現(xiàn)代建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)思考

曹 慧

（安徽省城建設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽合肥 230051）

1 現(xiàn)代建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)原則

建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)符合現(xiàn)代建筑的綠色發(fā)展主題，力求在滿足建筑基本使用功能的條件下，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)、資源節(jié)約的目的。

近年來(lái)，科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展，建筑行業(yè)也隨之創(chuàng)新，誕生了一系列新工藝新技術(shù)。在建筑電氣設(shè)計(jì)過(guò)程中，如何最大限度地運(yùn)用新興技術(shù)與手段、合理選擇各種電氣設(shè)備及系統(tǒng)元件用以實(shí)現(xiàn)建筑的節(jié)能，是建筑電氣設(shè)計(jì)工作中需要著重思考的問(wèn)題。

從當(dāng)下我國(guó)建筑電氣行業(yè)節(jié)能創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用及設(shè)計(jì)情況分析，國(guó)內(nèi)建筑電氣行業(yè)對(duì)于電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)還不夠深刻，具體表現(xiàn)在對(duì)于不同類(lèi)型建筑節(jié)能設(shè)計(jì)理念認(rèn)識(shí)不足，對(duì)于各類(lèi)節(jié)能設(shè)備與系統(tǒng)的了解不夠深入，選擇能力有所匱乏，影響了建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)的進(jìn)程。對(duì)于建筑電氣設(shè)計(jì)人員而言，在進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)的同時(shí)，應(yīng)從各種電氣設(shè)備的節(jié)能性能入手，結(jié)合建筑項(xiàng)目自身的特點(diǎn)及建筑需求，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化電氣設(shè)備節(jié)能性能，提高其經(jīng)濟(jì)型，并采用合理的節(jié)能設(shè)計(jì)方法，控制建筑工程的建設(shè)以及使用成本。

2 建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)分析

建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)需要從電氣設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)多重考慮節(jié)能和環(huán)保設(shè)計(jì)，提高資源利用率。本文通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)例，結(jié)合該建筑工程的實(shí)際用途，在變電所設(shè)計(jì)、配電線路設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行電氣節(jié)能設(shè)計(jì)分析。

2.1 工程概況

本文所選案例為安徽省某地區(qū)學(xué)校工程的建筑電氣設(shè)計(jì)項(xiàng)目，該項(xiàng)目總建筑面積約2 萬(wàn)m2，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括由南向北一棟教學(xué)綜合樓及兩棟教學(xué)樓、地下車(chē)庫(kù)及其他附屬設(shè)施工程。綜合樓位于地塊的北側(cè)，平行城市道路布置，主要功能為專(zhuān)業(yè)教室、辦公室、250人報(bào)告廳及輔助用房。

教學(xué)樓共2棟18個(gè)班，平行于綜合樓布置。教學(xué)樓利用現(xiàn)狀高差，設(shè)置底層架空，增加交流空間，學(xué)生活動(dòng)室和多功能室等結(jié)合連廊設(shè)計(jì)，看臺(tái)位于運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的東側(cè)與主席臺(tái)一并設(shè)計(jì)。地下車(chē)庫(kù)共一層，可停機(jī)動(dòng)車(chē)200余輛，該項(xiàng)目泵房及風(fēng)機(jī)房設(shè)置于地下車(chē)庫(kù)內(nèi)，地下建筑層高為3.9 m，地上建筑總高度為21.7 m。

2.2 工程電氣節(jié)能設(shè)計(jì)

（1）建筑供配電節(jié)能設(shè)計(jì)。

①變配電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)。

該項(xiàng)目由市政電網(wǎng)引來(lái)兩路獨(dú)立10 kV電源供電，采用兩路同時(shí)使用，互為備用電源形式。項(xiàng)目設(shè)置地上變配電所1座，位于地塊東南側(cè)，2路10 kV電源線路采用直埋方式引入變電所高壓進(jìn)線柜，主接線方式為單母線分段形式，所有高壓電纜采用下進(jìn)下出的方式，所有低壓電纜采用上進(jìn)上出的方式。

