中小学绿色建筑中的电气设计

刘 建， 王永军

（山东省建筑设计研究院，山东济南 250001）

中小学绿色建筑中的电气设计

刘 建， 王永军

（山东省建筑设计研究院，山东济南 250001）

刘 建（1981-），男，工程师，从事建筑电气设计工作。

结合中小学绿色建筑实例，并依据GB/T 50378-2014《绿色建筑评价标准》，从照明系统、高低压供配电系统、建筑智能化设计方面介绍了中小学绿色建筑电气设计。指出中小学建筑电气设计时要采用合适的绿色建筑措施，以达到节能的目的。

绿色建筑评价标准；照明系统；供配电系统；智能化建筑

0 引 言

近年来,我国遵循低碳环保节能的发展理念,加大建筑节能管理力度,降低建筑的能源消耗,大力推广普及绿色建筑。2006年至今,已相继颁布了GB/T 50378－2014《绿色建筑评价标准》等一系列绿色建筑政策标准。

绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内,最大限度节约资源,提供健康适用、高效使用、与自然和谐共生的建筑。

GB/T 50378－2014与电气设计有关的指标主要是节能与能源利用、室内环境质量、运营管理等。本文分析了某中小学绿色建筑中的电气设计,以期为电气设计人员进行类似项目设计时提供参考。

1 照明系统

该工程为一所设有小学部和初中部的非寄宿制学校,总建筑面积为18 920 m2,校区主要由小学部教学楼、初中部教学楼、综合办公楼、图书馆、体育馆、运动场、活动广场等组成。

GB/T 50378－2014中有关该工程照明系统的指标如下：

(1)控制项。①第5.1.4条规定：各房间或场所的照明功率密度值不应高于GB 50034－2013《建筑照明设计标准》规定的现行值；②第8.1.3条规定：建筑照明数量和质量应符合GB 50034－2013的规定。

(2)评分项。①第5.2.9条规定：走廊、楼梯间、门厅、大堂、大空间、地下停车场等场所的照明系统采取分区、定时、感应等节能控制措施；②第5.2.10条规定：照明功率密度值达到GB 50034－2013规定的目标值；③第5.2.16条规定：根据当地气候和自然资源条件,合理利用可再生能源,由可再生能源提供的电量比例不低于建筑用电量的1%。

该工程照明设计均按照GB 50034－2013所对应的照度标准、照明均匀度、统一眩光值、光色、照明功率密度值、能效指标等相关值的综合要求。

该工程公共场所均采用节能高效光源,教室、办公室、图书馆、活动室等采用T5三基色直管荧光灯,门厅、走廊、楼梯间采用三基色紧凑型节能灯,体育馆采用高强度气体放电灯。在满足眩光限制的条件下,优先选用效率高的灯具以及带反射器的开敞式灯具(效率可达到75%以上),室内灯具效率不低于表1的要求。另外,在满足灯具最低允许安装高度及美观要求的前提下,尽可能降低灯具的安装高度。该工程中教室层高为4.0 m,教室内直管荧光灯均采用吊杆距地3.2 m安装,既满足了安全的要求,又达到了节能的目的。

表1 荧光灯和高强度气体放电灯的效率允许值___

灯具采用电子镇流器,可提高灯管光效,镇流器自身功耗不大于光源标称功率的15%,谐波含量≤20%；荧光灯单灯功率因数≥0.9；金属卤化物等气体放电灯设无功单独就地补偿,单灯功率因数≥0.85,所选镇流器符合该产品的国家能效标准。

根据中小学建筑的功能特点,不同照明部位的灯光布置形式和环境条件选择合适的照明控制方式。

(1)房间或场所设有两列或多列灯具,如教室、办公室、报告厅等场所,所控灯列与侧窗平行,并且按靠近或远离讲台分组。

(2)每个房间灯的开关数不少于2个(只设置单个光源的除外),每个照明开关所控光源数尽可能少,教室内黑板灯照明开关单独设置。

(3)体育馆、报告厅照明采用智能照明集中控制系统,可根据不同的使用功能,如体育比赛、演出、会议等,设置多种照明模式场景控制,并适当考虑昼夜及天气因素的影响。

(4)学校的走廊、楼梯间、门厅等公共场所的照明采用集中控制,按建筑使用条件和自然采光状况采取分区、分组控制措施,每个分区由配电箱引出单独回路,并按需要采取降低照度的控制措施。考虑到中小学夜间无教学活动,教学楼公共场所的照明采用时间控制,按学生上学/放学时间来调整照明开/关时间。夜间不经常使用的场所,如办公楼部分走道、楼梯间、卫生间等采用节能自熄声光控开关,通过对声音和光线亮度的探测点亮或熄灭灯具。另外,应急照明灯具有应急时自动点亮的措施。

