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【摘 要】 如今，建筑行业的能源消耗的数字逐年增大，毋庸置疑，电力消耗已经占到了很大的比重。本文首先阐明了建筑电气节能应当遵循的基本原则，介绍了电气设计的主要内容，最后探讨了建筑电气设计中具体的节能措施。
【关键词】 建筑；电气；设计；节能
前言：
建筑能耗是我国能源总消耗中的重要一部分，并且近年来一直在持续攀升。建筑节能已经逐渐的成为了现阶段建筑行业发展的重要趋势，成为建筑电气设计中不可忽视的一部分。在进行建筑电气节能设计时，需要保证整体电气系统的安全性，并且降低投资成本，减少能源消耗。
一、建筑电气节能应当遵循的基本原则
1、实用原则
满足建筑物的功能。建筑电气设计应当满足建筑物照明需要、满足人们居住舒适性并符合人们工作生活的需求。建筑电气设计应保证在不降低建筑物居住舒适性、不降低建筑物照明的照度、色温以及显色指数的同时也应当满足居住的舒适卫生和建筑物的运输通道保证通畅无阻等。
2、符合实际经济效益的原则
建筑电气节能设计不可由于节能要求而使得能源消耗投资过大，使得运行费用加大。建筑电气节能设计应当从技术老化的部分入手，投资可在较短时间内用节能所减少的费用回收资金。
3、建筑电气技术先进的原则
建筑电气应当在设计和施工阶段对无谓的能源消耗进行节省。节能的着眼点，应当先找出无谓的能源消耗的地方，然后进行分析、探讨，最后再考虑采用适合的节能措施。
二、电气设计的主要内容
1、设备自动化监控电脑系统
在电气设计过程中，设备自动化监控电脑系统能让所有的电气设备呈现最佳状态，并且迅速发现故障，从而减少人力、节约能源、提高经济效益。运用现代化的高層建筑的设备管理电脑，可以对整座大楼进行全面监控。
2、变电所位置的确定
针对现代高层建筑的用电量比较大的问题，所以工作人员在确定变电所位置的时候，应该要尽可能的使高压深入负荷中心，这有利于节约电能、提高供电质量。
深入负荷中心不仅仅可使能耗降低，同时可以有效减少供电电缆、母线的造价，节约有色金属。
3、电气照明设计
对光源的选择、照度设计、灯具造型、灯具布置、眩光控制、调光控制和照明配电线路敷设等，都属于电气照明设计。照明设计与建筑装饰之间有着非常密切的关系，二者之间应该相互配合，以实现使用功能和艺术意境方面的统一。选用高光效电光源，十分有利于节能。下表显示了一些常用光源的节能性质。
表1 各种光源节能性质
4、计量
根据《民用建筑节能条例》中第十八条的规定，公共建筑应当设置用电分型计量。对采暖空调、照明插座、生活热水、电梯用电、办公设备等的用电，分别进行计量，以便于识别各项设施的用电量，针对各项设施的耗电量制定合理的节电措施。
5、防雷与接地
近年来，对现代高层建筑的防雷设计，除了采用避雷针和避雷带等传统方法之外，还出现了消雷器和放射性避雷针。新出现的这两种防雷设计在工程上被实际运用，但在理论上却受到争议。现代高层建筑的重中之重是做好金属管线的接地工作，因为现代高层建筑都是采用钢筋混凝土剪力墙，与楼板的连接是非常可靠的。现代高层建筑的防雷接地、电气设备现代高层建筑的防雷接地、电气设备的保护接地和工作接地和在一起组成混合接地系统。接地电阻一般是在4欧以下。高层建筑的防雷接地不仅需要基础钢筋等自然接地体，而且需要装设水平的人工接地体，二者结合，可以均衡电位和提高安全性。
三、建筑电气设计中的节能技术措施
1、暖通空调系统的设计
一般住宅中可能使用的电气设备容量空调是最大的（如表2），由于不能合理的使用自动化控制，导致暖通空调在能源浪费中占的比例非常高，因此控制暖通空调接口对暖通空调的电气节能具有重要的意义。暖通空调系统工程师应与强弱电工程师相互协调，合理的优化暖通空调接口，让电气更加节能。暖通空调接口处引入弱电传感器，对风速、温度、管径等一系列的参数进行检测，采用智能化的接口控制系统实时对接口进行控制，达到电气的节能，并且设计独立通信控制口分季节分时段的对暖通空调进行调节，通过简单的设计对变风量以及变流量系统进行最优控制，并对机电设备实施启停，从而达到节约能源的目的。
