綠色“雙碳”背景下電氣設計理念的一些思考

邵 頲

(上海華建工程建設咨詢有限公司，上海 200041)

0 引言

黨的十九大報告提出了建設美麗中國、進一步推進落實綠色發展理念的戰略方針。 國家各部委相繼推出了一系列政策文件，實質性地推動了綠色行動方案的實施，深得社會各界的廣泛共識。 “創新、協調、綠色、開放、共享”的五大發展理念，以及貫徹“適用、經濟、綠色、美觀”的建筑方針，使得建筑行業從業人員有了新的努力方向。 特別是新版《綠色建筑評價標準》的實施以及“雙碳”目標的提出，綠色理念有了較大的更新提升，評價向運行實效方向發展，更突出了對綠色生活品質的追求。 電氣設計也面臨著設計理念的更新轉變，客觀上提出了更新、更高的要求，電氣設計的作用也將得到更好的發揮。

1 綠色雙碳的政策背景

習近平總書記在第七十五屆聯合國大會上的莊嚴承諾，中國將采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030 年前達到峰值，2060 年前實現碳中和。 李克強總理在政府工作報告中提出，扎實做好碳達峰、碳中和各項工作，并制定2030 年前碳排放達峰行動方案。 上海市政府“十三五”期間在新建建筑全面實施綠色建筑標準建設前提下，強化新一輪綠色建筑發展要求，在“十四五”期間持續推動建筑項目由綠色設計向綠色運行轉變，持續推進建筑節能減排。

上海市政府提出，堅持綠色建筑高質量發展，新建民用建筑應當全部按照綠色建筑標準建設。其中，國家機關辦公建筑、大型公共建筑以及其他5 000m2以上政府投資項目應當按照綠色建筑二星級及以上標準建設。 超高層建筑和五大新城內新建大型公共建筑執行三星級綠色建筑標準。 完善綠色建筑全過程監管體系，將綠色建筑專項內容納入新建民用建筑驗收范圍，研究探索綠色建筑交付使用機制。 從推進建筑領域碳達峰行動、建立建筑設計用能限額體系、推廣應用超低能耗建筑、推動可再生能源建筑規模化發展、推廣應用綠色高效新技術產品等方面，切實推動新建建筑實效節能。

上海市綠色建筑協會批準了團體標準《民用建筑電氣綠色設計與應用規范》的編制工作立項，目前已通過報批稿審查階段，即將發布實施，有力地推動了電氣設計在綠色建筑和綠色設計領域的發展。

2 電氣設計所起的作用和意義

建筑項目類似于人體，其綠色健康的運行依賴于“人體”內各系統的協調工作。 電氣系統作為建筑項目運行的“神經系統”，起到了一個非常重要的樞紐橋梁作用，因此電氣設計扮演著不可替代的重要角色。 從新版綠色建筑標準的評價體系內容來看，有關電氣專業的綠色技術要求，也在不斷增加和提高。 特別在注重實際運行效果等考核指標的運行評價中，電氣專業的作用顯得越來越重要。

綠色雙碳背景下的建筑工程設計，應屬綠色設計概念。 最新的上海市工程建設規范《公共建筑綠色設計標準》DGJ 08-2143—2021 就“公共建筑綠色設計”提出術語定義，即“在公共建筑設計中采用可持續發展的技術措施，在滿足公共建筑結構安全和使用功能的基礎上，實現建筑全壽命周期內的資源節約和環境保護，為人們提供健康、適用和高效的使用空間”。 因此，從屬于建筑設計組成部分的電氣專業設計，也應倡導該專業領域的綠色設計，亦即電氣綠色設計。

在即將發布的、筆者負責起草制訂的上海市綠色建筑協會團體標準《民用建筑電氣綠色設計與應用規范》中，“電氣綠色設計”是這樣定義的，即“建筑全壽命期內，在滿足建筑總體規劃要求下， 電氣工程在設計中，最大限度地節約能源及材料、降耗增效、可循環利用、保護環境和減少污染，為人們創造一個安全、健康、舒適、便利、耐久和高效的使用空間提供系統保證”。

電氣綠色設計的范圍較廣，其不僅涉及綠色建筑中的電氣設計，更系統性地從專業本身，探討怎樣圍繞綠色和綠色建筑理念，更好地從建筑全壽命期角度，做好電氣專業設計。 其不僅只滿足于綠色建筑的星級評價(評價標準只是一種評價系統類的標準而非設計標準)中的電氣設計，更廣泛地滲透在各類民用建筑電氣專業設計的過程中，更全面地從綠色理念出發，進一步思考和提出綠色設計的要求。

