顧 春 雷

(南京長江都市建筑設計股份有限公司, 江蘇 南京 210002)

0 引 言

隨著國家“雙碳”目標和“十四五”高質量發(fā)展目標的提出,學校項目的建筑電氣應該更加重視節(jié)能設計。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)建筑配電轉向智能配電、直流微電網(wǎng)、光儲直柔技術等方向發(fā)展,成為推動綠色電氣節(jié)能措施的有力手段。

1 項目概況

該校位于江蘇省南京市,按20軌60班高中進行設計,地上總建筑面積約為9.2萬m2,地下建筑面積約為3萬m2。校區(qū)被市政道路分隔為A、B兩個地塊,地面設置過街天橋連通,地下一層設置連通道互相連接。A地塊建筑分布情況:教學綜合樓地上7層,建筑高度37.6 m;教學實驗樓地上5層,建筑高度23.7 m;食堂風雨操場地上3層,建筑高度23.8 m。B地塊建筑分布情況:國際交流中心地上10層,建筑高度49.1 m;學生宿舍地上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)控中心設置在教學綜合樓一層,高壓中心站、用戶變均設置在地下一層。整個校區(qū)采用分體空調(diào)及VRV空調(diào)的形式。

2 負荷等級

本工程地下室為Ⅰ類汽車庫;教學綜合樓為二類高層建筑物;學生宿舍樓、國際交流中心為一類高層建筑物;教學實驗樓、風雨操場與食堂、禮堂均為多層建筑物。按照GB 51348—2019《民用建筑電氣設計標準》[1]附錄A及JGJ 310—2013《教育建筑電氣設計規(guī)范》[2]第4.2.2條規(guī)定,主要用電負荷分級如表1所示。

表1 主要用電負荷分級

一級用電負荷應由兩個電源供電,當一個電源發(fā)生故障時,另一個電源不應同時受到損壞;每個電源的容量應滿足全部一級、二級用電負荷的供電要求。二級用電負荷應由兩個引自不同變壓器低壓側的回路供電。三級用電負荷采用單電源單回路的供電方式[1]。

正確認識各用電負荷等級分級,采取適配的供電方式,并按經(jīng)濟電流密度選擇供電線路截面,這樣既能滿足用電設備的供電可靠性、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地塊,需根據(jù)供電半徑及用電負荷容量設置1座高壓中心站、3座用戶變。高壓中心站規(guī)模為2進6出,高壓不聯(lián)絡,設置在A地塊內(nèi)靠近B地塊的位置。A地塊南側設置一處1#用戶變(規(guī)模為2×1 600 kVA),為教學綜合樓及南側地下室等負荷供電,變壓器負載率為76.5%;北側設置一處2#用戶變(規(guī)模為2×1 250 kVA),為教學實驗樓、食堂風雨操場及北側地下室等負荷供電,變壓器負載率為82.7%;B地塊居中設置一處3#用戶變(規(guī)模為2×1 250 kVA),為學生宿舍、禮堂、國際交流中心及B地塊地下室負荷供電,變壓器負載率為81.8%。

從市政電網(wǎng)引來雙重20 kV電源,滿足一級負荷供電要求。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,兩路電源同時工作,互為備用;0.4 kV側為單母線分段設母線聯(lián)絡,三鎖兩鑰匙,平時分列運行。經(jīng)與校方溝通得知,該校常年作為高考考點,對考場區(qū)域的照明、廣播、電子屏蔽儀、電子時鐘等供電可靠性要求較高。在變電所0.4 kV低壓母線段預留應急電源接駁口,以供移動式柴油發(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)學校用電規(guī)律特性,宿舍、食堂與教學

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

該項目選用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》表2中定義的二級能效等級,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應高于三級的要求。變壓器低壓側設置低壓無功補償裝置,補償后高壓供電進線處功率因數(shù)不小于0.95。無功補償裝置具過零自動投切功能,并有抑制諧波和抑制涌流功能;分相補償容量不小于總補償容量的40%。

表2 主要場所的照明節(jié)能指標

低壓配電設置一套4S能源設備一體化管理系統(tǒng),實現(xiàn)建筑的設備監(jiān)控、電力監(jiān)控、照明控制、剩余電流檢測、用能計量、建筑環(huán)境檢測、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)末端采用強弱電一體化控制箱(柜),將建筑設備控制系統(tǒng)通過網(wǎng)絡進行相互連接,實現(xiàn)大數(shù)據(jù)聯(lián)動控制,全方位提升智慧校園的安全配電品質要求。