表2 一般住宅中可能使用的电气设备容量
2、选择合适的光源
照明节能是关系到多方面的系统工程，然而作为电能转换的第一要素，高效优质的光源选用仍是最主要的因素。在对建筑照明系统进行设计时，设计人员要根据照明施工场所的区别来选择不同类型的高效光源，以降低电能消耗、节约能源。针对这种情况，笔者给出以下几点建议：
（1）首先应淘汰和限制使用低效光源。不选用白炽灯，根据我国淘汰白炽灯路线图，到2016全面淘汰白炽灯；限制低电压冷光反射灯杯卤素灯的应用，其光效低，仅高于白炽灯；不应选用荧光高压汞灯，其光效低、显色性差。
（2）在选用室内场所所使用的照明设施时，应该优先选择三基色细管荧光灯或者功率较小的金卤灯作光源。三基色荧光灯管的显色指数好，可满足所有场所的需求，光效比非三基色的高18%～30%。需要提请各位注意的是，尽量采用长灯管的的荧光灯，600mm长短灯管的3次谐波含量较长灯管高很多，会使线路功率因数大大降低，故而尽量不要采用短灯管荧光灯。
（3）在为空旷的室内场所或者室外场所选择照明设备时，应该选择金卤灯中显色高的钠灯等高强光气体放电灯，室外场所可考虑LED光源。
（4）对于安装空间狭小且位置比较高，维护和维修起来比较困难的照明场所，应该选择寿命长、光效高的高频无极荧光灯。
（5）LED灯具的应用。LED光效（70～90lm/W）较传统光源高，同时由于LED单向发光，不像其它管型、球型光源360°发射光线，其照明效率更高。但由于现阶段LED光源色温较高，同时市场上产品质量参差不齐，要谨慎全面采用。但作为局部装饰照明、需要调光的场所、自动控制的公共走道楼梯等场所照明，以及作为太阳能光伏发电直接供电照明的场所照明（因其驱动电源为直流，光伏发电就无须逆变），还是比较适宜的。 4、采用高效灯具
在照明设计时，光有好的光源没有好的灯具，光源的效果无法百分百发挥，也是能源的浪费。评价在节能中灯具的好坏，主要标准是灯具的效率。设计时，应按下列要求选择灯具：
（1）采用直接照明的直管型荧光灯时，所选灯具的效率应符合下表的规定。
（2）采取间接照明时，所选灯具（荧光灯或高强度气体放电灯）的效率不应小于80%。
（3）采用直接照明的高强度气态放电灯（HID灯）时，出光口敞开的灯具效率不应小于75%，有格栅或遮光罩的灯具效率不应小于60%。
5、采取合理的照明控制方式
建筑照明控制应根据建筑物的特点、建筑功能、建筑标准、使用要求等具体情况，对照明系统进行分散、集中、手动、自动，经济实用、合理有效的控制，并且充分利用自然采光。
（1）居住建筑的楼梯间、候梯厅、公共走道设置节能自熄开关，有自然采光的上述区域采用光控开关控制。
（2）公共建筑的走廊、楼梯间、门厅等的公共场所采用集中控制，根据使用条件和具体天然采光状况，采取分区分组控制。
（3）对于大开间的房间或场所，设有两列或多列灯具时，按所控灯列与侧窗平行的方式和分组控制。但是对于阶梯教室、电化教室、会议厅、多功能厅等的场所，根据其实际使用情况，宜按靠近或远离讲台（主席台）进行分组控制。
（4）对于体育馆、影剧院、大型宴会厅、候机厅、候车厅等公共场所应采用集中控制，并根据需要采取调光或降低照度的控制措施。
（5）室外景观照明根据不同季节进行时间和光电自动控制，并设置深夜减光措施。
6、照明功率密度（LPD）值的控制
在设计过程中，严格控制单位面积的照明功率密度，根据《建筑照明设计标准》中规定的各类建筑的LPD值来实施设计。
7、供配电系统的节能措施
供配电系统设计时采取有效的节能措施是实现建筑电气节能的有效途径。
