建筑智能化過(guò)程中的電氣節(jié)能研究

柏 青

(北京達(dá)其科技有限公司，北京 100176)

0 引 言

相關(guān)建筑節(jié)能的研究是我國(guó)建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的長(zhǎng)久研究話題，在社會(huì)不可再生能源短缺的背景下，應(yīng)將開發(fā)可持續(xù)再生能源作為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，通過(guò)合理規(guī)劃建筑資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑能耗的降低，從而達(dá)到緩解市場(chǎng)能源緊張的目的。

1 太陽(yáng)能光伏發(fā)電一體化設(shè)計(jì)

1.1 太陽(yáng)能光伏組件單點(diǎn)接入設(shè)計(jì)方案

為了實(shí)現(xiàn)建筑智能化中的節(jié)能設(shè)計(jì)，引進(jìn)新能源技術(shù)，在建筑的頂層安裝太陽(yáng)能光伏電池板，利用光生福特效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)將太陽(yáng)光輻射的能量轉(zhuǎn)化為可用于建筑供電的電能[1]。

為了確保光伏組件的接入可以發(fā)揮既定效果，可根據(jù)建筑屋頂?shù)拿娣e與實(shí)際布置需求，進(jìn)行接入方案的設(shè)計(jì)。以某大型銀行建筑為例，根據(jù)此建筑的整體設(shè)計(jì)需求，在屋面安裝350.0～400.0塊光伏組件，設(shè)定每串聯(lián)的16.0塊組件為一路，在每路中接入逆變裝置。接入方案如圖1所示。

圖1 光伏發(fā)電單點(diǎn)接入方案示意圖

按照上述圖1進(jìn)行接入設(shè)計(jì)，將接入中的逆變裝置采用專門的支架安裝在屋面，但相關(guān)安裝位置的設(shè)計(jì)，仍需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

1.2 多晶硅光伏組件技術(shù)參數(shù)選擇

為了確保接入的太陽(yáng)能光伏組件在建筑中可以發(fā)揮較好的節(jié)能效果，本次設(shè)計(jì)選擇的光伏組件為多晶硅光伏組件[2]。此組件在應(yīng)用中的技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 多晶硅光伏組件技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)

按照表1設(shè)定的參數(shù)，進(jìn)行組件技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)，從而避免組件在接入過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)載、短路、斷路等問(wèn)題。

2 能耗管理架構(gòu)設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑智能化能耗的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，需要根據(jù)國(guó)家現(xiàn)有文件要求，進(jìn)行建筑能耗管理的設(shè)計(jì)。管理架構(gòu)如圖2所示。

圖2將能源管理劃分為四個(gè)功能層，分別為能源管理層、能耗監(jiān)控層、網(wǎng)絡(luò)連接層與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。在此基礎(chǔ)上，明確建筑耗能電氣包括照明、采暖、空調(diào)等。在進(jìn)行能耗分析時(shí)，可設(shè)定一個(gè)建筑耗能標(biāo)準(zhǔn)值，根據(jù)建筑中不同電氣耗能數(shù)據(jù)，進(jìn)行不同時(shí)段的電氣耗能分析。

圖2 能耗管理架構(gòu)示意圖

3 建筑智能化過(guò)程中的電氣節(jié)能

3.1 供電體系節(jié)能設(shè)計(jì)

在實(shí)現(xiàn)電氣節(jié)能時(shí)，從供電體系角度出發(fā)，根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)劃要求，為其構(gòu)建相應(yīng)規(guī)模的配電室以及變配電室各1座[3]。針對(duì)其中高壓部分，可選用城市市政10 kV電源實(shí)現(xiàn)供電，以此能夠滿足建筑結(jié)構(gòu)中一級(jí)負(fù)荷用電設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行需要。針對(duì)電源的線路，在敷設(shè)時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能采用電纜材料，并在室外以直埋方式完成敷設(shè)。針對(duì)部分需要在室內(nèi)完成的電纜敷設(shè)，應(yīng)當(dāng)采用橋架敷設(shè)模式。同時(shí)，確保在整個(gè)供電體系當(dāng)中，電源電壓等級(jí)為10 kV。針對(duì)供電體系中的變壓器用電負(fù)荷的設(shè)置，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同用電設(shè)備對(duì)其相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。例如，針對(duì)建筑中機(jī)房配電，其用電設(shè)備安裝容量應(yīng)當(dāng)在100～120 kW，功率因數(shù)應(yīng)為0.85；針對(duì)廚房配電，其用電設(shè)備安裝容量應(yīng)當(dāng)在250～300 kW，功率因數(shù)應(yīng)為0.65。

3.2 建筑照明節(jié)能設(shè)計(jì)

針對(duì)建筑中的照明設(shè)備，對(duì)其進(jìn)行電氣節(jié)能設(shè)計(jì)，按照正常照明和應(yīng)急照明分類，并根據(jù)不同建筑場(chǎng)所，對(duì)節(jié)能燈具的類型進(jìn)行選擇。結(jié)合建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，按照表2內(nèi)容，完成對(duì)建筑照明節(jié)能目標(biāo)參數(shù)的設(shè)置。

表2 建筑照明節(jié)能目標(biāo)參數(shù)設(shè)置

在對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行控制時(shí)，可采用集中和分散兩種控制方式。除了設(shè)置單個(gè)燈具的建筑空間以外，每個(gè)建筑空間當(dāng)中都需要安裝至少2個(gè)控制開關(guān)，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)所在區(qū)域范圍內(nèi)燈具的控制[4]。針對(duì)控制的燈具隊(duì)列，應(yīng)當(dāng)沿著水平于窗戶的方向，以分區(qū)的方式控制。

