建筑电气设计中的安全性和节能性保障措施

1 安全性保障措施

1.1 配电系统安全保护设计

1.1.1 分级保护机制

配电系统采用“母线区输入配电终端设备”三级保护结构。10kV高压进线侧应配置选择性智能断路器如施耐德 MTZ 系列，短路开断容量不超过 50kA ，故障电路可在 20ms 内切断；低压配电干线应配置模壳式断路器，并与智能跳闸装置一起实现对短路过负荷长延时和短路延时的选择性保护[1]；端子插座电路应配置剩余电流动作保护器，其中RCD动作电流 ⩽30mA ，动作时间 ⩽0.1s ，有效防止触电。

1.1.2 电气间隙和爬行距离控制

根据 GB50054《低压配电设计规范》，配电柜的设计应严格控制不同电位充电体之间的电气间隙 ⩾12mfor380V 系统和爬行距离⩾20mm ，在潮湿环境，如地下车库中提高 20% 的安全裕度。母线槽与防火区段交叉的位置，应采用防火密封胶填充，同时设置温度监测传感器，实时监测连接器的温升，阈值为 70K 。

1.1.3 短路电流限制措施

通过短路电流计算软件如 ETAP，模拟系统的最大短路电流，在变压器低压侧安装限流电抗器阻抗 4% ，将短路电流限制在 40kA 至25kA，降低断路器的分断能力要求。柴油发电机组与市政电力的并网应设置同步控制器，避免非同步合闸产生的冲击电流，且峰值可达额定电流的10 倍。

1.2 接地和防雷系统设计

1.2.1 共用接地网建设

采用 TN-S 接地系统共用一组接地装置进行工作接地、保护接地和防雷接地。接地电阻 ⩽1Ω 接地体采用 60×6mm 热镀锌扁钢和 Φ50mm 铜包钢垂直接地电极，长度 2.5m ，形成网状结构，高土壤电阻率ρ>500Ωm ，地区采用深井接地深度 30m 和降阻剂，电阻率 ⩽5Ωm_⨀ 。

1.2.2 防雷等级保护

防雷等级按 GB50057 划分。一级防雷建筑物，如油库附近的商业建筑物，屋顶应设置雷电带，如网状10 米 ×10 米，避雷针应提前放电，防护半径 30 米；二级防雷建筑物应设置防雷网，网状 20 米 ×20 米，所有屋顶突出的金属构件如冷却塔、广告牌，应可靠连接避雷器[2]。低压配电系统的入口处应安装一次浪涌保护器 SPD,Imax⩾80kA ，配电箱应安装二次电涌保护器 Imax⩾40kA ，终端设备的前端应安装三次浪涌保护器 Imax⩾20kA ，通过逐步限压将剩余电压控制在 1.5kV 以下。

1.2.3 等电位连接措施

例如，在卫生间、游泳池等潮湿场所设置局部等电位箱，金属管线、部件、聚乙烯电线应与6m2 的铜芯可靠连接[3]；主等电位箱（MEB）应与建筑物的钢筋网和地体连接，形成三维等电位网。

1.3 电气防火设计

1.3.1 防火措施

消防配电线路应采用矿物绝缘电缆（BTTZ）或耐火电缆（NH-YJV）制作，露天敷设时应穿戴耐火金属管（耐火极限 ⩾1h ），覆盖时应覆盖不可燃墙壁（保护层厚度 ⩾30mm ）。电缆井筒应设置防火隔墙（三层）和防火密封，并用红外温度计（正常工作 ⩽60^∘C ）监测电缆接头温度。例如，由于电缆绝缘施工损坏而造成短路故障，耐火电缆在火焰点燃1.5小时内保持通电，保证消防泵的持续运行。

1.3.2 设备防火设计

配电箱采用不燃材料制作，保证箱体厚度 ⩾1.5mm ，内部开关设备与可燃物的间距 ⩾300mm ，厨房、锅炉房等场所的配电箱应安装防火保温罩。应急照明应选用消防产品，连续照明时间应大于 90 分钟，疏散标志应有应急电源（蓄电池容量大于90 分钟）和声光报警功能。

