綠色“雙碳”背景下電氣設(shè)計(jì)理念的一些思考

邵 頲

(上海華建工程建設(shè)咨詢有限公司，上海 200041)

0 引言

黨的十九大報(bào)告提出了建設(shè)美麗中國(guó)、進(jìn)一步推進(jìn)落實(shí)綠色發(fā)展理念的戰(zhàn)略方針。 國(guó)家各部委相繼推出了一系列政策文件，實(shí)質(zhì)性地推動(dòng)了綠色行動(dòng)方案的實(shí)施，深得社會(huì)各界的廣泛共識(shí)。 “創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享”的五大發(fā)展理念，以及貫徹“適用、經(jīng)濟(jì)、綠色、美觀”的建筑方針，使得建筑行業(yè)從業(yè)人員有了新的努力方向。 特別是新版《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)施以及“雙碳”目標(biāo)的提出，綠色理念有了較大的更新提升，評(píng)價(jià)向運(yùn)行實(shí)效方向發(fā)展，更突出了對(duì)綠色生活品質(zhì)的追求。 電氣設(shè)計(jì)也面臨著設(shè)計(jì)理念的更新轉(zhuǎn)變，客觀上提出了更新、更高的要求，電氣設(shè)計(jì)的作用也將得到更好的發(fā)揮。

1 綠色雙碳的政策背景

習(xí)近平總書(shū)記在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)上的莊嚴(yán)承諾，中國(guó)將采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030 年前達(dá)到峰值，2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和。 李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告中提出，扎實(shí)做好碳達(dá)峰、碳中和各項(xiàng)工作，并制定2030 年前碳排放達(dá)峰行動(dòng)方案。 上海市政府“十三五”期間在新建建筑全面實(shí)施綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)前提下，強(qiáng)化新一輪綠色建筑發(fā)展要求，在“十四五”期間持續(xù)推動(dòng)建筑項(xiàng)目由綠色設(shè)計(jì)向綠色運(yùn)行轉(zhuǎn)變，持續(xù)推進(jìn)建筑節(jié)能減排。

上海市政府提出，堅(jiān)持綠色建筑高質(zhì)量發(fā)展，新建民用建筑應(yīng)當(dāng)全部按照綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。其中，國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑、大型公共建筑以及其他5 000m2以上政府投資項(xiàng)目應(yīng)當(dāng)按照綠色建筑二星級(jí)及以上標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。 超高層建筑和五大新城內(nèi)新建大型公共建筑執(zhí)行三星級(jí)綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)。 完善綠色建筑全過(guò)程監(jiān)管體系，將綠色建筑專項(xiàng)內(nèi)容納入新建民用建筑驗(yàn)收范圍，研究探索綠色建筑交付使用機(jī)制。 從推進(jìn)建筑領(lǐng)域碳達(dá)峰行動(dòng)、建立建筑設(shè)計(jì)用能限額體系、推廣應(yīng)用超低能耗建筑、推動(dòng)可再生能源建筑規(guī)?；l(fā)展、推廣應(yīng)用綠色高效新技術(shù)產(chǎn)品等方面，切實(shí)推動(dòng)新建建筑實(shí)效節(jié)能。

上海市綠色建筑協(xié)會(huì)批準(zhǔn)了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑電氣綠色設(shè)計(jì)與應(yīng)用規(guī)范》的編制工作立項(xiàng)，目前已通過(guò)報(bào)批稿審查階段，即將發(fā)布實(shí)施，有力地推動(dòng)了電氣設(shè)計(jì)在綠色建筑和綠色設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展。

2 電氣設(shè)計(jì)所起的作用和意義

建筑項(xiàng)目類似于人體，其綠色健康的運(yùn)行依賴于“人體”內(nèi)各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作。 電氣系統(tǒng)作為建筑項(xiàng)目運(yùn)行的“神經(jīng)系統(tǒng)”，起到了一個(gè)非常重要的樞紐橋梁作用，因此電氣設(shè)計(jì)扮演著不可替代的重要角色。 從新版綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)體系內(nèi)容來(lái)看，有關(guān)電氣專業(yè)的綠色技術(shù)要求，也在不斷增加和提高。 特別在注重實(shí)際運(yùn)行效果等考核指標(biāo)的運(yùn)行評(píng)價(jià)中，電氣專業(yè)的作用顯得越來(lái)越重要。

