程玲軍

(中交溫州高鐵新城投資發(fā)展有限公司，浙江 溫州 325000)

0 引 言

電氣設(shè)計是公共建筑項目施工中不可缺少的設(shè)計環(huán)節(jié)，科學(xué)、合理的電氣設(shè)計可以提高公共建筑在市場內(nèi)的價值。在智能化技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)背景下，具有智能化功能的建筑電氣在公共建筑設(shè)計中的應(yīng)用越來越廣泛，并逐步融入了人們的日常生活中[1]。與此同時，建筑電氣的高耗能問題成了開發(fā)商亟須解決的問題，如何在保證電氣設(shè)備發(fā)揮其原有效能的同時，實現(xiàn)電氣節(jié)能目標(biāo)，成了設(shè)計方的關(guān)注重點。下述將對此方面問題展開詳細(xì)的論述。

1 公共建筑電氣設(shè)計中綠色節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

1.1 合理選用節(jié)能型變壓器

針對公共建筑中的電氣設(shè)計，為體現(xiàn)其綠色節(jié)能特性，針對電氣設(shè)備的變壓器裝置進(jìn)行合理選擇，結(jié)合當(dāng)前市面上常見的變壓器類型，對其應(yīng)用性能進(jìn)行分析，可在此過程中，嘗試用非合金材料的鐵芯變壓器代替?zhèn)鹘y(tǒng)變壓器進(jìn)行推廣使用[2]。相比早期公共建筑內(nèi)的變壓器設(shè)備，此次研究提出的新型變壓器主要構(gòu)成材料為新型導(dǎo)磁，與傳統(tǒng)硅鋼片材料為鐵芯的變壓器相比，其空載狀態(tài)下的損耗通常能夠降低80%左右。此項研究成果也是我國建筑領(lǐng)域在近幾年研究中發(fā)現(xiàn)的使用效果最佳的變壓配電設(shè)備[3]。以1 000 kVA的變壓器裝置為例，表1為不同材料鐵芯的變壓器應(yīng)用性能對比表。

表1 不同材料鐵芯的變壓器應(yīng)用性能對比表

從表1中記錄的不同材料鐵芯的變壓器應(yīng)用性能對比情況可以看出，非晶合金鐵芯變壓器無論是在空載狀態(tài)下還是在負(fù)載狀態(tài)下，其損耗均明顯小于硅鋼片鐵芯變壓器，由此可以看出非晶合金鐵芯變壓器具備的應(yīng)用優(yōu)勢[4]。同時，對于公共建筑而言，在非使用時期基本處于低負(fù)荷的運行階段，因此采用非晶合金鐵芯變壓器能夠達(dá)到更加理想的節(jié)能效果。綜合當(dāng)前公共建筑的市場投資情況對變壓器裝置的應(yīng)用成本進(jìn)行分析，這種材料的變壓器裝置價格通常會高出普通硅鋼片鐵芯變壓器價格三成，但綜合其節(jié)能效果為公共建筑電氣帶來的直接經(jīng)濟效益，基本能夠在5～8年實現(xiàn)對增加部分投資成本的收回，而公共建筑一般使用年限超過20年[5]。綜合上述論述分析，選擇非晶合金鐵芯變壓器無論是在綠色節(jié)能方面，還是在經(jīng)濟適用性方面都更加具備優(yōu)勢。

1.2 公共建筑電動機應(yīng)用控制

為了達(dá)到綠色節(jié)能效果，在對公共建筑中的電動機進(jìn)行應(yīng)用控制時，首先選擇YX2系列的電動機設(shè)備。該系列電動機設(shè)備不僅能夠保證在運行過程中滿足綠色節(jié)能的評價指標(biāo)，同時與當(dāng)前公共建筑當(dāng)中常見的Y系列電動機相比，在經(jīng)濟效益上也具備顯著優(yōu)勢[6]。針對公共建筑中功率超過200 kW的用電設(shè)備，可嘗試在設(shè)計中使用YX2等一系列的高壓設(shè)備作為電動機。在此過程中，當(dāng)建筑電氣設(shè)備在常規(guī)環(huán)境下運行出現(xiàn)短路、容量不足等異?，F(xiàn)象時，可以采用調(diào)試大容量電動機的方式，對建筑電氣進(jìn)行恒頻變壓調(diào)整，電氣在此種條件下運行，能夠有效改善其自身在啟動時的特性[7]。同時，當(dāng)電動機出現(xiàn)空載狀態(tài)運行時，能夠根據(jù)其功率因素的大小進(jìn)行自動調(diào)整，實現(xiàn)對晶閘管的導(dǎo)通角度控制，進(jìn)而達(dá)到提升功率因數(shù)的目的，從而滿足綠色節(jié)能的目標(biāo)。

