某科研辦公建筑綠色電氣節(jié)能設(shè)計(jì)案例分析

李維克

中國(guó)中元國(guó)際工程有限公司，北京 100871

0 引言

電氣設(shè)計(jì)中的能耗分項(xiàng)計(jì)量及能效管理系統(tǒng)、公共區(qū)域的智能照明控制系統(tǒng)，在《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50378—2019）中均為控制項(xiàng)，用來(lái)評(píng)定綠色建筑照明設(shè)計(jì)是否達(dá)標(biāo)。筆者現(xiàn)對(duì)某科研辦公樓的能耗分項(xiàng)計(jì)量及能效管理系統(tǒng)、典型公共區(qū)域、地下停車(chē)庫(kù)和開(kāi)敞辦公室中的DALI 智能照明控制系統(tǒng)進(jìn)行論述，希望能對(duì)電氣設(shè)計(jì)人員提供一些經(jīng)驗(yàn)和幫助。

1 工程簡(jiǎn)介

科研辦公樓總建筑面積為47 230 m2，建筑高度為60 m。建筑層數(shù)為地下4 層，地上15 層。地上建筑的主要功能區(qū)為辦公室、會(huì)議室，地下建筑的主要功能區(qū)為餐廳、廚房、設(shè)備用房及停車(chē)庫(kù)。為一類(lèi)高層辦公建筑。

在建筑方案的初步設(shè)計(jì)階段就應(yīng)考慮綠色節(jié)能設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50378—2019）[1]對(duì)電氣設(shè)計(jì)的相關(guān)要求，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能減排目的。智能照明控制系統(tǒng)和能效管理系統(tǒng)是建筑智能化系統(tǒng)的一部分，在收集、分析建筑物內(nèi)一定運(yùn)行時(shí)間的能耗參數(shù)后，可以制定適合于使用者的最優(yōu)控制方式，從而減少能源消耗。

2 能耗分項(xiàng)計(jì)量及能效管理系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 能耗分項(xiàng)計(jì)量

能耗分項(xiàng)計(jì)量是指對(duì)冷熱源、輸配系統(tǒng)和照明等各部分能耗進(jìn)行獨(dú)立分項(xiàng)計(jì)量[2]。

（1）在配變電所低壓開(kāi)關(guān)柜出線(xiàn)處設(shè)置計(jì)量?jī)x表，對(duì)制冷機(jī)組、空調(diào)機(jī)組、風(fēng)機(jī)、水泵、電梯、弱電設(shè)備進(jìn)行用電分項(xiàng)計(jì)量。

（2）在層箱處設(shè)置計(jì)量?jī)x表，對(duì)照明、辦公用電進(jìn)行用電分項(xiàng)計(jì)量。層箱配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示，層配電箱進(jìn)線(xiàn)后分為兩段母線(xiàn)，每段母線(xiàn)分別計(jì)量，其中a 段母線(xiàn)帶照明及風(fēng)機(jī)盤(pán)管負(fù)荷，b 段母線(xiàn)帶辦公用電負(fù)荷。

圖1 層箱配電系統(tǒng)圖

2.2 能效管理系統(tǒng)的具體設(shè)置

2.2.1 能效管理系統(tǒng)的構(gòu)成

能效管理系統(tǒng)包括用能信息采集、信息通信。系統(tǒng)能對(duì)各用能設(shè)備和系統(tǒng)實(shí)施信息采集、顯示、分析、處理、維護(hù)及優(yōu)化管理，具有實(shí)時(shí)性、全局性、系統(tǒng)性和可控性的特點(diǎn)。能效管理系統(tǒng)的能耗包括電量、水耗量、燃?xì)饬浚ㄌ烊粴饬炕蛘呙簹饬浚?、集中供熱耗熱量、集中供冷耗冷量和其他能源?yīng)用量[3]。變電所出線(xiàn)回路裝設(shè)的多功能數(shù)顯表，對(duì)空調(diào)用電、動(dòng)力用電、照明插座用電和特殊用電四項(xiàng)進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)。各低壓出線(xiàn)開(kāi)關(guān)具備監(jiān)測(cè)有功功率和電流、有功電度計(jì)量及數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳的功能。