（1）负荷计算是供电系统的设计依据。采取合理的计算方法，可以有效准确地反映实际运行时的负荷情况。方案设计阶段采用单位指标法，初步设计和施工图阶段采用需用系数法，在计算过程中合理选择各项参数，提高计算准确性。
（2）提高整个供电系统的功率因数，治理谐波提高供电治理。
设备在运转的过程中一部分是有用功，一部分是无用功。电网中的电力负荷比如电动机、变压器等大部分都有感性负荷，在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率。电力电子设备等的非线性负载产生的高次谐波，增加了电力系统的无功损耗。减少感性负荷供应，装设动态无功补偿和适当的滤波装置，能够在一定程度上制约无用功，减少系统损耗，提高电能质量，改善电压质量，减小变压器容量，达到节能的效果。
a.对无功补偿容量大于100kvar的单台或成组设备，在距离配电房较远的情况下，设置就地补偿措施。
b.荧光灯采用电子镇流器，气体放电灯采用节能型电感镇流器并设单灯电容补偿，单灯功率因数均达到0.9以上。
c.采用现在新型高压无功补偿动态补偿装置，比如采用微电脑全数字控制，无接点化，无谐波，无合闸涌流，能够减小电压闪变，防止系统震荡，实现分相补偿。
d.要考虑用电设备的谐波值，所选设备发出的谐波电流应满足国家标准要求。同时，对于采用大量产生谐波设备的场所，如大型通讯机房、计算机房、医院放射科等，设计时应考虑在变电所或就地设置滤波装置。
e.由于谐波分布的多样性和谐波工程计算的复杂性，要在设计阶段完全解决谐波问题非常困难，往往要在工程投入运行后进行实测和分析才能得出相应的结果。故此，在设计阶段考虑在变电所或者相应场所预留滤波装置的机位，以便后期加装。
（3）配电用的变压器、高低压开关柜等设备是配电系统的主要设备，其自身也消耗一定量的电能，通电后长期运行，如果选择不当其长期累积的自身耗电量也很大，因此要选择自身功耗较小的设备。变压器应选用较新型号的产品，按照行业标准，新型号的变压器较前一个型号的同系列变压器自身功耗要降低10%；高低压开关柜内的主要元器件，要尽量采用无损耗或低损耗的产品。
7、线路降耗
电路线干线、支线一般都会有上万米的长度，线路上的损耗相当大。合理布设线路也能够起到节能作用。线路电阻公式为R=ρl/s，其中的ρ就是电阻率，l为材料的长度，S为面积。可以看出，材料的电阻大小与材料的长度成正比，而与其截面积成反比。所以选择线路时选择电阻率较低的导线，比如铜芯导线。线路铺设长度长，会消耗很多材料，在铺设过程中尽量控制线路走直线，合理铺设避免不必要的回头带来线材浪费、电能损耗。
按经济电流选择电缆截面。对于较远距离较大截面的供电电缆，除计算初始电缆投资外，还要考虑经济寿命期内导体损耗费用，二者之和应最小。当减小线芯截面时，初始投资减小，但线路损耗费用增大；反之则初始投资增加而线路损耗减小。某一截面区间内，两者之和最少，即为经济截面。
高层建筑中的低压配电室可以靠近强电竖井，建筑群的低压配电室尽量位于用电建筑的中心位置，减小供电半径。同时，室内配电设计时，总配电箱尽量设置在靠近电源的地方，尽可能减少回头输送电能的支线。
四、结论
建筑电气节能设计的研究，近年来才刚刚起步，并且具有很大的发展潜力。电气设计工作者要深入的对于建筑电气节能设计进行研究，并且通过精心的考量，有效的提高整体设计的安全性、经济性、可靠性与节能性，最大限度的提供一套有效、合理的设计方案，保证节能技术得到深入的应用，对于建筑节能设备进行合理的配置，真正的降低能源消耗，为我国社会的可持续发展提供有力的保障。
参考文献：
[1]何伟明.小议建筑电气设计节能措施[J].建材與装饰（中旬刊），2007，第8期，39-40页.
[2]苏立刚.民用建筑设计中电气节能研究[J].黑龙江科技信息，2011，第7期，41-41页.
