綠色節能理念下的建筑電氣設計研究

摘""要：針對某綜合工業園區建筑電氣設計進行改造研究，通過實施綠色照明、可再生能源利用、新風系統及室內空氣質量監控等多項節能措施，優化了園區的電力需求和配電系統。研究了光伏系統設計和照明系統設計，采用并網光伏發電、智能照明管理及LED燈具等技術。研究結果表明，改造后園區每年可減少約685"MWh的電力消耗，照明功率密度降低至6.5"W/m2，且照明使用時間減少60%～80%，為綠色建筑電氣設計提供了實踐案例和技術支持，證實了綠色節能改造在降低能耗、提高能源利用效率方面的顯著效果。

關鍵詞：工業園區節能改造""綠色節能理念""建筑電氣設計""光伏系統設計

中圖分類號：TU85;TU201.5

Research"on"Building"Electrical"Design"Uunder"the"Concept"of"Green"Energy"Conservation

HONG"Kangkang

Taizhou"Architectural"Design"Institute"Co.，"Ltd.，"，Taizhou，"Zhejiang"Province，"317000"China

Abstract："A"renovation"study"research"was"conducted"on"the"electrical"design"of"a"building"in"a"comprehensive"industrial"park."By"implementing"multiple"energy"-saving"conservation"measures"such"as"green"lighting，"renewable"energy"utilization，"fresh"air"system，"and"indoor"air"quality"monitoring，"the"power"demand"and"distribution"system"of"the"park"were"optimized."We"It"hasve"studied"the"design"of"photovoltaic"systems"and"lighting"systems，"using"technologies"such"as"grid"connected"photovoltaic"power"generation，"intelligent"lighting"management，"and"LED"lighting"fixtures."The"research"results"show"that"the"renovated"park"can"reduce"electricity"consumption"by"about"685MWh"per"year，"reduce"lighting"power"density"to"6.5W/m2，"and"reduce"lighting"usage"time"by"60%"to"80%."This"provides"practical"cases"and"technical"support"for"green"building"electrical"design，"confirming"the"significant"effect"of"green"energy-saving"conservation"renovation"in"reducing"energy"consumption"and"improving"energy"utilization"efficiency.

Key"Wwords："Energy"conservation"saving"renovation"of"industrial"parks;"Green"energy"conservation-saving"concept;"BuildingArchitectural"electrical"design;"Photovoltaic"system"design

隨著全球氣候變化和資源枯竭問題日益嚴重，綠色節能理念已成為我國乃至全球發展的重要方向。近年來，我國建筑業發展迅速，建筑規模不斷擴大，但與此同時，建筑能耗問題日益突出。據統計，建筑能耗已占我國社會總能耗的30%以上，其中電氣系統能耗占有很大比重。在建筑全生命周期中，電氣設計對能源消耗、環境保護和經濟效益等方面具有深遠影響。因此，將綠色節能理念融入建筑電氣設計，對于推動建筑行業可持續發展具有重要意義。

1""案例概況

某建筑改造項目為集辦公、生產與展示功能于一體的綜合工業園區，園區由3棟獨立建筑組成，每棟建筑最高3層，總占地面積約為6"104"m2。從設計階段、材料采購、設備選擇到建設過程，項目始終嚴格遵循綠色建筑標準，實施包括綠色照明、可再生能源利用、新風系統、室內空氣質量監控等多項節能環保措施。

在電力需求方面，園區以二級負荷為主，主要用于消防設備，如消防水泵和應急照明等，其余設施為三級負荷。考慮到二級負荷需求較低，項目通過10/0.4"kV變電所接入市電作為主電源。消防水泵配備UPS不間斷電源，應急照明則采用內置電池供電。園區總電力容量在考慮增容和無功補償后為547"kVA，因此安裝500"kVA的變壓器。變電所位于1#廠房，供電半徑控制在200"m以內，采用TN-S系統設計，配電干線采用電纜布線。

2""光伏系統設計

2.1""光伏系統組成方案

考慮到園區內的辦公樓、兩座廠房車間以及帶頂棚的停車場，總面積達到4"799"m2，適合安裝光伏發電組件。為便于維護操作，設計中預留0.5"m的維護通道。基于屋頂的傾斜角度和當地太陽高度角的平均數據，光伏板的安裝角度設置為25°。光伏系統采用并網連接方式，通過逆變器將直流電轉換為符合電網標準的交流電，并直接接入電網。在電力需求高峰時，建筑則通過公共電網供電。

光伏板的串聯設計需要保證組件數量的均勻性，匯流箱的選擇則基于直流電壓、電流和串聯數量來確定，以實現電流的均勻分配[1]。在本項目中，采用每22塊光伏板串聯的方式，連接至各建筑設置的匯流箱。

光伏發電系統的總裝機容量為374"kVA，考慮到供電范圍的限制，選擇550"kVA的并網逆變器。逆變器利用最大功率點跟蹤技術，能夠實時調節光伏電池的電壓和電流，以實現最大功率輸出，從而提升發電效率。

2.2"系統接線

本項目在電氣系統設計方面，采用并網線路進行接入，接入電壓為380"V，并直接連接至低壓電網的主干母線，主干母線采用單母線配置。每棟建筑的屋頂均至少配備了一個直流匯流箱，所有光伏組件均連接至匯流箱，并統一接入室內的直流母線配電柜，直流母線的額定電壓和電流分別為660"V和560"A[2]。直流電經過逆變器轉換后，流入園區的變電所。

