電氣工程自動化在建筑設計領域的應用研究

當前我國經濟處在迅速的發展階段，伴隨著經濟的發展，各行業都有了極大的變化。在快速發展的時代背景下，對于自動化的要求也越來越高，因此發展自動化工作就顯得十分必要。建筑行業作為能源消耗較大的行業，采取自動化措施能有效改善建筑能耗，促進建筑行業的可持續發展。在建筑設計中，通過采取電氣自動化的措施能有效減少電能消耗，避免資源浪費。
1 建筑電氣工程的重要性
1.1 電氣工程在建筑施工中的意義
在建筑工程中的一切電力設備和電源均來源于電氣工程，在施工過程中，一旦缺少電的供應，設備就不能運行，沒有照明，在相對黑暗的場地進行施工基本不可能，因此建筑工程里最主要的部分就是電氣工程，沒有電力供應，就不能正常進行建筑施工工作，導致工程效率的降低。
1.2 電氣工程在日常生活中的意義
當今社會，電力對每人的生活都意義非凡，不僅施工過程需要電，在日常的生活中，如平常的照明、取暖或做飯均需要電的幫助，所以建筑電氣工程是極為必要的。從其他方面看，在現在的社會生產中電也是不可缺乏的能源，隨著社會生產力與自動化的持續進展，現在社會生產上很多工廠需要使用大型機器工作，但大型機器需要電力提供能源，因此，建筑電氣工程對當今生活十分重要。
2 建筑電氣設計應該遵循的原則
2.1 滿足建筑自身功能的原則
建筑電氣在設計時應遵循滿足建筑自身功能的原則，只有滿足這一基本原則才能開展建筑電氣設計。建筑電氣設計要滿足建筑自身功能，具體表現在以下幾方面。
（1）建筑照明線路的布置方法，照明元器件的選擇要與建筑物相互切合，不能影響建筑工程的正常使用體驗。
（2）建筑物內部的樓體間、安全通道等，都要求設計便于使用者觀察的照明系統。
（3）一些特殊場所，應突出電氣系統的布置特點，保證電氣系統滿足其特殊需要。
2.2 經濟性原則
建筑電氣設計要滿足經濟性原則，這一原則主要體現在建筑電氣設計階段要控制在合理的造價范圍內。所以作為建筑電氣工程設計人員，應通過制訂完善的設計方案，根據設計標準規范選擇合適的材料，確保電氣施工工作達到節能效果，同時又具備一定的經濟性。
2.3 降低無效能源損耗的原則
作為建筑電氣設計人員，在開展正式設計工作前，須充分了解建筑物的總體電氣消耗情況，只有明確了解這一情況才能有效改進能源消耗量，確保建筑電氣設計工作獲得良好的節能效果。如建筑電氣中的變壓器功率、內部線路的損耗，這些均沒有具體的經濟效益，因此針對這些方面應采取節能設計，降低無效能源消耗，將建筑電氣設計的節能效果發揮到最大。
3 電氣接地系統的設計
3.1 TN-S系統的設計分析
作為接地系統之一，TN-S 系統是將中性線和線系統相互分開，組合P 線與三相四線接地系統。通常來講，TN-S 系統適合應用于建設工程項目中電力變換、配電單獨設置的入線方式。TN-S 系統中要嚴格分開中性線N 和PE 線，也就是將變壓器中性點接地，同時不與其他線路有連接。
TN-S 系統安全性比較高，因為系統自身不存在電流PE 線，沒有電壓。TN-S 系統一般用于工業和民用建筑的低壓供電系統中，當前的智能建筑中使用TN-S 系統較多，在使用TN-S系統時如果有特殊要求要提前準備。
TN-S 系統應用到智能大廈中要認真考慮如何使用，因為智能大廈類的建筑電氣工程中大部分機械及電氣設備使用單相電占據了大比例的電力負荷，在中性線中一般會有隨機電流。
智能大廈會經常使用熒光燈照明，N 線也將存在三次諧波，由于都是在N 線中疊加，會加大電流，增加災害事故的發生幾率。如果將N 線與PE 線相互連接，進入設備外殼會加大事故發生的頻率，十分不可取。
所以在智能大廈建筑工程的電氣工程自動化設計工作中，要做好全套的交直流、安全保護及防雷接地，確保電氣自動化系統能安全可靠運行。
3.2 智能樓宇照明控制系統
當前科學技術的快速發展促進越來越多的建筑向智能化發展，智能建筑的出現使人們生活更加便利。智能建筑是在傳統建筑的基礎上，通過計算機技術、網絡通信技術、控制技術等的運用，使建筑物內部各種設備之間實現智能化、綜合管理自動化。智能樓宇系統由較多子系統構成，各子系統是相互協作、共同運行，從而實現建筑工程智能化。
目前，智能樓宇技術的具體應用有樓宇自動化、安防自動化、消防自動化、辦公自動化、照明自動化等。作為一個完整的智能建筑系統，會將若干先進技術跟樓宇的具體應用進行有機融合，實現樓宇中各子系統的自動化和智能化控制，從而形成一個完備組織。和普通建筑相比，智能化樓宇具有良好的節能效果，同時滿足用戶對不同環境功能的需求。
