建筑電氣工程設計的安全性和節(jié)能性分析

車純彥 李啟樂 劉青

摘 要：在經(jīng)濟高速發(fā)展的背景下，人們的生活質(zhì)量持續(xù)提升，對建筑電氣設計的要求也不斷提高。目前，建筑內(nèi)部存在用電設備數(shù)量多、種類多、用電量大等特點，對建筑電氣設計的安全性與節(jié)能性提出了挑戰(zhàn)。本文闡述了建筑電氣設計的基本原則，并重點探討了實現(xiàn)建筑電氣工程設計的安全性與節(jié)能性的主要措施。

關(guān)鍵詞：建筑;電氣工程;安全性;節(jié)能性

中圖分類號：TU85 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）19-0069-03

Abstract： In the context of rapid economic development， people's quality of life continues to improve， and the requirements for building electrical design also continue to improve. At present， there are many characteristics in the building， such as large number， variety and large power consumption， which pose a challenge to the safety and energy saving of building electrical design. This paper expounded the basic principles of building electrical design， and focused on the main measures to realize the safety and energy saving of building electrical engineering design.

Keywords： architecture;electrical engineering;safety;energy saving

隨著經(jīng)濟與科技的快速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，建筑設計要求也不斷提升，造成目前建筑內(nèi)部的供電系統(tǒng)越來越復雜，用電設備數(shù)量與種類越來越多。不斷增長的建筑用電量使較多地區(qū)出現(xiàn)了電力資源危機，對建筑內(nèi)部的電氣安全與能耗提出了更高的要求。因此，相關(guān)單位在進行建筑電氣設計時應進行優(yōu)化處理，以保證建筑電氣的安全性與節(jié)能性。

1 建筑電氣工程設計原則

進行建筑內(nèi)電氣設計時，相關(guān)單位應該嚴格參照國家相關(guān)技術(shù)規(guī)范與標準，并根據(jù)施工現(xiàn)場具體情況，使電氣設計得以順利展開。具體來說，相關(guān)單位在建筑內(nèi)部電氣設計中應嚴格遵循三點原則[1]。

1.1 優(yōu)先滿足建筑基本功能

建筑電氣設計應優(yōu)先滿足建筑的基本使用功能，即保證建筑內(nèi)部電路電器能正常工作，實現(xiàn)建筑供電系統(tǒng)順利運轉(zhuǎn)。建筑電氣設計須滿足以下要求：優(yōu)化建筑內(nèi)的衛(wèi)生設施，設置好制冷設備的溫度和風量;保證建筑內(nèi)運輸通道可長時間暢通無阻，避免通道阻塞、傳輸中斷等情況發(fā)生;滿足建筑內(nèi)照明設備的電壓、亮度等要求;滿足建筑內(nèi)部分區(qū)域的特殊供電要求，如網(wǎng)吧、餐廳等場所的照明與供電要求。

1.2 做好預算控制

建筑電氣設計是建筑設計的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在建筑電氣設計過程中，應加入綜合性的預算控制，不僅包括建筑施工投入資金預算，也包括后續(xù)其他環(huán)節(jié)設計費用的綜合預算，以期為建筑施工單位創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。在控制建筑電氣設計的預算時，施工單位不應一味地節(jié)省開支，應該根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況，進行全面、綜合的預算控制，在保證建筑電氣設備質(zhì)量的前提下，盡可能地降低施工成本，使投入的資金發(fā)揮最大的價值。

1.3 避免不必要的能耗

建筑電氣設計通常與建筑能耗相關(guān)聯(lián)，所以在設計建筑內(nèi)部電氣工程時應該遵循節(jié)能降耗的原則，針對相關(guān)設備制定節(jié)能降耗措施。為了實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標，電氣設計人員應充分了解建筑內(nèi)各類電路電器的具體運行情況，根據(jù)其實際情況，優(yōu)化現(xiàn)有設備或選用符合節(jié)能降耗標準的設備。

2 建筑電氣安全性分析

2.1 電氣安全常見問題

2.1.1 線路故障。供電線路導線長期超負荷運行會導致其電力輸送能力大幅下降，內(nèi)部產(chǎn)生熱量持續(xù)增多，從而加劇線路老化，甚至會因?qū)Ь€溫度過高引發(fā)火災事故。此外，供電線路設計時如果沒有考慮外部環(huán)境因素（如灰塵、高溫潮濕環(huán)境等），也會在線路中留下潛在風險。

