探讨绿色公共建筑电气设计

卢嘉东

（华南理工大学建筑设计研究院有限公司，广东广州 510000）

0 引言

绿色建筑的实施和发展很难在建筑工程中真正全面中实施，与传统建筑行业相比，绿色建筑的实施具有一定的复杂性，因此应该对绿色建筑规划相关问题进行更深入的思考。节能与利用、节地与室外环境、材料节约与资源利用、室内环境质量及相关运行管理相结合是绿色建筑评价的基准，如何采取合理的绿色建筑措施，实现建筑的绿色节能，是绿色建筑设计的关键内容。

1 绿色建筑电气设计的原则分析

绿色建筑的电气设计原则有以下3 个：首先要保证建筑的功能，如照明系统必须提供着色、照明等，同时空调系统必须提供室内空气转换和室内温度调节，还要同时达到空调系统的节能要求。其次，绿色建筑电气设计的第二个原则是要充分考虑经济价值，节能是一方面，但也要根据建筑的实际情况，充分考虑建筑的经济价值，不能单方面满足节能要求，也不能花太多钱从而导致资金的缺失，需要尽最大努力确保节能投入的资金在建筑投入使用后通过节能收回成本。最后，绿色建筑电气设计的第三个原则是尽可能避免能源浪费，这就要求相关人员应该找到建筑本身的能耗，然后通过先进的技术实现节能目标，例如变压器的功率和电路损耗就是能量损耗，而使用大面积的高强度照明会导致高功耗，因此必须采用先进技术来减少能源消耗，促进环境的可持续发展[1]。

2 绿色公共建筑电气设计过程中存在的问题

2.1 照明系统设计中存在的问题

照明设计是公共建筑不可分割的一部分，但在实际设计过程中，还存在很多问题需要解决，比如对照明的重视不够等，近年来，社会各界越来越重视节能减排，节能照明灯具也不例外，且照明能耗占整个建筑总能耗的很大一部分。据有关统计，2012 年我国能源消费总量为5.15 万亿kW，其中照明发电占12%，即6180亿kW，这是一个非常大的数字，也说明照明节能一刻也停不下来，但当前设计人员普遍存在的问题是对光源产品了解不够，具体设计图纸没有注明具体参数，导致高色温荧光灯出现显色指数低，光效低等问题，因此相关照明产品的选择应根据实际情况进行。同时在选择灯具时应考虑灯具的具体防护等级、亮度限制、噪声限制等因素。事实上不同灯光的配光曲线和相位比也是不同的，在相同的照明条件下灯光的数量也会不同，所以灯光的选择要结合现场情况。

2.2 公共建筑能耗计量、管理问题

随着我国城市化进程的逐步推进，各种大型建筑的规模逐渐增大，直接导致能源消耗逐渐增加，因此人们对电能的依赖程度越来越高。在减排政策框架内，电能的分项计量尤为重要，通过能耗分项计量，可以搭建建筑能耗分析平台，借助数据分析和收集，可以为未来制定相应的节能计划打下良好的基础，因此在设计节电时不能在同一电路中混用具有不同功能和功率分布的负载。

2.3 配电系统设计中存在的问题

在公共建筑的电气规划中，需要重点关注能源转换和分配空间的位置，而在实际设计过程中，一些设计人员将变电站放置在远离负载中心的位置，导致供电半径增大，进而导致线损相应增加。同时变压器的型号选择也不合理，例如选择有功功率损耗大的变压器，放置不合适的负载，会导致不必要的功率损耗，而在配电系统中，三相不平衡不仅增加了线路和变压器的功耗，还会导致零序电流的产生，严重危害电气设备的安全运行，另外随着公共建筑中电子设备和电器的不断增多，3 次及以上的奇次谐波越来越多，不仅增加了供电线路的附加损耗，也加重了普通电源的负荷，并影响设备的正常电气运行，因此有必要在电气设计中尽量减少或消除奇次谐波[2]。

3 对公共建筑电气进行绿色设计的合理建议

3.1 在照明环节中的节能措施

照明设备是人们日常生活中不可缺少的设备之一，但是照明设备的错误选择也会造成建筑物电能的巨大浪费，因此做好节能照明系统非常重要。设计选用高效节能灯具光源，灯具效率不低于现行《建筑照明设计标准》规定的标准值，在选择合适的场地环境时，还应考虑灯具、提灯和光源，同时不宜长期停留的场所优先考虑光效高的LED 照明灯具，采用高效荧光灯带节能电子镇流器，在满足光照强度均匀的条件下，优先采用单灯配大功率、高光合效率的光源；在满足照明标准实际要求的情况下，各照明场所的照度密度值应严格控制在现行公共建筑节能标准和建筑照明标准规定的限值以下，而在条件允许的情况下，可以采用光导照明等新技术，充分利用自然光资源[3]。