智能樓宇照明系統（簡稱IBLS）與傳統建筑照明控制系統存在許多區別，智能樓宇照明系統能涵蓋更廣的區域，涉及辦公區域、公共區域、住宅區域等，因此照明控制具有較高的復雜程度，同時也大幅增加了用電設備的數量。從工作性質看，傳統家居照明系統對燈光照明的控制主要是利用數字智能網關、智能化遙控器等設備實現，從技術上進行開關控制達到照明的要求。傳統家具照明重點在于照明的實用效果，對于觀賞性、舒適性等方面的要求較小。
樓宇照明控制系統則更加注重其他方面的要求，智能樓宇照明系統對照明的要求更加復雜，對于辦公區域及公共區域的照明從多方面綜合考慮，照度、色度的控制及舒適度等方面都是其考慮的內容，同時智能樓宇照明系統通過優化線路結構，選擇合適的材料實現節能的目的，而且智能樓宇照明系統可將燈具的使用壽命有效延長。因此，應結合不同用戶的具體需求，既滿足整個樓宇對光環境的需求，在充分考慮照明區域、照明時間、照明強度等方面要求的基礎上，又符合綠色節能、安全智能的照明理念。
4 電氣工程自動化在建筑設計中的應用
4.1 發電場
電氣自動化技術的普及實現了測控系統在實際工程中的應用。分布式測控系統可實現分層分布式測量與控制過程，并通過數據通信系統、網絡和遠程工作站等單位，形成完整的網絡系統，并通過分布式測量控制系統的監控單元和系統的過程，生產過程中的處理單元，并直觀顯示出來，有利于對經營者的控制工作及分布式測控系統能及時打印生產過程中接收信號，操作人員對系統的分析更加方便，簡化了操作過程，提高電氣工作的工作效率。
電氣自動化技術應用于燃煤電廠的爐、電、機一體化運行，讓操作者可通過監控系統處理相應的安全隱患。發電廠電氣自動化主要應用于自動化、單機自動化和工廠自動化等設備，保證電廠的穩定運行，保證供電系統的安全。
4.2 電網調度
電氣自動化技術可有效應用在電網調度自動化系統，電網調度自動化系統主要由硬件和軟件組成，達到實現電網調度自動化的目的。電氣自動化技術推動電網調度自動化系統的發展，有助于管理者對電網進行數據采集、分析和整理，提高電網調度的效率。
4.3 節能自動化的電氣設計
4.3.1 合理選擇供配電系統以及變壓器
對于建筑電氣工程項目而言，做好供配電系統設計及供電電壓設計工作能保證電氣工程獲得良好的節能效果。因此，作為建筑電氣設計人員應根據相關參數，科學選擇供電低壓，從而設計出科學合理的供配電系統，保證供配電系統的接線較為簡單，將配電等級控制在兩級之內。另外，應根據實際情況選擇變壓器，將消耗控制在節能范圍內，有效提高運行效率。
4.3.2 建筑照明系統的節能設計
建筑照明系統是建筑電氣工程中非常重要的組成部分，在整個建筑電氣工程中照明用電占據著較大的比例，因此需采取科學的方法達到節能的目的。
在建筑照明設計過程中，應對照明的光色、照度及顯色指數進行科學設計，特別需要注意自然光的有效使用，從而更加合理地利用建筑環境的反射條件，確保節能效果的最大化。
建筑電氣工程要合理選擇燈具，如果燈具在較高的位置，就需要選擇高壓鈉燈或金屬鹵化物，還可選擇較大功率的熒光燈（細管）；如果建筑物不要求特別的光亮，提倡使用熒光燈。
4.3.3 提升電氣系統功率因數
建筑電氣設計工作過程中，要有效提升電氣系統的功率因數有以下措施。
（1）應采取功率因素較高的電動機，這樣能將設備無功功率的要求顯著降低，將建筑電氣設備的自然功率因素有效提高。
（2）利用電容器進行無功功率補償工作，可有效彌補因感抗造成的滯后無功功率。采取此種方式的主要原因是電容器產生的功率屬于超前無功功率的范疇，正好可與滯后的相互抵消。
（3）如果確定了用電設備選型以及調速控制方案，自然功率因素一旦無法同標準相符合，就需進行無功功率的補償。
如果供電點距離較遠，又缺乏無功功率較大的設備應選擇使用就地補償的措施，可將線路上的無功傳輸損耗有效降低，有效提升節能效果。若用電設備比較集中，補償方式選擇成組補償。
4.3.4 加強無功功率補償
一般情況下，選擇三相共補方式作為無功補償方法較多，較適合在低壓網絡中應用。當前社會經濟正在快速發展，建筑電氣工程大部分都選擇大功率的電氣設備，從而在無形之中增加了三相平衡的難度系數。因此，就需要對配電電壓器進行單相的無功補償工作，要從工程實際出發進行綜合考慮。
5 結束語
電氣工程自動化在建筑設計中的應用效果和范圍持續擴大。在建筑設計中電氣工程自動化發揮巨大的作用，直接影響建筑功能的發揮。隨著建筑結構復雜化發展，電氣工程自動化的應用也需要不斷調整，保證電氣工程運行效率。電氣工程自動化能夠為建筑提供更優質的服務，通過自動化改造及時發現建筑中存在的主要問題，在根本上保證建筑電氣設備運行的質量和效率。