關(guān)于綠色建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的若干思考與建議

張茂鋒

福建省第五建筑工程公司

1 引言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及人口的不斷增加帶來(lái)了建筑行業(yè)的黃金發(fā)展期，人們生活水平的不斷提高促使了建筑工程中電氣設(shè)備種類(lèi)與數(shù)量的增加，電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)與安裝為建筑工程施工帶來(lái)了龐大的工作量，同時(shí)也為建筑帶來(lái)了巨大的能耗。而能源短缺和環(huán)境污染是21世紀(jì)全球各國(guó)的關(guān)注點(diǎn)，在這一背景下，綠色建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的概念應(yīng)勢(shì)產(chǎn)生，成為建筑電氣設(shè)計(jì)人員關(guān)注的重點(diǎn)，更是新時(shí)期建筑行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。綠色建筑將環(huán)保理念融入到建筑工程施工中，實(shí)現(xiàn)建筑項(xiàng)目的節(jié)能環(huán)保，而電氣節(jié)能則是通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)電氣技術(shù)進(jìn)行完善和改革，實(shí)現(xiàn)建筑電氣的環(huán)保、節(jié)能和綠色發(fā)展。

電氣節(jié)能是建筑節(jié)能領(lǐng)域的重要組成部分，電能損耗占據(jù)建筑耗能比例巨大，通過(guò)合理的電氣節(jié)能設(shè)計(jì)施工，可以減少損耗，實(shí)現(xiàn)建筑物資源的最大程度合理化應(yīng)用，為居住者提供舒適、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保、健康的生存環(huán)境，具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。

2 工程概況

背景工程為泉州市委黨校新校區(qū)項(xiàng)目（一期工程），位于泉州市臺(tái)商投資區(qū)，東臨過(guò)溪村，西臨安峰山北臨泉州繞城高速，南臨324 國(guó)道福夏路。一期總建筑面積72775m2，其中地上59395m2，地下13380m2。一期工程為A1 教研綜合樓、A2 報(bào)告廳、A3 教學(xué)樓、B1 食堂、B2/B4/B5 宿舍、C1 文體中心、D2 大門(mén)。除A1 教研綜合樓為二類(lèi)高層，其余各建筑均為多層民用建筑。結(jié)構(gòu)類(lèi)型為鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑耐火等級(jí)為A1教研綜合樓地上一級(jí)，地下以及，其余各建筑為二級(jí)。建筑設(shè)計(jì)使用年限50年，抗震設(shè)防烈度7度。

本工程設(shè)計(jì)紅線(xiàn)內(nèi)的電氣系統(tǒng)，包括10/0.4kV變配電系統(tǒng)、電力配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等，根據(jù)DBJ 13—197—2017《福建省綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》及DBJ/T 13—118—2014《福建省綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》等，項(xiàng)目按按綠建二星標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，空調(diào)系統(tǒng)為分體空調(diào)或VRV。

3 綠色建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

供配電系統(tǒng)是電氣系統(tǒng)的重要組成部分，關(guān)系著終端用電負(fù)荷安全性、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，也是實(shí)現(xiàn)建筑居住性和功能性的關(guān)鍵，合理優(yōu)化的供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)是綠色建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮地理氣候條件、建筑布局等各種因素，充分調(diào)查計(jì)算建筑負(fù)荷特點(diǎn)、用電量大小等，基于此選擇配電系統(tǒng)電壓等級(jí)、電源位置等，節(jié)能措施還包括改進(jìn)三相不平衡、治理諧波及提高功率因數(shù)，本節(jié)著眼于上述能耗點(diǎn)研究供配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)。

3.1.1 電壓等級(jí)及變配電房位置確定

應(yīng)根據(jù)建筑總用電量確定電壓等級(jí)，一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)控制功率為定值時(shí)，電壓越大電流越小。而計(jì)算線(xiàn)路損耗時(shí)采用公式為：

