綠色建筑電氣技術及建筑電氣節能設計的探討

侯 盼 杭州浙經建筑規劃設計有限公司蘭州分公司

隨著我國社會經濟發展進入新階段，建筑工程規模以及數量呈現出顯著提升趨勢，在有效推動區域經濟發展的同時，資源消耗以及浪費問題也逐漸凸現，經濟效益以及生態效益之間的矛盾逐漸激化。因此，最大限度地降低建筑項目開展過程中的資源浪費是當前相關工作人員的主要研究內容，不僅有利于環境保護政策的落實，同時對促進工程建設的有序開展具有重要的現實意義。節能降耗作為環境保護政策的重要工作內容，對落實綠色建筑建設目標具有驅動作用。目前，建筑行業中已經將優化節能電氣技術應用設計作為主要研究課題，以實現建筑節能目標。

1 綠色建筑電氣技術應用價值概述

以國家社會經濟建設層面分析，綠色建筑在實際應用過程中具有重要的現實意義。首先，其在確保建筑功能性以及居住舒適性的同時，還可以有效降低建筑建設以及使用過程中的能源消耗以及環境污染情況，進而促使企業兼顧生態效益以及經濟效益。其次，綠色建筑在實際發展過程中可以有效推動經濟與環境協調發展目標的實現，最大限度控制能源消耗量，同時還可以在此基礎上開展資源循環利用工作，降低國民經濟發展的負擔。最后，綠色建筑在實際發展過程中還可以實現對科技發展現狀的檢測，并推動建筑工程施工技術不斷進步。推行綠色建筑理論的過程中，傳統落后技術會逐漸被更加先進的施工技術以及設備所取代。

2 綠色建筑電氣節能設計原則

2.1 實際需求性

施工單位在實際開展電氣節能設計過程中應充分考慮建筑的使用功能要求，在兼顧建筑功能需求以及實際需要的基礎上開展電氣節能設計。從設計目的層面分析，電氣工程的作用在于為民眾的日常生活服務，技術人員在實際開展設計工作過程中應對此層面進行著眼，確保電氣工程設計可以滿足民眾日常生活需求，如照明系統、電力供應穩定等。同時，技術人員在設計中還應提高對工藝方面的重視程度，兼顧舒適性以及美觀性需求[1]。就建筑電氣節能設計層面分析，滿足實際需求是所有設計的重要基礎。因此，實際需求性是建筑電氣節能設計工作中必須遵循的首要原則。

2.2 經濟適用性

技術人員在實際開展建筑電氣節能設計過程中應充分考量建筑物的經濟性以及適用性，進而確保工程建設過程中的成本投入可以得到有效控制。當前建筑市場中，建筑節能技術以及設備呈現出多元化發展趨勢，技術人員在工作中應充分注意項目經濟性要求，將性價比作為技術以及設備選擇的首要標準，在充分結合建筑設計要求以及使用要求的前提下進行技術與設備的篩選工作。如果一味選擇高端技術或設備，建設成果與預期成效相差較大情況的發生概率會大幅提高，同時資源與資金浪費幅度也較為嚴重。

2.3 節約環保原則

在開展電氣節能設計工作時，應注意將能耗以及環境保護作為重要關注對象，利用科學合理的電氣節能設計有效實現降低能耗和保護生態環境的目標。實際工作過程中，技術人員應在確保建筑功能不受影響的前提下對無關的電氣部分進行優化處理，通過對相關部分進行節能設計有效實現降耗目標[2]。此外，技術人員在實際工作過程中還應注意科學利用變壓器、功率調節器等，確保節能環保原則得以貫徹落實。

3 工程案例

為深入探究綠色建筑電氣節能設計要點，本文選取實際案例進行具體說明。案例工程為某大廈整體改造工程，總建筑面積達到19 816.08 m2，建筑高度達到70 m 左右，建筑地下3 層，地上20 層，其中地下3 層為車庫、設備用房等，地上20 層為辦公用房。大廈業主為落實綠色建筑理念以及電氣節能要求，決定對大廈進行改造，邀請專業施工團隊開展本次改造作業。施工技術人員在綜合大廈實際情況以及當地氣候條件的基礎上，決定采用太陽能光伏發電一體化的設計方案。

4 工程電氣節能方案設計要點

4.1 太陽能光伏發電一體化設計

案例工程中，施工技術人員決定將在大廈頂部安裝光伏組件，利用太陽能電池的光生伏特效應，將太陽輻射能轉化為電能，用于大廈的日常使用。設計的系統主要由光伏方陣、光伏匯流設備以及逆變器等構成，技術人員在工作中結合當地數年內月平均輻照度、直射分量輻照度等參數對系統進行設計，并利用專業知識對組件傾斜角進行優化，確保其可以滿足實際應用需求[3]。將裝機容量設計為97.265 kWp，其單點接入設計方案如圖1 所示。

圖1 單點接入設計方案

實際工作過程中，依據大廈頂部場地面積以及組件布置實際要求，在頂樓部分安裝384 件最大功率為245 Wp 的光伏組件，并且將其接入至逆變器中。隨后將16塊組件串聯為1路，共設計24路，并將其分別接入4 臺并網逆變器中。光伏組件以及組串直流輸出在經過逆變器處理后，由交流配電箱和并網柜進入用戶變電所低壓側母線。此外，技術人員利用支架將光伏組件固定于屋面上，方向朝向正南方，并將傾斜角設計為24°。