2.1.2 配電設備故障。目前，部分老舊建筑仍然在使用保護作用較低、可靠性較差的供配電設備，不僅無法滿足建筑供配電要求，而且存在較大的安全隱患。當這些配電設備出現(xiàn)電氣故障時，若沒有事前預防或故障排除不及時，往往會引發(fā)嚴重事故。

2.1.3 短路和過載故障。短路和過載故障是引發(fā)建筑火災的主要誘因。該故障產(chǎn)生的機理較為復雜，主要分為以下幾種情況：供配電線路中的導線出現(xiàn)纏繞、鉤掛等情況，會導致導線的絕緣層在摩擦作用下脫落、損壞，從而產(chǎn)生短路故障[2];用電設備因使用時間過長而出現(xiàn)老化現(xiàn)象，內(nèi)部線路的絕緣層因在高溫、潮濕等外部環(huán)境因素的長期作用下失去了絕緣性，從而引發(fā)短路事故;用電設備安裝過程中的誤操作導致設備絕緣層受損，從而出現(xiàn)短路;供配電線路中導線選用不符合規(guī)范（橫截面積、負荷等系數(shù)未達到相關(guān)要求），導致實際電流超過導線的負載能力;低壓配電系統(tǒng)中斷路器選擇不當，出現(xiàn)過載故障等。

2.2 安全設計的有效措施

2.2.1 保障電力供應穩(wěn)定性。電力供應已成為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚囊徊糠?。如果電力停供，整棟建筑便即刻停止運轉(zhuǎn)。因此，為維持建筑正常運轉(zhuǎn)，穩(wěn)定的電力供應是必不可少的。為保障建筑內(nèi)電力供應的持續(xù)性與可靠性，需要在建筑內(nèi)配備兩個或兩個以上的獨立電源。具體的獨立電源數(shù)應參照當?shù)貙嶋H用電情況及電網(wǎng)搭建情況來決定。兩路電源同時供電，可以有效避免因其中一個出現(xiàn)問題而不能及時供電的情況。

為了更好地應對突發(fā)的斷電情況，還必須依據(jù)相關(guān)需求設置能快速發(fā)電、以柴油或燃汽輪為基礎設備的發(fā)電機組，從而保證應急疏散照明、消防用電設備及電梯警鈴等設備能持續(xù)正常運行。

對于高壓開關(guān)柜的用電安全，必須結(jié)合相應的建筑標準與要求，配備能實現(xiàn)“五防”功能的高壓開關(guān)柜，從而更好地解決用電安全問題。

2.2.2 保證供電線路安全可靠。一般情況下，建筑設施內(nèi)部布置有多套電路以實現(xiàn)不同功能。在建筑電氣安全設計過程中，為了保證設備電路的安全性和可靠性，不得任意變動供電電路的總線截面。在實際情況下，如果根據(jù)施工條件不得不進行變動，必須參考相關(guān)規(guī)范對實際情況進行科學計算，并在反復驗證計算結(jié)果無誤后在適當范圍內(nèi)小幅變動[3]。

2.2.3 確保設備有效接地。隨著生活條件的大幅改善，計算機、空調(diào)及電冰箱等多種大功率電器設備進入群眾生活中。這些設備接地宜與防雷接地系統(tǒng)共用接地體，但是共用接地體的電阻應該控制在1 Ω的安全范圍內(nèi)，否則便會威脅使用人員的人身安全，如圖1所示。

2.2.4 優(yōu)化消防控制系統(tǒng)。建筑消防控制方面的設計以實現(xiàn)報警滅火自動化為最終目的，實現(xiàn)方式主要分為火災探測器和消防火災自動報警系統(tǒng)。為了保證火災發(fā)生時消防線路仍可正常運作，在搭建消防線路時可采用金屬管明敷或暗敷。這樣能保證火災發(fā)生時，消防系統(tǒng)仍能有效地發(fā)出信號并實現(xiàn)消防水泵的控制。

另外，作為備用容災方案，應布置兩條線路對消防水泵進行控制，一條通往消防水泵控制柜，另一條通往消防控制室。

3 建筑電氣節(jié)能性分析

3.1 電氣節(jié)能常見問題

電氣設備的種類與用電要求持續(xù)提升，但部分電氣設計者對相關(guān)要求和標準未給予足夠的重視，導致電氣設計質(zhì)量不合格、設計方案難以達到國家建筑節(jié)能標準，出現(xiàn)了盲目用電的情況，造成電力資源浪費。

