绿色建筑电气部分节能设计研究.pdf

为了提升绿色建筑设计水平，文章总结了绿色建筑电气节能设计思路和设计目标，从照明电气、变压器电气、中央空调系统电气等方面分析了绿色建筑电气节能主要设计方法。同时，以某办公大厦为研究对象，探讨了建筑物在电气节能设计前后的电耗总差值和各分项差值，研究成果表明，照明系统的耗电量经优化设计后的降幅最大。关键词：绿色建筑；电气节能设计；节能效果Abstract:In order to improve the level of green building design,this paper summarizes the ideas and goals of green building electrical energy-saving design,and analyzes the main methods of green building electrical energy-saving design from the aspects of electrical lighting,electrical transformer and electrical central air conditioning system.At the same time,taking an office building as the research object,the total power consumption difference and each sub-item power consumption differences before and after the electrical energy-saving design of the building are explored.The research results show that the power consumption of the lighting system has the largest decrease after the optimization design.Key Words:green building;electrical energy-saving design;energy-saving effect分类号：TM76随着经济的快速发展，各种建筑物建设规模逐年扩大，耗电量也越来越多，带来了能源紧张问题，绿色建筑概念应运而生。绿色建筑指在建筑物的全生命周期内消耗的资源尽可能少，达到节能环保目标，为绿色建筑电气部分节能设计研究陈 彬烟台市规划设计研究院有限公司，山东 烟台 264000Research on Energy-saving Design of Electrical Components in Green BuildingsCHEN BinYantai Planning and Design Research Institute Co.,Ltd.,Yantai 264000,Shandong,China056.DOI:10.19537/ki.2096-2789.2023.12.城乡居民提供健康舒适的工作、生活空间1。相关资料统计显示，绿色建筑中电能的消耗量占总资源消耗量的 60%以上。绿色建筑物中电气的节能设计应从开源和节流两部分着手，但由于建筑物中的电气管线及设备布置复杂，设计难度大，也没有标准化流程指导电气的节能设计，因此，进一步研究绿色建筑电气部分的节能设计方法具有重要的工程价值。1 绿色建筑电气节能设计思路和目标1.1 节能设计思路大部分绿色建筑的能源都以电力为主，与水、汽等能源相结合，总能耗包括耗电量、耗气量、耗水量、集中供热量及其他。电气部分的能耗有照明用电、空调用电、动力用电、特殊用电。控制建筑物电气部分的能耗，可以有效提升绿色建筑设计水平。绿色建筑电气部分节能设计可从设备节能和管理节能两方面着手，其中设备节能就是使用高效节能设备、变频器等节能，管理节能就是通过建立相关管理制度和用电规范控制建筑物能量消耗2。1.2 节能目标能效水平指能源的需求层次，即“少用、好用、能用”。建筑物的能耗水平强调对能源的绝对消耗量，因此，绿色建筑的节能设计目标不只是降低能耗，还要提高管理效率、建筑使用体验等。2 绿色建筑电气节能设计要点2.1 照明电气节能设计（1）合理选择照度。绿色建筑的照明水平应根据生活、生产需求确定，并遵循“节能、环保、适用、经济、作者简介：陈彬，男，本科，工程师，研究方向为建筑电气、市政电气设计。173工程设计工程技术研究 第 8 卷 总第 140 期 2023 年 6 月美观”的原则，不宜盲目追求高照度。在建筑电气设计过程中，若不规定光源的具体参数，承包商随意选购，将导致光源与使用场所不适应。设计方案的设计照度与照度标准值允许有一定误差，通常在 10%范围内，以确保设计照度计算值有一定的灵活性。（2）采用高效灯具。绿色建筑物中选用的光源应符合建筑照明设计标准（GB 500342013），并尽量选择高效节能工具。除特殊要求场所外，禁止使用低光效的普通白炽灯。文章总结了绿色建筑灯具技术指标，如表 1 所示。以缩短供电半径，减少从变压器低压侧配出的供电级数（供电不宜超过三级）4。在输送负荷相同的条件下，功率损耗百分率计算公式如下：2122(1)100%nnUPU=（1）式中：P 为功率损耗百分率；Un12、Un22分别为电网升压前后的标称电压，kV。经计算，在建筑物负荷和供电距离不变的情况下，配电电压取 20 kV 引起的功率损耗是 10 kV 的 25%。（3）配电线路。绿色建筑物内敷设的线路纵横交灯具类型平均寿命光效/（l mW-1）色温显示指数紧凑型荧光灯8 000 10 00045 75全系列80 85金属卤化物灯8 000 15 00050 1003 000 6 00065 90陶瓷金卤灯15 000 20 00060 1203 000 4 00080 85高频无极灯40 000 60 00055 803 000 6 50080 85LED 等30 000 50 00060 1203 000 6 50060 80表 1 绿色建筑灯具技术指标经对比，建议绿色建筑选用光效高、寿命长、易调光、多色彩的 LED 灯。