綠色雙碳背景下的建筑工程設(shè)計(jì)，應(yīng)屬綠色設(shè)計(jì)概念。 最新的上海市工程建設(shè)規(guī)范《公共建筑綠色設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》DGJ 08-2143—2021 就“公共建筑綠色設(shè)計(jì)”提出術(shù)語(yǔ)定義，即“在公共建筑設(shè)計(jì)中采用可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)措施，在滿足公共建筑結(jié)構(gòu)安全和使用功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)建筑全壽命周期內(nèi)的資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)，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(shè)計(jì)組成部分的電氣專業(yè)設(shè)計(jì)，也應(yīng)倡導(dǎo)該專業(yè)領(lǐng)域的綠色設(shè)計(jì)，亦即電氣綠色設(shè)計(jì)。

在即將發(fā)布的、筆者負(fù)責(zé)起草制訂的上海市綠色建筑協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑電氣綠色設(shè)計(jì)與應(yīng)用規(guī)范》中，“電氣綠色設(shè)計(jì)”是這樣定義的，即“建筑全壽命期內(nèi)，在滿足建筑總體規(guī)劃要求下， 電氣工程在設(shè)計(jì)中，最大限度地節(jié)約能源及材料、降耗增效、可循環(huán)利用、保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們創(chuàng)造一個(gè)安全、健康、舒適、便利、耐久和高效的使用空間提供系統(tǒng)保證”。

電氣綠色設(shè)計(jì)的范圍較廣，其不僅涉及綠色建筑中的電氣設(shè)計(jì)，更系統(tǒng)性地從專業(yè)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(yè)設(shè)計(jì)。 其不僅只滿足于綠色建筑的星級(jí)評(píng)價(jià)(評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)只是一種評(píng)價(jià)系統(tǒng)類的標(biāo)準(zhǔn)而非設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn))中的電氣設(shè)計(jì)，更廣泛地滲透在各類民用建筑電氣專業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，更全面地從綠色理念出發(fā)，進(jìn)一步思考和提出綠色設(shè)計(jì)的要求。

3 電氣綠色設(shè)計(jì)關(guān)鍵要點(diǎn)思路

得益于改革開(kāi)放的國(guó)家戰(zhàn)略，新世紀(jì)以來(lái)，房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展飛快，各類民用建筑的建造規(guī)模和速度都在增長(zhǎng)和加快。 而隨著建設(shè)周期越來(lái)越短，項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)間也越來(lái)越緊，甚至到了完全按經(jīng)驗(yàn)、按套路設(shè)計(jì)的“怪圈”，設(shè)計(jì)工作純粹壓縮成了工廠流水線上標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品的流程，脫離了建筑項(xiàng)目個(gè)性化特點(diǎn)的需求特征。 設(shè)計(jì)師們完全成了設(shè)計(jì)“機(jī)器”，對(duì)項(xiàng)目的需求理解沒(méi)有更多的時(shí)間思考，只能停留在表面，設(shè)計(jì)出來(lái)的作品雷同性多，頂多算個(gè)標(biāo)品，更談不上精品，不能不說(shuō)是一種遺憾。 電氣設(shè)計(jì)也是如此。

電氣專業(yè)更注重系統(tǒng)性的方案設(shè)計(jì)，系統(tǒng)方案可靠、合理、經(jīng)濟(jì)，設(shè)計(jì)優(yōu)劣也就十有八九明確了?，F(xiàn)今綠色雙碳的時(shí)代背景下，電氣設(shè)計(jì)更應(yīng)該往綠色設(shè)計(jì)方向發(fā)展。 筆者基于在綠色設(shè)計(jì)方面的多年研究及經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為電氣綠色設(shè)計(jì)可從如下幾方面重點(diǎn)關(guān)注。

