公共建筑電氣設計中綠色節能技術的應用研究

程玲軍

(中交溫州高鐵新城投資發展有限公司，浙江 溫州 325000)

0 引 言

電氣設計是公共建筑項目施工中不可缺少的設計環節，科學、合理的電氣設計可以提高公共建筑在市場內的價值。在智能化技術高速發展的產業背景下，具有智能化功能的建筑電氣在公共建筑設計中的應用越來越廣泛，并逐步融入了人們的日常生活中[1]。與此同時，建筑電氣的高耗能問題成了開發商亟須解決的問題，如何在保證電氣設備發揮其原有效能的同時，實現電氣節能目標，成了設計方的關注重點。下述將對此方面問題展開詳細的論述。

1 公共建筑電氣設計中綠色節能技術的應用

1.1 合理選用節能型變壓器

針對公共建筑中的電氣設計，為體現其綠色節能特性，針對電氣設備的變壓器裝置進行合理選擇，結合當前市面上常見的變壓器類型，對其應用性能進行分析，可在此過程中，嘗試用非合金材料的鐵芯變壓器代替傳統變壓器進行推廣使用[2]。相比早期公共建筑內的變壓器設備，此次研究提出的新型變壓器主要構成材料為新型導磁，與傳統硅鋼片材料為鐵芯的變壓器相比，其空載狀態下的損耗通常能夠降低80%左右。此項研究成果也是我國建筑領域在近幾年研究中發現的使用效果最佳的變壓配電設備[3]。以1 000 kVA的變壓器裝置為例，表1為不同材料鐵芯的變壓器應用性能對比表。

表1 不同材料鐵芯的變壓器應用性能對比表

從表1中記錄的不同材料鐵芯的變壓器應用性能對比情況可以看出，非晶合金鐵芯變壓器無論是在空載狀態下還是在負載狀態下，其損耗均明顯小于硅鋼片鐵芯變壓器，由此可以看出非晶合金鐵芯變壓器具備的應用優勢[4]。同時，對于公共建筑而言，在非使用時期基本處于低負荷的運行階段，因此采用非晶合金鐵芯變壓器能夠達到更加理想的節能效果。綜合當前公共建筑的市場投資情況對變壓器裝置的應用成本進行分析，這種材料的變壓器裝置價格通常會高出普通硅鋼片鐵芯變壓器價格三成，但綜合其節能效果為公共建筑電氣帶來的直接經濟效益，基本能夠在5～8年實現對增加部分投資成本的收回，而公共建筑一般使用年限超過20年[5]。綜合上述論述分析，選擇非晶合金鐵芯變壓器無論是在綠色節能方面，還是在經濟適用性方面都更加具備優勢。

1.2 公共建筑電動機應用控制

為了達到綠色節能效果，在對公共建筑中的電動機進行應用控制時，首先選擇YX2系列的電動機設備。該系列電動機設備不僅能夠保證在運行過程中滿足綠色節能的評價指標，同時與當前公共建筑當中常見的Y系列電動機相比，在經濟效益上也具備顯著優勢[6]。針對公共建筑中功率超過200 kW的用電設備，可嘗試在設計中使用YX2等一系列的高壓設備作為電動機。在此過程中，當建筑電氣設備在常規環境下運行出現短路、容量不足等異?，F象時，可以采用調試大容量電動機的方式，對建筑電氣進行恒頻變壓調整，電氣在此種條件下運行，能夠有效改善其自身在啟動時的特性[7]。同時，當電動機出現空載狀態運行時，能夠根據其功率因素的大小進行自動調整，實現對晶閘管的導通角度控制，進而達到提升功率因數的目的，從而滿足綠色節能的目標。

