中小學(xué)綠色建筑中的電氣設(shè)計

劉 建， 王永軍

（山東省建筑設(shè)計研究院，山東濟(jì)南 250001）

中小學(xué)綠色建筑中的電氣設(shè)計

劉 建， 王永軍

（山東省建筑設(shè)計研究院，山東濟(jì)南 250001）

劉 建（1981-），男，工程師，從事建筑電氣設(shè)計工作。

結(jié)合中小學(xué)綠色建筑實(shí)例，并依據(jù)GB/T 50378-2014《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》，從照明系統(tǒng)、高低壓供配電系統(tǒng)、建筑智能化設(shè)計方面介紹了中小學(xué)綠色建筑電氣設(shè)計。指出中小學(xué)建筑電氣設(shè)計時要采用合適的綠色建筑措施，以達(dá)到節(jié)能的目的。

綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)；照明系統(tǒng)；供配電系統(tǒng)；智能化建筑

0 引 言

近年來,我國遵循低碳環(huán)保節(jié)能的發(fā)展理念,加大建筑節(jié)能管理力度,降低建筑的能源消耗,大力推廣普及綠色建筑。2006年至今,已相繼頒布了GB/T 50378－2014《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》等一系列綠色建筑政策標(biāo)準(zhǔn)。

綠色建筑是指在建筑的全壽命周期內(nèi),最大限度節(jié)約資源,提供健康適用、高效使用、與自然和諧共生的建筑。

GB/T 50378－2014與電氣設(shè)計有關(guān)的指標(biāo)主要是節(jié)能與能源利用、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量、運(yùn)營管理等。本文分析了某中小學(xué)綠色建筑中的電氣設(shè)計,以期為電氣設(shè)計人員進(jìn)行類似項(xiàng)目設(shè)計時提供參考。

1 照明系統(tǒng)

該工程為一所設(shè)有小學(xué)部和初中部的非寄宿制學(xué)校,總建筑面積為18 920 m2,校區(qū)主要由小學(xué)部教學(xué)樓、初中部教學(xué)樓、綜合辦公樓、圖書館、體育館、運(yùn)動場、活動廣場等組成。

GB/T 50378－2014中有關(guān)該工程照明系統(tǒng)的指標(biāo)如下：

(1)控制項(xiàng)。①第5.1.4條規(guī)定：各房間或場所的照明功率密度值不應(yīng)高于GB 50034－2013《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的現(xiàn)行值；②第8.1.3條規(guī)定：建筑照明數(shù)量和質(zhì)量應(yīng)符合GB 50034－2013的規(guī)定。

(2)評分項(xiàng)。①第5.2.9條規(guī)定：走廊、樓梯間、門廳、大堂、大空間、地下停車場等場所的照明系統(tǒng)采取分區(qū)、定時、感應(yīng)等節(jié)能控制措施；②第5.2.10條規(guī)定：照明功率密度值達(dá)到GB 50034－2013規(guī)定的目標(biāo)值；③第5.2.16條規(guī)定：根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蚝妥匀毁Y源條件,合理利用可再生能源,由可再生能源提供的電量比例不低于建筑用電量的1%。

該工程照明設(shè)計均按照GB 50034－2013所對應(yīng)的照度標(biāo)準(zhǔn)、照明均勻度、統(tǒng)一眩光值、光色、照明功率密度值、能效指標(biāo)等相關(guān)值的綜合要求。

該工程公共場所均采用節(jié)能高效光源,教室、辦公室、圖書館、活動室等采用T5三基色直管熒光燈,門廳、走廊、樓梯間采用三基色緊湊型節(jié)能燈,體育館采用高強(qiáng)度氣體放電燈。在滿足眩光限制的條件下,優(yōu)先選用效率高的燈具以及帶反射器的開敞式燈具(效率可達(dá)到75%以上),室內(nèi)燈具效率不低于表1的要求。另外,在滿足燈具最低允許安裝高度及美觀要求的前提下,盡可能降低燈具的安裝高度。該工程中教室層高為4.0 m,教室內(nèi)直管熒光燈均采用吊桿距地3.2 m安裝,既滿足了安全的要求,又達(dá)到了節(jié)能的目的。