在完成對公共建筑中電動機設(shè)備的選型后，還需要對其進(jìn)行變頻調(diào)速控制[8]。常見的電動機變頻調(diào)試包含兩種模式，一種為交流-交流的變頻調(diào)速模式，一種為交流-直流-交流的變頻調(diào)速模式。前一種調(diào)速模式平均帶電在25%～55%，而第二種調(diào)速模式節(jié)能頻率段在5～40 Hz范圍內(nèi)，節(jié)電率在25%～50%。針對公共建筑當(dāng)中電梯、水泵、風(fēng)機等動力設(shè)備，需要根據(jù)實際情況選擇上述兩種變頻調(diào)速模式中的一種，而針對消防設(shè)備，水泵和風(fēng)機等不需要采用變頻調(diào)速電動機進(jìn)行控制。針對公共建筑當(dāng)中存在風(fēng)量、流量等均在一定范圍內(nèi)進(jìn)行規(guī)律變化的場合，其電動機可通過變線圈匝數(shù)調(diào)速實現(xiàn)控制。

1.3 綠色照明智能優(yōu)化控制

針對公共建筑中的綠色照明設(shè)計，可采用第四代新光源LED作為主要節(jié)能光源。在相同的亮度條件下，LED燈的耗電通常是普通白熾燈的1/10倍，并且使用壽命延長了超過100倍，在顏色上也有了更多樣性的選擇。但在實際應(yīng)用中，LED燈存在散熱慢，無法適用于高功率輸出的大型照明體系當(dāng)中，因此無法實現(xiàn)對外部環(huán)境，例如廣場、建筑外墻等照明任務(wù)需要，相反在小環(huán)境以及公共建筑的局部照明區(qū)域內(nèi)，LED燈具有更強的應(yīng)用優(yōu)勢。因此，基于這一特點，選擇將LED燈作為公共建筑中的綠色照明裝置。在基于LED燈應(yīng)用優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，將其與光伏發(fā)電技術(shù)相結(jié)合，設(shè)計出如圖1所示的光伏與LED燈照明體系。

圖1 公共建筑內(nèi)光伏與LED燈照明體系結(jié)構(gòu)示意圖

目前市面上常見的白光LED燈已經(jīng)能夠達(dá)到每瓦光效超過1 000 m的效果，并且其光效是普通白熾燈的4倍甚至以上，利用LED燈具備的直流低電壓的工作特點，按照如圖1所示的結(jié)構(gòu)將其與光伏技術(shù)結(jié)合能夠達(dá)到最佳的綠色節(jié)能效果。在確定照明的光源后，還需要對燈具的節(jié)能進(jìn)行設(shè)計，不同的燈具具有不同的反射率，反射率越高，則照明節(jié)能效果越好，反之反射率越低，則照明節(jié)能效果越差。當(dāng)前市面上常見的燈具包括棱鏡保護(hù)罩式、格柵式、透明式和控照式，其反射率分別對應(yīng)50%、65%、68%和75%。因此，綜合上述分析，在對公共建筑當(dāng)中的照明設(shè)備進(jìn)行選擇時應(yīng)當(dāng)盡可能選用控照式燈具，同時在為燈具配光時應(yīng)當(dāng)結(jié)合其室形或室空間比等參數(shù)對配光指數(shù)進(jìn)行綜合設(shè)置，以此達(dá)到提升燈具照明利用系數(shù)的目的。

按照上述內(nèi)容在完成對綠色照明的設(shè)計后，針對其智能化控制進(jìn)行設(shè)計。圖2為綠色照明智能控制體系結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 綠色照明智能控制體系結(jié)構(gòu)示意圖

引入計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及自動化控制技術(shù)，根據(jù)公共建筑內(nèi)部環(huán)境變化、客戶需求等對照明控制需求信息進(jìn)行采集，以此為達(dá)到最終控制效果提供重要依據(jù)。在對其進(jìn)行控制時可采用場景控制體系，例如根據(jù)公共建筑的使用情況，設(shè)置平時控制機制、節(jié)假日控制機制、白天控制機制以及夜晚控制機制等。同時針對公共建筑內(nèi)部有無人員進(jìn)行智能感應(yīng)，并根據(jù)光線明暗度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。為了確保公共建筑的電氣照明安全，還應(yīng)當(dāng)實現(xiàn)照明體系與火災(zāi)報警和消防體系的聯(lián)動，在發(fā)生火災(zāi)第一時間采取相應(yīng)的滅火措施，將火災(zāi)帶來的損失降低到最低，確保公共建筑的安全運行。除此之外，針對綠色照明的智能化控制還可以采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳統(tǒng)電氣控制技術(shù)相結(jié)合的方式，建立多個獨立的控制模式和聯(lián)網(wǎng)控制模式，從而達(dá)到智能化控制效果。

2 對比分析

本次研究的工程項目為溫州地區(qū)高鐵新城產(chǎn)城融合綜合開發(fā)的PPP項目中的開發(fā)新建工程，并對現(xiàn)有建筑立面進(jìn)行施工改造，可以為高鐵新城展現(xiàn)樞紐門戶、為甌海特色提供展示平臺，以此提升城市形象，增加城市內(nèi)涵，優(yōu)化城市公共建筑的綜合服務(wù)水平?？傊擁椖克诘貐^(qū)是集會議中心、展覽交流、景觀生態(tài)、精品商業(yè)、智慧城市等功能于一體的城市核心和城市地標(biāo)空間。

