建筑电气工程设计的安全性和节能性分析

车纯彦 李启乐 刘青

摘 要：在经济高速发展的背景下，人们的生活质量持续提升，对建筑电气设计的要求也不断提高。目前，建筑内部存在用电设备数量多、种类多、用电量大等特点，对建筑电气设计的安全性与节能性提出了挑战。本文阐述了建筑电气设计的基本原则，并重点探讨了实现建筑电气工程设计的安全性与节能性的主要措施。

关键词：建筑;电气工程;安全性;节能性

中图分类号：TU85 文献标识码：A 文章编号：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

隨着经济与科技的快速发展，人们的生活水平不断提高，建筑设计要求也不断提升，造成目前建筑内部的供电系统越来越复杂，用电设备数量与种类越来越多。不断增长的建筑用电量使较多地区出现了电力资源危机，对建筑内部的电气安全与能耗提出了更高的要求。因此，相关单位在进行建筑电气设计时应进行优化处理，以保证建筑电气的安全性与节能性。

1 建筑电气工程设计原则

进行建筑内电气设计时，相关单位应该严格参照国家相关技术规范与标准，并根据施工现场具体情况，使电气设计得以顺利展开。具体来说，相关单位在建筑内部电气设计中应严格遵循三点原则[1]。

1.1 优先满足建筑基本功能

建筑电气设计应优先满足建筑的基本使用功能，即保证建筑内部电路电器能正常工作，实现建筑供电系统顺利运转。建筑电气设计须满足以下要求：优化建筑内的卫生设施，设置好制冷设备的温度和风量;保证建筑内运输通道可长时间畅通无阻，避免通道阻塞、传输中断等情况发生;满足建筑内照明设备的电压、亮度等要求;满足建筑内部分区域的特殊供电要求，如网吧、餐厅等场所的照明与供电要求。

1.2 做好预算控制

建筑电气设计是建筑设计的一个关键环节。在建筑电气设计过程中，应加入综合性的预算控制，不仅包括建筑施工投入资金预算，也包括后续其他环节设计费用的综合预算，以期为建筑施工单位创造更大的经济效益。在控制建筑电气设计的预算时，施工单位不应一味地节省开支，应该根据施工现场的实际情况，进行全面、综合的预算控制，在保证建筑电气设备质量的前提下，尽可能地降低施工成本，使投入的资金发挥最大的价值。

1.3 避免不必要的能耗

建筑电气设计通常与建筑能耗相关联，所以在设计建筑内部电气工程时应该遵循节能降耗的原则，针对相关设备制定节能降耗措施。为了实现节能降耗的目标，电气设计人员应充分了解建筑内各类电路电器的具体运行情况，根据其实际情况，优化现有设备或选用符合节能降耗标准的设备。

2 建筑电气安全性分析

2.1 电气安全常见问题

2.1.1 线路故障。供电线路导线长期超负荷运行会导致其电力输送能力大幅下降，内部产生热量持续增多，从而加剧线路老化，甚至会因导线温度过高引发火灾事故。此外，供电线路设计时如果没有考虑外部环境因素（如灰尘、高温潮湿环境等），也会在线路中留下潜在风险。

2.1.2 配电设备故障。目前，部分老旧建筑仍然在使用保护作用较低、可靠性较差的供配电设备，不仅无法满足建筑供配电要求，而且存在较大的安全隐患。当这些配电设备出现电气故障时，若没有事前预防或故障排除不及时，往往会引发严重事故。

2.1.3 短路和过载故障。短路和过载故障是引发建筑火灾的主要诱因。该故障产生的机理较为复杂，主要分为以下几种情况：供配电线路中的导线出现缠绕、钩挂等情况，会导致导线的绝缘层在摩擦作用下脱落、损坏，从而产生短路故障[2];用电设备因使用时间过长而出现老化现象，内部线路的绝缘层因在高温、潮湿等外部环境因素的长期作用下失去了绝缘性，从而引发短路事故;用电设备安装过程中的误操作导致设备绝缘层受损，从而出现短路;供配电线路中导线选用不符合规范（横截面积、负荷等系数未达到相关要求），导致实际电流超过导线的负载能力;低压配电系统中断路器选择不当，出现过载故障等。

2.2 安全设计的有效措施

2.2.1 保障电力供应稳定性。电力供应已成为人们日常生活中必不可少的一部分。如果电力停供，整栋建筑便即刻停止运转。因此，为维持建筑正常运转，稳定的电力供应是必不可少的。为保障建筑内电力供应的持续性与可靠性，需要在建筑内配备两个或两个以上的独立电源。具体的独立电源数应参照当地实际用电情况及电网搭建情况来决定。两路电源同时供电，可以有效避免因其中一个出现问题而不能及时供电的情况。

为了更好地应对突发的断电情况，还必须依据相关需求设置能快速发电、以柴油或燃汽轮为基础设备的发电机组，从而保证应急疏散照明、消防用电设备及电梯警铃等设备能持续正常运行。

