李建平，黃向陽

(長江大學城市建設學院，湖北 荊州 434023)

國務院《十三五節(jié)能減排綜合工作方案》中明確提出了節(jié)能減排的發(fā)展理念，住建部也相應發(fā)布了《建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展“十三五”規(guī)劃》。建筑能耗在社會總能耗中占很大的比重，有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國建筑能耗約占全社會總能耗的 27.5%，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，建筑能耗所占比率將會呈現(xiàn)出持續(xù)增長的趨勢[1-2]。建筑電氣系統(tǒng)的能耗是建筑能耗中的重要組成部分，主要包括供配電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電氣設備等方面的能耗。近幾年，我國電力工程事業(yè)的逐漸發(fā)展，對電力資源的需求量愈加增大，致使我國整體的電力資源越來越緊缺。電氣行業(yè)作為一個能源消耗嚴重、投入成本較高且存在一定環(huán)境污染的產(chǎn)業(yè)，節(jié)能減耗已經(jīng)成為了長效發(fā)展的必然趨勢。因此，為了有效緩解能源緊張、實現(xiàn)節(jié)能減排，加強電氣工程節(jié)能化設計已成為我國現(xiàn)階段建筑領(lǐng)域電氣工程發(fā)展建設的重要目標[3];依托于建筑節(jié)能設計，可對節(jié)能環(huán)保理念進行有效實踐，協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)人與自然的和諧相處[4]。

荊州市沙北實驗學校作為新建學校，計劃在全校范圍均按照湖北省綠色示范校園標準進行建設，采取供配電系統(tǒng)節(jié)能設計、照明系統(tǒng)節(jié)能設計、采用新型電氣設備、光伏發(fā)電、地下室采用自然光導光管系統(tǒng)等措施，減少能源資源的消耗，從而解決我國能源資源不足和浪費問題，為我國節(jié)能減排總體目標服務。

1 工程與設計概況

1.1 工程概況

沙北實驗學校位于湖北省荊州市沙北片區(qū)，學校選址區(qū)位條件優(yōu)良，與城市控規(guī)預留的公園綠地及景觀水系毗鄰，用地面積為 49 707.89 m2，建設54班九年制完全學校。學校由1座4層小學部教學綜合樓、1座5層中學部教學綜合樓、1座2層食堂報告廳體育館綜合樓、負一層地下停車場組成?？偨ㄖ娣e為 41 970 m2，其中地上建筑面積為 26 470 m2，地下停車場建筑面積為 15 500 m2。該建筑結(jié)構(gòu)類型為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，建筑耐火等級為二級。作為新建學校，沙北實驗學校計劃建設成為湖北省荊州市九年制完全學校的綠色校園示范工程。

1.2 電氣設計概述

本工程電氣專業(yè)上的設計內(nèi)容包括 10 kV/0.4 kV 變配電系統(tǒng)、柴油發(fā)電機系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、照明及動動系統(tǒng)、建筑物防雷接地及安全措施、安防系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、火災自動報警系統(tǒng)等。

1)10 kV/0.4 kV 變配電系統(tǒng)。由于教學樓與地下車庫管理的要求不同，本項目在小學部一層和地下車庫分別設置變配電室,由附近津鄉(xiāng)大道上市政開閉所分別引來1路 10 kV 高壓電源，提供本工程地上建筑和地下車庫的正常負荷用電。

變配電室設置 10 kV 中置式高壓開關(guān)柜，按無人值守標準進行設計，選用微機綜合繼電保護裝置，方便、可靠地構(gòu)成變電站自動化系統(tǒng)，以達到調(diào)控聯(lián)網(wǎng)、遙控、遙測的技術(shù)目的。其中地上變配電室設2臺 800 kVA 的變壓器，負責承擔地面上建筑小學部、中學部、食堂報告廳體育館、附屬門房、校園景觀照明等負荷用電,其總負荷 1 561.5 kW，計算容量為 1 269.5 kVA。地下室的變配電室設置1臺 800 kVA 變壓器，負責承擔地下車庫負荷用電,其總負荷 627.8 kW，計算容量為 562 kVA。

2) 柴油發(fā)電機系統(tǒng)。為保證本項目的一、二級負荷要求，設置1臺 550 kW 柴油發(fā)電機作為備用電源。

3)光伏發(fā)電系統(tǒng)。本工程在小學部、中學部屋頂部分屋面設置光伏發(fā)電系統(tǒng)，補充校園用電。

4)供配電系統(tǒng)。從變配電室的低壓配電柜引來220/380 V 電源，供本建筑設備用電,同時從本建筑柴油發(fā)電機房引來 380 V 電源作為二級負荷的備用電源。當市電停電時，通過自動轉(zhuǎn)換開關(guān)ATSE自動切換，自備電源 30 s 內(nèi)對一、二級負荷供電，以確保供電的可靠性。本工程重要設備的低壓配電線路,采用放射與樹干混合配電方式。

