北京科技大學 覃 亮

十三五規(guī)劃以來我國的綠色建筑取得較快發(fā)展，但在2021年我國政府提出“碳中和、碳達峰”的背景下節(jié)能減排形勢依然嚴峻。隨著我國綠色建筑評價體系的不斷完善，建筑電氣節(jié)能設(shè)計作為綠色建筑設(shè)計中重要組成部分，提高建筑電氣節(jié)能設(shè)計質(zhì)量可極大促進未來建筑投入運行使用后的節(jié)能降耗工作。高校擁有規(guī)模龐大和數(shù)量可觀的教學、科研、試驗、圖書館等建筑，這些建筑的用電能耗往往在整個校園總用電量中占相當大的比重。在高校踐行綠色發(fā)展理念，建設(shè)低碳環(huán)保的資源節(jié)約型校園，以及完成上級部門布置的節(jié)能減排約束性指標的工作中，做好前期的建筑電氣節(jié)能設(shè)計工作就顯得尤其重要。

1 建筑電氣節(jié)能設(shè)計的一般原則

要做好建筑節(jié)能設(shè)計工作，主要遵循三點原則：

滿足建筑使用功能的原則。建筑電氣節(jié)能設(shè)計必須符合未來建筑用戶的實際使用需求，盡可能實現(xiàn)人、建筑與自然的和諧共生。比如照明設(shè)計要保證不降低視覺要求、不影響照明質(zhì)量的前提下，滿足不同照度、色溫和顯色指數(shù)要求，務求降低照明中光能的損失，從而更好地為廣大師生創(chuàng)造安全、舒適和健康的使用環(huán)境。

滿足投資效益的原則。從一定程度上來說，設(shè)計階段決定了建設(shè)規(guī)模和建設(shè)標準，也就直接影響到整個工程項目的投資規(guī)模以及后期建筑使用成本。高校的工程建設(shè)項目屬于國家投資，投資規(guī)模和運行成本受到嚴格管控，要從項目投資預算合理的角度出發(fā)，保持適度的投資規(guī)模，尤其是針對非必須增加的部分要避免投資，從而真正實現(xiàn)投資收益最大化，不能片面追求大而全。

節(jié)約運行用電成本的原則。簡而言之就是在綜合建筑全壽命周期的技術(shù)與經(jīng)濟條件下，合理采用新技術(shù)節(jié)能型電氣設(shè)備，最大程度的降低建筑使用過程中的電能消耗，如采用節(jié)能型號的電力變壓器、水泵、風機以及照明燈具等。

2 建筑電氣節(jié)能設(shè)計的技術(shù)措施

2.1 確定建筑照明照度及照明功率密度

照度標準值是指照明設(shè)備進行維護時參考平面需維持的平均照度，國家規(guī)范要求表面上的平均照度不能低于規(guī)定的數(shù)值。照明功率密度即LPD，其限值是指限定某一建筑部位的照明功率密度最大允許值，實際設(shè)計的LPD值不得超過國家標準值，此規(guī)定是強制性條文，必須嚴格執(zhí)行。

照明照度、功率密度標準值接影響整個建筑照明節(jié)能效果，因此各建筑內(nèi)的房間或區(qū)域在滿足照度標準值的前提下，照明功率密度值不應高于現(xiàn)行國家標準《建筑照明設(shè)計標準》GB50034規(guī)定的現(xiàn)行值。高等院校的情況可參考表1執(zhí)行，其中教室照度標準值對應的參考平面為課桌面、黑板，實驗室照度標準值對應的參考平面為實驗桌面，美術(shù)教室照度標準值對應的參考平面為桌面，多媒體教室、宿舍照度標準值對應的參考平面為0.75m水平面。

表1 高校建筑照明功率密度限值表

2.2 照明控制系統(tǒng)設(shè)計

照明系統(tǒng)分區(qū)根據(jù)建筑內(nèi)各部位的使用功能需求、不同季節(jié)、作息時間、自然采光等因素，通過合理的照明管理，用最經(jīng)濟的能耗來提供舒適的光照條件。其主要以節(jié)能控制模式為主，即以節(jié)約照明用電為目的，通過編寫控制程序或設(shè)置控制模塊來對照明設(shè)備的開關(guān)進行控制，通常采取區(qū)域遠程控制、感應自動控制、場景控制、定時控制和聯(lián)動控制等控制方式。

走廊照明控制，可按預先編制的程序開關(guān)進行控制并監(jiān)視其開關(guān)的狀態(tài)，如采光的走廊，白天可自動切斷照明燈具電源，清晨、夜晚及上下班前后可接通其電源。辦公室及教室的照明也可預先設(shè)置若干作息的工作狀態(tài)，由時鐘管理器根據(jù)預設(shè)時間自動在各個狀態(tài)間進行切換。樓梯間照明控制則可采用聲光控制。多功能會議廳宜采用環(huán)境照度控制模式，可預設(shè)多種燈光照明場景適應不同場合的照明需求，由使用人員自主選擇，其照明控制可與試聽設(shè)備聯(lián)動，當播放投影時燈光可以自動變暗，播放結(jié)束時自動調(diào)回先前亮度，還可通過驅(qū)動電機自動拉伸窗簾充分利用日照補償。

