绿色建筑电气技术及建筑电气节能设计的探讨

侯 盼 杭州浙经建筑规划设计有限公司兰州分公司

随着我国社会经济发展进入新阶段，建筑工程规模以及数量呈现出显著提升趋势，在有效推动区域经济发展的同时，资源消耗以及浪费问题也逐渐凸现，经济效益以及生态效益之间的矛盾逐渐激化。因此，最大限度地降低建筑项目开展过程中的资源浪费是当前相关工作人员的主要研究内容，不仅有利于环境保护政策的落实，同时对促进工程建设的有序开展具有重要的现实意义。节能降耗作为环境保护政策的重要工作内容，对落实绿色建筑建设目标具有驱动作用。目前，建筑行业中已经将优化节能电气技术应用设计作为主要研究课题，以实现建筑节能目标。

1 绿色建筑电气技术应用价值概述

以国家社会经济建设层面分析，绿色建筑在实际应用过程中具有重要的现实意义。首先，其在确保建筑功能性以及居住舒适性的同时，还可以有效降低建筑建设以及使用过程中的能源消耗以及环境污染情况，进而促使企业兼顾生态效益以及经济效益。其次，绿色建筑在实际发展过程中可以有效推动经济与环境协调发展目标的实现，最大限度控制能源消耗量，同时还可以在此基础上开展资源循环利用工作，降低国民经济发展的负担。最后，绿色建筑在实际发展过程中还可以实现对科技发展现状的检测，并推动建筑工程施工技术不断进步。推行绿色建筑理论的过程中，传统落后技术会逐渐被更加先进的施工技术以及设备所取代。

2 绿色建筑电气节能设计原则

2.1 实际需求性

施工单位在实际开展电气节能设计过程中应充分考虑建筑的使用功能要求，在兼顾建筑功能需求以及实际需要的基础上开展电气节能设计。从设计目的层面分析，电气工程的作用在于为民众的日常生活服务，技术人员在实际开展设计工作过程中应对此层面进行着眼，确保电气工程设计可以满足民众日常生活需求，如照明系统、电力供应稳定等。同时，技术人员在设计中还应提高对工艺方面的重视程度，兼顾舒适性以及美观性需求[1]。就建筑电气节能设计层面分析，满足实际需求是所有设计的重要基础。因此，实际需求性是建筑电气节能设计工作中必须遵循的首要原则。

2.2 经济适用性

技术人员在实际开展建筑电气节能设计过程中应充分考量建筑物的经济性以及适用性，进而确保工程建设过程中的成本投入可以得到有效控制。当前建筑市场中，建筑节能技术以及设备呈现出多元化发展趋势，技术人员在工作中应充分注意项目经济性要求，将性价比作为技术以及设备选择的首要标准，在充分结合建筑设计要求以及使用要求的前提下进行技术与设备的筛选工作。如果一味选择高端技术或设备，建设成果与预期成效相差较大情况的发生概率会大幅提高，同时资源与资金浪费幅度也较为严重。

2.3 节约环保原则

在开展电气节能设计工作时，应注意将能耗以及环境保护作为重要关注对象，利用科学合理的电气节能设计有效实现降低能耗和保护生态环境的目标。实际工作过程中，技术人员应在确保建筑功能不受影响的前提下对无关的电气部分进行优化处理，通过对相关部分进行节能设计有效实现降耗目标[2]。此外，技术人员在实际工作过程中还应注意科学利用变压器、功率调节器等，确保节能环保原则得以贯彻落实。

3 工程案例

为深入探究绿色建筑电气节能设计要点，本文选取实际案例进行具体说明。案例工程为某大厦整体改造工程，总建筑面积达到19 816.08 m2，建筑高度达到70 m 左右，建筑地下3 层，地上20 层，其中地下3 层为车库、设备用房等，地上20 层为办公用房。大厦业主为落实绿色建筑理念以及电气节能要求，决定对大厦进行改造，邀请专业施工团队开展本次改造作业。施工技术人员在综合大厦实际情况以及当地气候条件的基础上，决定采用太阳能光伏发电一体化的设计方案。

4 工程电气节能方案设计要点

4.1 太阳能光伏发电一体化设计

案例工程中，施工技术人员决定将在大厦顶部安装光伏组件，利用太阳能电池的光生伏特效应，将太阳辐射能转化为电能，用于大厦的日常使用。设计的系统主要由光伏方阵、光伏汇流设备以及逆变器等构成，技术人员在工作中结合当地数年内月平均辐照度、直射分量辐照度等参数对系统进行设计，并利用专业知识对组件倾斜角进行优化，确保其可以满足实际应用需求[3]。将装机容量设计为97.265 kWp，其单点接入设计方案如图1 所示。

图1 单点接入设计方案

实际工作过程中，依据大厦顶部场地面积以及组件布置实际要求，在顶楼部分安装384 件最大功率为245 Wp 的光伏组件，并且将其接入至逆变器中。随后将16块组件串联为1路，共设计24路，并将其分别接入4 台并网逆变器中。光伏组件以及组串直流输出在经过逆变器处理后，由交流配电箱和并网柜进入用户变电所低压侧母线。此外，技术人员利用支架将光伏组件固定于屋面上，方向朝向正南方，并将倾斜角设计为24°。