5)照明及動力系統(tǒng)。地上建筑每層照明用電從相應樓層照明配電箱引來，動力用電從動力配電柜引來。照明照度值和照明功率密度值應符合《建筑照明設計標準》(GB50034—2013)的相關(guān)要求。

6)建筑物防雷接地及安全措施。地上主要建筑物采取二類防雷，采用?12熱鍍鋅圓鋼沿屋面敷設，作為避雷帶；利用建筑物的鋼筋混凝土柱子內(nèi)2根?16(或柱對角4根?12)以上主筋通長焊接、綁扎作為引下線；利用建筑物基礎底梁上的上下兩層鋼筋通長焊接形成的基礎接地網(wǎng)。本工程的配電系統(tǒng)接地型式采用TN-S系統(tǒng)，采用聯(lián)合接地方式,利用建筑基礎內(nèi)主鋼筋作為接地極,要求接地電阻≤1 Ω。

7)安防系統(tǒng)。為了保證安全，在小學部安防室設監(jiān)控主機，負責學校安全防范，在教室內(nèi)及走道公共部位設監(jiān)控。

8)綜合布線系統(tǒng)。在小學部一層設弱電機房，主要承接市政引來的數(shù)據(jù)光纖和通訊光纖；分配信息至學校各建筑物。本項目自通信機房引出語音和數(shù)據(jù)線纜,采用二級星型拓撲結(jié)構(gòu)的綜合布線系統(tǒng)，相關(guān)樓層內(nèi)設19英寸標準機架為樓層配線架,通信機房主配線架引至樓層配線架的數(shù)據(jù)支干線采用多模光纖,語音支干線采用大對數(shù)銅纜，由樓層配線架引至各數(shù)據(jù)或語音信息插座采用六類非屏蔽UTP。

9)火災自動報警系統(tǒng)。在小學部一層消防控制室內(nèi)設消防集中報警系統(tǒng)、消防電源監(jiān)控系統(tǒng)和電氣火災報警系統(tǒng)，實現(xiàn)火災報警及聯(lián)動控制。

2 建筑電氣工程設計階段的節(jié)能降耗措施

2.1 供配電系統(tǒng)節(jié)能設計

在設計階段，本工程變配電室盡量設置在負荷中心，減少低壓側(cè)線路長度，降低線路損耗。變配電室分別設于小學部和地下車庫。配電時，單相負荷盡可能均衡地分配在三相上，使三相負荷保持基本平衡，最大相負荷不宜超過三相負荷平均值的115%，最小相負荷不宜小于三相負荷平均值的85%。本工程的生活水泵、大容量空調(diào)系統(tǒng)等長期運行電動機采用變頻調(diào)速控制。利用天正電氣軟件進行設計計算，計算供應整個建筑電力所需的供電線路，并且做到供電的合理性，在保證電線能夠承受運行負荷的前提下，有效減少線路功率損失及電壓降。在變壓器低壓側(cè)設置成套靜電電容器自動補償裝置,以低壓集中補償形式使高壓側(cè)功率因數(shù)提高到0.9以上，減少無功損耗。優(yōu)化供配電系統(tǒng)、線路設計能夠有效實現(xiàn)節(jié)能降耗。本工程地上設置2臺 800 kVA 的變壓器，根據(jù)季節(jié)進行調(diào)配運行，在春秋季空調(diào)等大用電設備不使用時，可停用1臺變壓器，避免變壓器空載損耗，從而節(jié)約能耗。管理上設置電費計量，在變電所設高壓計量裝置,由供電部門負責；低壓部分各棟建筑物分照明和動力系統(tǒng)分開設置，從而保證照明質(zhì)量，避免動力運行對照明質(zhì)量的影響，并且照明和動力分別設置智能計量電表，用于日常計量管理考核，達到節(jié)約用電目的。

2.2 照明系統(tǒng)節(jié)能設計

照明節(jié)能設計在建筑電氣節(jié)能設計階段有著重要地位，直接影響到整個建筑耗能。在設計階段應充分考慮到電氣設備節(jié)能性、適宜性。本工程照明設計符合《建筑照明設計標準》(GB50034—2013)中規(guī)定的照度標準、照度均勻度、統(tǒng)一眩光值、色溫、顯色指示、照明功率密度值等相關(guān)要求。本設計的場所的照明功率密度限值不大于GB50034—2013中目標值的要求，其中教室照明功率密度值LDP計算值為 4.4 W/m2，明顯小于規(guī)范要求的現(xiàn)行值 9 W/m2。

