電氣技術在綠色住宅建筑中的應用

潘正浩，邰文雄，周峻明，檀永松（上海建工四建集團有限公司建筑設計研究院， 上海 200051）

綠色建筑電氣設計應在滿足建筑總體運營業態功能需求的同時達到節材節能的目的。要同時滿足這幾點要求，需達到以下條件。首先，電氣系統設置應合理，盡量采用節能環保設備，避免設備及終端大量的堆砌。其次，系統設計應簡單實用，方便運行管理。簡單實用可以減少造價及系統的運行能耗，方便運行管理可為建筑運營后的行為節能提供基礎。電氣綠色設計關注點之一是推廣節能產品應用，采用綠色環保、節能高效的技術和設備，盡量減少對周邊環境的不利影響。基于某住宅項目，從供配電系統設計、電氣設備選用與設計、照明設計、電氣能耗監測設計、智能化設計等多個方面分享住宅綠色建筑電氣設計方面的提升技術措施。

1 工程概況

本工程地處江蘇省南京市建鄴區，總建筑面積 278 684 m2，地下建筑面積 65 851 m2，住宅建筑面積 204 864 m2，住宅戶數 1 158 戶。建筑為 15 棟建筑層數為 16～29 層的高層住宅，建筑高度為 60～100 m。電氣系統有照明、動力配電、防雷接地、火災自動報警系統、弱電各系統、設備能耗管理系統等。

2 供配電系統設計

本工程在地下車庫設置 5 座 10 kV 變電站。變電站設置靠近負荷中心，減小了供電距離，最大限度地降低了線路損耗。經測算低壓（AC 380 V/220 V）供電半徑均未超過 200 m，長度均大于常規設計的 250 m。末端配電箱設置在其配電范圍的負荷中心位置，供電半徑均控制在 50 m 之內。

在滿足使用條件的前提下，盡可能地減少變壓器臺數。區分住戶用電負荷、公共區域照明負荷、配套動力負荷等類別，并且針對容量較大、臺數較多的地源熱泵機組、新風機組等合理設置專用變壓器供電，以降低損耗。

在變電站高低壓側均集中設置了無功功率補償裝置，無功補償采用智能型免維護成套自動補償裝置，具有過零自動投切的功能，并有抑制諧波涌流措施。低壓無功補償采用混合補償，分補容量為總容量的 40%。低壓側功率因數提高到約 0.92，大于常規要求的 0.9。

3 電氣設備選用與設計

3.1 變壓器節能設計

根據我國電力行業多年資料統計與整理，在 35 kV 及以下變配電系統中，電力變壓器的損耗占電力系統總損耗的 60%～70%，故電力變壓器的節能對整個供配電系統的節能起著至關重要的作用。根據《工業與民用供配電設計手冊》（第四版）的規定，雙繞組電力變壓器的節能目的是減少有功功率損耗，以提高效率。書中所列計算公式如式（1）所示：

式中，△PT—變壓器有功功率損耗，kW；

△P0—變壓器空載有功損耗，kW；

△Pk—變壓器短路有功損耗，kW；

Sc—變壓器計算負荷，kVA；

Sr—變壓器額定容量，kVA；

△P0空載有功損耗為常數，只與變壓器本身鐵心的重量、鐵心的磁通密度、制造過程的工藝有關，與變壓器所帶負載無關，數據可由變壓器產品樣本中查得。本工程變壓器選用 SCB13 節能環保型，具有低損耗、低噪聲等特點。聯結組別為 Dyn11，系國家認證機構確認的干式變壓器，變壓器自帶溫控器和強迫通風裝置。變壓器能效值高于現行國標 GB 20052—2013 《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》中節能評價值的要求，以本工程所用某 1 臺 1 000 kVA變壓器為例，節能指數比較結果見表 1。

表 1 變壓器節能計算參數

3.2 大功率設備節能設計

本項目中大量使用地源熱泵機組和新風機組，其設備配置的低壓交流電動機均選用高效能產品，其能效指標均高于現行國標 GB 18613—2012 《中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》中節能評價值的規定。同時所選用的風機、水泵等設備能效指標均高于現行國標 GB 19761—2009《通風機能效限定值及能效等級》及 GB 19762—2007《清水離心泵能效限定值及節能評價值》中節能評價值的要求。