表1 熒光燈和高強(qiáng)度氣體放電燈的效率允許值___

燈具采用電子鎮(zhèn)流器,可提高燈管光效,鎮(zhèn)流器自身功耗不大于光源標(biāo)稱功率的15%,諧波含量≤20%；熒光燈單燈功率因數(shù)≥0.9；金屬鹵化物等氣體放電燈設(shè)無功單獨(dú)就地補(bǔ)償,單燈功率因數(shù)≥0.85,所選鎮(zhèn)流器符合該產(chǎn)品的國家能效標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)中小學(xué)建筑的功能特點(diǎn),不同照明部位的燈光布置形式和環(huán)境條件選擇合適的照明控制方式。

(1)房間或場所設(shè)有兩列或多列燈具,如教室、辦公室、報告廳等場所,所控?zé)袅信c側(cè)窗平行,并且按靠近或遠(yuǎn)離講臺分組。

(2)每個房間燈的開關(guān)數(shù)不少于2個(只設(shè)置單個光源的除外),每個照明開關(guān)所控光源數(shù)盡可能少,教室內(nèi)黑板燈照明開關(guān)單獨(dú)設(shè)置。

(3)體育館、報告廳照明采用智能照明集中控制系統(tǒng),可根據(jù)不同的使用功能,如體育比賽、演出、會議等,設(shè)置多種照明模式場景控制,并適當(dāng)考慮晝夜及天氣因素的影響。

(4)學(xué)校的走廊、樓梯間、門廳等公共場所的照明采用集中控制,按建筑使用條件和自然采光狀況采取分區(qū)、分組控制措施,每個分區(qū)由配電箱引出單獨(dú)回路,并按需要采取降低照度的控制措施?？紤]到中小學(xué)夜間無教學(xué)活動,教學(xué)樓公共場所的照明采用時間控制,按學(xué)生上學(xué)/放學(xué)時間來調(diào)整照明開/關(guān)時間。夜間不經(jīng)常使用的場所,如辦公樓部分走道、樓梯間、衛(wèi)生間等采用節(jié)能自熄聲光控開關(guān),通過對聲音和光線亮度的探測點(diǎn)亮或熄滅燈具。另外,應(yīng)急照明燈具有應(yīng)急時自動點(diǎn)亮的措施。

該工程的校區(qū)內(nèi)道路照明燈具采用太陽能路燈,白天太陽能電池板給蓄電池充電,晚上蓄電池給燈源供電。采用晶閘管太陽能電池供電,免維護(hù)、密封蓄電池儲存電能,LED燈具作為光源,并由智能化充放電控制器控制。太陽能路燈具有穩(wěn)定性好、壽命長、發(fā)光效率高、安裝維護(hù)簡便、安全性能高、節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。另外,中小學(xué)校園內(nèi)平時夜間基本無人員出入,夜間照度要求較低,因此通過設(shè)置燈具控制器對路燈進(jìn)行定時分組控制,適當(dāng)減少路燈開啟密度及時間,以達(dá)到節(jié)能的目的。

2 高、低壓供配電系統(tǒng)

GB/T 50378－2014中有關(guān)工程高、低壓供配電系統(tǒng)及節(jié)能措施的指標(biāo)如下：

(1)控制項(xiàng)。①第5.1.3條規(guī)定：冷熱源、輸配系統(tǒng)和照明等各部分能耗應(yīng)進(jìn)行獨(dú)立分項(xiàng)計量；②第8.1.1條規(guī)定：主要功能房間的室內(nèi)噪聲等級應(yīng)滿足GB/T 50118－2010《民用建筑隔聲設(shè)計規(guī)范》中最低限定值的要求。

(2)評分項(xiàng)。第5.1.12條規(guī)定：合理選用節(jié)能型電氣設(shè)備,三相配電變壓器滿足GB 20052－2013《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》的節(jié)能評價值要求；水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備及其他電氣裝置滿足相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能評價要求。

2.1 供配電系統(tǒng)

