电气工程自动化在建筑设计领域的应用研究

当前我国经济处在迅速的发展阶段，伴随着经济的发展，各行业都有了极大的变化。在快速发展的时代背景下，对于自动化的要求也越来越高，因此发展自动化工作就显得十分必要。建筑行业作为能源消耗较大的行业，采取自动化措施能有效改善建筑能耗，促进建筑行业的可持续发展。在建筑设计中，通过采取电气自动化的措施能有效减少电能消耗，避免资源浪费。
1 建筑电气工程的重要性
1.1 电气工程在建筑施工中的意义
在建筑工程中的一切电力设备和电源均来源于电气工程，在施工过程中，一旦缺少电的供应，设备就不能运行，没有照明，在相对黑暗的场地进行施工基本不可能，因此建筑工程里最主要的部分就是电气工程，没有电力供应，就不能正常进行建筑施工工作，导致工程效率的降低。
1.2 电气工程在日常生活中的意义
当今社会，电力对每人的生活都意义非凡，不仅施工过程需要电，在日常的生活中，如平常的照明、取暖或做饭均需要电的帮助，所以建筑电气工程是极为必要的。从其他方面看，在现在的社会生产中电也是不可缺乏的能源，随着社会生产力与自动化的持续进展，现在社会生产上很多工厂需要使用大型机器工作，但大型机器需要电力提供能源，因此，建筑电气工程对当今生活十分重要。
2 建筑电气设计应该遵循的原则
2.1 满足建筑自身功能的原则
建筑电气在设计时应遵循满足建筑自身功能的原则，只有满足这一基本原则才能开展建筑电气设计。建筑电气设计要满足建筑自身功能，具体表现在以下几方面。
（1）建筑照明线路的布置方法，照明元器件的选择要与建筑物相互切合，不能影响建筑工程的正常使用体验。
（2）建筑物内部的楼体间、安全通道等，都要求设计便于使用者观察的照明系统。
（3）一些特殊场所，应突出电气系统的布置特点，保证电气系统满足其特殊需要。
2.2 经济性原则
建筑电气设计要满足经济性原则，这一原则主要体现在建筑电气设计阶段要控制在合理的造价范围内。所以作为建筑电气工程设计人员，应通过制订完善的设计方案，根据设计标准规范选择合适的材料，确保电气施工工作达到节能效果，同时又具备一定的经济性。
2.3 降低无效能源损耗的原则
作为建筑电气设计人员，在开展正式设计工作前，须充分了解建筑物的总体电气消耗情况，只有明确了解这一情况才能有效改进能源消耗量，确保建筑电气设计工作获得良好的节能效果。如建筑电气中的变压器功率、内部线路的损耗，这些均没有具体的经济效益，因此针对这些方面应采取节能设计，降低无效能源消耗，将建筑电气设计的节能效果发挥到最大。
3 电气接地系统的设计
3.1 TN-S系统的设计分析
作为接地系统之一，TN-S 系统是将中性线和线系统相互分开，组合P 线与三相四线接地系统。通常来讲，TN-S 系统适合应用于建设工程项目中电力变换、配电单独设置的入线方式。TN-S 系统中要严格分开中性线N 和PE 线，也就是将变压器中性点接地，同时不与其他线路有连接。
TN-S 系统安全性比较高，因为系统自身不存在电流PE 线，没有电压。TN-S 系统一般用于工业和民用建筑的低压供电系统中，当前的智能建筑中使用TN-S 系统较多，在使用TN-S系统时如果有特殊要求要提前准备。
TN-S 系统应用到智能大厦中要认真考虑如何使用，因为智能大厦类的建筑电气工程中大部分机械及电气设备使用单相电占据了大比例的电力负荷，在中性线中一般会有随机电流。
智能大厦会经常使用荧光灯照明，N 线也将存在三次谐波，由于都是在N 线中叠加，会加大电流，增加灾害事故的发生几率。如果将N 线与PE 线相互连接，进入设备外壳会加大事故发生的频率，十分不可取。
所以在智能大厦建筑工程的电气工程自动化设计工作中，要做好全套的交直流、安全保护及防雷接地，确保电气自动化系统能安全可靠运行。
3.2 智能楼宇照明控制系统
当前科学技术的快速发展促进越来越多的建筑向智能化发展，智能建筑的出现使人们生活更加便利。智能建筑是在传统建筑的基础上，通过计算机技术、网络通信技术、控制技术等的运用，使建筑物内部各种设备之间实现智能化、综合管理自动化。智能楼宇系统由较多子系统构成，各子系统是相互协作、共同运行，从而实现建筑工程智能化。
目前，智能楼宇技术的具体应用有楼宇自动化、安防自动化、消防自动化、办公自动化、照明自动化等。作为一个完整的智能建筑系统，会将若干先进技术跟楼宇的具体应用进行有机融合，实现楼宇中各子系统的自动化和智能化控制，从而形成一个完备组织。和普通建筑相比，智能化楼宇具有良好的节能效果，同时满足用户对不同环境功能的需求。
