电气技术在绿色住宅建筑中的应用

潘正浩，邰文雄，周峻明，檀永松（上海建工四建集团有限公司建筑设计研究院， 上海 200051）

绿色建筑电气设计应在满足建筑总体运营业态功能需求的同时达到节材节能的目的。要同时满足这几点要求，需达到以下条件。首先，电气系统设置应合理，尽量采用节能环保设备，避免设备及终端大量的堆砌。其次，系统设计应简单实用，方便运行管理。简单实用可以减少造价及系统的运行能耗，方便运行管理可为建筑运营后的行为节能提供基础。电气绿色设计关注点之一是推广节能产品应用，采用绿色环保、节能高效的技术和设备，尽量减少对周边环境的不利影响。基于某住宅项目，从供配电系统设计、电气设备选用与设计、照明设计、电气能耗监测设计、智能化设计等多个方面分享住宅绿色建筑电气设计方面的提升技术措施。

1 工程概况

本工程地处江苏省南京市建邺区，总建筑面积 278 684 m2，地下建筑面积 65 851 m2，住宅建筑面积 204 864 m2，住宅户数 1 158 户。建筑为 15 栋建筑层数为 16～29 层的高层住宅，建筑高度为 60～100 m。电气系统有照明、动力配电、防雷接地、火灾自动报警系统、弱电各系统、设备能耗管理系统等。

2 供配电系统设计

本工程在地下车库设置 5 座 10 kV 变电站。变电站设置靠近负荷中心，减小了供电距离，最大限度地降低了线路损耗。经测算低压（AC 380 V/220 V）供电半径均未超过 200 m，长度均大于常规设计的 250 m。末端配电箱设置在其配电范围的负荷中心位置，供电半径均控制在 50 m 之内。

在满足使用条件的前提下，尽可能地减少变压器台数。区分住户用电负荷、公共区域照明负荷、配套动力负荷等类别，并且针对容量较大、台数较多的地源热泵机组、新风机组等合理设置专用变压器供电，以降低损耗。

在变电站高低压侧均集中设置了无功功率补偿装置，无功补偿采用智能型免维护成套自动补偿装置，具有过零自动投切的功能，并有抑制谐波涌流措施。低压无功补偿采用混合补偿，分补容量为总容量的 40%。低压侧功率因数提高到约 0.92，大于常规要求的 0.9。

3 电气设备选用与设计

3.1 变压器节能设计

根据我国电力行业多年资料统计与整理，在 35 kV 及以下变配电系统中，电力变压器的损耗占电力系统总损耗的 60%～70%，故电力变压器的节能对整个供配电系统的节能起着至关重要的作用。根据《工业与民用供配电设计手册》（第四版）的规定，双绕组电力变压器的节能目的是减少有功功率损耗，以提高效率。书中所列计算公式如式（1）所示：

式中，△PT—变压器有功功率损耗，kW；

△P0—变压器空载有功损耗，kW；

△Pk—变压器短路有功损耗，kW；

Sc—变压器计算负荷，kVA；

Sr—变压器额定容量，kVA；

△P0空载有功损耗为常数，只与变压器本身铁心的重量、铁心的磁通密度、制造过程的工艺有关，与变压器所带负载无关，数据可由变压器产品样本中查得。本工程变压器选用 SCB13 节能环保型，具有低损耗、低噪声等特点。联结组别为 Dyn11，系国家认证机构确认的干式变压器，变压器自带温控器和强迫通风装置。变压器能效值高于现行国标 GB 20052—2013 《三相配电变压器能效限定值及能效等级》中节能评价值的要求，以本工程所用某 1 台 1 000 kVA变压器为例，节能指数比较结果见表 1。

表 1 变压器节能计算参数

3.2 大功率设备节能设计

本项目中大量使用地源热泵机组和新风机组，其设备配置的低压交流电动机均选用高效能产品，其能效指标均高于现行国标 GB 18613—2012 《中小型三相异步电动机能效限定值及能效等级》中节能评价值的规定。同时所选用的风机、水泵等设备能效指标均高于现行国标 GB 19761—2009《通风机能效限定值及能效等级》及 GB 19762—2007《清水离心泵能效限定值及节能评价值》中节能评价值的要求。

