智能建筑电气设计问题及其策略

智能建筑电气设计问题及其策略

张少鹏1龚园2刘波3

1.中国建筑科学研究院有限公司西北分院  陕西西安   710000

2.西安基准方中建筑设计有限公司陕西西安 710000

3.甘肃省建筑设计研究院有限公司甘肃兰州730030

摘要：智能建筑的电气设计相较于传统建筑具有其独特性，它对建筑的实用性、安全性、智能化水平以及节能效果提出了更高的标准。为了实现这些高标准，智能建筑的电气设计必须采用科学的方法来规划配电系统，并合理地选择和配置电气设备，以达到最佳的运行效果。本文旨在探讨智能建筑电气设计中遇到的问题，并提出相应的优化策略，以提升设计质量并推动新技术和新设备的应用，从而实现更优的综合效益。

关键词：智能建筑，电气设计，问题分析，解决策略

1. 引言

智能建筑的概念起源于20世纪70年代的美国，随着计算机技术和自动化技术的发展，智能建筑逐渐成为建筑行业的一个新兴领域[1]-[3]。智能建筑通过集成先进的信息技术、通信技术、自动控制技术等[4]-[6]，实现了建筑环境的自动化控制和管理，为用户提供了更加舒适、便捷、安全的工作和生活环境。

电气系统是智能建筑的核心组成部分，它不仅为建筑内部的各种机电设备提供动力，还承担着信息传输和处理的重要任务[7][8]。一个高效、可靠、节能的电气系统对于提升智能建筑的整体性能至关重要。因此，智能建筑电气设计需要综合考虑建筑的功能需求、能源效率、安全标准和智能化水平，采用先进的设计理念和技术手段，实现电气系统的最优化配置。

随着智能建筑功能的不断扩展和用户需求的不断提高，电气设计面临着诸多挑战[9]。首先，建筑内部的机电设备种类和数量不断增加，对电气系统的容量和稳定性提出了更高的要求[10][11]。其次，节能减排成为建筑行业的发展趋势，电气设计需要采用高效的能源利用策略，减少能源消耗和环境污染[12]。此外，随着信息技术的快速发展，电气系统需要具备更强的信息化和智能化水平，以适应数字化、网络化的发展需求[13]。

本文旨在深入分析智能建筑电气设计中存在的问题，并提出相应的优化策略，以提升设计质量，实现电气系统的高效、可靠和节能运行。通过不断的技术创新和设计优化，可以提升智能建筑的整体性能，为用户提供更加舒适、便捷的使用体验，同时为建筑行业的可持续发展做出贡献。

2. 智能建筑电气设计中的问题

智能建筑的电气系统通常包括楼宇自动化系统、通信自动化系统和办公自动化系统等。这些系统的协同工作是提升建筑智能化水平的关键。楼宇自动化系统作为电气设计的基础，负责控制所有机电设备，包括照明、供配电、给排水、通风、供热、电梯和空气调节等。通过信息通信网络，构建起分层管理、集中监控和层级控制系统，实现对机电设备运行参数的实时监测，并能根据环境变化自动调整设备状态，以实现智能建筑的基本功能。

2.1 变压器设计问题

变压器作为电能转换的重要设备，在智能建筑中承担着关键角色。由于智能建筑的用电负荷较大，变压器需要长期运行，因此其选型和设计容量的合理性至关重要。变压器设计问题主要表现在：

容量选择不当：变压器容量过大会导致能源浪费，容量过小则无法满足高峰负荷需求。

散热问题：变压器在运行过程中产生大量热量，若散热不良，会影响其效率和寿命。

维护困难：部分变压器安装位置不便，导致维护和检修工作难以进行。

因此，不合理的选型和容量设计会导致变压器损耗增大和老化，影响设备运行需求，增加系统电能损耗，引发安全性、稳定性和经济性问题。

2.2 供配电线路设计问题

智能建筑的电气设备众多，需要使用多种型号的供配电导线和电缆。由于线路众多且布局复杂，在输配电过程中会消耗大量有功功率。因此，设计时应充分考虑线路损耗问题。在现有智能建筑中，常见的问题包括：