[3]任元会.照明技术的发展和建筑照明设计应用.2013第七届中国（国际）建筑电气节能技术论坛报告
[4]全国民用建筑工程设计技术措施——节能专篇电气
【关键词】 建筑；电气；设计；节能
前言：
建筑能耗是我国能源总消耗中的重要一部分，并且近年来一直在持续攀升。建筑节能已经逐渐的成为了现阶段建筑行业发展的重要趋势，成为建筑电气设计中不可忽视的一部分。在进行建筑电气节能设计时，需要保证整体电气系统的安全性，并且降低投资成本，减少能源消耗。
一、建筑电气节能应当遵循的基本原则
1、实用原则
满足建筑物的功能。建筑电气设计应当满足建筑物照明需要、满足人们居住舒适性并符合人们工作生活的需求。建筑电气设计应保证在不降低建筑物居住舒适性、不降低建筑物照明的照度、色温以及显色指数的同时也应当满足居住的舒适卫生和建筑物的运输通道保证通畅无阻等。
2、符合实际经济效益的原则
建筑电气节能设计不可由于节能要求而使得能源消耗投资过大，使得运行费用加大。建筑电气节能设计应当从技术老化的部分入手，投资可在较短时间内用节能所减少的费用回收资金。
3、建筑电气技术先进的原则
建筑电气应当在设计和施工阶段对无谓的能源消耗进行节省。节能的着眼点，应当先找出无谓的能源消耗的地方，然后进行分析、探讨，最后再考虑采用适合的节能措施。
二、电气设计的主要内容
1、设备自动化监控电脑系统
在电气设计过程中，设备自动化监控电脑系统能让所有的电气设备呈现最佳状态，并且迅速发现故障，从而减少人力、节约能源、提高经济效益。运用现代化的高層建筑的设备管理电脑，可以对整座大楼进行全面监控。
2、变电所位置的确定
针对现代高层建筑的用电量比较大的问题，所以工作人员在确定变电所位置的时候，应该要尽可能的使高压深入负荷中心，这有利于节约电能、提高供电质量。
深入负荷中心不仅仅可使能耗降低，同时可以有效减少供电电缆、母线的造价，节约有色金属。
3、电气照明设计
对光源的选择、照度设计、灯具造型、灯具布置、眩光控制、调光控制和照明配电线路敷设等，都属于电气照明设计。照明设计与建筑装饰之间有着非常密切的关系，二者之间应该相互配合，以实现使用功能和艺术意境方面的统一。选用高光效电光源，十分有利于节能。下表显示了一些常用光源的节能性质。
表1 各种光源节能性质
4、计量
根据《民用建筑节能条例》中第十八条的规定，公共建筑应当设置用电分型计量。对采暖空调、照明插座、生活热水、电梯用电、办公设备等的用电，分别进行计量，以便于识别各项设施的用电量，针对各项设施的耗电量制定合理的节电措施。
5、防雷与接地
近年来，对现代高层建筑的防雷设计，除了采用避雷针和避雷带等传统方法之外，还出现了消雷器和放射性避雷针。新出现的这两种防雷设计在工程上被实际运用，但在理论上却受到争议。现代高层建筑的重中之重是做好金属管线的接地工作，因为现代高层建筑都是采用钢筋混凝土剪力墙，与楼板的连接是非常可靠的。现代高层建筑的防雷接地、电气设备现代高层建筑的防雷接地、电气设备的保护接地和工作接地和在一起组成混合接地系统。接地电阻一般是在4欧以下。高层建筑的防雷接地不仅需要基础钢筋等自然接地体，而且需要装设水平的人工接地体，二者结合，可以均衡电位和提高安全性。
三、建筑电气设计中的节能技术措施
1、暖通空调系统的设计
一般住宅中可能使用的电气设备容量空调是最大的（如表2），由于不能合理的使用自动化控制，导致暖通空调在能源浪费中占的比例非常高，因此控制暖通空调接口对暖通空调的电气节能具有重要的意义。暖通空调系统工程师应与强弱电工程师相互协调，合理的优化暖通空调接口，让电气更加节能。暖通空调接口处引入弱电传感器，对风速、温度、管径等一系列的参数进行检测，采用智能化的接口控制系统实时对接口进行控制，达到电气的节能，并且设计独立通信控制口分季节分时段的对暖通空调进行调节，通过简单的设计对变风量以及变流量系统进行最优控制，并对机电设备实施启停，从而达到节约能源的目的。