(1)注重系統(tǒng)定量化計(jì)算比選，讓電氣方案有“據(jù)”可依

以前常規(guī)的建筑電氣設(shè)計(jì)計(jì)算，主要有:電力負(fù)荷計(jì)算、系統(tǒng)短路電流計(jì)算、線路電壓損失計(jì)算、防雷計(jì)算等，供配電系統(tǒng)的二次保護(hù)設(shè)計(jì)中，還有線路保護(hù)的整定計(jì)算等等。 這些計(jì)算結(jié)果，構(gòu)成了電氣系統(tǒng)安全可靠的前提。 但這些計(jì)算，未能較多涉及系統(tǒng)設(shè)計(jì)中節(jié)能損耗方面的分析。 電氣系統(tǒng)運(yùn)行中，線路傳輸上的能耗控制、變電所深入負(fù)荷中心的能效測(cè)算以及電能質(zhì)量方面諧波含量控制等，對(duì)節(jié)能減排的效果意義重大，必須引起設(shè)計(jì)師們足夠的重視。

譬如，建筑設(shè)計(jì)中變電所的選址，在以往的規(guī)范及設(shè)計(jì)手冊(cè)中，只給出深入負(fù)荷中心的基本原則，并沒(méi)有理論性的計(jì)算依據(jù)作為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，完全靠設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)定性確定平面位置。 現(xiàn)在最新的《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51348—2019 中提出了“負(fù)荷中心法”的概念，上海市綠建協(xié)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑電氣綠色設(shè)計(jì)與應(yīng)用規(guī)范》也同步提出了“負(fù)荷重心法”和“最小能量矩法”的概念，作為設(shè)計(jì)師在選址上做到低碳節(jié)能降耗的理論依據(jù)。 負(fù)荷重心法是參照 IEC 標(biāo)準(zhǔn)” 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(guó)際主編的《建筑電氣系統(tǒng)能效評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中提出的。 從系統(tǒng)運(yùn)行中控制傳輸能耗最小角度、最優(yōu)化取值來(lái)確定作為能源中心的變電所位置，不啻為電氣設(shè)計(jì)精準(zhǔn)化的一個(gè)進(jìn)步。 當(dāng)然，民用建筑有其自身的功能特點(diǎn)和使用場(chǎng)所要求，建筑平面的布局需要綜合考慮其應(yīng)用價(jià)值，公式中確定的位置未必是最合適的場(chǎng)所(可能為建筑主體功能所占據(jù))。 但通過(guò)計(jì)算，可以多方案比較，選擇最為靠近理論計(jì)算點(diǎn)位置，尋求最佳的低碳供電設(shè)計(jì)方案。

(2)低碳低耗、健康舒適及安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用的設(shè)計(jì)思路

低碳和節(jié)能，目標(biāo)導(dǎo)向不同，也可以說(shuō)是同一目標(biāo)的兩個(gè)方面。 碳排放的概念比較廣泛，在建筑行業(yè)，包括生產(chǎn)制造、建造和拆除、建筑運(yùn)行、回收利用等各個(gè)階段。 碳排放計(jì)算較為復(fù)雜，但對(duì)于電氣設(shè)計(jì)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(jī)電設(shè)備的用能，減少系統(tǒng)損耗，提高運(yùn)行效率。 電氣設(shè)備各系統(tǒng)中，變壓器控制在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍區(qū)段，避免低載運(yùn)行；提高線路功率因數(shù)，降低無(wú)功損耗；控制好諧波干擾，降低諧波損耗；控制配電線路敷設(shè)距離，進(jìn)一步降低傳輸損耗等措施，均能減少電氣系統(tǒng)運(yùn)行中的碳排放量，同時(shí)節(jié)省大量電費(fèi)。

機(jī)電設(shè)備是為建筑功能使用服務(wù)的，因此，在安全可靠、健康舒適的建筑使用環(huán)境中，本著低碳低耗、經(jīng)濟(jì)適用的設(shè)計(jì)思路，每個(gè)項(xiàng)目的建設(shè)把方案落到實(shí)處，運(yùn)行時(shí)就能充分享受到綠色低碳帶來(lái)的顯著效益。

(3)節(jié)能設(shè)計(jì)電氣參數(shù)指標(biāo)的確定和提高

隨著電氣設(shè)備行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品更新，電氣工程建設(shè)規(guī)范和產(chǎn)品的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)也在不斷地修訂更新，一些節(jié)能設(shè)計(jì)的參數(shù)指標(biāo)在不斷提高。 如國(guó)標(biāo)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 51348—2019、《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》 GB 55015—2020、《電力變壓器能效限定值及能效等級(jí)》GB 20052—2020、《電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)》GB 18613—2020 等，都提出了新的電氣節(jié)能指標(biāo)要求。