3.3 建筑設(shè)備選型節(jié)能設(shè)計(jì)

將分項(xiàng)計(jì)量統(tǒng)計(jì)和評(píng)價(jià)管理技術(shù)作為基礎(chǔ)，將提升建筑智能化建設(shè)過(guò)程中的能效作為目標(biāo)，對(duì)建筑設(shè)備進(jìn)行節(jié)能選型設(shè)計(jì)。針對(duì)空調(diào)設(shè)備，選用具有低能耗的設(shè)備，同時(shí)采用合理的保溫措施，并在空調(diào)設(shè)備周圍設(shè)置冷熱計(jì)量裝置[5]。根據(jù)空調(diào)設(shè)備冷熱負(fù)荷對(duì)空調(diào)機(jī)組進(jìn)行合理選擇，確保機(jī)組的容量能夠始終與空調(diào)的運(yùn)行負(fù)荷相匹配，從而防止出現(xiàn)裝機(jī)容量空閑的問(wèn)題。

針對(duì)建筑電氣設(shè)備中的風(fēng)機(jī)水泵，根據(jù)其負(fù)荷特性對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行合理選擇，采用符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、具有高效率的電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)等電氣設(shè)備。針對(duì)在運(yùn)行過(guò)程中負(fù)荷極易發(fā)生改變的設(shè)備，應(yīng)當(dāng)選擇2臺(tái)相同型號(hào)的設(shè)備，并將其中1臺(tái)作為主設(shè)備，另1臺(tái)作為備用設(shè)備。

針對(duì)電梯設(shè)備選型，對(duì)所負(fù)責(zé)的建筑智能化施工項(xiàng)目的服務(wù)對(duì)象進(jìn)行分析，在明確業(yè)主方對(duì)電梯功能的實(shí)質(zhì)需求情況下，結(jié)合規(guī)范要求對(duì)普通電梯、消防電梯等進(jìn)行設(shè)計(jì)，并明確電梯設(shè)備的具體型號(hào)、臺(tái)數(shù)、運(yùn)行速度等參數(shù)。同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)根據(jù)電梯的客流量對(duì)其電梯運(yùn)行方案進(jìn)行配置，以此在滿足電梯使用需求的情況下達(dá)到綠色節(jié)能效果。

4 節(jié)能效果對(duì)比分析

按照上述方法，完成對(duì)某地區(qū)建筑智能化建設(shè)項(xiàng)目當(dāng)中的電氣設(shè)備的節(jié)能改造，將改造后的設(shè)備投入正常使用和運(yùn)行，結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目運(yùn)行情況，對(duì)其節(jié)能效果進(jìn)行對(duì)比分析。

首先，從太陽(yáng)能光伏發(fā)電一體化節(jié)能效果分析，該改造項(xiàng)目所在地區(qū)對(duì)太陽(yáng)能光伏發(fā)電的推廣形式主要為光伏建筑一體化，在項(xiàng)目運(yùn)行過(guò)程中，提供的電能主要用于對(duì)本地負(fù)載的消耗。已知在該工程項(xiàng)目當(dāng)中，設(shè)計(jì)的裝機(jī)容量為86.234 kWp，將光伏組件采用支架固定的方式安裝在建筑結(jié)構(gòu)屋面上，通過(guò)測(cè)量得出其安裝傾斜角度為21.3°，從理論層面對(duì)其分析得出，其每年的發(fā)電量可達(dá)到12.5萬(wàn)kWh。

其次，再?gòu)哪芎姆矫鎸?duì)節(jié)能效果進(jìn)行分析，在實(shí)施本文上述設(shè)計(jì)的電氣節(jié)能方案時(shí)，將主要目的設(shè)置為實(shí)現(xiàn)建筑智能化過(guò)程中的節(jié)能降耗。在該項(xiàng)目運(yùn)行一段時(shí)間后，對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的負(fù)載損耗減小百分比進(jìn)行計(jì)算，并將其與傳統(tǒng)節(jié)能改造方案的負(fù)載損耗減小百分比進(jìn)行對(duì)比，如圖3所示。

圖3 兩種電氣節(jié)能方案負(fù)載損耗減小情況對(duì)比

從圖3可以看出，本文提出的節(jié)能方案在應(yīng)用到該項(xiàng)目當(dāng)中后，有效減小了負(fù)載損耗，達(dá)到了建筑智能化建設(shè)過(guò)程中的綠色節(jié)能效果。

5 結(jié)束語(yǔ)

為了解決建筑智能化發(fā)展中的能耗高、資源利用不合理等問(wèn)題，開展本課題的研究。為了證明本文設(shè)計(jì)的節(jié)能方案集成在建筑中具有一定可行性，將其在實(shí)際建設(shè)項(xiàng)目中進(jìn)行了應(yīng)用，并通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明了本文設(shè)計(jì)的節(jié)能方案具有更好的節(jié)能效果。

在此次研究中，嘗試以新能源作為依托，對(duì)建筑電氣進(jìn)行了改造，盡管設(shè)計(jì)已初見(jiàn)成果，但在后期的研究中仍不可松懈對(duì)能耗管理的研究。綜合現(xiàn)如今建筑市場(chǎng)的需求，可在后續(xù)的研究中，從建筑供水、供暖等方面，進(jìn)一步完善節(jié)能方案，豐富節(jié)能手段，確保我國(guó)建筑智能化節(jié)能技術(shù)持續(xù)深化發(fā)展。