在完成對公共建筑中電動機設備的選型后，還需要對其進行變頻調速控制[8]。常見的電動機變頻調試包含兩種模式，一種為交流-交流的變頻調速模式，一種為交流-直流-交流的變頻調速模式。前一種調速模式平均帶電在25%～55%，而第二種調速模式節能頻率段在5～40 Hz范圍內，節電率在25%～50%。針對公共建筑當中電梯、水泵、風機等動力設備，需要根據實際情況選擇上述兩種變頻調速模式中的一種，而針對消防設備，水泵和風機等不需要采用變頻調速電動機進行控制。針對公共建筑當中存在風量、流量等均在一定范圍內進行規律變化的場合，其電動機可通過變線圈匝數調速實現控制。

1.3 綠色照明智能優化控制

針對公共建筑中的綠色照明設計，可采用第四代新光源LED作為主要節能光源。在相同的亮度條件下，LED燈的耗電通常是普通白熾燈的1/10倍，并且使用壽命延長了超過100倍，在顏色上也有了更多樣性的選擇。但在實際應用中，LED燈存在散熱慢，無法適用于高功率輸出的大型照明體系當中，因此無法實現對外部環境，例如廣場、建筑外墻等照明任務需要，相反在小環境以及公共建筑的局部照明區域內，LED燈具有更強的應用優勢。因此，基于這一特點，選擇將LED燈作為公共建筑中的綠色照明裝置。在基于LED燈應用優勢的基礎上，將其與光伏發電技術相結合，設計出如圖1所示的光伏與LED燈照明體系。

圖1 公共建筑內光伏與LED燈照明體系結構示意圖

目前市面上常見的白光LED燈已經能夠達到每瓦光效超過1 000 m的效果，并且其光效是普通白熾燈的4倍甚至以上，利用LED燈具備的直流低電壓的工作特點，按照如圖1所示的結構將其與光伏技術結合能夠達到最佳的綠色節能效果。在確定照明的光源后，還需要對燈具的節能進行設計，不同的燈具具有不同的反射率，反射率越高，則照明節能效果越好，反之反射率越低，則照明節能效果越差。當前市面上常見的燈具包括棱鏡保護罩式、格柵式、透明式和控照式，其反射率分別對應50%、65%、68%和75%。因此，綜合上述分析，在對公共建筑當中的照明設備進行選擇時應當盡可能選用控照式燈具，同時在為燈具配光時應當結合其室形或室空間比等參數對配光指數進行綜合設置，以此達到提升燈具照明利用系數的目的。

按照上述內容在完成對綠色照明的設計后，針對其智能化控制進行設計。圖2為綠色照明智能控制體系結構示意圖。

圖2 綠色照明智能控制體系結構示意圖

引入計算機技術、網絡通信技術以及自動化控制技術，根據公共建筑內部環境變化、客戶需求等對照明控制需求信息進行采集，以此為達到最終控制效果提供重要依據。在對其進行控制時可采用場景控制體系，例如根據公共建筑的使用情況，設置平時控制機制、節假日控制機制、白天控制機制以及夜晚控制機制等。同時針對公共建筑內部有無人員進行智能感應，并根據光線明暗度進行適當調整。為了確保公共建筑的電氣照明安全，還應當實現照明體系與火災報警和消防體系的聯動，在發生火災第一時間采取相應的滅火措施，將火災帶來的損失降低到最低，確保公共建筑的安全運行。除此之外，針對綠色照明的智能化控制還可以采用網絡技術與傳統電氣控制技術相結合的方式，建立多個獨立的控制模式和聯網控制模式，從而達到智能化控制效果。

2 對比分析

本次研究的工程項目為溫州地區高鐵新城產城融合綜合開發的PPP項目中的開發新建工程，并對現有建筑立面進行施工改造，可以為高鐵新城展現樞紐門戶、為甌海特色提供展示平臺，以此提升城市形象，增加城市內涵，優化城市公共建筑的綜合服務水平?？傊擁椖克诘貐^是集會議中心、展覽交流、景觀生態、精品商業、智慧城市等功能于一體的城市核心和城市地標空間。

