可持续发展理念下绿色建筑电气节能优化设计

可持续发展理念下绿色建筑电气节能优化设计

彭良云月

深圳达实智能股份有限公司 广东省深圳市 518000

摘要：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，为城乡居民提供健康舒适的工作、生活空间。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，进一步研究可持续发展理念下绿色建筑电气节能优化设计具有重要的工程价值。

关键词：可持续发展理念；绿色建筑；电气节能；优化设计

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。

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可持续发展理念下绿色建筑电气节能优化设计

2.1供配电系统节能

2.1.1变压器选择

优先选择高效、低阻抗、低损耗、低噪音的节能型变压器。根据国家相关节能评价标准，变压器能效不应低于2级。通过准确的负荷计算，确定变压器的容量：①为一、二级负荷备用的回路容量不应计入，如消防用电设备的计算负荷小于火灾时切除的非消防负荷，则消防负荷不应计入；②对于一些季节性负荷（如制冷设备）或阶段性使用的工艺设备，建议单独为其设置变压器，则配电系统更加灵活，且变压器具有退出机制，能够有效减少空载损耗；③综合考虑运行效率，一般情况下变压器负载率运行在75%~85%为宜。

当需要选择多台变压器时，在满足当地供电部门对于单台变压器最大容量限制的情况下，优先选用大容量的变压器，减少变压器的台数，如此不但降低了变压器购置成本，也可减少运行时的损耗。

2.1.2提高电源质量

第一，提高功率因数。优先选用高功率因数的设备，如电动机以及光源、镇流器等，提高供电系统的自然功率因数。当系统中自然功率因数无法满足要求时，应增设无功补偿装置。一般情况下，应在变压器低压侧设置集中无功补偿，对于自然功率因数低的大型设备，应就地设置无功补偿。常见的无功补偿有三相共补及混合补偿两种方式。当系统的单相设备较多、不平衡度超过15%时，应采用混合补偿方式，其中单相补偿的比例可参照各地的规定。

第二，谐波治理。电力系统中存在的大量非线性负载，是产生谐波的主要原因。谐波的危害是多方面的，主要表现在：产生附加的谐波损耗、降低输配电及用电设备的效率、影响电气设备的正常工作、导致电气计量仪表不准确以及对弱电系统设备产生干扰等。根据系统中非线性负载的特征，可采取相应的治理措施：当具有持续运行且有稳定频率特征的非线性负载时，可采用无源滤波；当具有动态运行且有变化频率特征的非线性负载时，宜采用有源滤波。

2.2照明设计

2.2.1光源选择

首先，要选择发光效率高的光源，目前市面上常见的高效节能光源有金属卤化物灯、三基色荧光灯及LED光源等。综合各主要指标，LED光源性能更优，因而获得了更为广泛的应用。其次，要控制光源的色温及频闪对人眼造成的伤害，长期有人工作或者停留的房间以及公共场所，照明灯具色温应控制在4000K以内，显色性大于80。

2.2.2灯具选择

应从其自身的效率、功率因数以及眩光限制等方面考量，各技术指标均不应低于相关现行国家标准的规定。对于自然功率因数低的灯具，应就地设置无功补偿装置。眩光指的是“由于视野中的亮度分布或亮度范围的不适宜，或存在极端的对比，以致引起不舒适感觉或降低观察细部或目标能力的视觉现象”。眩光会产生不舒适感，它会引起视觉疲劳，严重的还会损害视觉功效。限制眩光的主要措施包含选择亮度低的光源、根据悬挂高度选用不同的配光角度以及增大灯具的保护角等。

2.2.3照度及照明功率密度

正确选择照度标准，避免过度照明；严格限制照明功率密度值，应不高于现行国家标准GB55015-2021《建筑节能与可再生能源利用通用规范》中的限定值。在计算灯具的功率时，应注意两点：①功能性灯具应按其功率的100%计算，装饰性灯具可按其功率的50%计入；②镇流器的功耗应计算在内。