配電系統(tǒng)采用10 kV兩路進(jìn)線,變配電室設(shè)置在綜合辦公樓地下室,深入負(fù)荷中心,減少供配電級數(shù),縮短低壓配電線路長度,減少電壓損失,降低線路損耗。電力電纜截面結(jié)合技術(shù)條件、設(shè)備運(yùn)行工況和經(jīng)濟(jì)電流來選擇,應(yīng)不小于按經(jīng)濟(jì)電流選擇的截面。兩路10 kV電源進(jìn)線處均設(shè)置專用計量表進(jìn)行集中計量,并根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)分別給照明負(fù)荷、空調(diào)動力負(fù)荷設(shè)置單獨(dú)的變壓器供電,且在每臺變壓器低壓側(cè)設(shè)置計量表進(jìn)行電能計量。

2.2 供配電設(shè)備

高低壓供配電設(shè)備的選用,均考慮GB/T 50378－2014中關(guān)于建筑設(shè)計總能耗的指標(biāo)要求。

(1)變壓器采用低損耗的SCB10干式變壓器,10 kV/0.4 kV接線組別為Dyn11,降低空載損耗,節(jié)約電能。合理選擇變壓器容量,使得各臺變壓器負(fù)載率均在80%左右。根據(jù)計算容量確定變壓器容量時,綜合考慮變壓器最佳負(fù)載率、最大效率、能效及技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件等因素。

(2)在低壓配電系統(tǒng)中,優(yōu)先選用技術(shù)可靠的組合電器產(chǎn)品,縮小箱(柜)的體積,減少繁雜的接線,以節(jié)省投資。變壓器能效限定值及節(jié)能評價值符合GB 20052－2013中表4的要求。單相負(fù)荷盡可能均衡地分配在三相上,使三相負(fù)荷保持基本平衡,最大相負(fù)荷不超過三相負(fù)荷平均值的115%,最小相負(fù)荷不小于三相負(fù)荷平均值的85%。

2.3 降噪措施與諧波治理

變配電所設(shè)置在遠(yuǎn)離教學(xué)樓等人員密集的場所,室內(nèi)材料及電氣設(shè)備采取降噪及電磁輻射屏蔽措施。采用了SCB10低噪聲變壓器,噪聲水平均低于55 dB,同時電氣設(shè)備、變壓器、空調(diào)機(jī)組等在安裝時設(shè)置減震墊、減震吊鉤、避震喉等裝置。為提高設(shè)備的功率因數(shù),降低變壓器和線路損耗,在變配電所的低壓側(cè)設(shè)集中無功自動補(bǔ)償裝置(采用自動投切裝置),要求在高峰負(fù)荷時高壓側(cè)功率因數(shù)不低于0.95。對預(yù)估諧波電流較嚴(yán)重的非線性負(fù)荷,無功功率補(bǔ)償時采取抑制諧波的措施。在低壓自動補(bǔ)償柜內(nèi)安裝電抗器,對主要電氣和電子設(shè)備采取高次諧波抑制和治理,并在供配電系統(tǒng)中具有較大諧波干擾處(如組合式空調(diào)機(jī)組處)設(shè)置濾波裝置,以抑制諧波對配電系統(tǒng)的干擾。

3 建筑智能化設(shè)計

GB/T 50378－2014中有關(guān)建筑智能化的指標(biāo)如下：

(1)控制項(xiàng)。第10.1.5條規(guī)定：供暖、通風(fēng)、空調(diào)、照明等設(shè)備的自動監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)正常運(yùn)行,且運(yùn)行記錄完整。

(2)評分項(xiàng)。①第8.2.12條規(guī)定：主要功能房間中人員密度較高且隨時間變化大的區(qū)域,應(yīng)設(shè)置室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)；②第10.2.8條規(guī)定：智能化系統(tǒng)的運(yùn)行效果滿足建筑運(yùn)行和管理需要(公共建筑的智能化系統(tǒng)滿足GB 50314－2006《智能建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》的基礎(chǔ)配置要求,智能化系統(tǒng)工作正常,符合設(shè)計要求。

3.1 智能照明控制系統(tǒng)

