某中學(xué)電氣節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

顧 春 雷

(南京長(zhǎng)江都市建筑設(shè)計(jì)股份有限公司, 江蘇 南京 210002)

0 引 言

隨著國(guó)家“雙碳”目標(biāo)和“十四五”高質(zhì)量發(fā)展目標(biāo)的提出,學(xué)校項(xiàng)目的建筑電氣應(yīng)該更加重視節(jié)能設(shè)計(jì)。電氣化是建筑行業(yè)發(fā)展的必然方向。建筑電氣從傳統(tǒng)建筑配電轉(zhuǎn)向智能配電、直流微電網(wǎng)、光儲(chǔ)直柔技術(shù)等方向發(fā)展,成為推動(dòng)綠色電氣節(jié)能措施的有力手段。

1 項(xiàng)目概況

該校位于江蘇省南京市,按20軌60班高中進(jìn)行設(shè)計(jì),地上總建筑面積約為9.2萬(wàn)m2,地下建筑面積約為3萬(wàn)m2。校區(qū)被市政道路分隔為A、B兩個(gè)地塊,地面設(shè)置過(guò)街天橋連通,地下一層設(shè)置連通道互相連接。A地塊建筑分布情況:教學(xué)綜合樓地上7層,建筑高度37.6 m;教學(xué)實(shí)驗(yàn)樓地上5層,建筑高度23.7 m;食堂風(fēng)雨操場(chǎng)地上3層,建筑高度23.8 m。B地塊建筑分布情況:國(guó)際交流中心地上10層,建筑高度49.1 m;學(xué)生宿舍地上9層,建筑高度37.8 m;禮堂地上3層,建筑高度23.2 m。消控室兼視頻監(jiān)控中心設(shè)置在教學(xué)綜合樓一層,高壓中心站、用戶變均設(shè)置在地下一層。整個(gè)校區(qū)采用分體空調(diào)及VRV空調(diào)的形式。

2 負(fù)荷等級(jí)

本工程地下室為Ⅰ類汽車庫(kù);教學(xué)綜合樓為二類高層建筑物;學(xué)生宿舍樓、國(guó)際交流中心為一類高層建筑物;教學(xué)實(shí)驗(yàn)樓、風(fēng)雨操場(chǎng)與食堂、禮堂均為多層建筑物。按照GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[1]附錄A及JGJ 310—2013《教育建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]第4.2.2條規(guī)定,主要用電負(fù)荷分級(jí)如表1所示。

表1 主要用電負(fù)荷分級(jí)

一級(jí)用電負(fù)荷應(yīng)由兩個(gè)電源供電,當(dāng)一個(gè)電源發(fā)生故障時(shí),另一個(gè)電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞;每個(gè)電源的容量應(yīng)滿足全部一級(jí)、二級(jí)用電負(fù)荷的供電要求。二級(jí)用電負(fù)荷應(yīng)由兩個(gè)引自不同變壓器低壓側(cè)的回路供電。三級(jí)用電負(fù)荷采用單電源單回路的供電方式[1]。

正確認(rèn)識(shí)各用電負(fù)荷等級(jí)分級(jí),采取適配的供電方式,并按經(jīng)濟(jì)電流密度選擇供電線路截面,這樣既能滿足用電設(shè)備的供電可靠性、合規(guī)性,也能有效節(jié)省電器元件、線纜成本,是主動(dòng)式節(jié)能的一種有效方式。

3 變配電系統(tǒng)

校區(qū)占地面積較大,且被市政道路分為兩個(gè)地塊,需根據(jù)供電半徑及用電負(fù)荷容量設(shè)置1座高壓中心站、3座用戶變。高壓中心站規(guī)模為2進(jìn)6出,高壓不聯(lián)絡(luò),設(shè)置在A地塊內(nèi)靠近B地塊的位置。A地塊南側(cè)設(shè)置一處1#用戶變(規(guī)模為2×1 600 kVA),為教學(xué)綜合樓及南側(cè)地下室等負(fù)荷供電,變壓器負(fù)載率為76.5%;北側(cè)設(shè)置一處2#用戶變(規(guī)模為2×1 250 kVA),為教學(xué)實(shí)驗(yàn)樓、食堂風(fēng)雨操場(chǎng)及北側(cè)地下室等負(fù)荷供電,變壓器負(fù)載率為82.7%;B地塊居中設(shè)置一處3#用戶變(規(guī)模為2×1 250 kVA),為學(xué)生宿舍、禮堂、國(guó)際交流中心及B地塊地下室負(fù)荷供電,變壓器負(fù)載率為81.8%。