3.3 電梯節能設計

本項目均為高層住宅建筑，電梯使用較多，因此電梯用電節能設計采用變頻調速拖動和能量再生回饋技術。單臺電梯具有集選控制、閑時停梯操作、燈光和風扇自動控制等節能控制措施。多臺電梯集中排列時，具有按規定程序集中調度和控制的群控功能。單臺電梯集選控制，采集內外呼招梯信號經過計算機合理調配，提高電梯運行效率。多臺電梯群控不僅遵守集選原則，還遵守調度原則，協調多臺電梯的運行，實現對電梯的最優控制。

4 照明設計

照明是日常生活使用最為頻繁的用電設備。根據中國照明協會（CIES）的統計資料，建筑照明用電能耗占建筑總體用電能耗的約 20%，所以照明節能潛力很大。因本項目為精裝交付，因此在滿足住戶內使用舒適和滿足公共區域建筑用途的前提下，照明設計從以下幾個方面進行節能設計。

4.1 選用高效節能光源

為了節約電能，室內照明光源均采用發光二極管（LED，其特點是壽命長、光效高、功率低、顯色指數 Ra均 ＞ 80。

4.2 選用合理的照度標準

本工程建筑室內照度、統一眩光值等指標根據國標 GB 50034—2013 《建筑照明設計標準》的規定，滿足作業面或參考平面上的照度要求。結合光照的合理布置，通過專業照明設計軟件 DIAlux 模擬計算，滿足照明建筑照度標準值及功率密度值要求。住宅建筑照度標準值（lx）和照明功率密度限制（W/m2）如表 2 所示。

表 2 住宅建筑照度標準值（lx）和照明功率密度限制（W/m2）

4.3 照明控制方式

在住宅建筑樓梯、走道的照明等建筑公共區域具有天然采光條件或天然采光設施的區域，采取合理的人工照明布置。在天然光到達的區域照明，采用同一分支回路配電，采取感應延時、光控延時、聲控延時控制或定時控制等多種集成的控制方式，避免公共區域照明長期無人關燈的浪費現象。

本工程地下車庫面積較大且較復雜，因此地下車庫照明控制按照最小功能區域劃分照明配電分支回路。根據實際使用情況合理控制照明裝置，節約能源，并采用智能燈光控制系統。

5 電氣能耗監測設計

本工程采用電氣建筑能耗監控系統對建筑使用中的電力實施分項計量。變電所所有低壓出線回路及建筑物其他場所配電回路設置電子式普通電能表，利用該表的遠傳數值接口采集能耗數據。變壓器低壓出線側總開關處設置電子式多功能電表進行測量，表計具有監測和計量三相電流、電壓、有功功率、功率因數、有功電能、最大需量、總諧波含量功能。

本項目另采用住宅建筑中較少采用的智能化控制體系BIM 運維技術，重點對地源熱泵及新風系統進行能耗監測及運維管理，實現對項目內水泵、風機機組等大型電力消耗進行監測，同時通過分析能耗監控數據，統計流線，以改變控制策略、節約電力資源。另外通過長期的對各機電設備能耗監控數據，分析其使用狀況，通過計算確定經濟使用壽命，適時更換設備，降低綜合成本。

6 智能化設計

本項目在室內家居中采用智能遮陽板和電動百葉窗自動控制技術。通過在住戶內設置的控制開關，可以在滿足室內采光、減少照明能耗的同時，對遮陽板與百葉窗的角度進行自動調控，避免強烈的太陽光對戶內照射引起的溫度升高。同時減少空調、新風系統運行帶來的能耗。

本項目智能化管理系統包括變配電系統、電梯、公共照明、給排水、暖通空調、消防系統的監控及能源管理、視頻監控、門禁管理、防盜報警、停車管理、電子巡更等弱電智能化子系統，各系統集成到運維平臺。

7 結 語

基于某項目的實踐工作，總結各種電氣新技術措施。通過運用節能新設備材料，結合智能化平臺，實現從首端到末端的一體化管理。結果表明，該項目的綠色評價標準可達到英國的 BREEAM 評估體系和美國的 LEED 評估體系標準。通過各種節能措施，既可達到節能目的，亦希望可為居民營造一個舒適宜居的生活環境。