新版《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50034 已經(jīng)修訂完成，計(jì)劃今年發(fā)布實(shí)施，其對(duì)照明燈具及照明質(zhì)量、照明功率密度值有了新的LPD 值要求。 上海市綠建團(tuán)標(biāo)《民用建筑電氣綠色設(shè)計(jì)與應(yīng)用規(guī)范》在其目標(biāo)值基礎(chǔ)上提出了新的推薦值要求，在滿足照明質(zhì)量的同時(shí)，結(jié)合照明燈具的技術(shù)成熟發(fā)展現(xiàn)狀，節(jié)能指標(biāo)進(jìn)一步提高，從而帶動(dòng)照明用電能耗的進(jìn)一步減少。 據(jù)測(cè)算，采用該團(tuán)標(biāo)中LPD 推薦值指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在現(xiàn)有照明功率密度限值的標(biāo)準(zhǔn)上提升10%～20%，相當(dāng)于將照明能耗整體進(jìn)一步減少10%～20%。 按正常的照明設(shè)備負(fù)荷容量占比，如常規(guī)建筑中一臺(tái)1 000 kVA 變壓器正常運(yùn)行下，普通辦公樓一年時(shí)間運(yùn)行節(jié)省的電費(fèi)就在1.58 萬(wàn)元～3.16 萬(wàn)元，節(jié)省費(fèi)用還是比較可觀的。

(4)積極采用綠色新技術(shù)產(chǎn)品，提升電氣設(shè)計(jì)技術(shù)，助推綠色低碳新發(fā)展

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，新的技術(shù)層出不窮，電氣專業(yè)也不例外。 智能配電、光伏發(fā)電、分布式微電網(wǎng)、儲(chǔ)能技術(shù)、直流配電技術(shù)等，在市場(chǎng)需求中不斷通過(guò)研發(fā)，新技術(shù)成熟地應(yīng)用于一些示范性項(xiàng)目并推向市場(chǎng)。 這些新技術(shù)的應(yīng)用，極大地便利了人們的工作、學(xué)習(xí)和生活，也為綠色節(jié)能、低碳可持續(xù)等的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

雙碳政策以來(lái)，各地都發(fā)布了一些實(shí)施文件，大力推廣太陽(yáng)能光伏等可再生能源的應(yīng)用。 由于光伏技術(shù)的發(fā)展，光伏材料價(jià)格持續(xù)走低，為市場(chǎng)應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ)條件。 結(jié)合儲(chǔ)能技術(shù)，從供應(yīng)側(cè)能源結(jié)構(gòu)，逐步過(guò)渡到以需求側(cè)響應(yīng)為主的能源結(jié)構(gòu)，未來(lái)“光、儲(chǔ)、直、柔”技術(shù)的應(yīng)用，將不再苦惱于發(fā)出電能是否能實(shí)時(shí)同步使用；用能電氣化的推廣，也可以更好地節(jié)約燃煤、燃油、燃?xì)獾龋ＷC碳排放量的有效控制。 這些新技術(shù)的應(yīng)用，不光減少了碳排放還增加了碳匯量，實(shí)現(xiàn)電力負(fù)荷峰谷時(shí)的平衡，降低用電峰谷差；可以更精準(zhǔn)地選擇和控制變壓器裝機(jī)容量，避免浪費(fèi)，相應(yīng)也減少了空載損耗的增加。