從市政電網(wǎng)引來(lái)雙重20 kV電源,滿足一級(jí)負(fù)荷供電要求。各用戶站內(nèi)的20 kV高壓配電系統(tǒng)采用線路變壓器組接線,兩路電源同時(shí)工作,互為備用;0.4 kV側(cè)為單母線分段設(shè)母線聯(lián)絡(luò),三鎖兩鑰匙,平時(shí)分列運(yùn)行。經(jīng)與校方溝通得知,該校常年作為高考考點(diǎn),對(duì)考場(chǎng)區(qū)域的照明、廣播、電子屏蔽儀、電子時(shí)鐘等供電可靠性要求較高。在變電所0.4 kV低壓母線段預(yù)留應(yīng)急電源接駁口,以供移動(dòng)式柴油發(fā)電車接入。供配電系統(tǒng)接線圖如圖1所示。

圖1 供配電系統(tǒng)接線圖

根據(jù)學(xué)校用電規(guī)律特性,宿舍、食堂與教學(xué)

樓用電不考慮同時(shí)使用,計(jì)算得知校區(qū)變壓器總配置容量為8 200 kVA,裝機(jī)負(fù)荷指標(biāo)為67.2 VA/m2。此數(shù)值比19DX101-1表3.31給出的中小學(xué)用電指標(biāo)高出不少(12～20 W/m2),究其原因在于該表數(shù)據(jù)為早期制定,未計(jì)入空調(diào)、廚房用電等負(fù)荷,難以滿足當(dāng)今中小學(xué)的實(shí)際用電需求。

該項(xiàng)目選用SCB14型及以上節(jié)能環(huán)保型、接線組別為DYn11的干式變壓器,符合GB 20052—2020《電力變壓器能效限定值及能效等級(jí)》表2中定義的二級(jí)能效等級(jí),滿足GB 55015—2021《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》[3]第3.3.1條規(guī)定的電力變壓器能效等級(jí)應(yīng)高于三級(jí)的要求。變壓器低壓側(cè)設(shè)置低壓無(wú)功補(bǔ)償裝置,補(bǔ)償后高壓供電進(jìn)線處功率因數(shù)不小于0.95。無(wú)功補(bǔ)償裝置具過(guò)零自動(dòng)投切功能,并有抑制諧波和抑制涌流功能;分相補(bǔ)償容量不小于總補(bǔ)償容量的40%。

表2 主要場(chǎng)所的照明節(jié)能指標(biāo)

低壓配電設(shè)置一套4S能源設(shè)備一體化管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)建筑的設(shè)備監(jiān)控、電力監(jiān)控、照明控制、剩余電流檢測(cè)、用能計(jì)量、建筑環(huán)境檢測(cè)、能效管理等建筑監(jiān)控和管理功能,并支持電梯、安防等系統(tǒng)接入。系統(tǒng)末端采用強(qiáng)弱電一體化控制箱(柜),將建筑設(shè)備控制系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相互連接,實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)控制,全方位提升智慧校園的安全配電品質(zhì)要求。

4 照明節(jié)能設(shè)計(jì)

照明設(shè)計(jì)力求做到與裝修設(shè)計(jì)完美結(jié)合,燈具美觀大方,光源采用高效節(jié)能燈、T5熒光燈、LED燈等。熒光燈采用電子鎮(zhèn)流器,功率因數(shù)為0.9以上,光源顯色性大于80,色溫范圍為3 300～5 300 K。燈具選用高效型,一般工作場(chǎng)所的燈具效率不低于75%。各工作場(chǎng)所的照明照度值按國(guó)家規(guī)范要求選定。主要場(chǎng)所的照明節(jié)能指標(biāo)如表2所示。

本項(xiàng)目中的教室、實(shí)驗(yàn)室、電子閱覽室選用36 W吊裝式LED護(hù)眼教育燈盤,光效高達(dá)95 lm/W,燈具光生物危害風(fēng)險(xiǎn)組別為 RG0,單燈UGR小于16,頻閃波動(dòng)深度<1%,特殊顯色指數(shù)R9>60。

報(bào)告廳、劇場(chǎng)、風(fēng)雨操場(chǎng)、地下車庫(kù)等大空間場(chǎng)所及公共走道均采用智能照明控制系統(tǒng),可按時(shí)間或照度等條件進(jìn)行照明控制。樓梯間、前室等類似場(chǎng)所安裝聲控(紅外)延時(shí)開(kāi)關(guān)就地控制,可根據(jù)校方管理需求接入智能照明控制系統(tǒng);教室、辦公室、變電所、強(qiáng)弱電間(井)、設(shè)備機(jī)房等功能性房間的照明采用開(kāi)關(guān)面板就地控制。房間或場(chǎng)所裝設(shè)有兩列或多列燈具時(shí)、按所控?zé)袅信c側(cè)窗平行方式分組控制。景觀照明采用智能照明控制系統(tǒng),分節(jié)能模式、日常模式、節(jié)假日模式進(jìn)行控制,對(duì)不同用途的回路分組,實(shí)現(xiàn)多時(shí)段、多場(chǎng)景自控。