另一方面需要根据建筑特点、建筑功能、建筑标准、使用要求等具体情况，对照明系统进行经济实用、合理有效的控制设计，如普通机房、办公室、小型会议室等照明场所宜采用局部灯开关控制，楼梯间等场所的照明可根据需要结合使用，多采用自熄、节能开关控制，多盏灯具的房间，开关的数量不应少于两个，房间或场所装有两排或多排灯具，受控灯柱应与侧窗平行，以便充分利用自然光，对于车库、公共走廊、礼堂、大型报告厅等大型空间，可采用智能照明控制系统进行自动分时分区或自动调光控制，对于景观照明，灯具应采用集中控制方式，并根据使用普通、节日、大型节日等不同的照明方案，采用光控、程控、时控等智能控制方式，或夜间调光控制、分区或分组节能控制。图1 为节能照明系统。

3.2 在设备运行管理环节的节能措施

建筑的实际运行管理对建筑能耗和绿色节能起着至关重要的作用，因此对于绿色节能建筑而言，通过电气设计提高建筑的运营管理能力和效率就显得尤为重要，对此可根据建筑功能适当确定智能低压系统，加强运行利用管理中的智能系统设置，如B.BA 系统、能耗监控系统、智能综合管理系统等，基于楼宇服务和电气设备、安防设备的能耗进行全面有效的监控、管理，满足建筑各方面的需要日常使用满足，还大大提高了管理、运行、维护等方面的效率，节省了大量日常运行管理的人力物力，同时通过合理的智能化系统、能耗分析统计，取得了良好的经济效益，对建筑内的风、水、光、电等机电设施进行智能合理控制，取得了较好的社会效益和环境效益，提高了建筑整体的智能化和现代性，同时也为楼宇员工提供安全、舒适、高效、节能、环保的工作环境[4]。图2 为一种变频空调器及其节能运行控制流程。

3.3 在变配电环节中的节能措施

在建筑物中，配电系统扮演着供电和输电线路的生命线，因此也是一项重要的绿色节能措施，如何确保在电力转换和传输过程中尽可能减少能源浪费也成为必须考虑的问题。因此相关人员要进行节能高效变配电系统设备的设计与选型，合理确定变压器容量和台数，主接线应能适应负荷变化，灵活根据经济运行类型切换变压器，变电站和建筑物内的电气竖井的位置应尽可能靠近负载的重心，供电线路要合理，尽量缩短其长度，同时应选择优质的铜芯电缆，以减少线路损耗，且要采取措施保证系统功率因数的稳定，电力通常在变压器和配电系统中可用补偿后的高压侧功率因数不小于0.9，同时将滤波扼流圈连接到具有适当参数的中央自动补偿装置以减少谐波。对于主要产生谐波的电气电子设备，应选用符合规范谐波限值的产品；对于产生大谐波的大容量设备，应考虑使用专用滤波器，如B逆变器的滤波装置，同时还要采取控制措施，节约设备能源[5]。图3 为变配电节能系统装置。

3.4 提高系统功率因数

提高设备的自然功率因数可以在设计电源和分配时进行正确选择电动机、变压器和照明设备，以减少线路的电感电抗并改善电气设备的自然功率因子，此时应优先选用功率因数较高的同步电机，荧光灯可使用谐波系数低于15%的电子镇流器，使用提高功率因数的补偿容量法。当自然功率因数较低时，在变压器低压侧设置集中无功补偿装置，采用全补+部分补的方式，使10kV 侧的功率因数达到0.95 以上，此外采用智能补偿控制器，具有自动循环切换、过零切换、分相补偿等功能，其对功率点偏远、容量大的设备采用就地补偿，如果配电系统中谐波电流严重，应考虑在低压侧加装有源滤波器或在大功率变流器的输出回路加装无源滤波器。

3.5 光伏发电措施

以某工程为例，建筑物地下停车场的公共区域由采用屋顶太阳能高效非逆变器技术的太阳能光伏LED（PV-LED）照明，根据项目特点，设计了三个车库系统，总容量为2880Wp，由太阳能光伏安装在屋顶上。

项目采用PV-LED 太阳能公共照明技术，其中太阳能直流电直接采用新型光源和LED 灯感应控制，为项目地下停车场公共区域提供新能源照明，实现超高节能率，也节省了公共照明的维护成本。太阳能是可再生能源之一，是新能源的主流，是节能减排的方向，使用LED 照明灯具也是现代照明的必然趋势，其中太阳能光伏结合LED 灯具，这种非常低碳的照明方式将是现代建筑照明的发展方向。光伏发电系统装置如图4所示。

4 结语

在未来的电气规划中，应不断研发新技术，使绿色建筑更加节能，以实现最大的经济效益和社会效益。在经济可持续发展需求的时代，建筑业也面临着诸多机遇和挑战，建筑业要学会适应时代发展需要，将可持续发展的理念贯彻到底，寻求新的发展空间，改变合理的规划和能源利用方式，达到经济利益和经济利益的目的，同时让环保理念得到落实。此外以可持续发展为理念的社会背景下，绿色公共建筑的电气设计和实施必然与一般建筑有所不同，为了更好地匹配低碳经济模式下电气设计的良好发展，相关设备和技术应尽快升级换代。