实际设计过程中对光伏组件的使用性能以及系统供电实际需求进行综合考量，最终决定采用多晶硅光伏组件，其主要技术参数如表1 所示。

表1 光伏组件技术参数

4.2 能耗管理系统设计与应用要点

案例工程中，技术人员在实际工作中为保证大厦能耗控制在可接受范围内，依据相关规范要求，选择Acrel-5000 作为本工程中设备能耗监测系统，其功能模块主要涵盖系统监控、系统能耗统计以及系统能耗评价3 大部分。

技术人员在实际开展设计工作过程中，采用独立式能耗监测系统作为本次组网形式，同时将监测系统划分为4 个主要部分，即消防控制室监控管理层、现场与配电箱监控模块、主机与配电箱通信渠道以及网络传输渠道。技术人员为确保电能数据采集的时效性和精确性，在现场末端配电箱中安置电能表设备，并对所采集数据进行初步分类与整合，随后将其上传至能耗管理主机中，通过该主机对大厦内设备运行情况进行统一监控[4]。

该系统在实际运行过程中会将各部分设备节能监控系统进行整合，并利用系统的数据处理优势对建筑能耗进行分类分析，具体能耗分析结果如下。一是照明、插座类负荷用电，具体涵盖办公室照明、插座等以及走廊、楼梯、室外公共照明、应急照明以及广告照明等；二是采暖及空调用电方面，涵盖空调机房、热交换站等机房设备用电；三是动力负荷用电方面，主要涵盖普通及消防风机、普通及消防电梯等；四是特殊负荷用电方面，主要涵盖弱电信息机房、消防控制室等。

从实际应用角度分析，能耗管理系统在运行初期可以对大厦内部电能消耗数据进行实时采集与整理，在数据量达到一定幅度后，系统即可以利用自身数据处理优势以及智能化技术对不同时间段内的能耗数据进行对比与分析，并在此基础上建立标准值，随后通过对不同监测点能耗数据进行横向对比与判断即可得出大厦内急需优化的关键，并形成完善的能耗分析报告，为工作人员提供有效的信息支持。

4.3 供电系统节能设计要点

案例工程中，技术人员依据改造工程设计规划要求，拟在地下室区域设计建设10 kV 配电室以及10/0.4 kV 变配电室设施。设计过程中，采用市政10 kV 电源作为高压供电部分，最大限度地确保一级负荷供电可靠性满足实际应用需求，在电源线路方面则依据室外以及室内实际情况分别选用电缆直埋与桥架敷设方式，电源电压等级设计为10 kV。

技术人员在实际工作过程中依据我国现行《供配电系统设计规范》中提出的供电负荷等级分类标准，将消防负荷、客梯、生活水泵等划分为一级负荷，空调等重要负荷划分为二级负荷，其余则统一划归三级负荷。大厦中以安全系统等为代表的特别重要负荷用电依照一级负荷中特别重要负荷标准进行配电，并且利用配套的在线式UPS 作为应急备用电源，以确保大厦内特别重要负荷用电的可靠性[5]。

案例工程中，技术人员将用电设备安装容量、一级以及三级负荷用电设备安装容量分别设计为2 465 kW、900 kW、1 565 kW，同时在地下车库设置了1 座10 kV 配电室，并依照分段单母线形式运行。技术人员在其上设置联络开关，并利用不同母线段放射式配电对应至相应的变压器上。同时，技术人员在进线柜以及联络开关之间采用机械与电气双重联锁设计，在设备正常运行情况下，两路10 kV 高压电源采用同时供电方式，二者之间互为备用。当联络柜断路器断开时，两台进线柜断路器也会随之闭合；而在联络柜断路器闭合时，两台进线柜断路器在任何情况下均无法实现同时闭合。

5 工程节能效果分析

就光伏建筑一体化节能效果层面分析，光伏建筑一体化系统是项目所在地的主要推广形势，其主要由分布式光伏发电线构成，运行中产生的电能可以供本地负载消耗。案例工程中，设计装机容量设定为97.265 kWp，光伏组件利用支架方式固定于屋顶，安装倾斜角设定为24°，朝向设定为正南方，理论年均发电量可达到10.5 万kW·h。

就能耗检测管理系统节能效果层面分析，案例工程中通过应用能耗监管系统实现节能降耗目标，可以通过完善的诊断流程为能耗改善工作提供必要的支持，同时通过完善的能耗分析报告实现对建筑节能设备的控制。

就供配电系统节能效果层面分析，相较于传统变压器，所使用的非晶合金干式变压器的空载损耗以及负载损耗可降低50%以上，同时负载率可限制在85%以下。案例工程使用设备的负载率仅为72%左右，这就使变压器可以始终控制在经济性运行状态下，损耗大幅降低的同时，经济效益直线上升。另外，低压侧采用并联电容器无功补偿装置，具有成本低、占位少以及维护便捷等优势。

案例工程中，技术人员在充分考量技术条件以及经济电流法的前提下选取电力电缆截面，在充分兼顾两方面需求的基础上最大限度地提升截面面积。依照30 年使用寿命计算，所使用的电缆长度为30 km，相较传统电缆，其线损可降低约35%，年均降低损耗为598 kWp，年节约电量可达147 万kW·h。

6 结语

目前，电气节能设计已经成为建筑业的重要工作内容之一，是落实我国绿色环保战略的重要基础环节以及推动力。因此，建筑行业应不断加强对绿色建筑电气节能设计的重视程度以及研究力度。本文所研究案例在应用了文中方案后取得了较好的节能效果，并且建筑功能性和舒适性未受影响，可以为同类建筑工程的电气节能设计提供借鉴。