式中：

I——為線(xiàn)路電流；

R0——為單位長(zhǎng)度電阻值；

L——為線(xiàn)路長(zhǎng)度。

也就是是說(shuō)電壓的大小決定了電流，而電流又與輸電導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度共同決定了線(xiàn)路的電能損耗，合理選擇電壓等級(jí)即供電半徑（即變配電房位置）可以有效減少電能損耗。根據(jù)本工程用電設(shè)備總?cè)萘亢蛦闻_(tái)設(shè)備容量確定，供電電壓等級(jí)采用10kV 供電，所有用電設(shè)備均經(jīng)10/0.4kV變壓器后配電；變配電房設(shè)置在負(fù)荷中心，本工程至末端配電箱最長(zhǎng)供電距離約240m，低壓側(cè)線(xiàn)路長(zhǎng)度減少，線(xiàn)路損耗降低。

3.1.2 三相不平衡治理

三相負(fù)荷不對(duì)稱(chēng)導(dǎo)致三相電流（電壓）幅值不一致即所謂的三相不平衡現(xiàn)象，其不僅會(huì)造成嚴(yán)重的線(xiàn)路損耗，還會(huì)帶來(lái)一系列其他問(wèn)題，如電機(jī)發(fā)燙、照明設(shè)備壽命縮短和通信質(zhì)量降低等等。只有當(dāng)三相平衡，即三相電流（電壓）幅值一致，相位互差120°時(shí)，才能保證電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。然而絕對(duì)的三相不平衡是不存在的，本工程只能控制三相單負(fù)荷盡可能分配在三相上，最大相負(fù)荷不超過(guò)三相負(fù)荷平均值的115%，最小相負(fù)荷不小于三相負(fù)荷平均值的85%，同時(shí)采用分相無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償裝置。

3.1.3 提高功率因數(shù)

功率因數(shù)是指用電設(shè)備正常運(yùn)行消耗的電功率與視在功率（電壓有效值×電流有效值）的比值，代表了電源的利用效率，功率因數(shù)越大，線(xiàn)路損耗越小。本工程在變配電所的低壓測(cè)設(shè)集中無(wú)功自動(dòng)補(bǔ)償，采用自動(dòng)投切裝置，要求功率因數(shù)保持在0.95以上，對(duì)容量較大、負(fù)載穩(wěn)定且長(zhǎng)期運(yùn)行的功率因數(shù)較低的用電設(shè)備采用并聯(lián)電容器就地補(bǔ)償，采取靜止無(wú)功發(fā)生器抑制諧波，有效提高電源利用效率。

3.2 照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

照明是建筑必不可少的功能之一，照明節(jié)能設(shè)計(jì)是指根據(jù)建筑物類(lèi)型及功能，以不降低視覺(jué)效果及照明質(zhì)量為前提，對(duì)建筑物進(jìn)行照明系統(tǒng)的電氣節(jié)能設(shè)計(jì)，最大程度降低電能損耗。照明節(jié)能設(shè)計(jì)主要可從兩個(gè)方面入手。

一方面是合理利用天然采光，太陽(yáng)能是可再生能源，在進(jìn)行電氣節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，完全可以考慮利用自然光作為白天照明，合理設(shè)計(jì)建筑門(mén)窗，同時(shí)還能利用太陽(yáng)能發(fā)電。

另一方面是采用智能照明控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能，可通過(guò)開(kāi)關(guān)控制、調(diào)光控制、分區(qū)控制、定時(shí)控制等手段綜合達(dá)到降低損耗目的。

開(kāi)關(guān)控制也就是照明啟停，實(shí)現(xiàn)“人來(lái)燈亮，人走燈滅”，在本工程中辦公室公共區(qū)域、樓梯間、走道等場(chǎng)所均按使用需求自動(dòng)開(kāi)關(guān)燈，應(yīng)急照明燈應(yīng)急時(shí)啟動(dòng)。

調(diào)光控制是通過(guò)調(diào)整燈具敏感程度控制電能使用量，如會(huì)議室開(kāi)會(huì)時(shí)筒燈與槽燈明亮輝煌，投影時(shí)則亮度調(diào)暗，本工程針對(duì)公共場(chǎng)所采用以L(fǎng)ED 熒光燈為主的高光效光源，顯色指數(shù)不小于80，而各房間的照明功率密度值滿(mǎn)足現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)即可。

