建筑智能化過程中的電氣節能研究

柏 青

(北京達其科技有限公司，北京 100176)

0 引 言

相關建筑節能的研究是我國建筑行業可持續發展的長久研究話題，在社會不可再生能源短缺的背景下，應將開發可持續再生能源作為建筑節能設計的重點，通過合理規劃建筑資源，實現對建筑能耗的降低，從而達到緩解市場能源緊張的目的。

1 太陽能光伏發電一體化設計

1.1 太陽能光伏組件單點接入設計方案

為了實現建筑智能化中的節能設計，引進新能源技術，在建筑的頂層安裝太陽能光伏電池板，利用光生福特效應，實現將太陽光輻射的能量轉化為可用于建筑供電的電能[1]。

為了確保光伏組件的接入可以發揮既定效果，可根據建筑屋頂的面積與實際布置需求，進行接入方案的設計。以某大型銀行建筑為例，根據此建筑的整體設計需求，在屋面安裝350.0～400.0塊光伏組件，設定每串聯的16.0塊組件為一路，在每路中接入逆變裝置。接入方案如圖1所示。

圖1 光伏發電單點接入方案示意圖

按照上述圖1進行接入設計，將接入中的逆變裝置采用專門的支架安裝在屋面，但相關安裝位置的設計，仍需要根據現場實際情況進行調整。

1.2 多晶硅光伏組件技術參數選擇

為了確保接入的太陽能光伏組件在建筑中可以發揮較好的節能效果，本次設計選擇的光伏組件為多晶硅光伏組件[2]。此組件在應用中的技術參數見表1。

表1 多晶硅光伏組件技術參數設計

按照表1設定的參數，進行組件技術參數設計，從而避免組件在接入過程中出現過載、短路、斷路等問題。

2 能耗管理架構設計

為了實現對建筑智能化能耗的實時監測，需要根據國家現有文件要求，進行建筑能耗管理的設計。管理架構如圖2所示。

圖2將能源管理劃分為四個功能層，分別為能源管理層、能耗監控層、網絡連接層與現場設備層。在此基礎上，明確建筑耗能電氣包括照明、采暖、空調等。在進行能耗分析時，可設定一個建筑耗能標準值，根據建筑中不同電氣耗能數據，進行不同時段的電氣耗能分析。

圖2 能耗管理架構示意圖

3 建筑智能化過程中的電氣節能

3.1 供電體系節能設計

在實現電氣節能時，從供電體系角度出發，根據建設項目的規劃要求，為其構建相應規模的配電室以及變配電室各1座[3]。針對其中高壓部分，可選用城市市政10 kV電源實現供電，以此能夠滿足建筑結構中一級負荷用電設備的穩定運行需要。針對電源的線路，在敷設時，應當盡可能采用電纜材料，并在室外以直埋方式完成敷設。針對部分需要在室內完成的電纜敷設，應當采用橋架敷設模式。同時，確保在整個供電體系當中，電源電壓等級為10 kV。針對供電體系中的變壓器用電負荷的設置，應當根據不同用電設備對其相應參數進行設置。例如，針對建筑中機房配電，其用電設備安裝容量應當在100～120 kW，功率因數應為0.85；針對廚房配電，其用電設備安裝容量應當在250～300 kW，功率因數應為0.65。

3.2 建筑照明節能設計

針對建筑中的照明設備，對其進行電氣節能設計，按照正常照明和應急照明分類，并根據不同建筑場所，對節能燈具的類型進行選擇。結合建筑照明設計標準，按照表2內容，完成對建筑照明節能目標參數的設置。

表2 建筑照明節能目標參數設置

在對照明設備進行控制時，可采用集中和分散兩種控制方式。除了設置單個燈具的建筑空間以外，每個建筑空間當中都需要安裝至少2個控制開關，以此實現對所在區域范圍內燈具的控制[4]。針對控制的燈具隊列，應當沿著水平于窗戶的方向，以分區的方式控制。

3.3 建筑設備選型節能設計

將分項計量統計和評價管理技術作為基礎，將提升建筑智能化建設過程中的能效作為目標，對建筑設備進行節能選型設計。針對空調設備，選用具有低能耗的設備，同時采用合理的保溫措施，并在空調設備周圍設置冷熱計量裝置[5]。根據空調設備冷熱負荷對空調機組進行合理選擇，確保機組的容量能夠始終與空調的運行負荷相匹配，從而防止出現裝機容量空閑的問題。

針對建筑電氣設備中的風機水泵，根據其負荷特性對電動機進行合理選擇，采用符合國家標準、具有高效率的電動機、風機等電氣設備。針對在運行過程中負荷極易發生改變的設備，應當選擇2臺相同型號的設備，并將其中1臺作為主設備，另1臺作為備用設備。

針對電梯設備選型，對所負責的建筑智能化施工項目的服務對象進行分析，在明確業主方對電梯功能的實質需求情況下，結合規范要求對普通電梯、消防電梯等進行設計，并明確電梯設備的具體型號、臺數、運行速度等參數。同時，還應當根據電梯的客流量對其電梯運行方案進行配置，以此在滿足電梯使用需求的情況下達到綠色節能效果。

4 節能效果對比分析

按照上述方法，完成對某地區建筑智能化建設項目當中的電氣設備的節能改造，將改造后的設備投入正常使用和運行，結合實際項目運行情況，對其節能效果進行對比分析。

首先，從太陽能光伏發電一體化節能效果分析，該改造項目所在地區對太陽能光伏發電的推廣形式主要為光伏建筑一體化，在項目運行過程中，提供的電能主要用于對本地負載的消耗。已知在該工程項目當中，設計的裝機容量為86.234 kWp，將光伏組件采用支架固定的方式安裝在建筑結構屋面上，通過測量得出其安裝傾斜角度為21.3°，從理論層面對其分析得出，其每年的發電量可達到12.5萬kWh。

其次，再從能耗方面對節能效果進行分析，在實施本文上述設計的電氣節能方案時，將主要目的設置為實現建筑智能化過程中的節能降耗。在該項目運行一段時間后，對各個環節的負載損耗減小百分比進行計算，并將其與傳統節能改造方案的負載損耗減小百分比進行對比，如圖3所示。

圖3 兩種電氣節能方案負載損耗減小情況對比

從圖3可以看出，本文提出的節能方案在應用到該項目當中后，有效減小了負載損耗，達到了建筑智能化建設過程中的綠色節能效果。

5 結束語

為了解決建筑智能化發展中的能耗高、資源利用不合理等問題，開展本課題的研究。為了證明本文設計的節能方案集成在建筑中具有一定可行性，將其在實際建設項目中進行了應用，并通過對比實驗證明了本文設計的節能方案具有更好的節能效果。

在此次研究中，嘗試以新能源作為依托，對建筑電氣進行了改造，盡管設計已初見成果，但在后期的研究中仍不可松懈對能耗管理的研究。綜合現如今建筑市場的需求，可在后續的研究中，從建筑供水、供暖等方面，進一步完善節能方案，豐富節能手段，確保我國建筑智能化節能技術持續深化發展。