线路损耗大：由于线路布局不合理或导线截面积选择不当，导致电能在传输过程中损耗严重。

布线混乱：线路布局缺乏规划，导致布线混乱，影响美观且不利于后期维护。

绝缘体老化：长时间运行和环境因素导致绝缘体老化，存在安全隐患。

导线截面选择不当、布线混乱、绝缘体老化等，这些问题影响了系统的可靠性，并增加了电能损耗。

2.3 照明系统设计问题

照明系统设计在智能建筑中扮演着营造良好空间氛围、减轻身体和心理压力的角色。然而，传统设计理念和方法的局限导致了照明系统中存在的问题，如：

照明效果不理想：照明设计未能充分考虑空间功能和美观需求，导致照明效果不佳。

能耗高：使用的照明设备效率不高，导致整体能耗较大。

控制系统落后：照明控制系统智能化程度不足，无法实现自动调节和场景控制。

这些问题限制了照明系统的功能发挥，影响了建筑的智能化效果。

2.4 电梯系统设计问题

电梯系统在智能建筑中的作用日益凸显，特别是在高层建筑中尤为关键。电梯系统设计中的问题主要包括：

运行效率低：电梯调度系统不够智能，导致运行效率低下，尤其在高峰时段。

能耗大：电梯运行和待机状态下能耗较大，缺乏有效的节能措施。

调度不合理：电梯调度系统未能根据实际使用情况进行优化，导致用户等待时间过长。

需要采取针对性的优化设计措施，提高电梯的控制和服务水平，以最短的时间做出科学决策，优化电梯资源配置，为人们提供高效的服务。

3. 智能建筑电气设计的优化策略

3.1 设计原则的遵循

智能建筑电气设计是一项综合性技术工作，需要遵循节能性、实用性、安全性、经济性和智能性等设计原则。节能减排是当前工程建设行业的主要发展趋势，电气系统节能是重点，需要从设计上降低建筑运行的整体能耗水平。同时，应慎重选择新型电气产品，采用技术成熟、设备实用的产品，符合国家相关标准要求，避免质量安全隐患。设计与施工密切相关，加强经济性控制，减少资源浪费，特别是在电气系统材料、设备采购量大的情况下，加强电气设计的经济性至关重要。

3.2 变压器设计的优化

变压器的性能参数受环境影响，设计时应根据建筑实际需求选择合适参数的变压器，优化变压器运行模式，最大程度发挥其性能。理论上，负荷系数为0.6时，单个变压器能达到最高效率。对于多台变压器联合使用的情况，需要通过调整容量和数量进行优化，系统性地分析变压器节能经济运行方式，从有功功耗损失最小、无功功耗损失最小、综合运行功效损失最小等方面出发，优化比选，确定变压器经济运行工况区。

3.3 供配电线路设计的优化

智能建筑电气系统设计应综合考虑设备布局、供电距离、设备参数和负荷容量等因素，确保供电系统结构可靠，所有机电设备的配电级数不超过三级。供配电线路作为电能输送的主要载体，其优化设计至关重要。应合理选择导线类型，确保电力线缆具有良好的供电稳定性和环境适应性，通过有效措施降低线路电压损耗，减少输电线路长度，选择直线布线方式，避免低压回头线路，将变压器设置在负荷中心附近，缩短输电线路。低压配电室应接近竖井，防止电能倒送导致的额外损耗。

3.4 照明系统设计的优化

照明系统设计应综合考虑各种情况，通过科学规划和针对性设计，优化照明系统的整体运行水平。明确灯具的主要照明参数，根据应用场景需求，采用高效节能的灯具和光源。选择合适的材料和形态的反射罩，提高灯具反光率。根据照度计算理论，采用多种照明方法，使配光更合理。提高照明系统的自动化控制水平，采用智能照明装置，通过智能传感器自动调光，充分利用自然光，实现照明节能。

3.5 电梯系统设计的优化

电梯系统电气控制方案应考虑高效、节能、经济和可靠等因素，采用变频调速控制方法，调整电源输入端的频率，使电机拖拽系统处于平衡状态，改变电机驱动容量，达到最佳运行状态。采用电梯群控呼梯分配控制技术，提高电梯系统的响应速度和服务效率。采用电梯回馈技术，将电梯运行中产生的部分能耗重新转换并流入配电系统中，实现电能的回收利用。

4. 结语

智能建筑中电气系统和设备的增多，需要在整个建筑物中进行合理布局。设计不合理不仅影响智能建筑的正常运行，还可能引发安全事故。因此，必须正确认识智能建筑电气设计中的不足，结合工程特点和实际需求，不断调整设计思路，改善设计方法，促进电气技术与信息技术的深度融合。通过这些优化策略，可以有效提升智能建筑电气设计的水平，实现更好的综合效益。

参考文献

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[2]沈小刚. 对建筑电气节能技术要点的几点看法 [J]. 中华建设, 2022, (01): 104-105.

[3]孟焕平,龙海珊,吴斌. 办公建筑电气系统能效研究分析 [J]. 建筑电气, 2021, 40 (11): 3-7.

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[5]汪蕾. 基于WSN的建筑电气设备能耗远程监控系统研究 [J]. 辽宁师专学报(自然科学版), 2018, 20 (04): 94-96.

[6]王小勇. 基于云服务的建筑电气综合监控系统探讨 [J]. 数码设计, 2017, 6 (08): 17-18.

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