近零能耗建筑电气设计探讨

近零能耗建筑电气设计探讨

张晓柏

机械工业第六设计研究院有限公司 河南郑州 450000

摘要：为实现碳达峰、碳中和各地政府开展低能耗、零能耗等被动式建筑实践。通过近零能耗建筑电气设计实例，从气密层热桥处理、导光管采光系统、能耗监测管理系统、建筑设备监控系统、智能照明控制系统等方面对近零能耗建筑电气设计节能措施进行探讨。

关键词：近零能耗建筑电气设计；气密层热桥处理；导光管采光系统；能耗监测管理系统；建筑设备监控系统；智能照明控制系统

一、引言

2022年3月份住房与城乡建设部《“十四五”建筑节能与绿色建筑发展规范》中要求：提高新建建筑节能水平。引导京津冀、长三角等重点区域制定更高水平节能标准，开展超低能耗建筑规模化建设，推动零碳建筑、零碳社区建设试点。在其他地区开展超低能耗建筑、近零能耗建筑、零碳建筑建设示范。同年，河南省人民政府发布《河南省“十四五”城市更新和城乡人居环境减少规划》，该《规划》提出：发展低碳建筑，推广超低能耗建筑，开展近零能耗建筑和零能耗建筑实践。

根据政府政策，通过实际案例对近零能耗建筑的电气设计节能措施进行探讨。

二、工程概况

本项目实例为多层公共建筑，位于河南省济源市，地下一层，地上三层，总建筑面积为5762.93平方米，建筑高度为16.4米，结构形式为框架结构。

三、技术措施

1、气密层处热桥处理

建筑电气设计中，电气管线在屋顶板、地下车库底板及地下车库外墙等位置的布置较多且分散；对于近零能耗建筑来说屋顶板、地下车库顶板及外立面属于气密层，管线穿越气密层会导致热桥的产生，为减少热桥电气管线布置时采取的措施如下：

1.1电气线路集中穿过气密层时，当电缆安装完成后，管内用密封胶封堵（见图1）。

1.2套管选用导热性低的PVC管（见图2）。

1.3尽量不在建筑外墙上安装电器插座和开关，若开关、电器插座安装在现浇钢筋混凝土上时，应采用预埋的方式，若安装在砌体墙体上时，应预留孔槽，在安装时先用石膏灰浆将孔槽进行封堵，再将插座线盒嵌入孔槽内，将其密封（见图3）。

2、导光管采光系统

在建筑物入口处设置导光管采光系统，采用平板转弯的安装方式将自然光通过导光管采光系统传输至地下室内部，供地下室局部走廊照明。自然光光照时间长，从而减少了照明电能的能耗，降低了照明成本。

本项目地下室局部走廊为长9米，宽7米，高4.2米，地下室地面照度要求30lx；选用管径为350mm的导光管，采光罩可见光透射比τ1=0.87，漫射器透光比τ2=0.88，有效截面积At=0.1m2，导光管的传输效率TTE=0.8；河南省济源市位于光气候Ⅲ区，室外天然光设计照度值ES=15000lx；导光管采光系统利用系数CU=0.64；维护系数MF=0.8；

导光管采光系统效率η=τ1×TTE×τ2=0.87×0.8×0.88=0.612

导光管采光系统漫射器的设计输出光通量φU=ES×At×η=15000×0.1×0.612=918（lm）

导光管数量==4.02，取4个

因此为满足地下局部走廊照度要求，需设置4个导光管。

3、能耗监测管理系统。

3.1用电能耗监测点

主要设置在照明插座配电箱、空调配电箱、动力配电箱的电表内；

3.2用水能耗监测点

主要设置在每层水井的水表内；

3.3本项目电表和水表具有远传功能，通过计量装置计量水、电能的能耗数据，通过RS-485接口将这些数据上传至数据采集器，数据采集器通过设备网将数据上传至能源管理平台，然后对能耗数据进行存储、分析、处理，最终用户根据用户权限获取计量数据和分析信息，实现监测设备的管理。

4、建筑设备监控系统

4.1主要是对全楼的空调新风系统、送排风系统、给排水系统等进行监视及节能控制。

4.2本项目采用集散式网络结构模式，为管理层、监控层两层网络结构。

4.2.1管理层网络由建筑设备监控服务器和工作站组成，监控服务器与智能控制器（DDC）通过TCP/IP网络协议进行通信，同时管理层设备也可以通过其他网络接口与第三方设备独立的监控子系统集成，完成对整体的监控调度。

4.2.2监控层网络是由设置在各处的智能控制器（DDC）组成，现场控制器通过六类非屏蔽双绞线接入设备网接入交换机，通过设备网接入交换机与管理层相连。

4.3空调机组、新风机组控制

4.3.1共性

风机控制：风机由DDC远距离及现场手动控制启停。温度、湿度、风阀、水阀等控制环路与风机联锁，风机停止运行联锁温度控制环路停止工作，水阀全闭，新风阀全闭，防冻控制系统正常工作。控制系统启动顺序：先开水阀，再开风阀，最后启动风机。

限值报警：过滤器阻力增大到限定值（8mmH2O）时，自动报警提示更换或清洗过滤器。

防冻报警：冬季时当防冻报警温度（T1）低于设定值10°C时，打开水阀。

联锁及保护：风机启停，风阀、电动调节阀联动开闭，风机启动后，其两侧压差低于其设定值时，故障报警并停机。过滤器两侧压差高于其设定值时，自动报警。

4.3.2特性

4.3.2.1空调机组

温、湿度控制：夏季当回风温度Tr高于设定值时，通过PID控制，开大水阀开度；当回风温度低于设定值时，关小水阀。冬季与夏季操作相反。

焓值控制：当室外空气条件适合于焓值控制时，利用新风和回风的混合保证必须的送风温差，以达到节能的目的。在焓值控制中新风阀、回风阀、排风阀按程序比例开关。

4.3.2.2新风机组

温、湿度控制：夏季当送风温度T2高于设定值时，通过PID控制，开大水阀开度；当送风温度低于设定值时，关小水阀。冬季与夏季操作相反。

4.4集水坑监测：监测水坑液位和水泵运行情况，自动统计设备累计工作时间和启动次数，发出故障报警和溢流报警，提示设备维护时间；

5、智能照明控制系统

对公共楼梯间、走廊、功能厅、宣传厅、陈列室等场所的正常照明按场景、分时段进行控制。智能照明控制模块均安装在照明配电箱内。系统通过TCP/IP协议连接到建筑设备监控系统进行监控。

四、总结

近零能耗建筑在电气设计中采取：

①电气管线穿过气密层处采用更改套管材质及管线敷设方式来降低热桥；

②设置导光管采光系统降低照明用电能耗，减少碳排放；

③设置能耗监控系统，对建筑的水、电的能耗进行监测，增强建筑用能的管理，并提高管理效率；

④设置建筑设备监控系统，根据末端多种需求实时调节供应设备的适用时间及工况调节，提供系统运行效率，降低能耗资源消耗

⑤设置智能照明系统，根据多场景、多功能的要求，优化控制计算结果和调节灯具亮度值，实现照明系统的低能耗运行。

以上5种措施为近零能耗建筑顺利实施起到重要作用。

【参考文献】

【1】近零能耗建筑技术标准 GB/T 51350-2019

【2】照明设计手册（第三版） 北京照明学会照明设计专业委员会 编