（3）使用照明智能控制系统。在节能环保背景下，越来越多的建筑项目开始使用智能照明控制系统，即通过声、光、电等感应技术控制照明系统的开或关，以最大限度地降低照明系统用电量。绿色建筑照明智能控制系统设计内容如下3：明确需求，在设置智能照明控制系统周期前，要结合项目的实际情况，明确控制目标和控制技术；选择合理策略，建筑物的不同场所功能不同，采用的照明控制策略也不同，如办公区在上班时间可采用“定时控制策略”，休息时间可采用“动静传感器控制策略”；选择控制产品，智能照明控制产品要进行多家比选，选择性价比高的产品。2.2 变压器电气节能设计（1）选择节能变压器。电力变压器能效限定值及能效等级（GB 200522020）对油浸式变压器和干式变压器的能效等级进行了详细分级，其中 1 级标准节能最好，3 级标准是最低要求。硅钢片是变压器中应用较多的软磁金属材料，随着非晶技术的发展，很多绿色建筑中的变压器开始使用能耗更低、抗腐蚀磨损更好的非晶合金材料，这也是未来变压器材料的发展趋势。（2）选择电压。电源电压应结合建筑项目负荷量、电源点至建筑距离等确定，且线路电压损失不超过额定电压的 10%。变配电所位置应尽量靠近负荷中心，错，总长可达数万米，不可避免地会出现线路损耗。线路损耗的表现形式多为发热，且难以循环利用，因此减小线路损耗能大幅降低建筑能耗。设计人员应根据载流量、经济电流密度、电压损失等因素选择电线电缆导体截面，并按热稳定校核其最小截面。当供电距离超过 250 m 时，电线电缆导体截面主要取决于电压损失。某三相平衡负荷线路电压损耗率计算公式如下：003(cossin)10nuRXILU=+（2）式中：u 为线路电压损耗率；Un为标称线电压，kV；R0为线路单位长度的电阻，/km；为交流电角度，；X0为线路单位长度的电抗，/km；I 为计算电流，A；L 为线路总长度，m。（4）选用高效节能应急电源。应急电源是供配电系统重要的电源设备，包括柴油发电机组、在线式 UPS不间断电源、EPS 应急电源等。如果备用电源容量使用量较大，可优先使用柴油发电机组，主要原因在于UPS、EPS 应急电源需要对蓄电池组进行充电。经过长期运行，必定会造成电能消耗。但是柴油发电机组只适用于允许中断供电时间较长（15 s 以上）的供配电系统。当电源切换时间为毫秒级或秒级时，必须使用UPS、EPS 应急电源5。2.3 中央空调系统电气节能设计（1）冷却水系统变频调速。进水温度不固定，只174工程设计 2023 年 第 12 期 总第 140 期 工程技术研究用温差调节水泵，难以保证调节的准确性。冷却水系统要同时搜集空调主机进出水温差和进水温度数据，从而实现水泵的自动调节。当进水温度较高时，及时降低温差值，保证中央空调制冷效果；反之，则要调高温度值，达到能源节约目的。（2）冷冻水系统变频调速。冷冻水系统要采集冷冻主机和冷冻泵进出水两端的温差和压差，冷冻水系统变频调速结构如图 1 所示。房间风机盘管变频器冷冻主机出水回水冷冻泵冷冻水P1P2压差变送器温差变送器图 1 冷冻水系统变频调速结构当建筑物室内温度变化时，温差信号也随之改变，变频器会自动调节冷冻泵温度，即建筑物内温度过低，温差信号值标准水平，冷冻泵将减小输出功率，实现节能目的，反之亦然。当压差信号变化时，说明水泵输出功率较小，此时变频器会调整水泵输出功率，保证建筑各空间的空气调节效果。3 绿色建筑电气节能设计效果评价文章以某大厦改造工程为研究对象，基于上文的设计方法对建筑物的电气进行节能改造。该大厦总建筑面积约 19 828 m2，高约 72 m，建筑密度为 45%，容积率为 5.2，地上 20 层，地下 3 层，属于一类高层公共建筑，建筑结构形式为剪力墙结构，耐火等级为一级。该大厦改造完成后，利用建筑设备能源监测管理系统长期监测建筑物内的各种能耗，监测结果如图 2 所示。由图 2 可知，该大厦经绿色节能理念改造后，总能耗和各部分的能耗均有明显降低。大厦改造前后的总能耗分别为 138.8 kWh/m2、102.6 kWh/m2，能耗降低了 26%；空调、办公、夜景照明、应急照明、风机水泵、电梯、安保监控、厨房等部分改造后的能耗分别是改造前的 75.43%、75.28%、71.82%、58.86%、77.17%、78.95%、76.15%、79.80%。由此可知，应急照明系统改造后的节能效果最明显，降低了 41.14%。其他部分的节能效果相差不大，为 20%25%。4 结论文章主要分析了绿色建筑节能设计目标、设计思路、设计要点、设计效果等，得出了以下结论：（1）绿色建筑电气节能设计要提高能耗水平，达到“少用、好用、能用”的效果，可从照明、变压器、中央空调等方面着手。（2）照明电气节能设计要合理选择照度、采用高效灯具、建立照明智能控制系统。变压器电气节能设计要尽量减少线路电压和功率损耗，选用节能应急电源。中央空调系统电气节能设计可使用冷却水和冷冻水变频调速系统。（3）绿色建筑物经改造后总能耗和各部分能耗均有明显降低，其中照明系统的耗电量降低幅度最大，达到了 41.14%。参考文献1 李娟.电气节能技术在绿色建筑中的运用J.建筑科学,2020,36(11):161-163.2 孙明华.绿色建筑电气节能措施研究J.光源与照明,2023(2):246-248.3 孙敏华.建筑电气节能创新设计及应用研究J.工程机械与维修,2022(6):79-81.4 倪春洁.建筑电气节能设计及绿色建筑电气技术研究J.工程技术研究,2022,7(11):185-187.5 李莉芳,沈飞.绿色建筑电气节能设计与能源管理系统可行性研究及解决方案J.现代建筑电气,2021,12(1):8-12.图 2 建筑改造前后的能耗空调办公 夜景照明 应急照明 风机水泵 电梯 安保监控 厨房0510152025303540能耗/（kwhm-2）工作内容改造前改造后工作内容改造后改造前夜景照明应急照明风机水泵安保监控电梯办公空调厨房能耗/（kWhm-2）