根據(jù)項(xiàng)目類(lèi)別及電力需求，該變電所共設(shè)置兩臺(tái)干式變壓器，兩臺(tái)變壓器均使用低損耗、低噪聲的節(jié)能型SCB11系列干式變壓器，在變壓器低壓側(cè)采用集中電容補(bǔ)償，使低壓側(cè)功率因數(shù)達(dá)到0.93。1號(hào)變壓器容量為1 250 kVA，2號(hào)變壓器容量為500 kVA。該節(jié)能型變壓器使得空載損耗大幅度降低，相較于使用普通的變壓器，每年可以節(jié)省超過(guò)50%的電費(fèi)支出。

項(xiàng)目采用在變電所低壓柜出線回路處設(shè)計(jì)量與低壓配電箱處設(shè)計(jì)量相結(jié)合的計(jì)量方式。此外，該校區(qū)設(shè)置用電能耗監(jiān)測(cè)與計(jì)量系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用分項(xiàng)能耗計(jì)量、分析、節(jié)能控制及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)對(duì)照明、動(dòng)力、電梯、特殊用電分項(xiàng)監(jiān)測(cè)與計(jì)量，并進(jìn)行能效分析和管理。

能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)

②負(fù)荷等級(jí)確定。

該工程為學(xué)校建筑，包括教學(xué)綜合樓、教學(xué)樓、地下車(chē)庫(kù)及其他附屬設(shè)施工程，故在確定負(fù)荷等級(jí)時(shí)需要依據(jù)相關(guān)規(guī)范將不同建筑用途的負(fù)荷進(jìn)行分別規(guī)劃。該項(xiàng)目的應(yīng)急照明、主要通道照明、網(wǎng)絡(luò)中心、安防系統(tǒng)、消控室、消防風(fēng)機(jī)、排污泵、生活泵房、消防泵房等為二級(jí)負(fù)荷，其他用電負(fù)荷為三級(jí)負(fù)荷。

③電氣設(shè)備節(jié)能設(shè)計(jì)。

水泵、通風(fēng)機(jī)、電梯、空調(diào)等電氣設(shè)備的選擇應(yīng)依據(jù)相應(yīng)規(guī)范要求，滿足國(guó)家能效標(biāo)準(zhǔn)。例如電梯設(shè)備應(yīng)選用節(jié)能型產(chǎn)品，并結(jié)合具體的載客容量、使用頻率，采用節(jié)能的控制設(shè)備及控制策略，達(dá)到節(jié)約用電的目的。

（2）建筑照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)。

①確定不同場(chǎng)所的照度、顯色性和均勻度。

該校區(qū)不同建筑的不同功能場(chǎng)所應(yīng)嚴(yán)格按照其使用特點(diǎn)、環(huán)境條件和規(guī)范要求進(jìn)行照明設(shè)計(jì)。例如教室照明應(yīng)滿足照度、顯色性、控制炫光等要求，教室黑板處應(yīng)設(shè)置專(zhuān)用黑板照明；計(jì)算機(jī)教室、語(yǔ)音教室、美術(shù)教室的照度要求相比于普通教室應(yīng)有所提升；多功能教室、多媒體教室應(yīng)選用相關(guān)色溫較低的室內(nèi)照明。

②注重使用節(jié)能型燈具。

進(jìn)行燈具選型時(shí)，在滿足校區(qū)不同場(chǎng)所照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，優(yōu)先選用燈具效率高且控光性能合理的照明燈具。例如，校區(qū)教學(xué)樓內(nèi)選用的照明燈具均為高效節(jié)能光源、高功率因數(shù)電子型整流器燈具；設(shè)備機(jī)房等場(chǎng)所采用防水防塵節(jié)能型熒光燈；車(chē)道、車(chē)位、樓梯間等場(chǎng)所均采用LED燈。選取的LED照明燈具的光輸出波形應(yīng)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