2.2.4照明控制

照明系统可以采用手动、定时、声光控以及人体感应控制等灵活多样的控制方式。走道、楼梯间等人员流动场所可采用自动感应开关控制；机动车库车位、车道分区配置回路，车道照明间隔控制，二者均受传感器信号控制；门厅、电梯厅等场所，白天或上班期间人员密集流动、晚上却人流较少，宜采用调光控制方式。近年来，随着大型建筑中分布式智能照明控制系统的普遍使用，使得照明控制更为精准，运维人员数量更少，能更多地节约电能，运营成本也得以显著下降。

2.2.5充分利用自然光源

第一，灯具分区布置。建筑内靠近外窗的区域，灯列与侧窗宜平行布置且单独设置控制开关；有些区域天然采光良好，但夜间仍有照明需求，其灯具应独立布置。以上两种情况，在天然采光满足要求的情况下，应予以优先利用。第二，采用光导管系统。光导管系统主要由采光罩、导光管以及漫反射器三部分组成。其尤其适用于单层建筑物屋顶、非单层建筑物顶层及地下汽车库等场所。光导管系统也可以设置控制装置，方便对照度进行调节。

2.3可再生能源利用

对于民用建筑来说，光能和风能是可能的利用对象。风力发电由于受自然影响较大，具有间歇性和不确定性的特点，实际利用率并不高。我国太阳能资源比较丰富，当前国家也在大力发展光伏产业，光伏发电也是实现“双碳”目标的重要举措。为此，各地纷纷出台相关规定及具体措施，推广光伏应用，如上海市发改委“沪发改能源［2022］164号”要求：按“能建尽建”原则落实新建项目光伏开发，新建工业厂房、交通设施、公共机构等建筑屋顶安装光伏面积比例不低于50%，新建公共建筑、住宅屋顶安装光伏面积不低于30%。建筑光伏发电系统主要分为并网和独立系统两种形式。并网运行余电上网模式现今较为普遍；在光伏组件与建筑结合的形式方面，则大力推行建筑光伏一体化，更多地采用建材型光伏组件。

2.4控制策略

2.4.1建筑设备监控系统

利用现代计算机技术，系统能够对建筑内设备实行有效的控制和管理，保证设备安全、可靠、节能、高效地运行。建筑设备监控系统主要针对建筑物内的空调系统、给排水系统、供配电系统以及照明系统等设备进行统一的管理与控制，通过对其进行监测、控制和集中管理，采用适合的运行策略，以实现节能降耗的目的。良好的空气质量能够让人身心愉悦，为提升空气质量，可对地下车库的CO、高大空间及人员密集场所的CO2、公共活动区域的PM2.5以及特殊场所的有害气体进行监测，同时设备监控系统联动控制通风设备，从而保证建筑物内健康的环境。

2.4.2能源管理系统

建筑物内的能耗主要由用水、用电和用气等产生。对于水、电、气等不同类型的能耗应进行分类计量。对于用电设备，应根据其类别进行分项计量。按照明、电梯、冷冻设备、空调设备、给排水设备以及厨房设备、景观照明、特殊区域设备等分别设置计量装置，配电系统也应按上述不同类别的负荷分别设置配电回路，避免不同类别的用电设备混合配电。能源管理系统采用分类分项计量方式，利用远程传输手段采集能耗数据，实现建筑能耗在线监测和动态分析；同时，通过建立大型能效监管平台，全面掌握建筑内各个系统的实际用能状况，可有效提高节能运行管理水平，并为节能信息服务及行政决策提供支持。

结语

随着时代的发展，新技术、新设备将不断地涌现。现代建筑电气人应紧跟电气技术发展的前沿，加大对绿色建筑电气设计的研究，推动其创新和进步；当更多的新技术应用在绿色建筑中时，将极大地减少建筑能耗，且使得建筑更智能、更健康，利国利民，意义重大。

参考文献

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