5 宿舍用電管理

GB 50099—2011《中小學(xué)校設(shè)計(jì)規(guī)范》[5]中第10.3.7.3條:“學(xué)生宿舍居室用電宜設(shè)置電能計(jì)量裝置”,本項(xiàng)目每間宿舍配電箱內(nèi)均設(shè)置1只預(yù)付費(fèi)式單相電子電能表[5]。該表具有1路電源進(jìn)線,3～5路可遠(yuǎn)程單獨(dú)控制配出回路起停的功能,既可實(shí)現(xiàn)電能數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程集中計(jì)量,也可實(shí)現(xiàn)對(duì)宿舍照明、插座、空調(diào)等用電設(shè)備的控制和管理,是一種有效的宿舍用電終端管理系統(tǒng)。

本項(xiàng)目中標(biāo)準(zhǔn)宿舍為4人間,結(jié)合JGJ 310—2013《教育建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》中第5.2.7條要求,宿舍每居室普通電源插座的數(shù)量按2組/床位配置,每組為1個(gè)單相二三孔帶USB口插座[2]。壁掛空調(diào)、洗衣機(jī)、洗手盆、智能馬桶、電熱毛巾架等處均設(shè)1個(gè)專用電源插座,衛(wèi)生間淋浴區(qū)設(shè)有1個(gè)浴霸。考慮學(xué)校宿舍用電管理需要,空調(diào)和風(fēng)扇電源宜獨(dú)立回路,與照明、插座等用電負(fù)荷分時(shí)控制,確保夜間熄燈管理時(shí)段能正常使用。綜合宿舍用電負(fù)荷性質(zhì)、單回路安裝容量、用電管理需求等因素。標(biāo)準(zhǔn)宿舍配電箱系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)宿舍配電箱系統(tǒng)圖

6 光伏發(fā)電系統(tǒng)

GB 55015—2021《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》中第5.2.1條:“新建建筑應(yīng)安裝太陽(yáng)能系統(tǒng)”[3]。DB 32/3962—2020《江蘇省綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中第3.0.6條:“政府投資公共建筑和大型公共建筑應(yīng)至少利用一種可再生能源”;第10.1.2條:“政府投資公共建筑和大型公共建筑利用可再生能源僅采用太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)提供電量時(shí),其總功率不應(yīng)低于建筑物變壓器總裝機(jī)容量的0.2%”[6]。南京屬于太陽(yáng)能資源比較豐富地區(qū),年均計(jì)算日照小時(shí)數(shù)達(dá)1 217 h,本項(xiàng)目各棟建筑屋面空間開(kāi)闊,具備大量安裝太陽(yáng)能的條件。而DB 32/3962—2020《江蘇省綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中第9.5.1條提出學(xué)校夏季太陽(yáng)能最豐富時(shí)放假,無(wú)熱水使用需求,不能充分利用太陽(yáng)能。因此,本項(xiàng)目?jī)H裝設(shè)屋頂分布式太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)作為可再生能源利用措施,總裝機(jī)容量為425.4 kWp,年均理論發(fā)電量約為43.9萬(wàn)kWh。系統(tǒng)形式為用戶側(cè)低壓并網(wǎng)交流光伏發(fā)電系統(tǒng),不設(shè)儲(chǔ)能裝置,運(yùn)營(yíng)模式為自發(fā)自用、余量上網(wǎng)。各棟樓屋頂光伏配置情況如表3所示。

表3 各棟樓屋頂光伏配置情況

教學(xué)實(shí)驗(yàn)樓和學(xué)生宿舍的光伏裝機(jī)容量較小,并網(wǎng)箱布置在屋面配電間內(nèi),并網(wǎng)點(diǎn)接入下一層公共走道照明箱,供所在樓棟的公區(qū)走道照明使用;教學(xué)綜合樓、食堂風(fēng)雨操場(chǎng)的光伏裝機(jī)容量較大,并網(wǎng)柜分別布置在1#用戶變和2#用戶變,并網(wǎng)點(diǎn)直接接入變壓器低壓側(cè)母線段,為全樓用電設(shè)備供電。

7 結(jié) 語(yǔ)

在學(xué)校建筑電氣設(shè)計(jì)中,應(yīng)突破傳統(tǒng)思維,研究行業(yè)發(fā)展新動(dòng)向,應(yīng)用新技術(shù)、新產(chǎn)品。保持與建設(shè)方、校方的密切溝通,明悉其具體需求,從技術(shù)可行性、成本經(jīng)濟(jì)性等各方面把控項(xiàng)目,共同完成學(xué)校建筑的電氣節(jié)能設(shè)計(jì)。