在照明控制中，本工程的門廳、大空間等建筑內(nèi)照明按建筑使用條件和天然采光狀況采取分區(qū)、分組控制措施；公共的場所，如走廊、樓梯間等照明采用集中智能控制和聲光節(jié)能控制；教室等場所，遠離窗戶和靠近窗戶的燈采取分區(qū)控制，在自然光滿足要求時，關(guān)閉靠近窗戶的燈具，從而有效控制燈具的照明，在保證正常使用前提下，達到節(jié)能目的。

2.3 采用新型電氣設備節(jié)能設計

合理選擇變壓器在變壓器選擇的過程中，要降低銅耗、鐵耗和諧波，從而降低變壓器能耗。因此必須選擇合適的變壓器，進而確保建筑電氣設計節(jié)能降耗。本工程小學部設置2臺SCB13-10/0.4 kV 800 kVA 干式電力變壓器，地下車庫采用1臺SCB13-10/0.4 kV 800 kVA 干式電力變壓器，變壓器聯(lián)結(jié)組別為D,Yn11Ud=6%，帶IP31防護外殼，自帶排風機及溫控保護裝置，此變壓器能效等級達到2級標準，其空載損耗和負載損耗低。

采用LED節(jié)能燈具本工程照明燈具采用高光效光源LED燈具，其光通量大、光源的能效應符合相關(guān)能效標準的節(jié)能評價值。在達到相同的照度前提下，本工程采用LED燈 14 W/支代替?zhèn)鹘y(tǒng)熒光燈 36 W/支，對比如下。

采用傳統(tǒng)熒光燈照明，其功率為：

P=NP=(96+17+16+748)×36+(573+462+78+19)×2×36+48×3×36+25×3×36=113.07 kW

本工程現(xiàn)采用LED燈照明，其功率為：

P=NP=(96+17+16+748)×14+(573+462+78+19)×2×14+48×3×14+25×3×14=35.04 kW

其照明功率節(jié)約 78.03 kW。

地下車庫共有430個停車位，其中50個為電動汽車停車位，并設有50個電動汽車充電樁，用于電動汽車停放及充電使用，這樣不僅節(jié)約能源，同時可減少汽車尾氣對環(huán)境的污染。

為了有效利用自然光，地下車庫采用自然光導光管系統(tǒng)，地下車庫上方為運動場，運動場周邊設置了多個采光點，采用威盧克斯導光管系統(tǒng)，將不同角度的自然光折射進入到導光管內(nèi)部，再借由導光管的反射內(nèi)壁將光導入到地下室空間，可以幫助地下室獲得自然光的照射，作為白天補充照明，不管是引導還是釋放自然光都不存在電力方面的消耗，因此可在白天為地下室提供部分無電照明；晚上,地下車庫的燈光經(jīng)過導光管照射到地面的運動場，補充地面景觀照明，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗。

2.4 光伏發(fā)電系統(tǒng)

光伏建筑一體化技術(shù)的使用能夠降低建筑的電力消耗。光伏發(fā)電可以對供電峰值實現(xiàn)自動化調(diào)解與控制，保證電網(wǎng)具有更突出的穩(wěn)定性和安全性。光伏發(fā)電不僅環(huán)?？沙掷m(xù)，而且具備白天蓄電和晚間供電的功能，可顯著減縮成本。本工程在小學部和中學部部分屋頂裝設光伏發(fā)電系統(tǒng)，總裝機容量為 146.575 kWP，光伏白天所發(fā)電能為學校優(yōu)先使用，發(fā)電不足或晚上不發(fā)電時由市電作為學校的補充用電。146.575 kWP 光伏電站年發(fā)電量約17萬度，按學校用電電價0.57元/度計算，則年收益約15萬元。

3 結(jié) 語

荊州市沙北實驗學校采用供配電系統(tǒng)節(jié)能設計、照明系統(tǒng)節(jié)能設計,采用新型電氣設備、地下室采用自然光導光管系統(tǒng)等措施，起到節(jié)電降低能耗的作用；利用光伏發(fā)電提供能量來源，既可減少能源資源的消耗，又避免了因燃料燃燒發(fā)電所帶來的環(huán)境污染問題。以上節(jié)能措施，不僅有利于節(jié)能減排發(fā)展策略的貫徹落實，還能夠有效解決我國現(xiàn)階段電力能源緊缺問題，達到電氣工程在運行過程中節(jié)能減耗的目的。