定時(shí)控制一般運(yùn)用在大型體育場(chǎng)所或辦公場(chǎng)所，根據(jù)時(shí)間設(shè)置照明設(shè)備狀態(tài)，本工程中的門(mén)廳、報(bào)告廳、電梯廳等場(chǎng)所，采用樓宇自動(dòng)控制，定時(shí)管燈，景觀照明采用集中控制方式，根據(jù)使用情況設(shè)置一般、節(jié)日、重大慶典等不同的開(kāi)燈方案。

分區(qū)控制在以上所有控制方式中均有體現(xiàn)，建筑物的辦公室、走道、餐廳等各個(gè)功能區(qū)域的照明顯然是相對(duì)獨(dú)立的，也就是所謂的分區(qū)，每個(gè)區(qū)域照明目的、照度等不一樣，一般分為應(yīng)急照明、走廊日常照明、景觀等功能性照明等等，同樣一個(gè)區(qū)域內(nèi)的照明也可以分組控制，如本工程的景觀照明系統(tǒng)就設(shè)有分區(qū)節(jié)能控制，樓梯間、衛(wèi)生間和室外等無(wú)人長(zhǎng)期停留的場(chǎng)所采用發(fā)光二極管（LED）燈。

3.3 建筑設(shè)備節(jié)能設(shè)計(jì)

建筑設(shè)備節(jié)能設(shè)計(jì)可從設(shè)備的選型和運(yùn)行兩個(gè)角度進(jìn)行，設(shè)備選型是指選擇適宜的變壓器、電動(dòng)機(jī)及電梯配置，設(shè)備運(yùn)行是指控制空調(diào)系統(tǒng)、電梯設(shè)備等的能耗。

變壓器是電力系統(tǒng)中必不可少的電氣設(shè)備，其損耗高達(dá)電力系統(tǒng)的50%，可見(jiàn)變壓器的選型節(jié)能具有重要意義。在選擇變壓器時(shí)，主要依據(jù)以下原則。

第一，優(yōu)先選用新型節(jié)能變壓器，如非晶合金鐵芯變壓器相較于硅鋼片作鐵芯變壓器空載損耗就下降了80%左右。

第二，根據(jù)實(shí)際使用情況選擇變壓器容量。

第三，盡量保證負(fù)荷匹配，輕負(fù)荷會(huì)導(dǎo)致實(shí)際功耗比值增大。

從考慮成本的角度出發(fā)目前淘汰全部高耗能變壓器是不現(xiàn)實(shí)的，因此應(yīng)依據(jù)以上原則結(jié)合實(shí)際情況選擇。本工程選用SCB13型變壓器為低損耗、低噪音的節(jié)能產(chǎn)品，其空載損耗和負(fù)載損耗符合《三相配電變壓器能效限定值及能效等級(jí)》中規(guī)定的節(jié)能評(píng)價(jià)值的要求。配電變壓器選用[D，yn11]結(jié)線(xiàn)組合的干式變壓器。

電動(dòng)機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的一種轉(zhuǎn)換裝置，其消耗電能約占整棟建筑耗電的40%～60%，可見(jiàn)電動(dòng)機(jī)耗能?chē)?yán)重，節(jié)能潛力大。電動(dòng)機(jī)選擇時(shí)也應(yīng)根據(jù)實(shí)際負(fù)荷情況，使電動(dòng)機(jī)容量盡量接近使用設(shè)備需求容量，電動(dòng)機(jī)功率充分利用。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)減小損耗主要可從提高電動(dòng)機(jī)效率和改善功率因數(shù)兩方面入手。

一方面，變頻器可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)負(fù)載率自動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，不同轉(zhuǎn)速下的電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率如表1所示，可見(jiàn)，轉(zhuǎn)速變?yōu)轭~定轉(zhuǎn)速的一半時(shí)，電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率相較于額定功率降低了87.5%，節(jié)省能耗量很大，因此減小空載或輕載運(yùn)行可以有效達(dá)到節(jié)能目的。