學(xué)校的體育館、報告廳照明采用智能照明控制系統(tǒng),在一般照明情況下,有自然采光區(qū)域宜采用恒照度控制,靠近外窗的燈具隨著自然光線的變化自動點(diǎn)亮或關(guān)閉該區(qū)域內(nèi)的燈具,保證室內(nèi)照明的均勻性和穩(wěn)定性,并在比賽、演出等其他使用情況時設(shè)置不同開燈方案。除采用光控、程控、時間控制等智能控制方式外,還具有手動控制功能。智能照明控制系統(tǒng)具有相對的獨(dú)立性,僅作為樓宇自控(BA)系統(tǒng)的子系統(tǒng),與BA系統(tǒng)預(yù)留通信接口。另外,公共區(qū)域的照明納入BA系統(tǒng)控制范圍。

3.2 建筑設(shè)備智能控制系統(tǒng)

建筑智能化系統(tǒng)采用了基于TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、集中管理、資源共享以及聯(lián)動控制等要求,將各子系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)集成。在樓宇自動化機(jī)房內(nèi)設(shè)置BA控制主機(jī),對辦公樓和圖書館的通風(fēng)、空調(diào)、給排水、電力等有關(guān)設(shè)備采用BA系統(tǒng)集中控制與管理,通過自動調(diào)節(jié)而降低冷熱源消耗,并經(jīng)通信接口與其他系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)建筑的智能化。

3.2.1 空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備

(1)通風(fēng)及空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)。監(jiān)測空調(diào)和新風(fēng)機(jī)組等設(shè)備的風(fēng)機(jī)狀態(tài),在辦公室、報告廳等房間內(nèi)安裝溫度探測器和CO2探測器,監(jiān)測室內(nèi)空氣的溫度和CO2濃度,若溫度超過預(yù)先設(shè)定值,則啟動室內(nèi)空調(diào)裝置,根據(jù)室內(nèi)CO2濃度自動調(diào)節(jié)新風(fēng)進(jìn)入比例,從而改善室內(nèi)環(huán)境和空氣質(zhì)量?？照{(diào)機(jī)組控制箱內(nèi)設(shè)置DDC控制器,控制空調(diào)和新風(fēng)機(jī)組等設(shè)備的起停、變新風(fēng)比焓值控制和變風(fēng)量時的變速控制。

(2)中央空調(diào)變流量系統(tǒng)。采用模糊控制和變頻技術(shù)對制冷機(jī)房的空調(diào)設(shè)備進(jìn)行集中節(jié)能控制,主要由變流量控制器將定流量系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽兞髁靠刂葡到y(tǒng)。

3.2.2 給排水系統(tǒng)設(shè)備

(1)對生活給水、中水及排水系統(tǒng)的水泵、水箱(水池)的水位及系統(tǒng)壓力進(jìn)行監(jiān)測。

(2)根據(jù)水位及壓力狀態(tài),自動控制相應(yīng)水泵的起停,自動控制系統(tǒng)主、備用泵的起停順序。

(3)對系統(tǒng)故障、超高低水位及超時間運(yùn)行等進(jìn)行報警。

3.2.3 電動機(jī)設(shè)備

(1)30 kW及以上的電動機(jī)采用軟起動,以改善起動特性。

(2)空調(diào)水泵、生活泵電動機(jī)采取變頻器調(diào)速節(jié)電措施。

(3)異步電動機(jī)采取就地補(bǔ)償無功功率,提高功率因數(shù),降低線損。

3.3 信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

信息網(wǎng)絡(luò)采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以太網(wǎng),分為內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng),內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)作為辦公、教學(xué)和信息管理的平臺,設(shè)有與國內(nèi)教育網(wǎng)連接的接口；外部網(wǎng)絡(luò)則承擔(dān)對外發(fā)布信息及用戶訪問查詢服務(wù),這樣既可滿足內(nèi)部局域網(wǎng)各用戶之間的信息交換,共享教育網(wǎng)上的信息資源,又可向外部的網(wǎng)絡(luò)用戶提供學(xué)校有關(guān)的教學(xué)管理等信息服務(wù),滿足教學(xué)活動和社會服務(wù)的多種需求。

