浅析建筑电气安全节能设计.pdf

100/总第235期/2023/2学人问津浅析建筑电气安全节能设计陈 莉 吴浩铭（广西壮族自治区城乡规划设计院，广西 南宁 530022）摘要：电气工程是现代建筑中不可或缺的重要内容，建筑物的电气系统设计质量与建筑工程的整体质量密切相关。电气安全节能设计不仅与建筑施工的整体效果密切相关，还会对建筑业和建筑经济的发展产生直接的影响。在全球化和可持续发展的背景下，未来建筑用电发展的主要方向是安全和节能。根据建筑物的电气设计原则和建筑物电气设备的现状，从安全和节能的角度进行电气设计，提高建筑物的节能和电气安全特性。为全面推进“十四五”时期广西壮族自治区绿色建筑高质量发展，稳步提高建筑节能水平，进一步推动城乡建设领域绿色低碳发展，助力城乡建设领域实现碳达峰、碳中和，必须执行建筑节能与绿色建筑高质量发展。电能是建筑物使用过程中的重要能源。只有根据建筑物的具体特点积极实施电气节能措施，才能满足人们有效节能的需求，从而帮助建筑运营公司及整个社会获得良好的经济效益和生态效益。随着国家经济的发展，电气设备的使用也越来越多，近年来随着生活水平的不断提高，用电负荷越来越大，线路也越来越错综复杂，用电安全已经成为一个严重的隐患。该文提出电气设计过程中应遵循的几项原则，主要对用电设计的安全性和节能性进行了分析和探讨，并提出了相应的措施。关键词：建筑电气设计；安全性；节能性在现代建设工程的发展过程中，电气设计具有特定的作用。电气设计在一定程度上决定了建筑物电气系统的运行状态和电气设备的使用情况。近年来，建筑物的电气设计越来越注重安全性和节能性。在能源要求的背景下，设计师应该系统研究建筑的电气安全节能设计。建筑电气系统与人们的生产生活密切相关，在人们生活舒适度和安全性等方面具有很重要的作用，安全和节能设计可以保护电气系统的安全，解决电气设计问题，促进资源高效利用，保障电力系统能耗。在建筑电气设计过程中，必须遵循相关设计要求，根据经济性、安全性、适应性、节能性等原则，使建筑电气设计符合国家规范和标准，有效提高设计方案的可靠性。根据习近平总书记关于“双碳”目标的重要指示精神，在建筑建设、改造、运行管理全过程贯彻绿色、节能、低碳理念。此外，建筑业近年来处于稳步增长阶段，大功率用电设备也稳步增加。用电设备在为人们的生活提供便利的同时，也容易引发安全问题。因此，做好建筑用电的安全和节能工作很重要。这就需要从发电、输送电、配电方面下功夫。尤其是配电，是用户最直接面对也是最容易接触到的环节，配电系统结构是否合理直接关系到人身安全和配电是否节能。一、建筑电气工程设计原则进行建筑电气设计时，设计图纸必须严格参照国家现行规范和制图标准，设计要结合项目实际情况，积极采用先进技术，把握好设计标准，确保设计的图纸符合现场实际。并且监理部门要确保施工过程中现场与图纸一致。（一）普遍存在性原则建筑电气设计要优先满足建筑物的主要功能，即保证建筑正常运行，这就是普遍存在性原则。需要提前熟悉和预判建筑的用电分布情况。首先要保证建筑主要通道及办公、日常生活照明用电，可以提供一个良好的照明环境。其次要优化设计建筑的空调、新风系统，从而营造舒适的空气质量。再次要构建一个完善的综合布线系统，保证内外网络通信无中断、无干扰。最后要搭建安全防范工程，保障人身和建筑物固定资产安全。（二）成本最优原则建筑电气设计是建筑施工中的一个重要环节。要在满足建筑物主要使用功能的基础上，降低建设生产成本，降低建筑物运行维护的花费。如在满足规范的前提下，用铝合金电缆替代铜芯电缆；优化配电柜至各用电设备的电缆路径，减少电缆及桥架数量；推广 LED 等高效节能照明产品的应用，采用智能照明控制措施。以上措施不仅经济还节能。（三）提高节能水平原则同样在满足建筑物主要使用功能基础上，通过各种方法降低建筑能耗。如主要功能房间的照明功率密度不应高于现行国家标准；公共区域的照明系统采取分区、定时等节能控制；选用符合国标的照明灯具产品；电梯采用群控、变频调速或能量反馈等节能控制技术，提高建筑物节能运行水平。