另一個(gè)方面，增加就地補(bǔ)償電容器可以提高功率因數(shù)，使線(xiàn)路損耗降低，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。本工程選用中小型三相異步電動(dòng)在額定輸出功率的效率符合現(xiàn)行國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的節(jié)能評(píng)價(jià)值。

表1 不同轉(zhuǎn)速下的電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率

電梯是建筑長(zhǎng)期運(yùn)行的動(dòng)力設(shè)備，運(yùn)行耗能較大，應(yīng)按電梯的載重量、提升高度和停層方案，綜合比較科學(xué)選擇電梯拖動(dòng)和控制方式，一般來(lái)說(shuō)，高中檔電梯采用變壓變頻（VVVF）調(diào)速方式，電梯組宜并聯(lián)控制，多級(jí)梯照明應(yīng)接到三相上使三相負(fù)荷平衡，電梯優(yōu)化調(diào)度也對(duì)節(jié)能有一定意義。此外，建筑中還有很多其他用電設(shè)備存在較大的節(jié)能潛力，如空調(diào)。、電熱用具等等，需要在實(shí)際使用過(guò)程中也注意節(jié)約環(huán)保。本過(guò)程電梯采用群控變頻等節(jié)能控制措施，同時(shí)設(shè)置建筑電氣能源管理系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)急照明、插座、空調(diào)、特殊用電按層或功能分區(qū)等進(jìn)行能耗監(jiān)測(cè)、統(tǒng)計(jì)、分析和管理，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4 綠色建筑電氣節(jié)能技術(shù)意義

4.1 促進(jìn)科技進(jìn)步

綠色建筑電氣節(jié)能技術(shù)中運(yùn)用到很多先進(jìn)的智能化技術(shù)手段，在某種程度上是對(duì)科學(xué)技術(shù)的檢驗(yàn)，綠色施工與科技進(jìn)步是相輔相成的，科技的進(jìn)步使得綠色建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)與施工更加周密與順利，而反過(guò)來(lái)綠色建筑環(huán)保節(jié)能的理念對(duì)科技又提出了一定的要求，淘汰落后科技，使新型科技技術(shù)與設(shè)備占據(jù)主導(dǎo)地位，不斷進(jìn)行新舊更迭，促使科技技術(shù)不斷進(jìn)步。

4.2 推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展

科技是第一生產(chǎn)力，綠色建筑電氣節(jié)能技術(shù)促進(jìn)科技進(jìn)步，也推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。綠色建筑的要求是節(jié)能、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)，每一點(diǎn)都可以創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益，不僅可以節(jié)約資源，還能減少對(duì)環(huán)境的破壞和污染，促進(jìn)可循環(huán)利用，使生產(chǎn)成本大大降低，避免了一筆可觀的維護(hù)環(huán)境費(fèi)用，企業(yè)也可以在較低的負(fù)擔(dān)下獲得一定的利潤(rùn)回報(bào)，可見(jiàn)，綠色建筑電氣節(jié)能技術(shù)兼顧了環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益，減輕了國(guó)民經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)雙贏。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)綠色建筑理念發(fā)展較慢，許多設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)理念并不能完全滿(mǎn)足綠色節(jié)能建筑的要求，電氣節(jié)能設(shè)計(jì)還處在一個(gè)成長(zhǎng)期和發(fā)展期的過(guò)程中，并未形成一套完整的技術(shù)體系。因此需要更多的具體項(xiàng)目不斷積累實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，本文結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目，大量查閱國(guó)內(nèi)外資料和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，從基本認(rèn)知（概念）、政策標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)、先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用等層面深入分析研究了電氣節(jié)能設(shè)計(jì)，應(yīng)基于滿(mǎn)足建筑物基本功能的基礎(chǔ)上，通過(guò)一系列新技術(shù)、新設(shè)備的應(yīng)用等，全面研究、綜合考慮，不斷創(chuàng)新和完善，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行科學(xué)的降耗節(jié)能設(shè)計(jì)，建造更加環(huán)保、節(jié)能、舒適的綠色建筑，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧共存。