電氣技術(shù)在綠色住宅建筑中的應(yīng)用

潘正浩，邰文雄，周峻明，檀永松（上海建工四建集團(tuán)有限公司建筑設(shè)計(jì)研究院， 上海 200051）

綠色建筑電氣設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足建筑總體運(yùn)營業(yè)態(tài)功能需求的同時(shí)達(dá)到節(jié)材節(jié)能的目的。要同時(shí)滿足這幾點(diǎn)要求，需達(dá)到以下條件。首先，電氣系統(tǒng)設(shè)置應(yīng)合理，盡量采用節(jié)能環(huán)保設(shè)備，避免設(shè)備及終端大量的堆砌。其次，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)簡單實(shí)用，方便運(yùn)行管理。簡單實(shí)用可以減少造價(jià)及系統(tǒng)的運(yùn)行能耗，方便運(yùn)行管理可為建筑運(yùn)營后的行為節(jié)能提供基礎(chǔ)。電氣綠色設(shè)計(jì)關(guān)注點(diǎn)之一是推廣節(jié)能產(chǎn)品應(yīng)用，采用綠色環(huán)保、節(jié)能高效的技術(shù)和設(shè)備，盡量減少對(duì)周邊環(huán)境的不利影響?；谀匙≌?xiàng)目，從供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電氣設(shè)備選用與設(shè)計(jì)、照明設(shè)計(jì)、電氣能耗監(jiān)測設(shè)計(jì)、智能化設(shè)計(jì)等多個(gè)方面分享住宅綠色建筑電氣設(shè)計(jì)方面的提升技術(shù)措施。

1 工程概況

本工程地處江蘇省南京市建鄴區(qū)，總建筑面積 278 684 m2，地下建筑面積 65 851 m2，住宅建筑面積 204 864 m2，住宅戶數(shù) 1 158 戶。建筑為 15 棟建筑層數(shù)為 16～29 層的高層住宅，建筑高度為 60～100 m。電氣系統(tǒng)有照明、動(dòng)力配電、防雷接地、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、弱電各系統(tǒng)、設(shè)備能耗管理系統(tǒng)等。

2 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本工程在地下車庫設(shè)置 5 座 10 kV 變電站。變電站設(shè)置靠近負(fù)荷中心，減小了供電距離，最大限度地降低了線路損耗。經(jīng)測算低壓（AC 380 V/220 V）供電半徑均未超過 200 m，長度均大于常規(guī)設(shè)計(jì)的 250 m。末端配電箱設(shè)置在其配電范圍的負(fù)荷中心位置，供電半徑均控制在 50 m 之內(nèi)。

在滿足使用條件的前提下，盡可能地減少變壓器臺(tái)數(shù)。區(qū)分住戶用電負(fù)荷、公共區(qū)域照明負(fù)荷、配套動(dòng)力負(fù)荷等類別，并且針對(duì)容量較大、臺(tái)數(shù)較多的地源熱泵機(jī)組、新風(fēng)機(jī)組等合理設(shè)置專用變壓器供電，以降低損耗。

在變電站高低壓側(cè)均集中設(shè)置了無功功率補(bǔ)償裝置，無功補(bǔ)償采用智能型免維護(hù)成套自動(dòng)補(bǔ)償裝置，具有過零自動(dòng)投切的功能，并有抑制諧波涌流措施。低壓無功補(bǔ)償采用混合補(bǔ)償，分補(bǔ)容量為總?cè)萘康?40%。低壓側(cè)功率因數(shù)提高到約 0.92，大于常規(guī)要求的 0.9。

3 電氣設(shè)備選用與設(shè)計(jì)

3.1 變壓器節(jié)能設(shè)計(jì)

根據(jù)我國電力行業(yè)多年資料統(tǒng)計(jì)與整理，在 35 kV 及以下變配電系統(tǒng)中，電力變壓器的損耗占電力系統(tǒng)總損耗的 60%～70%，故電力變壓器的節(jié)能對(duì)整個(gè)供配電系統(tǒng)的節(jié)能起著至關(guān)重要的作用。根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第四版）的規(guī)定，雙繞組電力變壓器的節(jié)能目的是減少有功功率損耗，以提高效率。書中所列計(jì)算公式如式（1）所示：