2.3 確定分項電能計量裝置設(shè)置原則

只有通過對建筑物內(nèi)各類用電設(shè)備系統(tǒng)的回路進行精準的計量和采集，才能為提升綜合能效管理提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。因此，照明、空調(diào)、動力及特殊用電等耗能系統(tǒng)都應設(shè)計計量裝置進行計量，照明插座用電分為照明和插座用電、走廊和應急照明用電、室外景觀照明用電等；空調(diào)用電分為冷熱站用電、末端空調(diào)設(shè)備用電等；動力用電分為電梯用電、水泵用電、通風風機用電等。

此外，北京市的國家機關(guān)建筑及大型公建的分項計量應滿足《國家機關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)樓宇分項計量設(shè)計安裝技術(shù)導則》以及《公共機構(gòu)辦公建筑用電分類計量技術(shù)要求》DB11/T624等相關(guān)規(guī)定規(guī)定，以下用電回路需要設(shè)置分項電能計量表：電力變壓器低壓側(cè)的出線回路；需要單獨計量的外供電回路；特殊部位的供電回路；可再生能源發(fā)電回路；制冷機組主供電回路；單獨供電的冷熱源系統(tǒng)附泵回路；集中供電的分體空調(diào)回路；照明插座主回路；電梯回路。

采用的計量裝置最好選用多用戶集中式型號，利于后期統(tǒng)一管理和維護與檢修。數(shù)據(jù)通訊方式宜采用RS485專線方式，利用局域網(wǎng)絡(luò)，通過RS485網(wǎng)線實現(xiàn)基于TCP/IP協(xié)議的遠程數(shù)據(jù)傳輸和各類能耗數(shù)據(jù)的遠程管理，由上位機進行統(tǒng)一管理，購電可采用射頻卡方式，利用刷卡終端與讀寫器實現(xiàn)預付費用用電控制功能。計量裝置采集數(shù)據(jù)標準應符合《民用建筑能耗數(shù)據(jù)采集標準》JGJ/T154中的有關(guān)規(guī)定。節(jié)能計量管理系統(tǒng)則通過上述分項電能計量裝置，可實時采集耗能數(shù)據(jù)，并具有在線監(jiān)測和動態(tài)分析功能。

2.4 節(jié)能計量管理系統(tǒng)的功能配置

節(jié)能計量管理系統(tǒng)就是利用能耗計量、通訊裝置以及分析管理軟件，提出個性化的節(jié)能方案，實現(xiàn)節(jié)能降耗、提升能效。節(jié)能計量管理系統(tǒng)宜采用多用戶管理模塊架構(gòu)，即通過電能計量裝置對各個用戶電能能耗點進行精準計量和專門節(jié)能用電管理應用。節(jié)能計量管理系統(tǒng)應具備以下基本功能：

2.4.1 數(shù)據(jù)采集與處理功能

計量模塊采用“多線程高速交互動態(tài)監(jiān)測”用戶用電量與用電參數(shù)，根據(jù)嵌入軟件自動處理，系統(tǒng)自動采集個用戶信息，通過上位機軟件系統(tǒng)進行處理；安全用電管理功能。監(jiān)測瞬時接入設(shè)備綜合參數(shù)，識別限制惡性負載，限制惡性負載設(shè)備接入；遠程控制功能。管理部門可查詢用電信息，可以設(shè)置剩余電量斷電提示或設(shè)置透支額度，如電費少于設(shè)定值系統(tǒng)自動控制欠費用戶的電源，提高回收電費效率。

2.4.2 雙回路或三回路控制功能

控制照明回路，另一路控制大功率用電設(shè)備(如空調(diào)、飲水機、洗衣機等)回路，定時抄表和階梯電價；防作弊功能。實現(xiàn)授權(quán)密碼操作，設(shè)有運行日志，詳細記錄歷史操作記錄；記錄預付費功能。實現(xiàn)自動收費或自主購電；系統(tǒng)運行日志、數(shù)據(jù)存儲、備份以及打印等基本功能。節(jié)能計量管理系統(tǒng)能為節(jié)能管理部門實現(xiàn)科學用電管理，提供準確、可靠的電能計量數(shù)據(jù)和報表分析，完善電費結(jié)算和量化控制，安全監(jiān)控和實施效果評價，實現(xiàn)管理提效，從而達到降低運行成本、節(jié)約電能及安全用電的目的。

2.5 電梯節(jié)能控制措施

電梯作為建筑物中使用頻繁、持續(xù)時間長的大型特種設(shè)備，屬于動力系統(tǒng)中電能消耗較大的機電設(shè)備，高等院校作為人員密集場所，保有數(shù)量較為可觀的電梯，有統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，建筑物中電梯的電能消耗占到建筑總用耗電量得的25%[1]。因此采用新的電梯節(jié)能技術(shù)也是建筑電氣節(jié)能的重要途徑之一，它可以有效降低后期電梯運行成本，對于高校節(jié)約電能消耗產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益。