1.3.3 火灾监测系统

当监测值超过设定阈值，剩余电流 ⩾300mA ，温度 ⩾80^∘C 时，应在配电干线上安装电气火灾监控探测器，监测剩余电流和温度，并通过总线上传消防控制室，发出声光报警，切断非消防电源，其中系统采样

频率 ⩾10 次 / 秒，报警响应时间 ⩽10s 。

2 节能性保障措施

2.1 负荷计算和变压器选择

2.1.1 精细化负荷计算

不同功能区的负荷划分采用需求系数法和同时系数法相结合的方法：商业营业厅的需求系数为 0.7-0.8（同时系数 0.85），办公用房的需求系数为0.5-0.6（同时系数0.75），宾馆客房的需求系数为0.4-0.5（同时系数 0.7）。使用负荷预测软件（如 DIALux）模拟年度负荷曲线，确定变压器最佳负荷率（ 60%～70% ）。

2.1.2 节能变压器的应用

10kV 级干式非晶合金变压器（如 SCBH15 系列）空载损耗比传统硅钢片变压器低 70% （1600kVA 型空载损耗仅为 1.2kW ）。采用动态11 连接组，抑制三次谐波电流（ ⩽15% ），减少对敏感设备的干扰。变压器设定智能温度控制系统，负载率小于 30% 自动切换到节能模式。

2.2 配电线路节能设计

2.2.1 导线段的优化

10kV 电缆的经济电流密度为 2.5A/m2,0.4kV 电缆为 4A/m2 。对于远距离供电线路（如地下车库照明，距离大于 100m ），应按电压损耗（ ⩽5% ）检查断面，必要时应增大一级导体规格。

2.2.2 电缆敷设方法

电缆敷设时，控制电缆充填率不应超过 40% ，电力电缆充填率不应超过 50% ，以避免因散热差而降低载流能力（多条电缆并联敷设时，修正系数乘以0.85）。在高温环境（如锅炉房），选用耐高温电缆（ 90% ），提高 15% 的容量裕度。

2.3 电气设备节能选型

2.3.1 光源和灯具

公共场所应当采用LED 光源（光效 ⩾100lm/W ）取代传统荧光灯（光效 60lm/W ），显色指数 Ra⩾80 ，色温 3000K～5000K 。走廊、楼梯间采用红外感应（待机功率 ⩽0.5W ）LED 灯，地下车库采用微波感应加光控复合控制。

2.3.2 电机和泵

空调循环水泵、消防水泵采用二级及以上（如 YE3 系列）变频调速电机，能效比普通电机提高 3%～5% 。根据泵的特性曲线，当流量降低到额定值的 80% 时，变频运行可节约电能 40% 。

2.4 智能控制系统的节能应用

2.4.1 智能照明控制

采用 KNX 总线控制系统，将建筑划分为 12 个照明控制区，通过照明传感器（精确度 ±50lux ）实现自然光补偿（，工作时间根据日照时间动态调整。该系统具有现场控制功能。商业模式和结算模式的能耗比例达到3:1，照明能耗约为每年 15% 。

2.4.2 空调系统优化

空调机组变频控制采用 BA 系统，根据回风温度（设定值 ±1^cC ）调整冷水阀开度和风机转速，过渡季节（春秋）自动切换为全新风运行。风机盘管装置应配备温度控制面板（红外线遥控），在无人在场时，风机盘管装置应自动切换到低速运行。

3 结语

建筑电气设计中的安全与节能并不对立，可以通过科学的设计方法和技术手段进行优化。根据建筑功能定位，应采取“安全第一、节能适配”的设计策略，建设安全、可靠、节能的电气系统。

参考文献

[1] 赵琴 . 民用建筑电气节能策略与技术研究 [J]. 建材发展导向 ,2024,22(17):123- 125.

[2] 谢勇 . 建筑电气设计中的安全性和节能性保障措施 [J]. 城市建设理论研究 ( 电子版 ),2024,(12):16- 18.

[3] 于隆 , 高树祥 . 建筑电气工程及其自动化、智能化技术研究 [J].房地产世界 ,2022,(08):90- 92.