二、电气安全常见问题（一）线路故障短路和过载故障是建筑发生火灾的主要原因，线路故障常见如下几个方面：其一是自然老化。当电线电缆超过使用寿命，绝缘层老化及破裂，或机械强度下降，会使电线电缆烧坏。其二是用电设备过载、短路等故障导致用电线路烧坏。其三是人为故障。施工过程中作业人员不规范作业，乱接、乱剪电线，101总第235期/2023/2/学人问津会导致用电设备不能正常工作，损坏用电设备或电线电缆。（二）电气设备故障用电设备使用过程中产生故障的原因比较多，从设计、购买、安装到使用环节都可能造成设备故障。如设计电气方案时没有正确选择导线截面积，采购了假冒伪劣产品或设备参数与原设计不符的产品，施工时安装错误或接线错误，运营以后操作过猛造成机械性损坏，遇到雷击等意外事故。当配电设备发生电气故障时，如果事先没有采取预防措施或未能及时消除干扰，往往会导致严重事故。（三）触电事故触电事故发生的原因主要有以下几种情况：使用假冒伪劣产品或不合格的电气产品；人员触及老化的供电线路、未进行接地保护的用电设备及裸露的开关等；没有正确安装地线或者地线质量不达标；非专业维修人员进行电气维修；用电设备缺乏危险警告标识等。三、建筑电气设计的安全性（一）配电线路布线系统的安全防火设计在一栋建筑物中，位于配电房的变压器是为建筑物提供能源的“心脏”，由变压器至用电设备的配电线路则是建筑物的能源“血管”。为了保障整个建筑物“血管”的安全健康运行，首先要合理选择各级低压保护电器。电器额定电压和额定频率要和所在回路一致，电器的额定电流要大于供电回路的计算电流，要符合所在场所的环境，还要满足短路条件下动稳定与热稳定的要求。其次配电线路里导线的选择也极其重要，导体的载流量不应小于预期负荷的最大计算电流和按保护条件所确定的电流，并应按敷设方式和环境条件进行修正，导体所用的材质、绝缘类型及燃烧性能要根据实际运用场所进行选择。（二）供电电源的安全性措施在民用建筑的供配电系统中，通常是由项目附近的变电站引入 10 千伏电源，或从附近的 10 千伏开闭所引 220/380 伏电源至建筑总配电箱。民用建筑电气设计标准（GB51348-2019）明确规定了供配电系统的设计应根据民用建筑工程的负荷性质、用电容量、工程特点、系统规模和发展规划及当地供电条件合理确定设计方案。一级负荷应由双重电源供电，这样可保障一个电源故障时切换至另一个无故障电源。二级负荷外部电源进线宜由 10 千伏双回路供电。三级负荷则可采用单电源供电。此外，对于供电可靠性要求高的项目，常采用柴油发电机作为一级负荷、二级负荷的备用电源，需要注意的是，发电机组电源不得与市电并列运行，且要有防止误并网的联锁装置。（三）提高建筑防雷与接地设计的安全可靠性建筑防雷与接地设计的重要性毋庸置疑，既可以保护用电设备不受雷击损坏，又可以保护人员的生命安全。建筑防雷由外部防雷装置（接闪器、引下线）、内部防雷装置（接地网）、雷电电磁脉冲防护系统（浪涌保护器）组成。而在接地系统中，接地装置优先利用建筑物的自然接地体，在实际施工中，通常将基础桩与地基中的 16 以上钢筋焊接作为防雷引下线，利用基础底板的两根主筋通焊作为水平接地极。接地电阻必须小于1 欧姆，才能保障施工人员、建筑使用者的人身安全。这种施工方式具有施工简单、地基效果好、投资少等优点。（四）建筑电气防火设计合理设置建筑电气防火设计可以极大地提高整套电气系统的安全性，电气防火设计内容包括火灾自动报警系统、电气火灾监控系统、消防应急照明系统、消防电源及配电系统、配电线路布线系统，最终实现整个报警和消防系统自动化运行。由于明敷的导线在火灾时容易被高温摧毁，因此要用金属导管或金属线槽保护。当一个建筑物设计了火灾自动报警系统，可以自动监控设备安全状况，监控建筑物火灾状况，使管理者能在最少的人力资源下实现对建筑的监控和管理，保障固定资产和人身安全。