傅應(yīng)昶

（廈門興南洋信息技術(shù)有限公司，福建 廈門 361000）

0 引 言

綠色建筑是一種與自然和諧共生的建筑，能夠最大限度地減少污染和保護(hù)環(huán)境，為人們提供舒適和環(huán)保的工作或居住環(huán)境。因此，在國(guó)家能源負(fù)擔(dān)越來越沉重的今天，推廣綠色建筑是一個(gè)較好的方案。電氣節(jié)能作為綠色建筑的重要組成部分，隨著科技的發(fā)展研發(fā)出了光伏與建筑一體化和太陽(yáng)能光導(dǎo)管等大量的新技術(shù)，為提高建筑科技含量、彰顯資源節(jié)約和環(huán)境友好的建設(shè)宗旨提供了技術(shù)支持，也推動(dòng)了我國(guó)建筑節(jié)能發(fā)展歷程。不但節(jié)省了大量能源，改善了環(huán)境，而且取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。以下以某工程為例，深入剖析電氣節(jié)能技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

1 工程概況

我國(guó)某工程建筑為滿足國(guó)家關(guān)于公共建筑節(jié)能的法規(guī)與規(guī)范，擬對(duì)20世紀(jì)90年代建筑進(jìn)行改建。由于建筑節(jié)能措施與區(qū)域自然條件密切相關(guān)，因此為了更好地開展節(jié)能環(huán)保新技術(shù)，需要對(duì)該地的氣候特點(diǎn)及建筑能耗特點(diǎn)進(jìn)行分析。

1.1 溫 度

區(qū)域溫度相對(duì)較高，年平均溫度約在20 ℃。最冷月為1月，月平均溫度14 ℃；最熱月為7月，月平均氣溫34 ℃。具體各月溫度如圖1所示，由此可推斷建筑能耗主要為空調(diào)能耗，可忽略采暖。

圖1 全年溫度曲線圖

1.2 濕 度

福建省氣候濕潤(rùn)，降雨量較為豐富，因此城市空氣含濕量大，年均含濕量約為12.8 g/kg。其中，含濕量平均值最大的月份為7月，最小的月份為12月。可見，該地區(qū)建筑空調(diào)除濕將在能耗中占有一定的比重。

1.3 太陽(yáng)輻射

福建地區(qū)太陽(yáng)高度角較大，太陽(yáng)輻射總量和日照時(shí)數(shù)都較為充足，因此可以說太陽(yáng)輻射是影響空調(diào)能耗的重要因素。所以，既要合理利用太陽(yáng)能，又要做好建筑遮陽(yáng)[1]。

1.4 雨 量

福建地區(qū)雨季明顯，降雨量充沛，年平均降雨量在1 400～2 000 mm，是我國(guó)雨量最豐富的省份之一。雨量主要集中在4～9月份，剩余月份為少雨季節(jié)。豐富的降雨量既是空氣濕度大的主要因素，又為該地區(qū)帶來了良好的水資源。

公共建筑面積雖占民用建筑總面積比例較小，但其能耗卻約等于城市居民住宅能耗的總量。該工程結(jié)合我國(guó)現(xiàn)行公共建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)建筑進(jìn)行功能改造，以盡量滿足節(jié)能50%為預(yù)期目標(biāo)。

2 電氣節(jié)能技術(shù)光伏與建筑一體化

該技術(shù)主要是將光伏（太陽(yáng)能發(fā)電）產(chǎn)品集中到建筑上，其中光伏發(fā)電系統(tǒng)的主要作用是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。它的運(yùn)行方式主要有獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)、并網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)以及混合運(yùn)行系統(tǒng)3種。獨(dú)立運(yùn)行系統(tǒng)主要適用于小區(qū)園林照明和指示燈等小型設(shè)備供電，以及建筑淋水降溫等太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈同時(shí)用電量大的設(shè)備。并網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)省去了蓄電池，能夠?qū)㈦娋W(wǎng)作為儲(chǔ)能和補(bǔ)能單元，但工作時(shí)需要對(duì)電能質(zhì)量、電壓平衡度以及過熱保護(hù)等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)。

2.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)備

2.1.1 太陽(yáng)能電池方陣

太陽(yáng)能電池方陣是太陽(yáng)輻射能轉(zhuǎn)化為電能的重要設(shè)備，通常由太陽(yáng)電池組件、支架以及接線盒組成。其中，太陽(yáng)能電池又可分為塊狀光伏電池和薄膜光伏電池。前者是目前市場(chǎng)上的主導(dǎo)產(chǎn)品，一般是指晶體硅光伏電池；后者薄膜厚度一般在2～3 μm，主要有硅薄膜型電池和新材料薄膜型電池等。