3.4 供配電系統(tǒng)

變配電所高壓二次繼電保護(hù)和低壓測控,全部采用微機(jī)綜合自動化系統(tǒng)在值班控制室內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控和管理,實(shí)現(xiàn)“四遙”功能要求,減少了人力,提高工作效率,降低運(yùn)營成本。

3.5 建筑設(shè)備能耗監(jiān)測系統(tǒng)

建筑設(shè)備能耗監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 建筑設(shè)備能耗監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)圖

建筑物能耗綜合監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對能耗使用的全參數(shù)、全過程的管理和控制,是能耗監(jiān)測、溫度集中控制和節(jié)能運(yùn)行管理的綜合解決方案,根據(jù)建筑的功能、歸屬等情況,對辦公樓、教學(xué)樓、體育館、校園餐廳的照明、空調(diào)、給水排水等系統(tǒng)的用電進(jìn)行分項(xiàng)分區(qū)的計量,計量裝置采用帶網(wǎng)絡(luò)功能的智能儀表。對水、電等能源,根據(jù)不同需求和使用功能要求,實(shí)現(xiàn)能耗綜合計量與管理,作為獨(dú)立核算的依據(jù),并實(shí)現(xiàn)能源分析、能源分配、能源評估和動態(tài)跟蹤控制與管理。通過分析各項(xiàng)能耗指標(biāo)數(shù)據(jù)的合理性,從而發(fā)現(xiàn)各系統(tǒng)運(yùn)行過程中的問題并進(jìn)行改進(jìn),最終達(dá)到節(jié)能的目的。

建筑設(shè)備能耗監(jiān)測系統(tǒng)主要功能如下：

(1)實(shí)時采集智能電表、水表和氣表數(shù)據(jù),并傳輸?shù)焦芾碇行?管理中心對能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、分析并上傳到上級能耗監(jiān)測中心。

(2)實(shí)現(xiàn)對室內(nèi)溫度的實(shí)時監(jiān)測和網(wǎng)絡(luò)化管理,為精確控制中央空調(diào)的開關(guān)機(jī)時間及溫度提供可靠依據(jù)。

(3)有助于改善中央空調(diào)或北方供暖系統(tǒng)各區(qū)域溫度的均衡性,提高運(yùn)行效率,降低運(yùn)行成本。

(4)通過對建筑物能耗系統(tǒng)的全參數(shù)、全過程集中管理和控制,實(shí)現(xiàn)公共建筑的節(jié)能運(yùn)行管理功能。

該系統(tǒng)符合國家有關(guān)公共建筑管理節(jié)能的政策和技術(shù)要求,可對建筑能耗進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測和分析,實(shí)現(xiàn)建筑的精細(xì)化管理與控制,達(dá)到節(jié)能減排的效果。

4 結(jié) 語

目前,在我國大力推動節(jié)能減排以及可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略中,綠色建筑是不可或缺的一個環(huán)節(jié)。中小學(xué)建筑在電氣設(shè)計時要采用合適的綠色建筑措施,以最大限度地節(jié)約資源。

[1] JGJ 16-2008 民用建筑電氣設(shè)計規(guī)范[S].

[2] GB 50034-2013 建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[S].

[3] GB/T 50378-2014 綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] DGJ 08-107-2012 公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[S].

Electrical DeSign of Green Building in Primary and Secondary SchoolS

LIU Jian, WANG Yongjun
(Shandong Provincial Architectural Design Institute,Jinan 250001,China)

Based on the evaluation standard for green building GB/T 50378－2014,combing by a exampleofgreen building,this paper introduced the electrical design of green building in primary and secondary schools in aspects of lighting system,high and low voltage power supply and distribution,and building intelligent design.It is pointed out that according to the characteristic of green building,the appropriate green buildingmeasures are used to meet the energy conservation.

evaluation Standard for green building；lighting SyStem；PoWer SuPPly and diStribution SyStem；intelligent building

TU 852

B

1674-8417(2015)12-0010-05

2015- 05- 28

王永軍（1989-），男，從事建筑電氣設(shè)計工作。