3 電氣綠色設計關鍵要點思路

得益于改革開放的國家戰略，新世紀以來，房地產業發展飛快，各類民用建筑的建造規模和速度都在增長和加快。 而隨著建設周期越來越短，項目設計時間也越來越緊，甚至到了完全按經驗、按套路設計的“怪圈”，設計工作純粹壓縮成了工廠流水線上標準化產品的流程，脫離了建筑項目個性化特點的需求特征。 設計師們完全成了設計“機器”，對項目的需求理解沒有更多的時間思考，只能停留在表面，設計出來的作品雷同性多，頂多算個標品，更談不上精品，不能不說是一種遺憾。 電氣設計也是如此。

電氣專業更注重系統性的方案設計，系統方案可靠、合理、經濟，設計優劣也就十有八九明確了。現今綠色雙碳的時代背景下，電氣設計更應該往綠色設計方向發展。 筆者基于在綠色設計方面的多年研究及經驗，認為電氣綠色設計可從如下幾方面重點關注。

(1)注重系統定量化計算比選，讓電氣方案有“據”可依

以前常規的建筑電氣設計計算，主要有:電力負荷計算、系統短路電流計算、線路電壓損失計算、防雷計算等，供配電系統的二次保護設計中，還有線路保護的整定計算等等。 這些計算結果，構成了電氣系統安全可靠的前提。 但這些計算，未能較多涉及系統設計中節能損耗方面的分析。 電氣系統運行中，線路傳輸上的能耗控制、變電所深入負荷中心的能效測算以及電能質量方面諧波含量控制等，對節能減排的效果意義重大，必須引起設計師們足夠的重視。

譬如，建筑設計中變電所的選址，在以往的規范及設計手冊中，只給出深入負荷中心的基本原則，并沒有理論性的計算依據作為評判標準，完全靠設計經驗定性確定平面位置。 現在最新的《民用建筑電氣設計標準》GB 51348—2019 中提出了“負荷中心法”的概念，上海市綠建協會團體標準《民用建筑電氣綠色設計與應用規范》也同步提出了“負荷重心法”和“最小能量矩法”的概念，作為設計師在選址上做到低碳節能降耗的理論依據。 負荷重心法是參照 IEC 標準” Low-voltage electrical installations Part 8 - 1 Functional aspects-Energy efficiency” IEC 60364-8-1 的要求提出的，“最小能量矩法”是由中元國際主編的《建筑電氣系統能效評價標準》中提出的。 從系統運行中控制傳輸能耗最小角度、最優化取值來確定作為能源中心的變電所位置，不啻為電氣設計精準化的一個進步。 當然，民用建筑有其自身的功能特點和使用場所要求，建筑平面的布局需要綜合考慮其應用價值，公式中確定的位置未必是最合適的場所(可能為建筑主體功能所占據)。 但通過計算，可以多方案比較，選擇最為靠近理論計算點位置，尋求最佳的低碳供電設計方案。

(2)低碳低耗、健康舒適及安全可靠、經濟適用的設計思路

低碳和節能，目標導向不同，也可以說是同一目標的兩個方面。 碳排放的概念比較廣泛，在建筑行業，包括生產制造、建造和拆除、建筑運行、回收利用等各個階段。 碳排放計算較為復雜，但對于電氣設計而言，減碳的核心是在滿足建筑功能使用前提下，充分降低機電設備的用能，減少系統損耗，提高運行效率。 電氣設備各系統中，變壓器控制在經濟運行范圍區段，避免低載運行；提高線路功率因數，降低無功損耗；控制好諧波干擾，降低諧波損耗；控制配電線路敷設距離，進一步降低傳輸損耗等措施，均能減少電氣系統運行中的碳排放量，同時節省大量電費。

機電設備是為建筑功能使用服務的，因此，在安全可靠、健康舒適的建筑使用環境中，本著低碳低耗、經濟適用的設計思路，每個項目的建設把方案落到實處，運行時就能充分享受到綠色低碳帶來的顯著效益。

(3)節能設計電氣參數指標的確定和提高

隨著電氣設備行業的技術進步和產品更新，電氣工程建設規范和產品的國家標準也在不斷地修訂更新，一些節能設計的參數指標在不斷提高。 如國標《民用建筑電氣設計標準》GB 51348—2019、《建筑節能與可再生能源利用通用規范》 GB 55015—2020、《電力變壓器能效限定值及能效等級》GB 20052—2020、《電動機能效限定值及能效等級》GB 18613—2020 等，都提出了新的電氣節能指標要求。

新版《建筑照明設計標準》GB 50034 已經修訂完成，計劃今年發布實施，其對照明燈具及照明質量、照明功率密度值有了新的LPD 值要求。 上海市綠建團標《民用建筑電氣綠色設計與應用規范》在其目標值基礎上提出了新的推薦值要求，在滿足照明質量的同時，結合照明燈具的技術成熟發展現狀，節能指標進一步提高，從而帶動照明用電能耗的進一步減少。 據測算，采用該團標中LPD 推薦值指標進行設計，在現有照明功率密度限值的標準上提升10%～20%，相當于將照明能耗整體進一步減少10%～20%。 按正常的照明設備負荷容量占比，如常規建筑中一臺1 000 kVA 變壓器正常運行下，普通辦公樓一年時間運行節省的電費就在1.58 萬元～3.16 萬元，節省費用還是比較可觀的。