表2 一般住宅中可能使用的电气设备容量
2、选择合适的光源
照明节能是关系到多方面的系统工程，然而作为电能转换的第一要素，高效优质的光源选用仍是最主要的因素。在对建筑照明系统进行设计时，设计人员要根据照明施工场所的区别来选择不同类型的高效光源，以降低电能消耗、节约能源。针对这种情况，笔者给出以下几点建议：
（1）首先应淘汰和限制使用低效光源。不选用白炽灯，根据我国淘汰白炽灯路线图，到2016全面淘汰白炽灯；限制低电压冷光反射灯杯卤素灯的应用，其光效低，仅高于白炽灯；不应选用荧光高压汞灯，其光效低、显色性差。
（2）在选用室内场所所使用的照明设施时，应该优先选择三基色细管荧光灯或者功率较小的金卤灯作光源。三基色荧光灯管的显色指数好，可满足所有场所的需求，光效比非三基色的高18%～30%。需要提请各位注意的是，尽量采用长灯管的的荧光灯，600mm长短灯管的3次谐波含量较长灯管高很多，会使线路功率因数大大降低，故而尽量不要采用短灯管荧光灯。
（3）在为空旷的室内场所或者室外场所选择照明设备时，应该选择金卤灯中显色高的钠灯等高强光气体放电灯，室外场所可考虑LED光源。
（4）对于安装空间狭小且位置比较高，维护和维修起来比较困难的照明场所，应该选择寿命长、光效高的高频无极荧光灯。
（5）LED灯具的应用。LED光效（70～90lm/W）较传统光源高，同时由于LED单向发光，不像其它管型、球型光源360°发射光线，其照明效率更高。但由于现阶段LED光源色温较高，同时市场上产品质量参差不齐，要谨慎全面采用。但作为局部装饰照明、需要调光的场所、自动控制的公共走道楼梯等场所照明，以及作为太阳能光伏发电直接供电照明的场所照明（因其驱动电源为直流，光伏发电就无须逆变），还是比较适宜的。 4、采用高效灯具
在照明设计时，光有好的光源没有好的灯具，光源的效果无法百分百发挥，也是能源的浪费。评价在节能中灯具的好坏，主要标准是灯具的效率。设计时，应按下列要求选择灯具：
（1）采用直接照明的直管型荧光灯时，所选灯具的效率应符合下表的规定。
（2）采取间接照明时，所选灯具（荧光灯或高强度气体放电灯）的效率不应小于80%。
（3）采用直接照明的高强度气态放电灯（HID灯）时，出光口敞开的灯具效率不应小于75%，有格栅或遮光罩的灯具效率不应小于60%。
5、采取合理的照明控制方式
建筑照明控制应根据建筑物的特点、建筑功能、建筑标准、使用要求等具体情况，对照明系统进行分散、集中、手动、自动，经济实用、合理有效的控制，并且充分利用自然采光。
（1）居住建筑的楼梯间、候梯厅、公共走道设置节能自熄开关，有自然采光的上述区域采用光控开关控制。
（2）公共建筑的走廊、楼梯间、门厅等的公共场所采用集中控制，根据使用条件和具体天然采光状况，采取分区分组控制。
（3）对于大开间的房间或场所，设有两列或多列灯具时，按所控灯列与侧窗平行的方式和分组控制。但是对于阶梯教室、电化教室、会议厅、多功能厅等的场所，根据其实际使用情况，宜按靠近或远离讲台（主席台）进行分组控制。
（4）对于体育馆、影剧院、大型宴会厅、候机厅、候车厅等公共场所应采用集中控制，并根据需要采取调光或降低照度的控制措施。
（5）室外景观照明根据不同季节进行时间和光电自动控制，并设置深夜减光措施。
6、照明功率密度（LPD）值的控制
在设计过程中，严格控制单位面积的照明功率密度，根据《建筑照明设计标准》中规定的各类建筑的LPD值来实施设计。
7、供配电系统的节能措施
供配电系统设计时采取有效的节能措施是实现建筑电气节能的有效途径。
（1）负荷计算是供电系统的设计依据。采取合理的计算方法，可以有效准确地反映实际运行时的负荷情况。方案设计阶段采用单位指标法，初步设计和施工图阶段采用需用系数法，在计算过程中合理选择各项参数，提高计算准确性。