2.2.2 能效管理系統(tǒng)的設(shè)置

能效管理系統(tǒng)與樓宇自控系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)及DALI 智能照明控制系統(tǒng)集成。樓宇自控系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)對(duì)供熱系統(tǒng)、冷熱系統(tǒng)、給水及中水系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控和集中管理，將冷熱量表、水表、氣量表接入系統(tǒng)監(jiān)控室內(nèi)的直接數(shù)字控制器。用戶(hù)電量計(jì)量先納入變配電所的電力監(jiān)控系統(tǒng)后，再通過(guò)數(shù)據(jù)采集網(wǎng)關(guān)連接至自控系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理。對(duì)采用DALI 智能照明控制系統(tǒng)的場(chǎng)所，進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控，并納入能效管理系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)集成。

3 DALI 智能照明控制系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 DALI 智能照明控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

DALI 是Digital Addressable Lighting Interface（數(shù)字可尋址照明接口）的首字母縮寫(xiě)，為一種智能照明系統(tǒng)的數(shù)字傳輸協(xié)議。DALI 系統(tǒng)中的每個(gè)燈具都具有獨(dú)立地址，使用者可以通過(guò)軟件對(duì)每個(gè)燈具或者一組燈具實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)地調(diào)光及遠(yuǎn)程開(kāi)啟關(guān)閉；無(wú)論燈具是否在同一回路中，業(yè)主都可修改控制要求，且無(wú)須改動(dòng)照明線(xiàn)路。由于系統(tǒng)形式簡(jiǎn)單，無(wú)須照明調(diào)光箱或控制箱，且布線(xiàn)方式較為常見(jiàn)，因此應(yīng)用DALI 技術(shù)可縮短調(diào)試時(shí)間、降低布線(xiàn)成本、簡(jiǎn)化安裝程序。相比于基于回路控制的智能照明控制系統(tǒng)，具有更好的功能及效果[4]。在地下車(chē)庫(kù)、走廊和大空間辦公區(qū)采用DALI智能照明控制系統(tǒng)，能根據(jù)空間天然采光的情況開(kāi)關(guān)或調(diào)節(jié)燈光亮度。

3.2 地下車(chē)庫(kù)照明控制方案

在上下班時(shí)間，辦公區(qū)地下車(chē)庫(kù)的車(chē)輛、人員進(jìn)出頻繁，而其他時(shí)間人員流動(dòng)不多。因此把車(chē)庫(kù)照明分成車(chē)道燈和車(chē)位燈，車(chē)道和車(chē)位各成回路，分別控制，如圖2 所示。上下班車(chē)流高峰期，車(chē)道燈和車(chē)位燈全部開(kāi)啟；其他時(shí)段車(chē)道燈和車(chē)位燈各開(kāi)啟一半；夜間僅保留值班照明。

3.3 開(kāi)敞辦公室照明控制方案

開(kāi)敞辦公區(qū)燈具采用2×58 W 高光效節(jié)能型直管熒光燈，配帶有DALI 接口的調(diào)光型電子鎮(zhèn)流器，引入調(diào)光控制的功能。并設(shè)置具有亮度探測(cè)功能的人體感應(yīng)探測(cè)器，采用EIB 總線(xiàn)將探測(cè)信號(hào)與上位機(jī)相連。

由于室內(nèi)空間的縱深不同，需要通過(guò)燈具照明及自然光照的結(jié)合實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制，使工作面照度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。自然光照強(qiáng)度隨時(shí)間改變?？拷獯暗奈恢萌照諚l件好，不需要燈具照明；遠(yuǎn)離外窗位置的日照條件差，需要一定的燈具照明作為補(bǔ)充[5]。

3.3.1 人體感應(yīng)探測(cè)器的安裝設(shè)計(jì)

人體感應(yīng)探測(cè)器對(duì)燈光、空調(diào)進(jìn)行控制，可做到人在燈亮、空調(diào)開(kāi)；人離燈關(guān)、空調(diào)關(guān)。避免人員外出或下班后忘記關(guān)閉空調(diào)的情況出現(xiàn)。人體感應(yīng)探測(cè)器布置方式和開(kāi)敞辦公室照明平面圖分別如圖3、圖4所示，每個(gè)人體感應(yīng)探測(cè)器可管理6 套2×58 W 高光效節(jié)能型直管熒光燈和2 套風(fēng)機(jī)盤(pán)管，具有監(jiān)視功能或恒照度控制功能。探測(cè)器安裝于3 m 吊頂處，有效范圍為7 m，具備延時(shí)關(guān)燈、關(guān)空調(diào)的功能。熒光燈亮度范圍為5～500 lx。

圖3 人體感應(yīng)探測(cè)器布置方式

圖4 開(kāi)敞辦公室照明平面圖

3.3.2 開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)