(4)積極采用綠色新技術產品，提升電氣設計技術，助推綠色低碳新發展

互聯網時代，新的技術層出不窮，電氣專業也不例外。 智能配電、光伏發電、分布式微電網、儲能技術、直流配電技術等，在市場需求中不斷通過研發，新技術成熟地應用于一些示范性項目并推向市場。 這些新技術的應用，極大地便利了人們的工作、學習和生活，也為綠色節能、低碳可持續等的發展奠定了基礎。

雙碳政策以來，各地都發布了一些實施文件，大力推廣太陽能光伏等可再生能源的應用。 由于光伏技術的發展，光伏材料價格持續走低，為市場應用提供了良好的基礎條件。 結合儲能技術，從供應側能源結構，逐步過渡到以需求側響應為主的能源結構，未來“光、儲、直、柔”技術的應用，將不再苦惱于發出電能是否能實時同步使用；用能電氣化的推廣，也可以更好地節約燃煤、燃油、燃氣等，保證碳排放量的有效控制。 這些新技術的應用，不光減少了碳排放還增加了碳匯量，實現電力負荷峰谷時的平衡，降低用電峰谷差；可以更精準地選擇和控制變壓器裝機容量，避免浪費，相應也減少了空載損耗的增加。

新的技術必然伴隨著新的產品涌現，電氣產品也從原先傳統意義上的節能產品，提升到了綠色產品。 綠色設計產品的理念，來源于現行國家標準《生態設計產品評價通則》GB/T 3216—2015、《電子電氣產品的環境意識設計》GB/T 23686—2018 等要求，以產品的綠色制造為最終體現，實現供給側結構性改革，側重產品全壽命期的綠色化。 產品綠色化，是綜合分析產品從原材料選用、生產、銷售、使用、回收、處理等全壽命期的各環節，對資源環境造成的影響，做到對能源資源消耗最低、生態環境影響最小、可再生率最大。 同時，要求生產企業的污染物排放狀況、產品質量性能、節能降耗水平、生產工藝先進性等，達到國家及行業標準要求。 工信部已于2016年1 月21 日發布中國版RoHs 法令《電器電子產品有害物質限制使用管理辦法》，涵蓋斷路器、接觸器等電工產品。 多功能模塊化、易擴展維護、壽命長、宜回收等都是綠色產品發展的重要方向。

為貫徹落實綠色發展方針，國家工信部等有關部委在綠色機電產品的設計、制造、檢驗測試等方面，不斷加強政策引導，開展綠色制造體系建設，組織相關行業協會等專業團體發布制定了一系列標準及文件規定，推動綠色設計產品評價工作。 除了最新頒布的國家標準《生態設計產品評價技術規范變壓器》GB/T 40092—2021、《變壓器產品生命周期評價方法》GB/T 40093—2021 外，綠色設計產品評價技術規范中，還有《家用及類似場所用過電流保護器》T/CEEIA 334—2018、《塑料外殼式斷路器》T/CEEIA 335—2018 和《交流接觸器》T/CEEIA 391等，清單范圍每年還在不斷擴充中。 電氣設計選型中，應多關注具有綠色生態特征的產品，其代表著電氣綠色技術發展的方向。

(5)全壽命周期設計考慮，設計施工運維一體化協調連貫

建筑工程設計是為建筑功能使用服務的。 綠色建筑的評價，從新版《綠色建筑評價標準》開始，已從設計評價為主，轉向體現綠色效果的運行評價方面更具落地性。 電氣設計系統的可靠合理，需要運行時各類電氣指標參數的實際效果來評判。 因此電氣綠色設計時，還需多關注施工及運維階段的實施有效性，設計師不能局限于圖面的設計成果，更需注重設計實效，完成從圖紙設計師到項目工程師的轉變，這才是體現設計師價值的正確途徑。 全壽命周期理念，是綠色設計的基本要求，也是實現綠色低碳的必經之路。

4 結束語

新的時代背景下，建設美麗家園、追求美好生活，已成為全社會努力奮斗的愿景共識。 綠色建筑的發展進入了一個新的階段，作為建筑行業的一個設計人員，有責任多一份思考，在設計實踐中多一份努力，樹立起正確的綠色設計理念:(1)全壽命周期的綠色理念；(2)低碳低耗、健康舒適及安全可靠、經濟適用的設計理念；(3)設備產品生態、環保的綠色選型理念；(4)便利、高效的設備系統運行維護理念；(5)可回收、可持續的發展理念。 做到了這些，設計的成果才有生命力，也對得起自己對職業生涯的一份堅守。