式中，△PT—變壓器有功功率損耗，kW；

△P0—變壓器空載有功損耗，kW；

△Pk—變壓器短路有功損耗，kW；

Sc—變壓器計(jì)算負(fù)荷，kVA；

Sr—變壓器額定容量，kVA；

△P0空載有功損耗為常數(shù)，只與變壓器本身鐵心的重量、鐵心的磁通密度、制造過程的工藝有關(guān)，與變壓器所帶負(fù)載無關(guān)，數(shù)據(jù)可由變壓器產(chǎn)品樣本中查得。本工程變壓器選用 SCB13 節(jié)能環(huán)保型，具有低損耗、低噪聲等特點(diǎn)。聯(lián)結(jié)組別為 Dyn11，系國家認(rèn)證機(jī)構(gòu)確認(rèn)的干式變壓器，變壓器自帶溫控器和強(qiáng)迫通風(fēng)裝置。變壓器能效值高于現(xiàn)行國標(biāo) GB 20052—2013 《三相配電變壓器能效限定值及能效等級(jí)》中節(jié)能評(píng)價(jià)值的要求，以本工程所用某 1 臺(tái) 1 000 kVA變壓器為例，節(jié)能指數(shù)比較結(jié)果見表 1。

表 1 變壓器節(jié)能計(jì)算參數(shù)

3.2 大功率設(shè)備節(jié)能設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目中大量使用地源熱泵機(jī)組和新風(fēng)機(jī)組，其設(shè)備配置的低壓交流電動(dòng)機(jī)均選用高效能產(chǎn)品，其能效指標(biāo)均高于現(xiàn)行國標(biāo) GB 18613—2012 《中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》中節(jié)能評(píng)價(jià)值的規(guī)定。同時(shí)所選用的風(fēng)機(jī)、水泵等設(shè)備能效指標(biāo)均高于現(xiàn)行國標(biāo) GB 19761—2009《通風(fēng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》及 GB 19762—2007《清水離心泵能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值》中節(jié)能評(píng)價(jià)值的要求。

3.3 電梯節(jié)能設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目均為高層住宅建筑，電梯使用較多，因此電梯用電節(jié)能設(shè)計(jì)采用變頻調(diào)速拖動(dòng)和能量再生回饋技術(shù)。單臺(tái)電梯具有集選控制、閑時(shí)停梯操作、燈光和風(fēng)扇自動(dòng)控制等節(jié)能控制措施。多臺(tái)電梯集中排列時(shí)，具有按規(guī)定程序集中調(diào)度和控制的群控功能。單臺(tái)電梯集選控制，采集內(nèi)外呼招梯信號(hào)經(jīng)過計(jì)算機(jī)合理調(diào)配，提高電梯運(yùn)行效率。多臺(tái)電梯群控不僅遵守集選原則，還遵守調(diào)度原則，協(xié)調(diào)多臺(tái)電梯的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)電梯的最優(yōu)控制。

4 照明設(shè)計(jì)

照明是日常生活使用最為頻繁的用電設(shè)備。根據(jù)中國照明協(xié)會(huì)（CIES）的統(tǒng)計(jì)資料，建筑照明用電能耗占建筑總體用電能耗的約 20%，所以照明節(jié)能潛力很大。因本項(xiàng)目為精裝交付，因此在滿足住戶內(nèi)使用舒適和滿足公共區(qū)域建筑用途的前提下，照明設(shè)計(jì)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)。

4.1 選用高效節(jié)能光源

為了節(jié)約電能，室內(nèi)照明光源均采用發(fā)光二極管（LED，其特點(diǎn)是壽命長、光效高、功率低、顯色指數(shù) Ra均 ＞ 80。

4.2 選用合理的照度標(biāo)準(zhǔn)