智能楼宇照明系统（简称IBLS）与传统建筑照明控制系统存在许多区别，智能楼宇照明系统能涵盖更广的区域，涉及办公区域、公共区域、住宅区域等，因此照明控制具有较高的复杂程度，同时也大幅增加了用电设备的数量。从工作性质看，传统家居照明系统对灯光照明的控制主要是利用数字智能网关、智能化遥控器等设备实现，从技术上进行开关控制达到照明的要求。传统家具照明重点在于照明的实用效果，对于观赏性、舒适性等方面的要求较小。
楼宇照明控制系统则更加注重其他方面的要求，智能楼宇照明系统对照明的要求更加复杂，对于办公区域及公共区域的照明从多方面综合考虑，照度、色度的控制及舒适度等方面都是其考虑的内容，同时智能楼宇照明系统通过优化线路结构，选择合适的材料实现节能的目的，而且智能楼宇照明系统可将灯具的使用寿命有效延长。因此，应结合不同用户的具体需求，既满足整个楼宇对光环境的需求，在充分考虑照明区域、照明时间、照明强度等方面要求的基础上，又符合绿色节能、安全智能的照明理念。
4 电气工程自动化在建筑设计中的应用
4.1 发电场
电气自动化技术的普及实现了测控系统在实际工程中的应用。分布式测控系统可实现分层分布式测量与控制过程，并通过数据通信系统、网络和远程工作站等单位，形成完整的网络系统，并通过分布式测量控制系统的监控单元和系统的过程，生产过程中的处理单元，并直观显示出来，有利于对经营者的控制工作及分布式测控系统能及时打印生产过程中接收信号，操作人员对系统的分析更加方便，简化了操作过程，提高电气工作的工作效率。
电气自动化技术应用于燃煤电厂的炉、电、机一体化运行，让操作者可通过监控系统处理相应的安全隐患。发电厂电气自动化主要应用于自动化、单机自动化和工厂自动化等设备，保证电厂的稳定运行，保证供电系统的安全。
4.2 电网调度
电气自动化技术可有效应用在电网调度自动化系统，电网调度自动化系统主要由硬件和软件组成，达到实现电网调度自动化的目的。电气自动化技术推动电网调度自动化系统的发展，有助于管理者对电网进行数据采集、分析和整理，提高电网调度的效率。
4.3 节能自动化的电气设计
4.3.1 合理选择供配电系统以及变压器
对于建筑电气工程项目而言，做好供配电系统设计及供电电压设计工作能保证电气工程获得良好的节能效果。因此，作为建筑电气设计人员应根据相关参数，科学选择供电低压，从而设计出科学合理的供配电系统，保证供配电系统的接线较为简单，将配电等级控制在两级之内。另外，应根据实际情况选择变压器，将消耗控制在节能范围内，有效提高运行效率。
4.3.2 建筑照明系统的节能设计
建筑照明系统是建筑电气工程中非常重要的组成部分，在整个建筑电气工程中照明用电占据着较大的比例，因此需采取科学的方法达到节能的目的。
在建筑照明设计过程中，应对照明的光色、照度及显色指数进行科学设计，特别需要注意自然光的有效使用，从而更加合理地利用建筑环境的反射条件，确保节能效果的最大化。
建筑电气工程要合理选择灯具，如果灯具在较高的位置，就需要选择高压钠灯或金属卤化物，还可选择较大功率的荧光灯（细管）；如果建筑物不要求特别的光亮，提倡使用荧光灯。
4.3.3 提升电气系统功率因数
建筑电气设计工作过程中，要有效提升电气系统的功率因数有以下措施。
（1）应采取功率因素较高的电动机，这样能将设备无功功率的要求显著降低，将建筑电气设备的自然功率因素有效提高。
（2）利用电容器进行无功功率补偿工作，可有效弥补因感抗造成的滞后无功功率。采取此种方式的主要原因是电容器产生的功率属于超前无功功率的范畴，正好可与滞后的相互抵消。
（3）如果确定了用电设备选型以及调速控制方案，自然功率因素一旦无法同标准相符合，就需进行无功功率的补偿。
如果供电点距离较远，又缺乏无功功率较大的设备应选择使用就地补偿的措施，可将线路上的无功传输损耗有效降低，有效提升节能效果。若用电设备比较集中，补偿方式选择成组补偿。
4.3.4 加强无功功率补偿
一般情况下，选择三相共补方式作为无功补偿方法较多，较适合在低压网络中应用。当前社会经济正在快速发展，建筑电气工程大部分都选择大功率的电气设备，从而在无形之中增加了三相平衡的难度系数。因此，就需要对配电电压器进行单相的无功补偿工作，要从工程实际出发进行综合考虑。
5 结束语
电气工程自动化在建筑设计中的应用效果和范围持续扩大。在建筑设计中电气工程自动化发挥巨大的作用，直接影响建筑功能的发挥。随着建筑结构复杂化发展，电气工程自动化的应用也需要不断调整，保证电气工程运行效率。电气工程自动化能够为建筑提供更优质的服务，通过自动化改造及时发现建筑中存在的主要问题，在根本上保证建筑电气设备运行的质量和效率。