浅谈房屋建筑电气设计的优化

陈佳玉

（厦门鲁班源房屋营造有限公司，福建 厦门 361000）

0 引言

在现代科技发展的过程中，各类建设项目如雨后春笋般涌现出来。在建设项目中，电气设计工作既是项目建设的重要组成部分，又是项目投产后建筑用电的有力保证，所以，设计单位要严格控制设计质量，施工企业要重视电气元器件及线路的安装敷设质量，以确保建设项目建设和投产后的用电需要。在科技快速发展的当前，房屋建筑的电气系统越来越复杂，出现了一些问题是比较常见的，也是正常的，关键在于相关方要重视，要制定出相应的合作方案，提高电气系统设计的品质[1]。本文对房屋建筑设计中的电气设计优化进行分析和探讨。

1 房屋建筑电气系统的复杂性分析

在科技快速发展的当前，房屋建筑电气系统越来越复杂，人们十分重视房屋建筑电气设计的科学合理性。在现代化的建筑物中除了电力线外，各类网络线、接地线混杂其中。在电力系统接地中的防雷接地和重复接地、在楼宇智能化控制系统中的接地系统的接地电路，都必须通过专门的连接线路对不同电路加以处理，或由火灾控制室接地，最后再引出连接物体。消防应急设备或其它线路，必须敷设在不可燃的物件结构中，且按照相关要求，这些用于保护线路的物件的整体厚度不得＜4cm[2]。此外，对某些可以通过明敷来进行处理的情形，要求在金属管上使用标准的保护装置，有效地隔离水、火，确保线路的安全。然后，也有因为电气设计人员水平不高，不能做出正确的设计，如布线不当，从而导致工程内的电能设备存在安全隐患，给人民的财产和人身安全带来很大的危害。

2 电气设计优化

2.1 选择变压器

在房屋建筑电气设计中，选择供配电设备至关重要，要谨慎选择变压器的台数和基本配置，为电气系统的节能和智能化奠定基础。在设计过程中，一般都是以目前的用电量为基础，预先估计负载，再确定变压器的台数和基本配置。但必须注意，一定要考虑到将来的用电量，这是国际上的通行做法。

一定规模的房屋建筑，其变压器组所供电的总容量都是三级，而且相对独立，所以在高低压上都采取单母或分段的连接形式。而变电箱所提供的负载是一级，对稳定性的要求更高。在具体低压侧接线中，将母线分成两段，一段供电于公共照明，二段供电于消防，还将另一路供电电源油机设置在低压母线上[3]，以便在市电断电时自动启动。图1为具体线路示意图。

图1 线路示意图

在后期维修时，只需关闭高压断路器，关闭电源和隔离开关，就可以保证工作的安全。在仅关闭高压开关的情况下，只能对低压侧的母线及变压器进行维修工作；而将断路器换成10kV进线柜，则可以使进线电源断开后的维修工作更加方便。

由于一些用电设备尤其是公用电力设备，其用电容量较大[4]，所以应考虑以较高的电压来供电，以保证设备的正常工作，也对变压器进行保护[5]。同时，根据电气负荷的需求，确定变压器的额定容量。需要考虑负荷的峰值、平均负荷和瞬态负荷等因素，并合理预留一定的容量余量，以确保变压器在运行期间不超载。并结合电源系统的频率要求（通常为50Hz或60Hz），选择相应频率的变压器[6]。根据输入电源电压和输出负载的电压要求，选择合适的额定电压比。通常，变压器的额定电压比可以满足电网电压和负载电压的转换要求。除了上述因素，还需遵循当地电气安全标准和规范进行选择和安装。对于大型项目或特殊需求，建议咨询电气工程师或专业技术人员，以确保最佳的变压器选择和设计。

2.2 配电系统母线连接设计

一般情况下，对低电压用电的主要连接有单母线与双母线两种，一是单母线连接，另一个是母线分段连接。单母线连接的优点是操作简单，易于掌握，经济；缺点是很难保持稳定。单母段需嵌入大量的开关，当某个区段发生故障时，可以迅速地排除，保证供电继续，因此，其稳定性较高，但费用较高。在房屋建筑中，功能统一，不是办公就是住宅，对于负荷的需要相差不多。因此，必须采用双电源的方式，才能为一级负荷提供经济稳定的供电环境。采用油机与市电构成双回供电方式，实现了双回供电。在电网停电时，油机可使发电机自动起动，保证电网的正常运行。在此过程中，油机和市电之间的开关互锁，可达到对其进行自动控制的目的。