2.1.2 開關(guān)控制器

開關(guān)控制器主要由電子元器件、儀表、繼電器以及開關(guān)等組成，主要用來控制太陽(yáng)電池子方陣的接入或切出，以調(diào)節(jié)蓄電池的充電和穩(wěn)定負(fù)載電壓。由于各發(fā)電系統(tǒng)的需求和重要程度各不相同，因此控制器的類型也各有差異[2]。

2.1.3 阻塞二極管

阻塞二極管的主要作用是阻止無日照時(shí)蓄電池通過太陽(yáng)電池方陣放電。具體工作時(shí)，阻塞二極管的工作電流不能低于方陣的最大輸出電流，反向耐壓不能低于蓄電池組的電壓。

2.1.4 逆變器

逆變器的主要作用是將蓄電池的直流電逆變成交流電，具有輸出正弦波電流、在負(fù)載和日照變化幅度較大時(shí)能高效運(yùn)行、體積小以及可靠性高等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)光伏陣列的最佳運(yùn)行。

2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)的適用性研究

2.2.1 節(jié)約土地和保護(hù)環(huán)境

一方面，建筑物能夠?yàn)镻V板提供足夠的安裝面積，無需額外的土地資源支持，能有效地節(jié)約城市用地。另一方面，和一般的化石燃料發(fā)電相比，該系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生空氣污染，在保護(hù)自然環(huán)境和保護(hù)大氣環(huán)境方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

2.2.2 節(jié)約成本

系統(tǒng)采用就近并網(wǎng)和分散發(fā)電的運(yùn)行方式，省去了輸電費(fèi)用，減少了電力傳輸和電力分配的損失，降低了電力傳輸和分配的投資及維修成本。

2.2.3 節(jié)約建筑能耗

在墻面和屋面的安裝光伏，不僅可以直接吸收太陽(yáng)能，降低建筑表面溫度和空調(diào)負(fù)荷，而且并網(wǎng)系統(tǒng)不受蓄電池狀態(tài)的影響，能夠充分發(fā)電，降低能耗，緩解高峰電力需求，帶來較好的社會(huì)效益。

光伏與建筑一體化的安裝模式主要有3種。第一，直接在屋頂安裝。這是最常見也是最廣泛的應(yīng)用模式。第二，墻面外掛。這種模式既有利于采光，又能夠與建筑緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了建筑功能和造型的統(tǒng)一。第三，在中庭的頂部安裝，能夠充分接收太陽(yáng)光[3]。

2.3 方案設(shè)計(jì)

本次建筑改造為了充分利用太陽(yáng)能發(fā)電，提高幕墻的遮陽(yáng)能力，減少室內(nèi)熱負(fù)荷，在建筑立面的外幕墻安裝了非晶硅太陽(yáng)能薄膜電池。不僅較好地實(shí)現(xiàn)了自然資源和建筑節(jié)能的有效結(jié)合，而且實(shí)現(xiàn)了建筑一體化。具體效益分析如表1所示。

表1 非晶太陽(yáng)能薄膜電池的經(jīng)濟(jì)性分析

由于該項(xiàng)工程為改造工程，綜合各因素考慮，地下一層少灰塵、無高溫以及無潮濕，因此將光伏系統(tǒng)配變電間、蓄電池室以及控制機(jī)房設(shè)置在該層。首層配變電間最接近光伏方陣，因此將逆變器布置其中。為保持建筑物外觀整齊和美觀，電纜敷設(shè)盡量沿電氣豎井敷設(shè)。豎井外區(qū)域多采用暗敷，各電氣系統(tǒng)均共同接地網(wǎng)。

3 綠色照明節(jié)能控制技術(shù)

3.1 綠色照明節(jié)能技術(shù)

3.1.1 節(jié)能光源

常用的節(jié)能光源主要有以下3種。

第一，LED燈。在顏色上，LED不僅色彩純度高，而且能變幻出絢麗的色彩，達(dá)到動(dòng)感效果。在耗電量上，相較普通白熾燈，LED在相同亮度下耗電量?jī)H為白熾燈的1/10，且壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通白熾燈。在控制方式上，可利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等進(jìn)行控制。目前，太陽(yáng)能LED照明已成為重要的綠色照明技術(shù)之一，如圖2所示。該技術(shù)無需轉(zhuǎn)變太陽(yáng)能光伏電池產(chǎn)生的直流電，因此極大地提高了照明效率。