此工程項目綠化工程建設用地面積為18 220.72 m2，其中包括A-19地塊12 976.31 m2，A-20地塊1 373.44 m2，道路3 870.98 m2。地上建筑面積29 660.64 m2[已建辦18 886 m2，城市客廳6 677.62 m2(展示客廳6 036.68 m2，休息區106.69 m2，城市書屋139.61 m2，設備用房394.64 m2)，配套服務4 097.02 m2(配套用房3 410.16 m2，食堂460.76 m2，設備用房226.10 m2)]。地下建筑面積16 163.38 m2(已建4 802 m2，新建11 361.38 m2)。新建一棟地下2層、地上4～5層(含一層夾層)的城市客廳，建筑整體為框架式結構。完成對工程項目的分析后，對此工程項目簡介進行闡述，見表2。

續表

建設場地行政隸屬溫州市甌海區，屬于溫瑞海濱平原地貌。甌江溫州段河流的稀釋自凈能力較強。甌江屬強潮河流，感潮河段約90 km。潮差自江口沿程遞增，龍灣以上則沿程遞減。溫州郭公山處最高潮位為735 cm(吳淞基準面)。為了確保工程綠色節能施工的順利實施，在開展施工前，由實驗方與地方氣象臺進行信息對接，獲取項目施工區域的氣候特征，得到下述數據：年平均氣壓1 015 HPa；無霜期265～284 d；雷暴天51.1 d；霧天20.7 d；最大積雪10 cm；年日照時數1 811 h。由此可見，該地區屬于季風季候，雨水量充沛，冬季與夏季溫度相對適宜。

在對施工區域周邊道路及交通情況調查時發現，項目僅東側寧波路能進行交通運輸，且車流量較大，出入交通情況受一定影響。目前現場無給水、無供電、無通路、無網絡。臨建區水電均需先從本工程北部溫州建設集團移動大廈工地協調接入，待后期由項目自行向當地有關供水、供電提出申請，并接入施工用電、用水。擬DN50水源接入點位于本工程項目東北角，2臺400 kVA電源接入點位于本工程西北角，目前還未提供接入點。場地內2 m左右直徑廢棄市政供水管線縱向穿過，其具體位置目前無法確定，且另有現有潘橋街道辦大樓北側存在地下給水、消防及雨污排水管網，樁基施工會受影響，需提前做好遷移及拆除，如在施工過程中碰到，則會影響工期。且場地周邊為潘橋街道政府辦公大樓、站南服裝城及大象城，因此場地施工環境要求比較高，需防止噪聲和揚塵污染。

完成對項目施工區域相關信息的獲取后，按照本文設計的綠色節能技術施工方案，對建筑工程項目進行施工設計。將設計前后建筑電氣耗能作為評價指標，其中建筑耗能計算公式如下：

W=UIt=Pt

(1)

式中：W為建筑電氣耗能，kW·h；U為電氣運行電壓；I為電氣運行電流；t代表電氣運行時間，h；P代表電氣運行功率，kW。采用累加計算的方式，對不同層電氣耗能進行計算，結果如圖3所示。

圖3 綠色節能技術應用前后公共建筑電氣耗能對比

從圖3可以看出，應用綠色節能技術后的公共建筑電氣耗能明顯小于應用綠色節能技術前的公共建筑電氣耗能，由此可以證明應用綠色節能技術可以起到降低公共建筑電氣綜合耗能的作用。

3 結束語

本文在完成了綠色節能技術的應用研究后，設計了對比實驗，結果表明，此次設計應用的綠色節能技術，可以起到降低公共建筑電氣綜合耗能的作用。為了進一步推進此項工作，需要在后續開展建筑綠色施工作業時，將《環境保護管理制度》《節能與能源利用管理制度》等制度貫穿在工程始終。通過制度的約束，對工人的施工行為進行管控，以此種方式，實現綠色化發展制度在市場內的推廣，解決我國既有建筑或新建建筑耗能高、污染排放大等問題。