LED光源和燈具光輸出波形波動(dòng)深度要求如表1所示。

表1 波動(dòng)深度限值

波動(dòng)深度的計(jì)算表達(dá)式為：

式中：A、B——分別代表一個(gè)波動(dòng)周期內(nèi)光輸出的最大、最小值。

③合理選擇照明控制方式。

在照明設(shè)計(jì)中，考慮電氣照明和自然采光的關(guān)系，采用分散控制、集中遙控或自動(dòng)光控等方式。例如，對(duì)于建筑公共部分的燈具控制，可根據(jù)建筑形態(tài)和使用特點(diǎn)，采取分區(qū)控制或隔化控制節(jié)約用電；大空間開(kāi)敞區(qū)域亦采用隔化控制，并充分利用天然光條件進(jìn)行燈具布置和設(shè)計(jì)。

3 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

結(jié)合案例可知，建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)考慮供配電系統(tǒng)中和照明系統(tǒng)中的電氣節(jié)能設(shè)計(jì)，尤其對(duì)于大中型建筑項(xiàng)目，合理的電氣節(jié)能設(shè)計(jì)可以節(jié)省大量用電費(fèi)用。

（1）在建筑項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，電氣節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)考慮天然光的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合建筑的風(fēng)格和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，從建筑的綜合走向等角度出發(fā)，根據(jù)場(chǎng)所條件和使用特點(diǎn)，充分利用自然光源，選擇合理的供配電和控制方式，可以最大限度減少建筑的能源消耗。

（2）在供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)合理選擇低損耗、低噪聲的節(jié)能型變壓器，并對(duì)配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償以提高設(shè)備的運(yùn)行功率因數(shù)；采用性能可靠有效、符合國(guó)家能效標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能型電氣設(shè)備；根據(jù)負(fù)荷種類(lèi)和特點(diǎn)合理設(shè)計(jì)高低壓配電系統(tǒng)，并設(shè)置電能監(jiān)測(cè)與計(jì)量系統(tǒng)，進(jìn)行能效分析和管理。

（3）在照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，合理選用環(huán)保節(jié)能型燈具，例如低壓的熒光燈、透光罩燈，也可選用新興的LED燈具，不僅能夠滿足大功率燈具使用需求，也具備更好的照明效果。在照明系統(tǒng)中采用三相四線制供電方式比單相二線、兩相三線供電方式線路損耗小；選用電導(dǎo)率較小的銅芯材質(zhì)作為導(dǎo)線、減少導(dǎo)線長(zhǎng)度、增大導(dǎo)線截面積，可降低線路阻抗，降低配電線路上的能量損耗。在照明控制方式的選擇方面，應(yīng)根據(jù)各場(chǎng)所不同的照明需求，考慮電氣照明和自然采光的關(guān)系，采用分散控制、集中遙控或自動(dòng)光控等方式。

（4）建筑電氣的節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)注重科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新，通過(guò)運(yùn)用智能化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)電氣節(jié)能。例如在建筑電氣設(shè)計(jì)中，可以運(yùn)用建筑設(shè)備節(jié)能控制與管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用集配電、控制、能耗計(jì)量及分析、安全報(bào)警、現(xiàn)場(chǎng)總線為一體的智能化設(shè)備，對(duì)建筑機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行工況、能耗狀態(tài)、運(yùn)行效率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，也可設(shè)置智能照明控制模塊，滿足不同時(shí)段及場(chǎng)合下對(duì)燈光場(chǎng)景的需求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，建筑電氣節(jié)能設(shè)計(jì)是一個(gè)不斷創(chuàng)新的過(guò)程，需要在滿足建筑設(shè)計(jì)需求的前提下，在電氣設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)充分發(fā)揮節(jié)能設(shè)計(jì)的作用，推動(dòng)建筑電氣領(lǐng)域的創(chuàng)新，促進(jìn)建筑行業(yè)的發(fā)展。