对于高压开关柜的用电安全，必须结合相应的建筑标准与要求，配备能实现“五防”功能的高压开关柜，从而更好地解决用电安全问题。

2.2.2 保证供电线路安全可靠。一般情况下，建筑设施内部布置有多套电路以实现不同功能。在建筑电气安全设计过程中，为了保证设备电路的安全性和可靠性，不得任意变动供电电路的总线截面。在实际情况下，如果根据施工条件不得不进行变动，必须参考相关规范对实际情况进行科学计算，并在反复验证计算结果无误后在适当范围内小幅变动[3]。

2.2.3 确保设备有效接地。随着生活条件的大幅改善，计算机、空调及电冰箱等多种大功率电器设备进入群众生活中。这些设备接地宜与防雷接地系统共用接地体，但是共用接地体的电阻应该控制在1 Ω的安全范围内，否则便会威胁使用人员的人身安全，如图1所示。

2.2.4 优化消防控制系统。建筑消防控制方面的设计以实现报警灭火自动化为最终目的，实现方式主要分为火灾探测器和消防火灾自动报警系统。为了保证火灾发生时消防线路仍可正常运作，在搭建消防线路时可采用金属管明敷或暗敷。这样能保证火灾发生时，消防系统仍能有效地发出信号并实现消防水泵的控制。

另外，作为备用容灾方案，应布置两条线路对消防水泵进行控制，一条通往消防水泵控制柜，另一条通往消防控制室。

3 建筑电气节能性分析

3.1 电气节能常见问题

电气设备的种类与用电要求持续提升，但部分电气设计者对相关要求和标准未给予足够的重视，导致电气设计质量不合格、设计方案难以达到国家建筑节能标准，出现了盲目用电的情况，造成电力资源浪费。

究其原因，主要是电气设计者过度关注用户需求，在电气设计时只顾完成客户个性化设计，无视国家建筑节能标准。不仅大幅增加了建筑能耗，而且加重了供配电系统的负荷，埋下了安全隐患。因此，电气设计人员应积极引进节能技术与设备，在保证建筑基础功能的前提下，最大限度地实现节能降耗[4]。

3.2 节能设计的有效措施

3.2.1 实现供配电系统节能设计。其主要涉及3方面内容。

第一，优化配电方案与变压器选择。首先，优化供配电方案。工作人员要全方位了解与分析工程项目情况，并在此基础上将项目指标合理化、经济化，从节能降耗的角度对供配电方案进行优化设计。其次，合理选择变压器。在大型建筑中选用节能型变压器可大幅减少电耗。在选择变压器时，应根据项目具体情况确定变压器额定容量，将负载率控制在0.3～0.8，从而提升变压器功率。

第二，优化线路设计。在设计供配电线路时，应根据实际情况确定线路中导线的横截面大小，按照年费用比较法来确定导线的电流经济密度。导线材料方面，应根据实际用电类型进行选择，如铜芯线适用于一、二类应用，而铝芯线则适用于低负荷用电的第三类应用。在线路设计方面，应使用直线型设计，尽量避免线路迂回;若线路较长，应选用更上一级的导线，从而降低线路电损。不同类型导线载流量见表1。

第三，提升功率因数。如果电力设备功率因素过低，会使导线内电流增大，从而导致线路电损增加，且会使变压器损耗提升，导致变压器利用率降低。提升功率因数是一项有效的节能措施，主要可通过两种方式实现。

①利用无功功率补偿。借助静电电容器提供的超前无功电流，与用电设备的滞后无功电流相对冲，从而实现间接提升功率因数的目的。在实际操作中，可根据情况选用多种无功补偿方式，如集中补偿和分散补偿。

②直接提升功率因数。可使用同步电动机等高功率的电力设备或电力补偿性电容器，直接提升功率因数。

3.2.2 实现照明系统节能设计。其核心有三点。

第一，选用节能型灯具。节能灯具具有能耗低、发光率高、使用年限长、节能效果突出等优点。因此，在电气节能设计时，应选用节能型灯具。

第二，优化照明控制。可以通过优化照明控制的方式，降低照明系统的能耗与运维成本。

第三，引入新能源技术。引入新能源技术也是一项有效的节能降耗措施。在建筑内部应用光能技术可采取以下两种方式[5]。

①规划建筑物朝向。在建筑施工时，注意建筑物朝向，以获得更加良好的采光效果，从而有效降低建筑内照明系统的使用率与耗电量。

②优化建筑物布局。通过优化建筑群的布局，以有效保证高密度建筑群的采光效果与空气流通性能，从而有效降低建筑内部照明系统与排风设备的使用率与耗电量，实现节能降耗。

4 结语

随着建筑电气安全与能耗问题日渐突出，电气设计者应在满足建筑基本功能的前提下，实现建筑的安全性与节能性设计，在遵循实际经济效益的基础上满足用户的个性化需求，为用户搭建一个安全性高、节能性强的现代化生活环境。

参考文献：

[1]吴洋.建筑电气工程设计中的安全性和节能性[J].江西建材，2012（5）：56-57.

[2]陈冰雁.建筑电气工程设计中的安全性和节能性[J].城市建设理论研究，2016（15）：4940.

[3]孙健.建筑电气工程设计中的安全性和节能性[J].商品与质量，2016（30）：96.

[4]姬宁.建筑电气工程設计中的安全性和节能性[J].城市建设理论研究，2016（14）：1160.

[5]王莹.建筑电气设计安全性和节能性分析[J].民营科技，2014（7）：47.

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