在二次系統接線設計中，遵循國家繼電保護規范，并針對光伏系統特性增設了保護措施：（1）防孤島保護，防止主電網斷電時形成不穩定的小電網；（2）逆變器保護，包括短路、過流、過壓、欠壓和頻率異常保護，確保光伏系統和外部電網的安全。

在監控系統設計中，數據傳輸遵循MODBUS"RTU協議，確保通過監控室內的計算機對系統進行實時監控，并按設定的時間間隔定期存儲運行數據，如圖1所示。系統通過RS485接口與現場設備通信，并將采集的數據傳輸至控制中心。監控主機與網絡交換機接收這些數據，并在用戶界面上進行展示，同時將數據上傳至上級調度系統[3]。

監控系統對逆變器、匯流箱和并網點進行實時監控，并具備報警處理機制。系統還具備事件順序記錄功能，能夠記錄和存儲斷路器、隔離開關、光伏逆變器等關鍵設備的狀態變化和操作歷史。此外，監控系統提供圖形化界面，實時展示光伏發電量、日照強度、環境溫度、風速等參數的動態趨勢。

3""照明系統設計

3.1""綠色照明控制系統

在辦公與廠房的照明系統設計中，采用多元化的控制策略，包括分散式、集中式、手動及自動控制。辦公區域的照明規劃被細分為工作、休息和下班3個階段。在工作時段，照明系統保持持續開啟；而在非工作時段和午休期間，則自動關閉，同時激活感應器"[4]。照明控制系統采用分布式安裝，各區域負載由本地控制模塊進行管理，減少布線距離和復雜性。系統采用總線型結構，每盞燈具均配備微型處理器和存儲器，通過網絡總線進行通信。

3.2""節能光源選擇

在本研究項目的照明設計中，采用LED燈具用于走廊、公共區域、辦公區以及裝飾性照明。所選LED燈具的能效高達70l"m/W，其色彩還原度和眩光控制能力完全符合辦公環境的嚴苛要求。針對室外及高空區域，采用金屬鹵化物燈和高壓鈉燈。在燈具的選擇過程中，綜合考慮了光效和清潔便捷性，其中開放式燈具的效率須達到75%以上，而格柵式燈具的效率不得低于60%[5]。

盡管綠色照明系統的初期投資較高，但其節能效果顯著。例如，以18"W"LED燈替代36"W節能燈，投資回收期約為544"d。在燈具的壽命和維護方面，LED燈具同樣表現出優勢。盡管其初期成本可能是傳統燈具的3～5倍，但通常在2～3年內即可通過節能效益回收成本。

4""綠色改造效果對比與評估

在實施節能改造項目之前，該建筑的總占地面積為5"628"m2。由于能耗分類的精細化程度不足，建筑的總電力消耗達到1"145.1×103"kWh，其中照明用電占22%，空調用電占27%，其他設備用電占51%。

改造工程完成后，建筑的功能布局、面積以及供暖和制冷的能源供應均發生了變動。在綠色照明系統設計中，室內照明功率密度從原先的約12"W/m2降低至6.5"W/m2。此外，通過應用感應控制技術，照明使用時間減少了60%～80%。結合自然光的利用，預計每年可在照明方面節約至少15萬kWh的電力。

在改造前，線路和變壓器的有功損耗分別約為負荷的6%和1%。經過對配電系統設計的優化和選用適宜的變壓器電纜，改造后的有功損耗分別降至負荷的4.7%和0.8%。

不考慮用電設備和空調負荷的變化，綠色建筑改造后，園區每年可減少約685"MWh的電力消耗，表現出良好的節能效果。隨著園區運行時間的推移和能耗管理系統的進一步優化，綠色建筑在節能運行方面仍有巨大的提升空間。

此外，通過集成室內空氣質量監控系統與智能新風聯動控制，進一步優化了建筑環境與能耗的協同關系。空氣質量傳感器網絡與新風系統采用動態調節策略，根據實時監測的顆粒物濃度、CO?水平及溫濕度參數，自適應調整新風換氣頻率與空調運行模式。分析表明，此類智能化控制機制可顯著提升空調系統能效，同時通過減少冗余通風量降低能耗。機器學習算法的引入使系統能夠學習建筑使用規律與人員活動特征，實現通風需求與能耗的動態平衡，在保障室內環境健康性的同時，強化了設備運行的節能潛力。該技術路徑為建筑環境控制與能源效率的協同優化提供了理論支撐。

5""結語

通過對某綜合工業園區的建筑電氣設計進行綠色節能改造研究，結果表明，遵循綠色節能理念的建筑電氣設計，能夠有效降低能源消耗，提高能源利用效率。通過實施光伏系統、綠色照明控制系統等節能措施，園區在照明、供電系統損耗等方面取得了顯著的節能效果。改造后園區每年可減少約685"MWh的電力消耗，充分證明了綠色建筑在節能運行方面的巨大潛力，有助于推動建筑行業向綠色、低碳、可持續發展方向邁進。

參考文獻

[1]楊健偉.綠色建筑節能理念與技術在建筑電氣設計中應用研究[J].電氣技術與經濟，2024（6）：135-138.

[2]萬躍賀.建筑電氣節能設計與綠色建筑電氣技術探討[J].流體測量與控制，2024，5（5）：98-101.

[3]方剛，劉文.可持續發展理念下綠色建筑電氣節能優化設計研究[J].新城建科技，2024，33（2）：58-60.

[4]汪海忠.綠色建筑節能技術在建筑電氣設計中的應用[J].住宅與房地產，2024（4）：102-104.

[5]李炳華.超高層建筑電氣的能效分析[J].電氣應用，2020，39（2）：4-7.