此工程項目綠化工程建設(shè)用地面積為18 220.72 m2，其中包括A-19地塊12 976.31 m2，A-20地塊1 373.44 m2，道路3 870.98 m2。地上建筑面積29 660.64 m2[已建辦18 886 m2，城市客廳6 677.62 m2(展示客廳6 036.68 m2，休息區(qū)106.69 m2，城市書屋139.61 m2，設(shè)備用房394.64 m2)，配套服務(wù)4 097.02 m2(配套用房3 410.16 m2，食堂460.76 m2，設(shè)備用房226.10 m2)]。地下建筑面積16 163.38 m2(已建4 802 m2，新建11 361.38 m2)。新建一棟地下2層、地上4～5層(含一層夾層)的城市客廳，建筑整體為框架式結(jié)構(gòu)。完成對工程項目的分析后，對此工程項目簡介進(jìn)行闡述，見表2。

續(xù)表

建設(shè)場地行政隸屬溫州市甌海區(qū)，屬于溫瑞海濱平原地貌。甌江溫州段河流的稀釋自凈能力較強。甌江屬強潮河流，感潮河段約90 km。潮差自江口沿程遞增，龍灣以上則沿程遞減。溫州郭公山處最高潮位為735 cm(吳淞基準(zhǔn)面)。為了確保工程綠色節(jié)能施工的順利實施，在開展施工前，由實驗方與地方氣象臺進(jìn)行信息對接，獲取項目施工區(qū)域的氣候特征，得到下述數(shù)據(jù)：年平均氣壓1 015 HPa；無霜期265～284 d；雷暴天51.1 d；霧天20.7 d；最大積雪10 cm；年日照時數(shù)1 811 h。由此可見，該地區(qū)屬于季風(fēng)季候，雨水量充沛，冬季與夏季溫度相對適宜。

在對施工區(qū)域周邊道路及交通情況調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，項目僅東側(cè)寧波路能進(jìn)行交通運輸，且車流量較大，出入交通情況受一定影響。目前現(xiàn)場無給水、無供電、無通路、無網(wǎng)絡(luò)。臨建區(qū)水電均需先從本工程北部溫州建設(shè)集團(tuán)移動大廈工地協(xié)調(diào)接入，待后期由項目自行向當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)供水、供電提出申請，并接入施工用電、用水。擬DN50水源接入點位于本工程項目東北角，2臺400 kVA電源接入點位于本工程西北角，目前還未提供接入點。場地內(nèi)2 m左右直徑廢棄市政供水管線縱向穿過，其具體位置目前無法確定，且另有現(xiàn)有潘橋街道辦大樓北側(cè)存在地下給水、消防及雨污排水管網(wǎng)，樁基施工會受影響，需提前做好遷移及拆除，如在施工過程中碰到，則會影響工期。且場地周邊為潘橋街道政府辦公大樓、站南服裝城及大象城，因此場地施工環(huán)境要求比較高，需防止噪聲和揚塵污染。

完成對項目施工區(qū)域相關(guān)信息的獲取后，按照本文設(shè)計的綠色節(jié)能技術(shù)施工方案，對建筑工程項目進(jìn)行施工設(shè)計。將設(shè)計前后建筑電氣耗能作為評價指標(biāo)，其中建筑耗能計算公式如下：

W=UIt=Pt

(1)

式中：W為建筑電氣耗能，kW·h；U為電氣運行電壓；I為電氣運行電流；t代表電氣運行時間，h；P代表電氣運行功率，kW。采用累加計算的方式，對不同層電氣耗能進(jìn)行計算，結(jié)果如圖3所示。

圖3 綠色節(jié)能技術(shù)應(yīng)用前后公共建筑電氣耗能對比

從圖3可以看出，應(yīng)用綠色節(jié)能技術(shù)后的公共建筑電氣耗能明顯小于應(yīng)用綠色節(jié)能技術(shù)前的公共建筑電氣耗能，由此可以證明應(yīng)用綠色節(jié)能技術(shù)可以起到降低公共建筑電氣綜合耗能的作用。

3 結(jié)束語

本文在完成了綠色節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用研究后，設(shè)計了對比實驗，結(jié)果表明，此次設(shè)計應(yīng)用的綠色節(jié)能技術(shù)，可以起到降低公共建筑電氣綜合耗能的作用。為了進(jìn)一步推進(jìn)此項工作，需要在后續(xù)開展建筑綠色施工作業(yè)時，將《環(huán)境保護(hù)管理制度》《節(jié)能與能源利用管理制度》等制度貫穿在工程始終。通過制度的約束，對工人的施工行為進(jìn)行管控，以此種方式，實現(xiàn)綠色化發(fā)展制度在市場內(nèi)的推廣，解決我國既有建筑或新建建筑耗能高、污染排放大等問題。