该工程的校区内道路照明灯具采用太阳能路灯,白天太阳能电池板给蓄电池充电,晚上蓄电池给灯源供电。采用晶闸管太阳能电池供电,免维护、密封蓄电池储存电能,LED灯具作为光源,并由智能化充放电控制器控制。太阳能路灯具有稳定性好、寿命长、发光效率高、安装维护简便、安全性能高、节能环保、经济实用等优点。另外,中小学校园内平时夜间基本无人员出入,夜间照度要求较低,因此通过设置灯具控制器对路灯进行定时分组控制,适当减少路灯开启密度及时间,以达到节能的目的。

2 高、低压供配电系统

GB/T 50378－2014中有关工程高、低压供配电系统及节能措施的指标如下：

(1)控制项。①第5.1.3条规定：冷热源、输配系统和照明等各部分能耗应进行独立分项计量；②第8.1.1条规定：主要功能房间的室内噪声等级应满足GB/T 50118－2010《民用建筑隔声设计规范》中最低限定值的要求。

(2)评分项。第5.1.12条规定：合理选用节能型电气设备,三相配电变压器满足GB 20052－2013《三相配电变压器能效限定值及能效等级》的节能评价值要求；水泵、风机等设备及其他电气装置满足相关国家标准的节能评价要求。

2.1 供配电系统

配电系统采用10 kV两路进线,变配电室设置在综合办公楼地下室,深入负荷中心,减少供配电级数,缩短低压配电线路长度,减少电压损失,降低线路损耗。电力电缆截面结合技术条件、设备运行工况和经济电流来选择,应不小于按经济电流选择的截面。两路10 kV电源进线处均设置专用计量表进行集中计量,并根据负荷性质分别给照明负荷、空调动力负荷设置单独的变压器供电,且在每台变压器低压侧设置计量表进行电能计量。

2.2 供配电设备

高低压供配电设备的选用,均考虑GB/T 50378－2014中关于建筑设计总能耗的指标要求。

(1)变压器采用低损耗的SCB10干式变压器,10 kV/0.4 kV接线组别为Dyn11,降低空载损耗,节约电能。合理选择变压器容量,使得各台变压器负载率均在80%左右。根据计算容量确定变压器容量时,综合考虑变压器最佳负载率、最大效率、能效及技术经济评价、经济运行条件等因素。

(2)在低压配电系统中,优先选用技术可靠的组合电器产品,缩小箱(柜)的体积,减少繁杂的接线,以节省投资。变压器能效限定值及节能评价值符合GB 20052－2013中表4的要求。单相负荷尽可能均衡地分配在三相上,使三相负荷保持基本平衡,最大相负荷不超过三相负荷平均值的115%,最小相负荷不小于三相负荷平均值的85%。

2.3 降噪措施与谐波治理

变配电所设置在远离教学楼等人员密集的场所,室内材料及电气设备采取降噪及电磁辐射屏蔽措施。采用了SCB10低噪声变压器,噪声水平均低于55 dB,同时电气设备、变压器、空调机组等在安装时设置减震垫、减震吊钩、避震喉等装置。为提高设备的功率因数,降低变压器和线路损耗,在变配电所的低压侧设集中无功自动补偿装置(采用自动投切装置),要求在高峰负荷时高压侧功率因数不低于0.95。对预估谐波电流较严重的非线性负荷,无功功率补偿时采取抑制谐波的措施。在低压自动补偿柜内安装电抗器,对主要电气和电子设备采取高次谐波抑制和治理,并在供配电系统中具有较大谐波干扰处(如组合式空调机组处)设置滤波装置,以抑制谐波对配电系统的干扰。

3 建筑智能化设计

GB/T 50378－2014中有关建筑智能化的指标如下：

(1)控制项。第10.1.5条规定：供暖、通风、空调、照明等设备的自动监控系统应正常运行,且运行记录完整。

(2)评分项。①第8.2.12条规定：主要功能房间中人员密度较高且随时间变化大的区域,应设置室内空气质量监控系统；②第10.2.8条规定：智能化系统的运行效果满足建筑运行和管理需要(公共建筑的智能化系统满足GB 50314－2006《智能建筑设计标准》的基础配置要求,智能化系统工作正常,符合设计要求。

3.1 智能照明控制系统

学校的体育馆、报告厅照明采用智能照明控制系统,在一般照明情况下,有自然采光区域宜采用恒照度控制,靠近外窗的灯具随着自然光线的变化自动点亮或关闭该区域内的灯具,保证室内照明的均匀性和稳定性,并在比赛、演出等其他使用情况时设置不同开灯方案。除采用光控、程控、时间控制等智能控制方式外,还具有手动控制功能。智能照明控制系统具有相对的独立性,仅作为楼宇自控(BA)系统的子系统,与BA系统预留通信接口。另外,公共区域的照明纳入BA系统控制范围。

3.2 建筑设备智能控制系统

建筑智能化系统采用了基于TCP/IP协议的以太网进行数据传输,实现远程监控、集中管理、资源共享以及联动控制等要求,将各子系统进行系统集成。在楼宇自动化机房内设置BA控制主机,对办公楼和图书馆的通风、空调、给排水、电力等有关设备采用BA系统集中控制与管理,通过自动调节而降低冷热源消耗,并经通信接口与其他系统联网,实现建筑的智能化。

