熄开关。
（四）动力设备
在保证动力设备安全运行的同时，也要考虑到使用动力设备的节能性，一般要从以下方面着手：1、选用Y、YZ、YZR等新系列高效率电动机。提高电动机的效率和功率因素，是减少电动机的电能损耗的主要途径。与普通电动机相比，高效电动机的效率要高3％～6％，平均功率因数高7～9％，总损耗减少20％～30％，因而具有较好的节电效果。2、选用交流变频调速装置。推广交流电机调速节电技术，是当前我国节约电能的措施之一。采用变频调速装置，使电机在负载下降时，自动调节转速，从而与负载的变化相适应，提高了电机在轻载时的效率，达到节能的目的。3、选用软起动器设备。比变频器价格便宜的另一种节能措施是采用软起动器，软起动器是按起动时间逐步调节可控硅的导通角，以控制电压的变化。如果加入反馈信息控制，则可使电机转速随负载的变化而变化，有效达到节电的目的。
（五）防雷及保护接地
建筑物的防雷是必不可少的，同时现代建筑中存在大量电子设备，电子设备也需要通过保护接地系统与共用接地体相连，为了保证用电人员安全，此共用接地体的电阻不应大于1Ω。共用接地体可利用建筑物基础钢筋来进行制作，而不必再单独敷设扁钢，其接地电阻一般都能满足阻值要求，如不满足时再加设接地极，这样做可有效减少钢材的过度浪费，符合节能性的需要。
（六）火灾报警及弱电系统
建筑消防设计指火灾自动报警灭火系统。包括火灾探测器、分区消防、报警控制器、消防中心和气体自动喷射灭火及自动洒水灭火系统等四个部分，实现报警灭火自动化。其中，消防线路要求要求穿金属管或者暗敷，目的是火灾发生后可以保持消防线路的正常使用，保证信号、指令得到有效的传输。消防水泵的控制尤为重要，为确保安全，消防水泵的控制应设置直接启动和间接启动。值得注意的是，如消防控制室距离消防泵房距离较远，可考虑增加控制线缆线径，或提高电压等级。弱电系统配管在无特定要求的场所可大量使用PVC管材，既方便施工又满足节能要求。
三、结束语
建筑电气设计是建筑设计的一部分。建筑电气设计师应从安全性和节能性综合考虑，权衡两者之间的关系。建筑电气的安全和节能措施还有很多，潜力还很大，广大电气设计人员在设计中应精心考虑，反复比较设计方案，拿出一套在符合各种技术指标、满足各项使用功能需求的前提下，可行有效的节能措施，从而达到真正安全、节约的目的。
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