探討綠色公共建筑電氣設計

盧嘉東

（華南理工大學建筑設計研究院有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

綠色建筑的實施和發(fā)展很難在建筑工程中真正全面中實施，與傳統建筑行業(yè)相比，綠色建筑的實施具有一定的復雜性，因此應該對綠色建筑規(guī)劃相關問題進行更深入的思考。節(jié)能與利用、節(jié)地與室外環(huán)境、材料節(jié)約與資源利用、室內環(huán)境質量及相關運行管理相結合是綠色建筑評價的基準，如何采取合理的綠色建筑措施，實現建筑的綠色節(jié)能，是綠色建筑設計的關鍵內容。

1 綠色建筑電氣設計的原則分析

綠色建筑的電氣設計原則有以下3 個：首先要保證建筑的功能，如照明系統必須提供著色、照明等，同時空調系統必須提供室內空氣轉換和室內溫度調節(jié)，還要同時達到空調系統的節(jié)能要求。其次，綠色建筑電氣設計的第二個原則是要充分考慮經濟價值，節(jié)能是一方面，但也要根據建筑的實際情況，充分考慮建筑的經濟價值，不能單方面滿足節(jié)能要求，也不能花太多錢從而導致資金的缺失，需要盡最大努力確保節(jié)能投入的資金在建筑投入使用后通過節(jié)能收回成本。最后，綠色建筑電氣設計的第三個原則是盡可能避免能源浪費，這就要求相關人員應該找到建筑本身的能耗，然后通過先進的技術實現節(jié)能目標，例如變壓器的功率和電路損耗就是能量損耗，而使用大面積的高強度照明會導致高功耗，因此必須采用先進技術來減少能源消耗，促進環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[1]。

2 綠色公共建筑電氣設計過程中存在的問題

2.1 照明系統設計中存在的問題

照明設計是公共建筑不可分割的一部分，但在實際設計過程中，還存在很多問題需要解決，比如對照明的重視不夠等，近年來，社會各界越來越重視節(jié)能減排，節(jié)能照明燈具也不例外，且照明能耗占整個建筑總能耗的很大一部分。據有關統計，2012 年我國能源消費總量為5.15 萬億kW，其中照明發(fā)電占12%，即6180億kW，這是一個非常大的數字，也說明照明節(jié)能一刻也停不下來，但當前設計人員普遍存在的問題是對光源產品了解不夠，具體設計圖紙沒有注明具體參數，導致高色溫熒光燈出現顯色指數低，光效低等問題，因此相關照明產品的選擇應根據實際情況進行。同時在選擇燈具時應考慮燈具的具體防護等級、亮度限制、噪聲限制等因素。事實上不同燈光的配光曲線和相位比也是不同的，在相同的照明條件下燈光的數量也會不同，所以燈光的選擇要結合現場情況。

2.2 公共建筑能耗計量、管理問題

隨著我國城市化進程的逐步推進，各種大型建筑的規(guī)模逐漸增大，直接導致能源消耗逐漸增加，因此人們對電能的依賴程度越來越高。在減排政策框架內，電能的分項計量尤為重要，通過能耗分項計量，可以搭建建筑能耗分析平臺，借助數據分析和收集，可以為未來制定相應的節(jié)能計劃打下良好的基礎，因此在設計節(jié)電時不能在同一電路中混用具有不同功能和功率分布的負載。

2.3 配電系統設計中存在的問題

在公共建筑的電氣規(guī)劃中，需要重點關注能源轉換和分配空間的位置，而在實際設計過程中，一些設計人員將變電站放置在遠離負載中心的位置，導致供電半徑增大，進而導致線損相應增加。同時變壓器的型號選擇也不合理，例如選擇有功功率損耗大的變壓器，放置不合適的負載，會導致不必要的功率損耗，而在配電系統中，三相不平衡不僅增加了線路和變壓器的功耗，還會導致零序電流的產生，嚴重危害電氣設備的安全運行，另外隨著公共建筑中電子設備和電器的不斷增多，3 次及以上的奇次諧波越來越多，不僅增加了供電線路的附加損耗，也加重了普通電源的負荷，并影響設備的正常電氣運行，因此有必要在電氣設計中盡量減少或消除奇次諧波[2]。

3 對公共建筑電氣進行綠色設計的合理建議

3.1 在照明環(huán)節(jié)中的節(jié)能措施

照明設備是人們日常生活中不可缺少的設備之一，但是照明設備的錯誤選擇也會造成建筑物電能的巨大浪費，因此做好節(jié)能照明系統非常重要。設計選用高效節(jié)能燈具光源，燈具效率不低于現行《建筑照明設計標準》規(guī)定的標準值，在選擇合適的場地環(huán)境時，還應考慮燈具、提燈和光源，同時不宜長期停留的場所優(yōu)先考慮光效高的LED 照明燈具，采用高效熒光燈帶節(jié)能電子鎮(zhèn)流器，在滿足光照強度均勻的條件下，優(yōu)先采用單燈配大功率、高光合效率的光源；在滿足照明標準實際要求的情況下，各照明場所的照度密度值應嚴格控制在現行公共建筑節(jié)能標準和建筑照明標準規(guī)定的限值以下，而在條件允許的情況下，可以采用光導照明等新技術，充分利用自然光資源[3]。