4 照明節(jié)能設計

照明設計力求做到與裝修設計完美結合,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,一般工作場所的燈具效率不低于75%。各工作場所的照明照度值按國家規(guī)范要求選定。主要場所的照明節(jié)能指標如表2所示。

本項目中的教室、實驗室、電子閱覽室選用36 W吊裝式LED護眼教育燈盤,光效高達95 lm/W,燈具光生物危害風險組別為 RG0,單燈UGR小于16,頻閃波動深度<1%,特殊顯色指數(shù)R9>60。

報告廳、劇場、風雨操場、地下車庫等大空間場所及公共走道均采用智能照明控制系統(tǒng),可按時間或照度等條件進行照明控制。樓梯間、前室等類似場所安裝聲控(紅外)延時開關就地控制,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、強弱電間(井)、設備機房等功能性房間的照明采用開關面板就地控制。房間或場所裝設有兩列或多列燈具時、按所控燈列與側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)假日模式進行控制,對不同用途的回路分組,實現(xiàn)多時段、多場景自控。

5 宿舍用電管理

GB 50099—2011《中小學校設計規(guī)范》[5]中第10.3.7.3條:“學生宿舍居室用電宜設置電能計量裝置”,本項目每間宿舍配電箱內(nèi)均設置1只預付費式單相電子電能表[5]。該表具有1路電源進線,3～5路可遠程單獨控制配出回路起停的功能,既可實現(xiàn)電能數(shù)據(jù)遠程集中計量,也可實現(xiàn)對宿舍照明、插座、空調(diào)等用電設備的控制和管理,是一種有效的宿舍用電終端管理系統(tǒng)。

本項目中標準宿舍為4人間,結合JGJ 310—2013《教育建筑電氣設計規(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個單相二三孔帶USB口插座[2]。壁掛空調(diào)、洗衣機、洗手盆、智能馬桶、電熱毛巾架等處均設1個專用電源插座,衛(wèi)生間淋浴區(qū)設有1個浴霸?？紤]學校宿舍用電管理需要,空調(diào)和風扇電源宜獨立回路,與照明、插座等用電負荷分時控制,確保夜間熄燈管理時段能正常使用。綜合宿舍用電負荷性質、單回路安裝容量、用電管理需求等因素。標準宿舍配電箱系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2 標準宿舍配電箱系統(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:“新建建筑應安裝太陽能系統(tǒng)”[3]。DB 32/3962—2020《江蘇省綠色建筑設計標準》中第3.0.6條:“政府投資公共建筑和大型公共建筑應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能光伏系統(tǒng)提供電量時,其總功率不應低于建筑物變壓器總裝機容量的0.2%”[6]。南京屬于太陽能資源比較豐富地區(qū),年均計算日照小時數(shù)達1 217 h,本項目各棟建筑屋面空間開闊,具備大量安裝太陽能的條件。而DB 32/3962—2020《江蘇省綠色建筑設計標準》中第9.5.1條提出學校夏季太陽能最豐富時放假,無熱水使用需求,不能充分利用太陽能。因此,本項目僅裝設屋頂分布式太陽能光伏系統(tǒng)作為可再生能源利用措施,總裝機容量為425.4 kWp,年均理論發(fā)電量約為43.9萬kWh。系統(tǒng)形式為用戶側低壓并網(wǎng)交流光伏發(fā)電系統(tǒng),不設儲能裝置,運營模式為自發(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

教學實驗樓和學生宿舍的光伏裝機容量較小,并網(wǎng)箱布置在屋面配電間內(nèi),并網(wǎng)點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;教學綜合樓、食堂風雨操場的光伏裝機容量較大,并網(wǎng)柜分別布置在1#用戶變和2#用戶變,并網(wǎng)點直接接入變壓器低壓側母線段,為全樓用電設備供電。

7 結 語

在學校建筑電氣設計中,應突破傳統(tǒng)思維,研究行業(yè)發(fā)展新動向,應用新技術、新產(chǎn)品。保持與建設方、校方的密切溝通,明悉其具體需求,從技術可行性、成本經(jīng)濟性等各方面把控項目,共同完成學校建筑的電氣節(jié)能設計。