圖2 光伏與LED照明結(jié)合

第二，無極燈。該燈具有發(fā)光效率高、綠色環(huán)保、光衰小以及安全性高等優(yōu)點(diǎn)，多應(yīng)用于圖書館、會(huì)議室、地鐵站以及高?；驌Q燈困難場(chǎng)所。它是一種高新技術(shù)產(chǎn)品，代表了照明技術(shù)的未來發(fā)展方向。

第三，高強(qiáng)度氣體放電燈。該燈的應(yīng)用場(chǎng)所范圍較廣，如體育場(chǎng)館和廣場(chǎng)等，且節(jié)能效果顯著。金屬鹵化物燈是它的主要代表。

3.1.2 燈具節(jié)能技術(shù)

不同類型的燈具，反射率不同。例如，磨砂或棱鏡保護(hù)罩式燈具的反射率為55%，格柵式反射率為60%，透明式為65%，控照式或開敞式為75%。因此，應(yīng)根據(jù)室形指數(shù)或室空間比選擇合適的燈具，如辦公建筑應(yīng)選用格柵式燈具，體育館建筑選擇適合要求的節(jié)能型燈具。該項(xiàng)目中最終選用了12套鹵鎢燈和158套泛光燈[4]。

3.2 綠色照明智能控制技術(shù)

3.2.1 控制系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)最佳的控制效果，可利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，根據(jù)建筑需求和環(huán)境變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)信息的采集、分析以及判斷，并根據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行反饋控制。常用的控制系統(tǒng)有場(chǎng)景控制系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)以及應(yīng)急電源等。

3.2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

智能照明控制系統(tǒng)多采用模塊化分布式結(jié)構(gòu)，通過將微處理器和存儲(chǔ)器放置在模塊內(nèi)，實(shí)現(xiàn)各個(gè)控制部件的信息傳遞，進(jìn)而完成對(duì)照明系統(tǒng)的控制。它主要可分為3個(gè)部分。第一，輸入部分，如控制面板和智能傳感器等，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)外界控制信號(hào)的轉(zhuǎn)換。第二，輸出部分，如調(diào)光控制器和開關(guān)控制器等，主要接收總線上的控制信號(hào)，以控制相應(yīng)的負(fù)載回路。第三，系統(tǒng)部分，如調(diào)制解調(diào)器、PC監(jiān)控機(jī)以及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)等相互獨(dú)立的部件，通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。

3.3 方案設(shè)計(jì)

經(jīng)過項(xiàng)目分析，該項(xiàng)目照明控制系統(tǒng)最終采用分布式和總線型智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅協(xié)議開放，還可以與其他控制系統(tǒng)如建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)和消防系統(tǒng)等結(jié)合進(jìn)行互聯(lián)和控制。在運(yùn)行過程中，該系統(tǒng)具有較好的節(jié)能和照明效果，并預(yù)置了多種運(yùn)行模式，節(jié)能可達(dá)到30%以上。

該系統(tǒng)通過對(duì)各單元器件如項(xiàng)目名稱和區(qū)域地址等進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)功能和調(diào)光功能等照明控制。該系統(tǒng)還提供了標(biāo)準(zhǔn)的OPC Server接口軟件，相關(guān)系統(tǒng)可通過OPC訪問方式監(jiān)視和控制該系統(tǒng)。

4 結(jié) 論

隨著可持續(xù)發(fā)展思想的深入，綠色建筑理念已成為建筑師和工程師未來的工作準(zhǔn)則。本文結(jié)合具體工程改造實(shí)例，深入研究電氣節(jié)能技術(shù)在綠色建筑中的應(yīng)用。一方面，采用前瞻性的示范技術(shù)，能夠有效提升科技含量，引領(lǐng)建筑節(jié)能技術(shù)發(fā)展方向。另一方面，通過對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行適用性分析，選擇合適的節(jié)能技術(shù)，能夠給工程帶來良好的經(jīng)效益濟(jì)和社會(huì)效益。盡管新技術(shù)的應(yīng)用都有造價(jià)高和應(yīng)用范圍小等制約問題，但憑借我國(guó)對(duì)節(jié)能環(huán)保的政策支持，節(jié)能新技術(shù)必然會(huì)在未來發(fā)展中大放異彩。