四、电气节能常见问题近年来，单个项目建筑设计越来越短，全文强条的规范却接连发布，导致电气设计内容越发繁重，电气设计人员往往在赶工期时忽略了预留时间来思考自己的设计方案是否达到最优。很多业主拿到设计文件后还要请优化公司进行优化设计，这就造成了资源浪费。因此，电气设计人员必须在保证建筑物基本功能的基础上，提前思考和学习最新的节能技术和设备，最大效率地进行节能降耗设计。五、建筑电气设计中的节能性（一）节能设计一是优化配电方案，选择合适变压器。设计人员必须对项目的性质进行全方位的了解和分析，在此基础上，设计方案要达到经济性和实用性的效果，从节能减排的角度优化能源消耗策略和分配。另外，要选择合适的变压器。在大型建筑中选择节能电器可以显著降低能源消耗。选择变压器时，应根据工程的具体情况确定变压器的额定容量，变压器的负载率应控制在 30%80%。二是优化导线选型。在设计电气设备和配电线路时，应根据实际情况结合业主需求选择电缆型号和材质。低压配电导体选择应符合下列规定：消防负荷、导体截面积在 10 平方毫米，下线路应选用铜芯。此外，除民规中列出的几个特定场所要选用铜芯电缆以外，其余可选择铝合金电缆。线路设计方面，应尽量采用直线，满足动稳定与热稳定要求，避免电路中的干扰；如果线路很长，则可以考虑合并回路，增设配电总箱来减少出线回路。三是提高系统功率因数。如果系统中用电设备的功率过小，会使导线中的电流增大，造成线路损耗增大。可以通过提高设备的自然功率因数，减少无功需求。对容量大且平稳运行的负荷，实行就地补偿措施；对容量小且间断运行的负荷，适宜在变压器低压侧进行集中补偿，从而降低能耗。1.通过无功补偿中的静电电容产生的无功电流，抵消用电设备运行中产生的无功电流，来达到提高功率因数的目的。在实际工作中，可以根据情况设置集中与就地补偿等多种补偿方式。2.直接提高能量质量。如同步发电机或异步发电机之类的发电机可用于提高电能质量。（二）照明设计实现节能照明设计中要能同时实现节能设计，主要原则是在不影响场所照度的情况下减少系统运行的用电量。节能的专项措施主要有以下三个方面。一是充分利用自然光照明。自然光作为可再生能源，应在102/总第235期/2023/2学人问津照明设计中充分利用。建筑应尽可能应用自然光，减少电力的使用。二是选择合适的灯具。对于建筑来说，很多时候需要使用不同的灯具，所以要根据具体位置选择合适的灯具类型。推广LED 等高效节能照明产品的应用，采用智能照明控制措施。例如，太阳能灯具可用于庭院照明，声控开关灯具可用于走廊、楼梯间等人员进出频率少的地方。三是研究选择不同的节能照明方式。对于采光不好的工作场所，可增加照明灯具或选用功率大的光源；对于采光好的区域照明面积可减少到工作面积的 1/51/3。灯具与墙壁的距离要合理规划和安装，以达到低能耗的目的。（三）减少线路损耗的节能措施在电力传输过程中，由于线路长度或其他因素，增加电阻会造成损耗。因此，在设计配电线路时需要降低线路电阻，以降低线路损耗。当然，在规划路线的时候，尽量让电缆沿直线行走，减少线路长度。此外，还应考虑线路在安装过程中的散热问题。（四）选择节能型电动机众所周知，在配电系统运行过程中，功率越大的电动机消耗越多的能量。因此，在房屋用电建设中，必须创造更多节能型能源。例如，垂直电梯可采取群控、变频调速或能量反馈等节能措施；自动扶梯可采用变频感应启动等节能控制措施。还要选择符合电动机额定电压的电压等级，让电动机能正常工作运行。（五）变压器节能设计变压器可以调节和控制整个建筑配电系统的能耗，但变压器本身也是个能耗大户，损耗在电网损失中占据 50%以上。因此降低变压器损耗，使用节能变压器是大势所趋。变压器节能可以从以下几点着手。第一，使用绿色环保材料组装的变压器，降低变压器使用耗材的比例，可以防止变压器成品污染，且可以节省能源。第二，配电设计时实现变压器三相负载的实时平衡，因为当变压器处于三相负载不平衡运行状态时，不仅会增加自身能耗，还会增加一次高压侧的线损。（六）利用可再生能源作为项目前期部分，电气设计要努力推进新建建