本工程建筑室內(nèi)照度、統(tǒng)一眩光值等指標(biāo)根據(jù)國標(biāo) GB 50034—2013 《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，滿足作業(yè)面或參考平面上的照度要求。結(jié)合光照的合理布置，通過專業(yè)照明設(shè)計(jì)軟件 DIAlux 模擬計(jì)算，滿足照明建筑照度標(biāo)準(zhǔn)值及功率密度值要求。住宅建筑照度標(biāo)準(zhǔn)值（lx）和照明功率密度限制（W/m2）如表 2 所示。

表 2 住宅建筑照度標(biāo)準(zhǔn)值（lx）和照明功率密度限制（W/m2）

4.3 照明控制方式

在住宅建筑樓梯、走道的照明等建筑公共區(qū)域具有天然采光條件或天然采光設(shè)施的區(qū)域，采取合理的人工照明布置。在天然光到達(dá)的區(qū)域照明，采用同一分支回路配電，采取感應(yīng)延時(shí)、光控延時(shí)、聲控延時(shí)控制或定時(shí)控制等多種集成的控制方式，避免公共區(qū)域照明長期無人關(guān)燈的浪費(fèi)現(xiàn)象。

本工程地下車庫面積較大且較復(fù)雜，因此地下車庫照明控制按照最小功能區(qū)域劃分照明配電分支回路。根據(jù)實(shí)際使用情況合理控制照明裝置，節(jié)約能源，并采用智能燈光控制系統(tǒng)。

5 電氣能耗監(jiān)測設(shè)計(jì)

本工程采用電氣建筑能耗監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)建筑使用中的電力實(shí)施分項(xiàng)計(jì)量。變電所所有低壓出線回路及建筑物其他場所配電回路設(shè)置電子式普通電能表，利用該表的遠(yuǎn)傳數(shù)值接口采集能耗數(shù)據(jù)。變壓器低壓出線側(cè)總開關(guān)處設(shè)置電子式多功能電表進(jìn)行測量，表計(jì)具有監(jiān)測和計(jì)量三相電流、電壓、有功功率、功率因數(shù)、有功電能、最大需量、總諧波含量功能。

本項(xiàng)目另采用住宅建筑中較少采用的智能化控制體系BIM 運(yùn)維技術(shù)，重點(diǎn)對(duì)地源熱泵及新風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行能耗監(jiān)測及運(yùn)維管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目內(nèi)水泵、風(fēng)機(jī)機(jī)組等大型電力消耗進(jìn)行監(jiān)測，同時(shí)通過分析能耗監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)流線，以改變控制策略、節(jié)約電力資源。另外通過長期的對(duì)各機(jī)電設(shè)備能耗監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，分析其使用狀況，通過計(jì)算確定經(jīng)濟(jì)使用壽命，適時(shí)更換設(shè)備，降低綜合成本。

6 智能化設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目在室內(nèi)家居中采用智能遮陽板和電動(dòng)百葉窗自動(dòng)控制技術(shù)。通過在住戶內(nèi)設(shè)置的控制開關(guān)，可以在滿足室內(nèi)采光、減少照明能耗的同時(shí)，對(duì)遮陽板與百葉窗的角度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控，避免強(qiáng)烈的太陽光對(duì)戶內(nèi)照射引起的溫度升高。同時(shí)減少空調(diào)、新風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行帶來的能耗。

本項(xiàng)目智能化管理系統(tǒng)包括變配電系統(tǒng)、電梯、公共照明、給排水、暖通空調(diào)、消防系統(tǒng)的監(jiān)控及能源管理、視頻監(jiān)控、門禁管理、防盜報(bào)警、停車管理、電子巡更等弱電智能化子系統(tǒng)，各系統(tǒng)集成到運(yùn)維平臺(tái)。

7 結(jié) 語

基于某項(xiàng)目的實(shí)踐工作，總結(jié)各種電氣新技術(shù)措施。通過運(yùn)用節(jié)能新設(shè)備材料，結(jié)合智能化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)從首端到末端的一體化管理。結(jié)果表明，該項(xiàng)目的綠色評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可達(dá)到英國的 BREEAM 評(píng)估體系和美國的 LEED 評(píng)估體系標(biāo)準(zhǔn)。通過各種節(jié)能措施，既可達(dá)到節(jié)能目的，亦希望可為居民營造一個(gè)舒適宜居的生活環(huán)境。