新的技術(shù)必然伴隨著新的產(chǎn)品涌現(xiàn)，電氣產(chǎn)品也從原先傳統(tǒng)意義上的節(jié)能產(chǎn)品，提升到了綠色產(chǎn)品。 綠色設(shè)計(jì)產(chǎn)品的理念，來(lái)源于現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《生態(tài)設(shè)計(jì)產(chǎn)品評(píng)價(jià)通則》GB/T 3216—2015、《電子電氣產(chǎn)品的環(huán)境意識(shí)設(shè)計(jì)》GB/T 23686—2018 等要求，以產(chǎn)品的綠色制造為最終體現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，側(cè)重產(chǎn)品全壽命期的綠色化。 產(chǎn)品綠色化，是綜合分析產(chǎn)品從原材料選用、生產(chǎn)、銷售、使用、回收、處理等全壽命期的各環(huán)節(jié)，對(duì)資源環(huán)境造成的影響，做到對(duì)能源資源消耗最低、生態(tài)環(huán)境影響最小、可再生率最大。 同時(shí)，要求生產(chǎn)企業(yè)的污染物排放狀況、產(chǎn)品質(zhì)量性能、節(jié)能降耗水平、生產(chǎn)工藝先進(jìn)性等，達(dá)到國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。 工信部已于2016年1 月21 日發(fā)布中國(guó)版RoHs 法令《電器電子產(chǎn)品有害物質(zhì)限制使用管理辦法》，涵蓋斷路器、接觸器等電工產(chǎn)品。 多功能模塊化、易擴(kuò)展維護(hù)、壽命長(zhǎng)、宜回收等都是綠色產(chǎn)品發(fā)展的重要方向。

為貫徹落實(shí)綠色發(fā)展方針，國(guó)家工信部等有關(guān)部委在綠色機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)測(cè)試等方面，不斷加強(qiáng)政策引導(dǎo)，開(kāi)展綠色制造體系建設(shè)，組織相關(guān)行業(yè)協(xié)會(huì)等專業(yè)團(tuán)體發(fā)布制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)及文件規(guī)定，推動(dòng)綠色設(shè)計(jì)產(chǎn)品評(píng)價(jià)工作。 除了最新頒布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《生態(tài)設(shè)計(jì)產(chǎn)品評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范變壓器》GB/T 40092—2021、《變壓器產(chǎn)品生命周期評(píng)價(jià)方法》GB/T 40093—2021 外，綠色設(shè)計(jì)產(chǎn)品評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范中，還有《家用及類似場(chǎng)所用過(guò)電流保護(hù)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(kuò)充中。 電氣設(shè)計(jì)選型中，應(yīng)多關(guān)注具有綠色生態(tài)特征的產(chǎn)品，其代表著電氣綠色技術(shù)發(fā)展的方向。

(5)全壽命周期設(shè)計(jì)考慮，設(shè)計(jì)施工運(yùn)維一體化協(xié)調(diào)連貫

建筑工程設(shè)計(jì)是為建筑功能使用服務(wù)的。 綠色建筑的評(píng)價(jià)，從新版《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》開(kāi)始，已從設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)為主，轉(zhuǎn)向體現(xiàn)綠色效果的運(yùn)行評(píng)價(jià)方面更具落地性。 電氣設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可靠合理，需要運(yùn)行時(shí)各類電氣指標(biāo)參數(shù)的實(shí)際效果來(lái)評(píng)判。 因此電氣綠色設(shè)計(jì)時(shí)，還需多關(guān)注施工及運(yùn)維階段的實(shí)施有效性，設(shè)計(jì)師不能局限于圖面的設(shè)計(jì)成果，更需注重設(shè)計(jì)實(shí)效，完成從圖紙?jiān)O(shè)計(jì)師到項(xiàng)目工程師的轉(zhuǎn)變，這才是體現(xiàn)設(shè)計(jì)師價(jià)值的正確途徑。 全壽命周期理念，是綠色設(shè)計(jì)的基本要求，也是實(shí)現(xiàn)綠色低碳的必經(jīng)之路。

4 結(jié)束語(yǔ)

新的時(shí)代背景下，建設(shè)美麗家園、追求美好生活，已成為全社會(huì)努力奮斗的愿景共識(shí)。 綠色建筑的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段，作為建筑行業(yè)的一個(gè)設(shè)計(jì)人員，有責(zé)任多一份思考，在設(shè)計(jì)實(shí)踐中多一份努力，樹(shù)立起正確的綠色設(shè)計(jì)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(jīng)濟(jì)適用的設(shè)計(jì)理念；(3)設(shè)備產(chǎn)品生態(tài)、環(huán)保的綠色選型理念；(4)便利、高效的設(shè)備系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)理念；(5)可回收、可持續(xù)的發(fā)展理念。 做到了這些，設(shè)計(jì)的成果才有生命力，也對(duì)得起自己對(duì)職業(yè)生涯的一份堅(jiān)守。