開(kāi)關(guān)采用聯(lián)網(wǎng)型溫控器，將風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制納入智能照明控制系統(tǒng)，風(fēng)機(jī)盤(pán)管控制和照明控制在一個(gè)面板上。每個(gè)聯(lián)網(wǎng)溫控器均有地址接口，通過(guò)EIB 總線(xiàn)與上位機(jī)相連。

（1）聯(lián)網(wǎng)型溫控器與單機(jī)類(lèi)溫控器的比較。單機(jī)類(lèi)溫控器不能實(shí)現(xiàn)集中管理與控制，水閥的調(diào)節(jié)只在使用者設(shè)定的溫度內(nèi)進(jìn)行，并按設(shè)定的風(fēng)速運(yùn)行。單機(jī)類(lèi)溫控器沒(méi)有自動(dòng)定時(shí)關(guān)閉功能，一旦出現(xiàn)使用者離開(kāi)建筑沒(méi)有關(guān)閉空調(diào)的情況，會(huì)造成資源浪費(fèi)。聯(lián)網(wǎng)型溫控器可通過(guò)室內(nèi)溫度控制風(fēng)機(jī)盤(pán)管的啟停，使辦公區(qū)溫度恒定，具備聯(lián)網(wǎng)溫控功能與就地溫控功能。聯(lián)網(wǎng)型溫控器能夠更好地幫助物業(yè)集中管理與控制建筑內(nèi)部的溫控器。

（2）聯(lián)網(wǎng)型溫控器的優(yōu)勢(shì)。主要體現(xiàn)在以下兩方面：①節(jié)省電費(fèi)。通過(guò)鎖定功能，使空調(diào)溫度達(dá)到恒溫，滿(mǎn)足人體最佳舒適度的要求，使壓縮機(jī)功率保持恒定狀態(tài)，冷凝溫度固定。實(shí)際運(yùn)行的水冷式冷水機(jī)組的冷凝溫度每增加1 ℃，壓縮機(jī)單位制冷量的功耗率約增加4%，冷凝溫度固定可以確保節(jié)能效果。②節(jié)約人力。人員只需在電腦上進(jìn)行核對(duì)，即可了解建筑內(nèi)部的空調(diào)開(kāi)啟情況，無(wú)須單獨(dú)安排工作人員進(jìn)行定點(diǎn)巡視，提高工作效率。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障或使用異常時(shí)，電腦會(huì)顯示故障?？芍苯诱业絾?wèn)題點(diǎn)，減少人員的工作量。

4 地下停車(chē)庫(kù)燈具選用

LED 照明燈具有光效高、耗電量小、壽命長(zhǎng)、安全可靠、綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。LED 的發(fā)光效率可達(dá)80～139 lm/W，而且顯色性好、光譜窄，無(wú)須過(guò)濾可直接發(fā)出有色可見(jiàn)光，可把90%的電能轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光[6]。

本項(xiàng)目，地下停車(chē)庫(kù)總建筑面積為8 000 m2，車(chē)庫(kù)照度按75 lx 設(shè)計(jì),比較單管T8-36 W 燈具（450 套）與實(shí)際安裝的LED-24 W 燈具（433 套）的應(yīng)用效果，如表1 所示。

根據(jù)表1，LED 燈管與熒光燈相比，初期投資高，但電費(fèi)低，一年的總費(fèi)用基本持平。但LED 燈管的壽命一般為3～5 年，無(wú)任何維修成本，因此在未來(lái)的2～3 年，LED 燈管每年節(jié)省電費(fèi)約6 萬(wàn)元。

表1 單管T8-36 W 燈具與LED-24 W 燈具的比較

5 結(jié)論

為了滿(mǎn)足智能建筑電氣設(shè)備節(jié)能的需求，應(yīng)采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和樓宇設(shè)備管理系統(tǒng)，根據(jù)建筑環(huán)境的實(shí)際需求，制定電氣設(shè)備節(jié)能的策略，切實(shí)將智能建筑電氣設(shè)備的能耗降到最低。文章圍繞綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)要求，根據(jù)建筑特點(diǎn)，采取了各項(xiàng)技術(shù)措施以保證設(shè)計(jì)的合理性。主要包括DALI 智能照明控制系統(tǒng)、能效管理系統(tǒng)等，既滿(mǎn)足了綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的要求，也達(dá)到了建筑節(jié)能、低碳環(huán)保的目的。通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，地下車(chē)庫(kù)照明采用LED 燈具，既能減少有害物質(zhì)污染，又能節(jié)省開(kāi)支。