3.2.1 空调系统设备

(1)通风及空气调节系统。监测空调和新风机组等设备的风机状态,在办公室、报告厅等房间内安装温度探测器和CO2探测器,监测室内空气的温度和CO2浓度,若温度超过预先设定值,则启动室内空调装置,根据室内CO2浓度自动调节新风进入比例,从而改善室内环境和空气质量。空调机组控制箱内设置DDC控制器,控制空调和新风机组等设备的起停、变新风比焓值控制和变风量时的变速控制。

(2)中央空调变流量系统。采用模糊控制和变频技术对制冷机房的空调设备进行集中节能控制,主要由变流量控制器将定流量系统转变为变流量控制系统。

3.2.2 给排水系统设备

(1)对生活给水、中水及排水系统的水泵、水箱(水池)的水位及系统压力进行监测。

(2)根据水位及压力状态,自动控制相应水泵的起停,自动控制系统主、备用泵的起停顺序。

(3)对系统故障、超高低水位及超时间运行等进行报警。

3.2.3 电动机设备

(1)30 kW及以上的电动机采用软起动,以改善起动特性。

(2)空调水泵、生活泵电动机采取变频器调速节电措施。

(3)异步电动机采取就地补偿无功功率,提高功率因数,降低线损。

3.3 信息网络系统

信息网络采用星型拓扑结构以太网,分为内网和外网,内部网络作为办公、教学和信息管理的平台,设有与国内教育网连接的接口；外部网络则承担对外发布信息及用户访问查询服务,这样既可满足内部局域网各用户之间的信息交换,共享教育网上的信息资源,又可向外部的网络用户提供学校有关的教学管理等信息服务,满足教学活动和社会服务的多种需求。

3.4 供配电系统

变配电所高压二次继电保护和低压测控,全部采用微机综合自动化系统在值班控制室内进行监控和管理,实现“四遥”功能要求,减少了人力,提高工作效率,降低运营成本。

3.5 建筑设备能耗监测系统

建筑设备能耗监测系统架构图如图1所示。

图1 建筑设备能耗监测系统架构图

建筑物能耗综合监测系统实现对能耗使用的全参数、全过程的管理和控制,是能耗监测、温度集中控制和节能运行管理的综合解决方案,根据建筑的功能、归属等情况,对办公楼、教学楼、体育馆、校园餐厅的照明、空调、给水排水等系统的用电进行分项分区的计量,计量装置采用带网络功能的智能仪表。对水、电等能源,根据不同需求和使用功能要求,实现能耗综合计量与管理,作为独立核算的依据,并实现能源分析、能源分配、能源评估和动态跟踪控制与管理。通过分析各项能耗指标数据的合理性,从而发现各系统运行过程中的问题并进行改进,最终达到节能的目的。

建筑设备能耗监测系统主要功能如下：

(1)实时采集智能电表、水表和气表数据,并传输到管理中心,管理中心对能耗数据进行统计、分析并上传到上级能耗监测中心。

(2)实现对室内温度的实时监测和网络化管理,为精确控制中央空调的开关机时间及温度提供可靠依据。

(3)有助于改善中央空调或北方供暖系统各区域温度的均衡性,提高运行效率,降低运行成本。

(4)通过对建筑物能耗系统的全参数、全过程集中管理和控制,实现公共建筑的节能运行管理功能。

该系统符合国家有关公共建筑管理节能的政策和技术要求,可对建筑能耗进行动态监测和分析,实现建筑的精细化管理与控制,达到节能减排的效果。

4 结 语

目前,在我国大力推动节能减排以及可持续发展的战略中,绿色建筑是不可或缺的一个环节。中小学建筑在电气设计时要采用合适的绿色建筑措施,以最大限度地节约资源。

[1] JGJ 16-2008 民用建筑电气设计规范[S].

[2] GB 50034-2013 建筑照明设计标准[S].

[3] GB/T 50378-2014 绿色建筑评价标准[S].

[4] DGJ 08-107-2012 公共建筑节能设计标准[S].

Electrical DeSign of Green Building in Primary and Secondary SchoolS

LIU Jian, WANG Yongjun
(Shandong Provincial Architectural Design Institute,Jinan 250001,China)

Based on the evaluation standard for green building GB/T 50378－2014,combing by a exampleofgreen building,this paper introduced the electrical design of green building in primary and secondary schools in aspects of lighting system,high and low voltage power supply and distribution,and building intelligent design.It is pointed out that according to the characteristic of green building,the appropriate green buildingmeasures are used to meet the energy conservation.

evaluation Standard for green building；lighting SyStem；PoWer SuPPly and diStribution SyStem；intelligent building

TU 852

B

1674-8417(2015)12-0010-05

2015- 05- 28

王永军（1989-），男，从事建筑电气设计工作。