2.3 敷设线路优化

为了优化房屋建筑的电气设计，笔者主张设计备用电气系统，并对敷设线路进行优化，优化布线和电气接线，提高电气系统的稳定性和可靠性。电力分配主干电缆沿桥架进行敷设，或明敷于电力垂直井中，而电线则以管道的形式暗敷。所有的消防线都要用钢管进行地下敷设，如果是和其他的电缆在一个架上敷设，则要做好耐火处理，并且要在架体之间设置隔离层。冷冻室、塔楼部分照明、空调主干通过母线插口进行分配。明敷时，必须对消防管道或金属线沟槽进行防火处理，并对消防配电室进行标识。在铺设防火电缆时，将钢管放置在不燃的构造中。

10kV高压电缆分别敷设在电井内，两路10kV高压电缆通过桥架分别敷设在电井的两端。非防火负载的主变和备变是分桥架敷设的，防火负载的电缆使用无机绝缘防火，并敷设在与防火装置没有关系的电缆那一面。对闭合母线槽垂直敷设进行抗震降扰动的处理，每隔一段距离设置一个柔性接头、一个弹性支架或一个独立的接头，通过吸收侧向变形来实现抗摇摆、抗震降扰动等目标。当高低压电缆桥架和封闭母线槽经过防火分区和楼板时，一定要进行防火封闭，并使用不小于原有防火分隔和楼板耐火极限的防火封闭材料[7]。

3 设计优化

在住宅建设工程中，安全性和可靠性是其在房屋建设中最主要的要求。目前，建筑供配电系统的维修方式以人工巡检为主，一旦出现了问题，就需要人工进行排查，这不仅需要耗费大量的时间和精力，还需要运营人的经验和能力，对故障排查的效率造成了很大的影响。在建筑中，电力设施的数量和结构都比较多，因此需要建立一个智能化的电力设施运行管理体系。

在每一楼层根据不同的业主，分别安装最终计量器，将这些计量器按照一定的楼层，集中安装在电井里，为了便于后期的物业管理，还应建立一个远程的抄表系统。建立配电网监控与管理系统，该系统采取三层体系结构，即监控中心层、通信管理层和现场采集层。这些仪表可以对变配电系统提供详细的数据采集、运行监视、事故预警以及对电能质量进行监视和控制。不仅可以帮助用户更好地控制设备的能耗，而且还可以为系统提供可靠的监控，从而更好地保证设备的安全运行。此外，这些仪表还可以提供实时的数据，从而帮助用户更好地了解运行状态。

用电保护设备具有快速的更新换代的特点，不断推出的新产品在能耗上将会低于老产品，并且在产品寿命、产品特性方面也会得到优化。在购置有关产品时，要考虑到目前的最新产品模式，并结合具体项目的经济预算，选择功率消耗小的。并且在以后的维修管理中，还需要依据线路的运转状况，选择替换性能更好，功耗更低的新产品。

4 电气设计的优化效果

电气节能是目前建筑设计中一个重要因素，传统设计电气方法与本文所介绍的优化方法在能源方面的损耗情况可通过实验测试。

笔者曾选取建筑中的两处相同的接待厅（分别为区域A、B，区域A使用优化方法，区域B使用传统方法）作为实验的场所进行电气设计节能分析。同样选取两处区域（长×宽×高）面积为100m2，区域内灯具数量为5个。表1为灯具规格参数。此次测试均使用LED节能光源作为照明设计。

表1 灯具规格参数

因为接待厅内墙体为白色，屋顶∶墙的反射比为7∶3，根据实验数据利用系数为0.56。使用的产品经过3C认证，维护系数为0.7。根据以下公式计算实际照度与功率密度值,公式如下：

式中：

E——实际照度；

N——灯具数量；

A——房间面积；

W——功率密度值。

通过分别对使用两种方法的区域进行实验计算，得出的能耗数据见表2。

表2 能耗数据

由表2可以看出，两种方法均低于国家规定能耗数值。但区域A消耗能源的数值远远低于区域B使用传统电气设计方法产生的能耗。实验表明：在房屋建筑中，使用优化电气设计的方法能够减少能源的损耗，而达到节能减排的需求，保证建筑工程达到绿色建筑节能标准。

5 结束语

为优化房屋建筑电气设计，本文通过设计备用电气系统，并对敷设线路进行优化，优化布线和电气接线，提高电气系统的稳定性和可靠性。电力分配主干电缆沿桥架进行敷设，或明敷于电力垂直井中，而电线则以管道的形式暗敷。所有的消防线都用钢管进行地下敷设，如果是和其他的电缆在一个架上敷设，则要做好耐火处理，并且要在架体之间设置隔离层。实践证明，优化方法能够减少能源的损耗。

总之，住宅建筑电气工程体系的设计水平，不仅关系到住宅建筑的使用安全，而且关系到人民群众的生命和财产的安全。因此，要提高对电气系统设计的关注程度，采用现代化的电气设计思想，运用专业的电气设计理念展开建筑电气设计，减少能量损失，为建筑中的用电安全打下基础，从而提高住宅建筑电气设计的合理性和安全性，满足居民的真实需要。