3.3 电梯节能设计

本项目均为高层住宅建筑，电梯使用较多，因此电梯用电节能设计采用变频调速拖动和能量再生回馈技术。单台电梯具有集选控制、闲时停梯操作、灯光和风扇自动控制等节能控制措施。多台电梯集中排列时，具有按规定程序集中调度和控制的群控功能。单台电梯集选控制，采集内外呼招梯信号经过计算机合理调配，提高电梯运行效率。多台电梯群控不仅遵守集选原则，还遵守调度原则，协调多台电梯的运行，实现对电梯的最优控制。

4 照明设计

照明是日常生活使用最为频繁的用电设备。根据中国照明协会（CIES）的统计资料，建筑照明用电能耗占建筑总体用电能耗的约 20%，所以照明节能潜力很大。因本项目为精装交付，因此在满足住户内使用舒适和满足公共区域建筑用途的前提下，照明设计从以下几个方面进行节能设计。

4.1 选用高效节能光源

为了节约电能，室内照明光源均采用发光二极管（LED，其特点是寿命长、光效高、功率低、显色指数 Ra均 ＞ 80。

4.2 选用合理的照度标准

本工程建筑室内照度、统一眩光值等指标根据国标 GB 50034—2013 《建筑照明设计标准》的规定，满足作业面或参考平面上的照度要求。结合光照的合理布置，通过专业照明设计软件 DIAlux 模拟计算，满足照明建筑照度标准值及功率密度值要求。住宅建筑照度标准值（lx）和照明功率密度限制（W/m2）如表 2 所示。

表 2 住宅建筑照度标准值（lx）和照明功率密度限制（W/m2）

4.3 照明控制方式

在住宅建筑楼梯、走道的照明等建筑公共区域具有天然采光条件或天然采光设施的区域，采取合理的人工照明布置。在天然光到达的区域照明，采用同一分支回路配电，采取感应延时、光控延时、声控延时控制或定时控制等多种集成的控制方式，避免公共区域照明长期无人关灯的浪费现象。

本工程地下车库面积较大且较复杂，因此地下车库照明控制按照最小功能区域划分照明配电分支回路。根据实际使用情况合理控制照明装置，节约能源，并采用智能灯光控制系统。

5 电气能耗监测设计

本工程采用电气建筑能耗监控系统对建筑使用中的电力实施分项计量。变电所所有低压出线回路及建筑物其他场所配电回路设置电子式普通电能表，利用该表的远传数值接口采集能耗数据。变压器低压出线侧总开关处设置电子式多功能电表进行测量，表计具有监测和计量三相电流、电压、有功功率、功率因数、有功电能、最大需量、总谐波含量功能。

本项目另采用住宅建筑中较少采用的智能化控制体系BIM 运维技术，重点对地源热泵及新风系统进行能耗监测及运维管理，实现对项目内水泵、风机机组等大型电力消耗进行监测，同时通过分析能耗监控数据，统计流线，以改变控制策略、节约电力资源。另外通过长期的对各机电设备能耗监控数据，分析其使用状况，通过计算确定经济使用寿命，适时更换设备，降低综合成本。

6 智能化设计

本项目在室内家居中采用智能遮阳板和电动百叶窗自动控制技术。通过在住户内设置的控制开关，可以在满足室内采光、减少照明能耗的同时，对遮阳板与百叶窗的角度进行自动调控，避免强烈的太阳光对户内照射引起的温度升高。同时减少空调、新风系统运行带来的能耗。

本项目智能化管理系统包括变配电系统、电梯、公共照明、给排水、暖通空调、消防系统的监控及能源管理、视频监控、门禁管理、防盗报警、停车管理、电子巡更等弱电智能化子系统，各系统集成到运维平台。

7 结 语

基于某项目的实践工作，总结各种电气新技术措施。通过运用节能新设备材料，结合智能化平台，实现从首端到末端的一体化管理。结果表明，该项目的绿色评价标准可达到英国的 BREEAM 评估体系和美国的 LEED 评估体系标准。通过各种节能措施，既可达到节能目的，亦希望可为居民营造一个舒适宜居的生活环境。