在電梯節(jié)能設(shè)計過程中，必須通過人流平衡計算以及考慮使用需求，確定電梯臺數(shù)、載客量、速度等指標。宜采用變頻調(diào)速拖動方式或能量再生回饋技術(shù)，可將原本通過能耗電阻消耗的再生綠色電能無污染回饋到電網(wǎng)。利用能量回饋技術(shù)，可將回收能量大致占電梯用電能耗比例為25%~35%。3臺及以上電梯集中設(shè)置時應具備群控功能，可根據(jù)不同時段使用需求，智能化的提供派梯方案，極大減少用戶候梯時間和乘梯時間，通過減少電梯無效運行，降低整個建筑物的電梯運行能耗。還應采用轎廂無人自動關(guān)燈技術(shù)、驅(qū)動器休眠技術(shù)等節(jié)能控制措施，提高電梯的節(jié)能效率。此外可以采用具有永磁同步電機驅(qū)動的無齒輪曳引機技術(shù)的電梯型號，與傳統(tǒng)有齒輪曳引機相比，其節(jié)能比例最高可以達到20%[2]。

2.6 配電系統(tǒng)設(shè)計及合理選用節(jié)能型電氣設(shè)備

配電系統(tǒng)應在滿足安全性、可靠性、經(jīng)濟性和技術(shù)合理性的基礎(chǔ)上，提高運行效率，根據(jù)負荷計算確定變壓器容量與數(shù)量，同時避免變壓器在低負荷狀態(tài)下長期運行。在建設(shè)大型新校區(qū)時，確定總變配電室變壓器容量指標，可按如下標準計算：普通高等院校（理工類）30~60W/m2，辦公樓和教室安裝空調(diào)的用電指標增加25~35W/m2。10kV及其以下電力電纜截面應當按照《電力工程電纜設(shè)計規(guī)范》GB50217的有關(guān)要求，并需要綜合技術(shù)、經(jīng)濟電流計算方法進行設(shè)計，尤其時長期持續(xù)運行的負荷須采用經(jīng)濟電流選擇電纜截面，可以降低使用電力成本。

配電系統(tǒng)還應滿足工程對用電質(zhì)量的要求，需要綜合考慮電壓偏移、電壓波動、閃變、頻率偏差、諧波等因素，高校中特別是理工科院校，一般都有金工實習廠房或者大型的試驗設(shè)備，因此有必要配置濾波及補償裝置，要求補償后的功率因數(shù)不小于0.95，對于諧波較大的單獨設(shè)備或設(shè)備組，可就地加裝交流濾波裝置；低壓配電系統(tǒng)宜選擇放射式和樹干式相結(jié)合配電方式；不同用電設(shè)備的低壓配電出線的設(shè)計應合理，單相用電設(shè)備配置時需要達到三相符合平衡，還必須考慮線路的電壓損失，一般情況下低壓線路供電半徑不應超過250米。

根據(jù)國家《節(jié)約能源法》的規(guī)定，要求政府機關(guān)、企事業(yè)單位使用節(jié)能設(shè)備。三相配電變壓器的設(shè)計選型應滿足《三相配電變壓器能效限定值及節(jié)能評價值》GB20052-2013的節(jié)能評價要求，空載損耗和負載損耗均不應高于能效等級2級，可以選擇如D,yn11接線組別的SCB13、SCB15型變壓器，投資規(guī)?？煽氐目梢圆捎梅蔷Ш辖痂F芯型低損耗變壓器；水泵、風機等低壓交流電動機設(shè)備及其他電氣裝置滿足《中小型三相異步電動機能效限定值及能效等級》GB18613、《通風機能效限定值及能效等級》GB19761、《清水離心泵能效限定值及節(jié)能評價值》GB19762的節(jié)能評價值。

據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，與傳統(tǒng)照明光源相比，節(jié)能光源可以節(jié)電比例為35%。因此照明燈具宜選用節(jié)能型LED燈具，其具有光效高、能耗低、響應速度快、啟輝時間短（納秒級）、可調(diào)光、易于與計算機接口匹配；使用壽命長、可達到25000小時，遠超傳統(tǒng)光源的使用壽命；直流供電且電壓低，使用過程中不易造成觸電事故，安全性較高；無頻閃效應，尤其有利于保護人的視力等優(yōu)點[3]。在不對炫光、色溫漂移有過高要求場所，應當普及安裝LED節(jié)能燈具。

3 結(jié)語

本文根據(jù)作者在北京地區(qū)的高?；ńㄔO(shè)經(jīng)驗，著重從照明照度及照明功率密度值的確定、照明控制系統(tǒng)設(shè)計、分項電能計量裝置設(shè)置的確定原則、節(jié)能計量管理系統(tǒng)的配置、電梯節(jié)能控制措施、電力配電系統(tǒng)設(shè)計及合理選用節(jié)能型電氣設(shè)備等六方面，分析闡述建筑電氣節(jié)能設(shè)計的技術(shù)措施，可為高?；ńㄔO(shè)、尤其是新校區(qū)建筑電氣節(jié)能的頂層規(guī)劃設(shè)計提供有益的借鑒。