另一方面需要根據建筑特點、建筑功能、建筑標準、使用要求等具體情況，對照明系統進行經濟實用、合理有效的控制設計，如普通機房、辦公室、小型會議室等照明場所宜采用局部燈開關控制，樓梯間等場所的照明可根據需要結合使用，多采用自熄、節(jié)能開關控制，多盞燈具的房間，開關的數量不應少于兩個，房間或場所裝有兩排或多排燈具，受控燈柱應與側窗平行，以便充分利用自然光，對于車庫、公共走廊、禮堂、大型報告廳等大型空間，可采用智能照明控制系統進行自動分時分區(qū)或自動調光控制，對于景觀照明，燈具應采用集中控制方式，并根據使用普通、節(jié)日、大型節(jié)日等不同的照明方案，采用光控、程控、時控等智能控制方式，或夜間調光控制、分區(qū)或分組節(jié)能控制。圖1 為節(jié)能照明系統。

3.2 在設備運行管理環(huán)節(jié)的節(jié)能措施

建筑的實際運行管理對建筑能耗和綠色節(jié)能起著至關重要的作用，因此對于綠色節(jié)能建筑而言，通過電氣設計提高建筑的運營管理能力和效率就顯得尤為重要，對此可根據建筑功能適當確定智能低壓系統，加強運行利用管理中的智能系統設置，如B.BA 系統、能耗監(jiān)控系統、智能綜合管理系統等，基于樓宇服務和電氣設備、安防設備的能耗進行全面有效的監(jiān)控、管理，滿足建筑各方面的需要日常使用滿足，還大大提高了管理、運行、維護等方面的效率，節(jié)省了大量日常運行管理的人力物力，同時通過合理的智能化系統、能耗分析統計，取得了良好的經濟效益，對建筑內的風、水、光、電等機電設施進行智能合理控制，取得了較好的社會效益和環(huán)境效益，提高了建筑整體的智能化和現代性，同時也為樓宇員工提供安全、舒適、高效、節(jié)能、環(huán)保的工作環(huán)境[4]。圖2 為一種變頻空調器及其節(jié)能運行控制流程。

3.3 在變配電環(huán)節(jié)中的節(jié)能措施

在建筑物中，配電系統扮演著供電和輸電線路的生命線，因此也是一項重要的綠色節(jié)能措施，如何確保在電力轉換和傳輸過程中盡可能減少能源浪費也成為必須考慮的問題。因此相關人員要進行節(jié)能高效變配電系統設備的設計與選型，合理確定變壓器容量和臺數，主接線應能適應負荷變化，靈活根據經濟運行類型切換變壓器，變電站和建筑物內的電氣豎井的位置應盡可能靠近負載的重心，供電線路要合理，盡量縮短其長度，同時應選擇優(yōu)質的銅芯電纜，以減少線路損耗，且要采取措施保證系統功率因數的穩(wěn)定，電力通常在變壓器和配電系統中可用補償后的高壓側功率因數不小于0.9，同時將濾波扼流圈連接到具有適當參數的中央自動補償裝置以減少諧波。對于主要產生諧波的電氣電子設備，應選用符合規(guī)范諧波限值的產品；對于產生大諧波的大容量設備，應考慮使用專用濾波器，如B逆變器的濾波裝置，同時還要采取控制措施，節(jié)約設備能源[5]。圖3 為變配電節(jié)能系統裝置。

3.4 提高系統功率因數

提高設備的自然功率因數可以在設計電源和分配時進行正確選擇電動機、變壓器和照明設備，以減少線路的電感電抗并改善電氣設備的自然功率因子，此時應優(yōu)先選用功率因數較高的同步電機，熒光燈可使用諧波系數低于15%的電子鎮(zhèn)流器，使用提高功率因數的補償容量法。當自然功率因數較低時，在變壓器低壓側設置集中無功補償裝置，采用全補+部分補的方式，使10kV 側的功率因數達到0.95 以上，此外采用智能補償控制器，具有自動循環(huán)切換、過零切換、分相補償等功能，其對功率點偏遠、容量大的設備采用就地補償，如果配電系統中諧波電流嚴重，應考慮在低壓側加裝有源濾波器或在大功率變流器的輸出回路加裝無源濾波器。

3.5 光伏發(fā)電措施

以某工程為例，建筑物地下停車場的公共區(qū)域由采用屋頂太陽能高效非逆變器技術的太陽能光伏LED（PV-LED）照明，根據項目特點，設計了三個車庫系統，總容量為2880Wp，由太陽能光伏安裝在屋頂上。

項目采用PV-LED 太陽能公共照明技術，其中太陽能直流電直接采用新型光源和LED 燈感應控制，為項目地下停車場公共區(qū)域提供新能源照明，實現超高節(jié)能率，也節(jié)省了公共照明的維護成本。太陽能是可再生能源之一，是新能源的主流，是節(jié)能減排的方向，使用LED 照明燈具也是現代照明的必然趨勢，其中太陽能光伏結合LED 燈具，這種非常低碳的照明方式將是現代建筑照明的發(fā)展方向。光伏發(fā)電系統裝置如圖4所示。

4 結語

在未來的電氣規(guī)劃中，應不斷研發(fā)新技術，使綠色建筑更加節(jié)能，以實現最大的經濟效益和社會效益。在經濟可持續(xù)發(fā)展需求的時代，建筑業(yè)也面臨著諸多機遇和挑戰(zhàn)，建筑業(yè)要學會適應時代發(fā)展需要，將可持續(xù)發(fā)展的理念貫徹到底，尋求新的發(fā)展空間，改變合理的規(guī)劃和能源利用方式，達到經濟利益和經濟利益的目的，同時讓環(huán)保理念得到落實。此外以可持續(xù)發(fā)展為理念的社會背景下，綠色公共建筑的電氣設計和實施必然與一般建筑有所不同，為了更好地匹配低碳經濟模式下電氣設計的良好發(fā)展，相關設備和技術應盡快升級換代。