究其原因，主要是電氣設計者過度關(guān)注用戶需求，在電氣設計時只顧完成客戶個性化設計，無視國家建筑節(jié)能標準。不僅大幅增加了建筑能耗，而且加重了供配電系統(tǒng)的負荷，埋下了安全隱患。因此，電氣設計人員應積極引進節(jié)能技術(shù)與設備，在保證建筑基礎功能的前提下，最大限度地實現(xiàn)節(jié)能降耗[4]。

3.2 節(jié)能設計的有效措施

3.2.1 實現(xiàn)供配電系統(tǒng)節(jié)能設計。其主要涉及3方面內(nèi)容。

第一，優(yōu)化配電方案與變壓器選擇。首先，優(yōu)化供配電方案。工作人員要全方位了解與分析工程項目情況，并在此基礎上將項目指標合理化、經(jīng)濟化，從節(jié)能降耗的角度對供配電方案進行優(yōu)化設計。其次，合理選擇變壓器。在大型建筑中選用節(jié)能型變壓器可大幅減少電耗。在選擇變壓器時，應根據(jù)項目具體情況確定變壓器額定容量，將負載率控制在0.3～0.8，從而提升變壓器功率。

第二，優(yōu)化線路設計。在設計供配電線路時，應根據(jù)實際情況確定線路中導線的橫截面大小，按照年費用比較法來確定導線的電流經(jīng)濟密度。導線材料方面，應根據(jù)實際用電類型進行選擇，如銅芯線適用于一、二類應用，而鋁芯線則適用于低負荷用電的第三類應用。在線路設計方面，應使用直線型設計，盡量避免線路迂回;若線路較長，應選用更上一級的導線，從而降低線路電損。不同類型導線載流量見表1。

第三，提升功率因數(shù)。如果電力設備功率因素過低，會使導線內(nèi)電流增大，從而導致線路電損增加，且會使變壓器損耗提升，導致變壓器利用率降低。提升功率因數(shù)是一項有效的節(jié)能措施，主要可通過兩種方式實現(xiàn)。

①利用無功功率補償。借助靜電電容器提供的超前無功電流，與用電設備的滯后無功電流相對沖，從而實現(xiàn)間接提升功率因數(shù)的目的。在實際操作中，可根據(jù)情況選用多種無功補償方式，如集中補償和分散補償。

②直接提升功率因數(shù)?？墒褂猛诫妱訖C等高功率的電力設備或電力補償性電容器，直接提升功率因數(shù)。

3.2.2 實現(xiàn)照明系統(tǒng)節(jié)能設計。其核心有三點。

第一，選用節(jié)能型燈具。節(jié)能燈具具有能耗低、發(fā)光率高、使用年限長、節(jié)能效果突出等優(yōu)點。因此，在電氣節(jié)能設計時，應選用節(jié)能型燈具。

第二，優(yōu)化照明控制?？梢酝ㄟ^優(yōu)化照明控制的方式，降低照明系統(tǒng)的能耗與運維成本。

第三，引入新能源技術(shù)。引入新能源技術(shù)也是一項有效的節(jié)能降耗措施。在建筑內(nèi)部應用光能技術(shù)可采取以下兩種方式[5]。

①規(guī)劃建筑物朝向。在建筑施工時，注意建筑物朝向，以獲得更加良好的采光效果，從而有效降低建筑內(nèi)照明系統(tǒng)的使用率與耗電量。

②優(yōu)化建筑物布局。通過優(yōu)化建筑群的布局，以有效保證高密度建筑群的采光效果與空氣流通性能，從而有效降低建筑內(nèi)部照明系統(tǒng)與排風設備的使用率與耗電量，實現(xiàn)節(jié)能降耗。

4 結(jié)語

隨著建筑電氣安全與能耗問題日漸突出，電氣設計者應在滿足建筑基本功能的前提下，實現(xiàn)建筑的安全性與節(jié)能性設計，在遵循實際經(jīng)濟效益的基礎上滿足用戶的個性化需求，為用戶搭建一個安全性高、節(jié)能性強的現(xiàn)代化生活環(huán)境。

參考文獻：

[1]吳洋.建筑電氣工程設計中的安全性和節(jié)能性[J].江西建材，2012（5）：56-57.

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[3]孫健.建筑電氣工程設計中的安全性和節(jié)能性[J].商品與質(zhì)量，2016（30）：96.

[4]姬寧.建筑電氣工程設計中的安全性和節(jié)能性[J].城市建設理論研究，2016（14）：1160.

[5]王瑩.建筑電氣設計安全性和節(jié)能性分析[J].民營科技，2014（7）：47.

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