（2）提高整个供电系统的功率因数，治理谐波提高供电治理。
设备在运转的过程中一部分是有用功，一部分是无用功。电网中的电力负荷比如电动机、变压器等大部分都有感性负荷，在运行过程中需要向这些设备提供相应的无功功率。电力电子设备等的非线性负载产生的高次谐波，增加了电力系统的无功损耗。减少感性负荷供应，装设动态无功补偿和适当的滤波装置，能够在一定程度上制约无用功，减少系统损耗，提高电能质量，改善电压质量，减小变压器容量，达到节能的效果。
a.对无功补偿容量大于100kvar的单台或成组设备，在距离配电房较远的情况下，设置就地补偿措施。
b.荧光灯采用电子镇流器，气体放电灯采用节能型电感镇流器并设单灯电容补偿，单灯功率因数均达到0.9以上。
c.采用现在新型高压无功补偿动态补偿装置，比如采用微电脑全数字控制，无接点化，无谐波，无合闸涌流，能够减小电压闪变，防止系统震荡，实现分相补偿。
d.要考虑用电设备的谐波值，所选设备发出的谐波电流应满足国家标准要求。同时，对于采用大量产生谐波设备的场所，如大型通讯机房、计算机房、医院放射科等，设计时应考虑在变电所或就地设置滤波装置。
e.由于谐波分布的多样性和谐波工程计算的复杂性，要在设计阶段完全解决谐波问题非常困难，往往要在工程投入运行后进行实测和分析才能得出相应的结果。故此，在设计阶段考虑在变电所或者相应场所预留滤波装置的机位，以便后期加装。
（3）配电用的变压器、高低压开关柜等设备是配电系统的主要设备，其自身也消耗一定量的电能，通电后长期运行，如果选择不当其长期累积的自身耗电量也很大，因此要选择自身功耗较小的设备。变压器应选用较新型号的产品，按照行业标准，新型号的变压器较前一个型号的同系列变压器自身功耗要降低10%；高低压开关柜内的主要元器件，要尽量采用无损耗或低损耗的产品。
7、线路降耗
电路线干线、支线一般都会有上万米的长度，线路上的损耗相当大。合理布设线路也能够起到节能作用。线路电阻公式为R=ρl/s，其中的ρ就是电阻率，l为材料的长度，S为面积。可以看出，材料的电阻大小与材料的长度成正比，而与其截面积成反比。所以选择线路时选择电阻率较低的导线，比如铜芯导线。线路铺设长度长，会消耗很多材料，在铺设过程中尽量控制线路走直线，合理铺设避免不必要的回头带来线材浪费、电能损耗。
按经济电流选择电缆截面。对于较远距离较大截面的供电电缆，除计算初始电缆投资外，还要考虑经济寿命期内导体损耗费用，二者之和应最小。当减小线芯截面时，初始投资减小，但线路损耗费用增大；反之则初始投资增加而线路损耗减小。某一截面区间内，两者之和最少，即为经济截面。
高层建筑中的低压配电室可以靠近强电竖井，建筑群的低压配电室尽量位于用电建筑的中心位置，减小供电半径。同时，室内配电设计时，总配电箱尽量设置在靠近电源的地方，尽可能减少回头输送电能的支线。
四、结论
建筑电气节能设计的研究，近年来才刚刚起步，并且具有很大的发展潜力。电气设计工作者要深入的对于建筑电气节能设计进行研究，并且通过精心的考量，有效的提高整体设计的安全性、经济性、可靠性与节能性，最大限度的提供一套有效、合理的设计方案，保证节能技术得到深入的应用，对于建筑节能设备进行合理的配置，真正的降低能源消耗，为我国社会的可持续发展提供有力的保障。
参考文献：
[1]何伟明.小议建筑电气设计节能措施[J].建材與装饰（中旬刊），2007，第8期，39-40页.
[2]苏立刚.民用建筑设计中电气节能研究[J].黑龙江科技信息，2011，第7期，41-41页.
[3]任元会.照明技术的发展和建筑照明设计应用.2013第七届中国（国际）建筑电气节能技术论坛报告
[4]全国民用建筑工程设计技术措施——节能专篇电气