實際設計過程中對光伏組件的使用性能以及系統供電實際需求進行綜合考量，最終決定采用多晶硅光伏組件，其主要技術參數如表1 所示。

表1 光伏組件技術參數

4.2 能耗管理系統設計與應用要點

案例工程中，技術人員在實際工作中為保證大廈能耗控制在可接受范圍內，依據相關規范要求，選擇Acrel-5000 作為本工程中設備能耗監測系統，其功能模塊主要涵蓋系統監控、系統能耗統計以及系統能耗評價3 大部分。

技術人員在實際開展設計工作過程中，采用獨立式能耗監測系統作為本次組網形式，同時將監測系統劃分為4 個主要部分，即消防控制室監控管理層、現場與配電箱監控模塊、主機與配電箱通信渠道以及網絡傳輸渠道。技術人員為確保電能數據采集的時效性和精確性，在現場末端配電箱中安置電能表設備，并對所采集數據進行初步分類與整合，隨后將其上傳至能耗管理主機中，通過該主機對大廈內設備運行情況進行統一監控[4]。

該系統在實際運行過程中會將各部分設備節能監控系統進行整合，并利用系統的數據處理優勢對建筑能耗進行分類分析，具體能耗分析結果如下。一是照明、插座類負荷用電，具體涵蓋辦公室照明、插座等以及走廊、樓梯、室外公共照明、應急照明以及廣告照明等；二是采暖及空調用電方面，涵蓋空調機房、熱交換站等機房設備用電；三是動力負荷用電方面，主要涵蓋普通及消防風機、普通及消防電梯等；四是特殊負荷用電方面，主要涵蓋弱電信息機房、消防控制室等。

從實際應用角度分析，能耗管理系統在運行初期可以對大廈內部電能消耗數據進行實時采集與整理，在數據量達到一定幅度后，系統即可以利用自身數據處理優勢以及智能化技術對不同時間段內的能耗數據進行對比與分析，并在此基礎上建立標準值，隨后通過對不同監測點能耗數據進行橫向對比與判斷即可得出大廈內急需優化的關鍵，并形成完善的能耗分析報告，為工作人員提供有效的信息支持。

4.3 供電系統節能設計要點

案例工程中，技術人員依據改造工程設計規劃要求，擬在地下室區域設計建設10 kV 配電室以及10/0.4 kV 變配電室設施。設計過程中，采用市政10 kV 電源作為高壓供電部分，最大限度地確保一級負荷供電可靠性滿足實際應用需求，在電源線路方面則依據室外以及室內實際情況分別選用電纜直埋與橋架敷設方式，電源電壓等級設計為10 kV。

技術人員在實際工作過程中依據我國現行《供配電系統設計規范》中提出的供電負荷等級分類標準，將消防負荷、客梯、生活水泵等劃分為一級負荷，空調等重要負荷劃分為二級負荷，其余則統一劃歸三級負荷。大廈中以安全系統等為代表的特別重要負荷用電依照一級負荷中特別重要負荷標準進行配電，并且利用配套的在線式UPS 作為應急備用電源，以確保大廈內特別重要負荷用電的可靠性[5]。

案例工程中，技術人員將用電設備安裝容量、一級以及三級負荷用電設備安裝容量分別設計為2 465 kW、900 kW、1 565 kW，同時在地下車庫設置了1 座10 kV 配電室，并依照分段單母線形式運行。技術人員在其上設置聯絡開關，并利用不同母線段放射式配電對應至相應的變壓器上。同時，技術人員在進線柜以及聯絡開關之間采用機械與電氣雙重聯鎖設計，在設備正常運行情況下，兩路10 kV 高壓電源采用同時供電方式，二者之間互為備用。當聯絡柜斷路器斷開時，兩臺進線柜斷路器也會隨之閉合；而在聯絡柜斷路器閉合時，兩臺進線柜斷路器在任何情況下均無法實現同時閉合。

5 工程節能效果分析

就光伏建筑一體化節能效果層面分析，光伏建筑一體化系統是項目所在地的主要推廣形勢，其主要由分布式光伏發電線構成，運行中產生的電能可以供本地負載消耗。案例工程中，設計裝機容量設定為97.265 kWp，光伏組件利用支架方式固定于屋頂，安裝傾斜角設定為24°，朝向設定為正南方，理論年均發電量可達到10.5 萬kW·h。

就能耗檢測管理系統節能效果層面分析，案例工程中通過應用能耗監管系統實現節能降耗目標，可以通過完善的診斷流程為能耗改善工作提供必要的支持，同時通過完善的能耗分析報告實現對建筑節能設備的控制。

就供配電系統節能效果層面分析，相較于傳統變壓器，所使用的非晶合金干式變壓器的空載損耗以及負載損耗可降低50%以上，同時負載率可限制在85%以下。案例工程使用設備的負載率僅為72%左右，這就使變壓器可以始終控制在經濟性運行狀態下，損耗大幅降低的同時，經濟效益直線上升。另外，低壓側采用并聯電容器無功補償裝置，具有成本低、占位少以及維護便捷等優勢。

案例工程中，技術人員在充分考量技術條件以及經濟電流法的前提下選取電力電纜截面，在充分兼顧兩方面需求的基礎上最大限度地提升截面面積。依照30 年使用壽命計算，所使用的電纜長度為30 km，相較傳統電纜，其線損可降低約35%，年均降低損耗為598 kWp，年節約電量可達147 萬kW·h。

6 結語

目前，電氣節能設計已經成為建筑業的重要工作內容之一，是落實我國綠色環保戰略的重要基礎環節以及推動力。因此，建筑行業應不斷加強對綠色建筑電氣節能設計的重視程度以及研究力度。本文所研究案例在應用了文中方案后取得了較好的節能效果，并且建筑功能性和舒適性未受影響，可以為同類建筑工程的電氣節能設計提供借鑒。